Este é um artigo publicado em acesso aberto (Open Access) sob a licença Creative Commons Attribution, que permite uso, distribuição e reprodução em qualquer meio, sem restrições desde que o trabalho original seja corretamente citado. RESUMOModelos matemáticos de qualidade de água têm sido utilizados como ferramentas para o planejamento e a gestão de recursos hídricos em diversos países. Em geral, em rios, as análises são baseadas em simulações considerando condições de escoamento de regime permanente. Entretanto, bacias urbanas apresentam uma intensa dinâmica, consequente de mecanismos de uso e ocupação do solo, capaz de induzir processos de poluição que requerem uma análise que contemple aspectos físicos, químicos e biológicos. A abordagem em estado não-permanente permite descrever de forma mais realista estas características, e associar de maneira consistente as interações de qualidade e quantidade de água, em função da representação hidrodinâmica de um sistema. Esta pesquisa contribui para esse entendimento usando como estudo de caso o rio Iguaçu, localizado na região metropolitana de Curitiba, ao analisar potenciais impactos de avaliações de qualidade baseadas em uma comparação de condições de estado permanente e não-permanente como forma de subsidiar elementos para a gestão do uso da água. O modelo aqui proposto (SIHQUAL), desenvolvido em módulos tradicionais, utiliza métodos de diferenças finitas explícitas para solução das equações de Saint-Venant integradas com a equação de transporte de massa, para demanda bioquímica de oxigênio (DBO) e oxigênio dissolvido (OD). Para a análise de qualidade da água utilizou-se do conceito de curva de permanência de qualidade da água. Observou-se principalmente que modelos em estado transiente oferecem maior flexibilidade e uma distinta perspectiva para o gerenciamento, em especial quanto à aplicação dos instrumentos de gestão de recursos hídricos, como o enquadramento.Palavras-chave: Modelo de qualidade de água; Equações de Saint-Venant; Gestão de recursos hídricos; Rio Iguaçu. ABSTRACTWater quality models have been used as tools for planning and water resources management in many countries. Generally, in rivers the simulations are based on flow conditions under steady regime. However, urbanized basins have an intense dynamics, the consequence of land use and soil occupation mechanisms, able to induce pollution processes that require representation of physical, chemical and biological processes. The unsteady regime approach provides a better description of these characteristics, and a more consistent association of water quality and quantity interactions, based on a hydrodynamic representation of the system. This paper aims to contribute to this understanding using as case study the Iguaçu river, located in the metropolitan region of Curitiba, analyzing possible impacts of quality evaluations based on an analogy between steady and unsteady regime conditions as a manner of supporting water management elements. The proposed model (SIHQUAL), developed in traditional module...
ResumoMudanças na temperatura da água e na dinâmica de estratificação térmica podem causar efeitos negativos sobre os processos físicos, químicos e biológicos de reservatórios. A variação da temperatura afeta a densidade da água e, como consequência, altera os processos de transporte. Um modelo unidimensional de transferência de calor é utilizado para simular a temperatura do reservatório do Rio Verde, localizado na região metropolitana de Curitiba, Estado do Paraná. A radiação solar que atinge a superfície do lago é transformada em calor, principalmente próximo à superfície. Esse processo de transferência ocorre de forma lenta, gerando camadas de diferentes temperaturas e, consequentemente, de diferentes densidades. O vento é o principal forçante capaz de misturar tais camadas. Se a energia
Hydrodynamic models, based on the Saint-Venant equations, represent the transient flow in water systems, and simulate flow routing over time and space. Several numerical solutions have been applied to these expressions, but often differences are found in results among distinct procedures, considering that all numerical approaches have limitations. Natural channels are characterized by a dynamic flow behavior, with multiple uses of water and changes in morphology, which occur naturally and by human influence. In this context, this study seeks to complement the understanding of different assumptions and approximations for solution of the Saint-Venant equations, verifying results of the Lax diffusive scheme and comparing with HEC-RAS model. The case study consists of a river that covers an urban area (River Iguaçu, located in Curitiba, Paraná). Comparing the observed and simulated hydrographs, it was possible to assess that how the equations are solved, which determines the type of boundary conditions to be used, that may contribute to differences in simulated flows. Additionally, the calibration strategy and the hypothesis of trapezoidal cross-sections produced positive results. The development of this research should also encourage the progress in solving the hydrodynamic model trough the Lax diffusive scheme, particularly concerning computational efficiency. Explicit schemes, although more sensitive to the time step, have the advantage of simplicity to implement, which could be beneficial in the study of complex systems such as urban rivers.Keywords: Saint-Venant equations; Lax diffusive scheme; HEC-RAS; Iguaçu River. RESUMOModelos hidrodinâmicos, formados pelas equações de Saint-Venant, representam o escoamento transitório em sistemas hídricos, e simulam a propagação de vazões ao longo do tempo e do espaço. Diversas soluções numéricas têm sido aplicadas a essas expressões, porém frequentemente são encontradas diferenças de resultados entre procedimentos, uma vez que toda aproximação numérica possui limitações. Canais naturais são caracterizados por um comportamento dinâmico das vazões, considerando os usos múltiplos da água e as alterações de morfologia, que ocorrem naturalmente ou por influência antrópica. Nesse contexto, esse trabalho procura complementar o entendimento acerca de diferentes hipóteses e aproximações para solução das equações de Saint-Venant, verificando resultados do esquema difusivo de Lax e comparando com o software HEC-RAS. O estudo de caso consiste em um rio que drena uma área densamente povoada (rio Iguaçu, localizado em Curitiba-PR). Ao comparar os hidrogramas observados e simulados, foi possível avaliar que a forma como as equações são resolvidas, que por sua vez determina o tipo de condição de contorno a ser utilizada, pode contribuir para diferenças na vazão simulada. Adicionalmente, foi observado que a calibração alcançada é adequada, assim como a hipótese de seção transversal trapezoidal. O desenvolvimento da pesquisa deve auxiliar ainda o avanço na solução do modelo hidrodi...
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