1. Sobre ponto decimal: Embora no Brasil adote-se a vírgula decimal, é usual em modelagem geofísica adotar-se ponto decimal. O uso de virgula decimal cria dificuldades na importação e troca de dados em bases internacionais. Por esta razão, neste relatório e em todas as modelagens descritas adota-se ponto decimal. Recomenda-se ao interessado em aplicações de modelagem hidrodinâmica ambiental usar ponto decimal.
2. Sobre dados dos modelos: a base de dados do SisBaHiA® de cada modelo contêm todos os dados utilizados nas modelagens apresentadas. Os dados podem ser extraídos e utilizados para outras finalidades. Abrindo a base de dados no SisBaHiA®, basta clicar com botão direito em uma tabela de dados e escolher copiar tabela, depois pode colar no aplicativo que desejar.
1Identificação
Título:
Projeto Baías do Brasil - Baía de Guanabara, Rio de Janeiro
Relatório Descritivo
Programa COPPE:
Engenharia Oceânica
Área de Engenharia Costeira & Oceanográfica
Data:
09 de julho de 2017
2Objetivos e contexto do projeto
Este trabalho faz parte do Projeto Baías do Brasil, que objetiva disponibilizar bases de dados e mapas necessários para que o interessado possa iniciar trabalhos de modelagem. Objetiva-se assim, facilitar e estimular aplicações de modelagem computacional em análises de hidrodinâmica ambiental em diferentes corpos hídricos do Brasil.
2.1Sobre as modelagens deste relatório e outras
Neste relatório, descreve-se o desenvolvimento de modelagens computacionais através do SisBaHiA® - Sistema Base de Hidrodinâmica Ambiental, em um estudo da circulação hidrodinâmica na Baía de Guanabara, RJ, incluindo análise de tempos hidráulicos característicos, como tempos de taxas de renovação e idade da água. Embora apenas casos simples de Modelos Hidrodinâmico e de Transporte Euleriano do SisBaHiA® estejam exemplificados, o interessado pode desenvolver outros modelos a partir da base de dados disponibilizada, como descrito na Ref. Técnica do SisBaHiA®, v. ROSMAN (2018):
Modelos de Transporte de Sedimentos Coesivos e Não Coesivos e Evolução Morfológica do Fundo;
Modelos de Qualidade de Água e Eutrofização;
Modelos de Transporte Lagrangeanos Determinístico e Probabilístico;
Modelo de Campo Próximo e Decaimento Bacteriano para Emissários e Fontes Pontuais
Modelo de Geração de Ondas;
Modelo de Propagação de Ondas.
Dependendo dos efeitos incluídos na modelagem hidrodinâmica, vários modelos podem ser acoplados. Conforme descreve o Capítulo 3 da Ref. Técnica do SisBaHiA®, os seguintes modelos podem ser acoplados:
MH = Modelos Hidrodinâmicos com ou sem efeitos de ondas de curto período:
MGO = modelo de geração de ondas por vento local no domínio de modelagem;
MPO = modelo de propagação de ondas remotas geradas fora do domínio de modelagem do MH.
MQA = Modelos de Qualidade de Água, v. seção 6 da Ref. Técnica do SisBaHiA®, para transporte de constituintes que, dependendo do caso, têm comportamento ativo: salinidade e calor (temperatura). Os demais constituintes, e.g. OD, DBO e nutrientes, sempre têm comportamento passivo e por isso são usualmente computados de modo desacoplado.
MS = Modelos Sedimentológicos, veja capítulo 4 da Ref. Técnica do SisBaHiA® para sedimentos não-coesivos e capítulo 5 da Ref. Técnica do SisBaHiA® para sedimentos coesivos, em especial seção 5.2.
As seguintes opções são possíveis, envolvendo acoplamento ou não entre os modelos. Quando modelos rodam acoplados são interdependentes. Note que em todos os casos abaixo MH significa modelo hidrodinâmico com ou sem efeitos de ondas de curto período (MGO e/ou MPO):
MH: Análises de circulação hidrodinâmica sem efeitos de gradientes de densidade e sem evolução morfodinâmica de batimetria. Neste caso o MH definido roda apenas para gerar padrões de circulação hidrodinâmica com ou sem efeitos de ondas de curto período. A inclusão de efeitos de ondas de curto período pode ser feita por acoplamento de um MGO e/ou de um MPO. A inclusão de efeitos de onda no MH altera a circulação hidrodinâmica, principalmente em áreas mais rasas e perto da linha de costa, pois afeta as tensões de atrito no fundo e inclui efeitos de tensões de radiação geradas por ondas. Tais efeitos são especialmente relevantes para processos sedimentológicos em zonas costeiras com praias, em lagos, em baías, e similares, sendo irrelevantes em rios. Cenários de MQA e MS podem ser vinculados ao MH desenvolvido, mas nesta opção rodariam desacoplados.
MH+MQA: Análises de circulação hidrodinâmica com efeitos de gradientes de densidade e sem evolução morfodinâmica de batimetria. Neste teremos MH+MQA acoplados, o MH definido, com ou sem efeitos de ondas, roda junto com um MQA acoplado para transporte de sal e/ou temperatura. Outros cenários de MQA e MS podem ser vinculados ao MH desenvolvido, mas nesta opção rodariam desacoplados.
MH+MS: Análises de circulação hidrodinâmica sem efeitos de gradientes de densidade e com evolução morfodinâmica de batimetria. Neste caso teremos MH+MS acoplados, o MH desenvolvido, com ou sem efeitos de ondas, roda junto com MS de sedimentos não-coesivos e/ou coesivos acoplados para transporte de sedimentos e processos de erosão e assoreamento. Outros cenários de MQA e MS podem ser vinculados ao MH desenvolvido, mas nesta opção rodariam desacoplados.
MH+MQA+MS: Análises de circulação hidrodinâmica com efeitos de gradientes de densidade e com efeitos de evolução morfodinâmica. Neste caso teremos MH + MQA + MS acoplados, o MH definido, com ou sem efeitos de ondas, roda junto com um MQA acoplado para transporte de sal e/ou temperatura e junto com MS de sedimentos não-coesivos e/ou coesivos acoplados para transporte de sedimentos e processos de erosão e assoreamento. Outros cenários de MQA e MS podem ser vinculados ao MH desenvolvido neste caso, mas rodariam desacoplados.
Vale destacar que no SisBaHiA® pode-se rodar de modo acoplado MH + MGO + MPO + MQA(Salinidade) + MQA(Temperatura) + MS(não-coesivos) + MS(coesivos). Neste caso, os modelos sentem efeitos uns dos outros, pois são interdependentes.
Em qualquer dos casos, outras análises envolvendo aspectos de qualidade de água ou transporte de sedimentos a serem modeladas com um MQA ou um MS podem ser feitas de modo desacoplado. Nestes casos, os MQA e MS serão modelos clientes vinculados a um MH e só podem rodar depois de obtidos os resultados do MH vinculante.
O modelo hidrodinâmico do SisBaHiA® é chamado de FIST3D (filtered in space and time 3D)1Rosman, P.C.C. – Modeling Shallow Water Bodies via Filtering Techniques. Ph.D. thesis Civil Engineering Department, Massachusetts Institute of Technology, 1987 . Trata-se de um eficiente modelo numérico hidrodinâmico, tridimensional, para escoamentos homogêneos e de grande escala. O modelo é composto por dois módulos:
Um módulo 2DH, que calcula correntes promediadas na vertical e a elevação da superfície livre. Por razões de eficiência numérica, o modelo FIST3D sempre inclui esse módulo.
Um módulo 3D que calcula o campo de velocidades tridimensional, com duas opções de metodologia definidas pelo usuário.
Em modelagens hidrodinâmicas 3D, os dois módulos funcionam acoplados e são interdependentes. O módulo 2DH pode ser executado como um módulo independente, se o modelador desejar apenas valores promediados na vertical. Entretanto, como já mencionado, se um campo de escoamento 3D for desejado, existem duas opções disponíveis, e ambas são acopladas ao módulo 2DH:
a) Modelo 3D completo, totalmente numérico.
b) Modelo 3D analítico-numérico para perfis de velocidade no campo de escoamento horizontal. Esta opção é mais eficiente em termos computacionais, mas apenas inclui a aceleração advectiva do módulo 2DH. Portanto, os resultados obtidos são menos precisos em regiões nas quais as acelerações advectivas variem significativamente ao longo da profundidade. Nessa opção, os perfis de velocidade são computados através de uma solução que é função das velocidades 2DH promediadas na vertical, elevação da superfície livre, rugosidade equivalente de fundo do módulo 2DH, e da velocidade do vento atuando na superfície livre da água.
Em ambos os casos os gradientes de elevação da superfície e as tensões de atrito no fundo acoplam os dois módulos, sendo que um acoplamento adicional é garantido ao se forçar que as velocidades médias na vertical sejam iguais em ambos os módulos. O módulo 3D utiliza as elevações da superfície livre obtidas no módulo 2DH. Em sequência, o módulo 2DH utiliza as tensões de atrito no fundo obtidas dos perfis verticais de velocidade calculadas no módulo 3D.
No caso da opção estritamente numérica, (a), os perfis de velocidades calculados no módulo 3D são integrados na vertical e comparados com as velocidades 2DH obtidas no módulo 2DH. Caso necessário, os perfis de velocidade 3D são ajustados de modo a fazer coincidir as velocidades médias na vertical nos dois módulos.
3Características da área de estudo
Considerada como o mais importante sistema estuarino do Estado do Rio de Janeiro, a Baía de Guanabara, v. Figura 1. A BG encontra-se na segunda Região Metropolitana de maior importância para o Brasil, localizada entre as latitudes 22°40’ e 23°05’ Sul e longitudes 43°00’ e 43°20’ Oeste, possui um espelho d’água de aproximadamente 380km2 de área com um volume aproximado de 3×109m3 com profundidade média de 5.7m. As maiores profundidades chegam a 50m no estreitamento entre os Fortes de São João e Santa Cruz.
Sua bacia de drenagem possui aproximadamente 4.000km2 compondo a Região Hidrográfica da Baía de Guanabara que drena 16 municípios. Os principais rios que compõem a Bacia Hidrográfica são: Iguaçu, Caceribu, Macacu, Guapimirim, Estrela, Sarapuí e o São João de Meriti. Estes rios são os que mais contribuem com aporte de água doce, junto com outros 51 rios e canais que drenam uma área que engloba 10 milhões de habitantes, cerca de 80% da população do estado do Rio de Janeiro.
Figura 1. Vista aérea da Baía de Guanabara e o seu entorno. Fonte: Mosaico gerado a partir de imagens do satélite Landsat 8 OLI (Operational Land Imager) obtidas no ano de 2016.
A expansão urbana e populacional nesta região ocorreu sem o acompanhamento de serviços de esgotamento sanitário adequados, contribuindo desta forma para a poluição através do esgoto doméstico não tratado, que é considerado um dos maiores agentes poluidores dos rios e da Baía de Guanabara atualmente.
Neste contexto, estudos sobre a circulação hidrodinâmica e taxa de renovação da água nesta baía podem auxiliar na definição de áreas críticas de poluição. Estes estudos são capazes de identificar áreas estagnadas onde a circulação hidrodinâmica natural do sistema não é suficiente para diluir a poluição ou dispersá-la levando-a para longe da costa.
4Modelagem Digital do Terreno
O primeiro passo para análises de hidrodinâmica ambiental em uma região é a modelagem digital do terreno. Essa etapa, no contexto de modelagem, inclui a definição do domínio de interesse, discretização desse domínio e caracterização do terreno com dados de batimetria e rugosidade de fundo. Nos itens a seguir, descreve-se o que foi feito para a Baía de Guanabara.
4.1Definição do domínio de interesse
A definição do domínio de modelagem compreende a etapa inicial de construção do modelo. Esse domínio é limitado por contornos terrestres e abertos. Em geral contornos abertos têm fluxo livre, mas níveis especificados, e usualmente delimitam o encontro da massa de água modelada com a massa de água exterior.
O contorno de terra representa as margens de baías ou lagoas, seções de rios ou canais e margens de ilhas que estão dentro do domínio de modelagem. Já o contorno de água delimita o domínio de modelagem não prescrito pelo contorno físico, como é o caso de entradas de baías e estuários. O alcance de ambos contornos devem ser pensados de acordo com o interesse específico de cada modelagem.
No caso da BG exemplificado, ambos os contornos foram definidos a partir de imagens do Google Earth do dia 03/08/2015, e foram unidos e redesenhados usando o programa Surfer, constituindo o mapa base para este estudo, cf. Figura 2. Na figura, o mapa ficou propositalmente maior que o domínio, de modo a facilitar a localização e ter espaço para incluir escalas e outras informações usuais em mapas para relatórios técnicos
Figura 2. Mapa base da Baía de Guanabara utilizado na modelagem.
4.2Malha de discretização
Após exportar o mapa base e seus respectivos contornos para o SisBaHiA®, foi confeccionada a malha de elementos finitos utilizada na discretização do domínio espacial do modelo, Figura 3. A malha do domínio resultou em 1412 elementos totais, sendo 1367 elementos quadrangulares e 45 triangulares, e contendo um total de 6356 nós de cálculo, como mostra o quadro de informações na tela inicial do item “Malhas & Domínios de Modelagem”, Figura 4. Esta tela reúne estas informações assim que a malha é criada no item “Modelagem” encontrado no canto superior direito da tela inicial do SisBaHiA®.
Figura 3. Domínio de modelagem e malha de discretização utilizada
Figura 4. Tela do SisBaHiA® com as informações sobre a malha e o domínio de modelagem no quadro a direita.
4.3Batimetria
Os dados de batimetria da Baía de Guanabara adotados provem de cartas náuticas da DHN - Diretoria de Hidrografia e Navegação da Marinha do Brasil, disponíveis na página https://www.marinha.mil.br/chm/dados-do-segnav/cartas-raster. Especificamente, das cartas náuticas Baía de Guanabara no 1501 (escala 1:50.000), Barra do Rio de Janeiro no 1511 (escala 1:20.000) e Porto do Rio de Janeiro no 1512 (escala 1:20.000), todas editadas e atualizadas pela DHN.
Os dados de batimetria foram reunidos e organizados para serem posteriormente interpolados através do SisBaHiA®, que utiliza o programa Surfer para esta pelo método Kriging. O mapa com as batimetrias resultantes para o domínio de modelagem está disposto na Figura 5.
Os dados interpolados de batimetria utilizados na modelagem podem ser extraídos acessando a base de dados no SisBaHiA® em Malha & Domínios de Modelagem na aba Nós, e clicando posteriormente com o botão direito na tabela mostrada na Figura 6.
Figura 5. Batimetria da Baía de Guanabara utilizada no domínio de modelagem.
Figura 6. Tela de Malhas & Domínios de Modelagem na aba de Nós, onde é possível extrair as coordenadas “X” e “Y” em UTM dos nós da malha, e os dados de batimetria e rugosidade equivalente de fundo em metros.
4.4Rugosidade equivalente de fundo
A tensão de atrito no fundo depende da amplitude da rugosidade equivalente de fundo que é determinada em função da natureza do sedimento do fundo da área a ser modelada. Os valores desta rugosidade devem ser dados ao modelo hidrodinâmico em todo seu domínio. Estes são adotados através de uma aproximação seguindo os valores sugeridos por ABBOTT e BASCO (1989) adaptado na Ref. Técnica do SisBaHiA®, v. ROSMAN (2018), como mostrado na Tabela 1.
As informações de rugosidade adotadas neste estudo foram baseadas no estudo de AMADOR (2012), no qual caracterizou os tipos de sedimento segundo sua granulometria. Ao norte da Baía de Guanabara são encontradas regiões que predomina a presença de argilas e siltes e na região central até sua embocadura há predominância de areias finas e fora da baía encontram-se fundos compostos por areias grossas.
Tabela 1. Valores sugeridos para a amplitude efetiva da rugosidade equivalente de fundo, ε. Parte da tabela extraída da Ref. Técnica do SisBaHiA®, v. ROSMAN (2018), adaptado de ABBOTT e BASCO (1989).
Figura 7. Amplitude da rugosidade equivalente de fundo da Baía de Guanabara utilizada no domínio de modelagem.
Os dados interpolados de rugosidade equivalente de fundo utilizados na modelagem podem ser extraídos acessando a base de dados no SisBaHiA® em Malha & Domínios de Modelagem na aba Nós, e clicando posteriormente com o botão direito na tabela mostrada na Figura 6.
5Modelo desenvolvidos
Os modelos desenvolvidos para modelagem da hidrodinâmica e de aspectos de qualidade de água na Baía de Guanabara fazem parte do SisBaHiA® - Sistema Base de Hidrodinâmica Ambiental. O SisBaHiA® encontra-se continuamente sendo ampliado e aperfeiçoado na COPPE/UFRJ desde 1987, através de várias teses de mestrado e doutorado, além de projetos de pesquisa envolvendo modelagem de corpos de água naturais. Maiores detalhes sobre o SisBaHiA® podem ser obtidos no site www.sisbahia.coppe.ufrj.br. Os modelos adotados nesse projeto são:
Modelo Hidrodinâmico: é um modelo de circulação hidrodinâmica 3D ou 2DH otimizado para corpos de água naturais. Resultados podem ser tanto 3D quanto 2DH, dependendo dos dados de entrada. “Otimizado” é usado no sentido de um modelo planejado para ótima representação de escoamentos em domínios naturais com geometria complexa. Processos de calibração são minimizados devido a fatores como: discretização espacial via elementos finitos quadráticos e transformação s, permitindo ótimo mapeamento de corpos de água com linhas de costa e batimetrias complexas, campos de vento e atrito do fundo podendo variar dinamicamente no tempo e no espaço, e modelagem de turbulência multi-escala baseada em Simulação de Grandes Vórtices (LES). Pode-se incluir efeitos de gradientes de densidade acoplando modelos de transporte de sal e calor dos Modelos de Qualidade de Água, vide abaixo, a modelos hidrodinâmicos. Pode-se também incluir evolução morfológica do fundo, com acoplamento de Modelos de Transporte de Sedimentos, de Geração e de Propagação de Ondas descritos abaixo. Permite análises determinísticas e estatísticas nos resultados obtidos. No exemplo deste relatório, adotou-se modelo 2DH sem gradientes de densidade.
Modelos de Transporte Eulerianos: são modelos de uso geral para simulação de transporte advectivo-difusivo com reações cinéticas de escalares dissolvidos ou partículas em suspensão na massa d’água. Os modelos podem ser aplicados a escoamentos 2DH, ou em camadas selecionadas de escoamentos 3D. Permitem a utilização de praticamente qualquer tipo de reação cinética de decaimento ou produção do contaminante sendo modelado, inclusive através de curvas de decaimento fornecidas através de tabelas e valores. Pode-se também simular processos de perda ou ganho de massa por sedimentação e erosão. Este modelo opera o transporte de sedimentos coesivos com evolução morfológica do fundo. Permite análises determinísticas e estatísticas nos resultados obtidos.
5.1Cenários de Modelagem
Para uma melhor caracterização da hidrodinâmica e da renovação das águas das baías, é interessante apresentar análises com diferenças sazonais que consideram diferentes padrões de ventos, marés e descargas fluviais. Sendo assim, foram propostos dois cenários de simulação. O primeiro cenário proposto foi janeiro de 2016, representativo de verão, e o segundo cenário foi julho de 2016, representativo de inverno. O ano escolhido está de acordo com a disponibilidade de dados mais recentes.
A Figura 8 mostra a tela inicial do modelo hidrodinâmico do SisBaHiA® com as configurações iniciais da simulação de janeiro, sendo as mesmas aplicadas para o modelo de julho. O passo a passo para a montagem de um modelo está presente nos próximos itens de forma simplificada. Para maiores detalhes nesta montagem e também especificações de ferramentas presentes neste modelo acesse o link: http://www.sisbahia.coppe.ufrj.br/ManualSisbahia.htm, do “Manual do Usuário do SisBaHiA®”.
Figura 8. Tela inicial do Modelo Hidrodinâmico do SisBaHiA® com informações sobre a simulação consideradas, Janeiro e Julho, ambos para o ano de 2016.
5.2Dados oceanográficos
Os itens a seguir descrevem os dados oceanográficos inseridos no modelo bem como explica a metodologia utilizada para a melhor representação da hidrodinâmica no domínio de modelagem.
5.2.1Marés
A maré inserida na fronteira aberta foi a combinação da maré astronômica com a maré meteorológica representativa do domínio de modelagem para os cenários considerados, janeiro de 2016 e julho de 2016.
A maré astronômica utilizada foi gerada a partir das constantes harmônicas fornecidas pela Fundação de Estudos do Mar (FEMAR), referentes à estação Porto do Rio de Janeiro (Ilha Fiscal) – RJ, cuja localização está indicada na Figura 9. Estas constantes harmônicas foram calibradas para as famílias de constantes mais energéticas (famílias 2, 1 e 4), com o objetivo de fornecer condições de maré astronômica na fronteira aberta do nosso domínio de modelagem. A família 3 por ter amplitudes muito pequenas dispensa calibração. A Tabela 2 mostra as constantes harmônicas calibradas que foram inseridas na fronteira aberta do domínio de modelagem.
Figura 9. Localização da estação maregráfica Porto do Rio de Janeiro (Ilha Fiscal) – RJ, dentro do domínio de modelagem.
Tabela 2. Tabela de constantes harmônicas, ordenadas por amplitude decrescente, calibradas para a fronteira aberta do domínio de modelagem, a partir das constantes da estação Porto do Rio de Janeiro (Ilha Fiscal), e seus respectivos valores de período, amplitude e fase.
Os dados de maré meteorológica foram obtidos através da plataforma de reanálise HYCOM (www.hycom.org), que proporcionou dados médios diários da elevação, que para a região sul-sudeste do Brasil, estão associados à maré meteorológica. Foram obtidas séries para os dois cenários modelados referentes a janeiro e julho de 2016. Os dados são facilmente extraídos usando uma das ferramentas do SisBaHiA®, como ilustra a Figura 10.
Figura 10. Exemplo de uso da ferramenta de extração de informações do HYCOM.
A condição de elevação para nó da fronteira aberta foi calculada somando a maré meteorológica e a maré astronômica. Aplicou-se também uma defasagem a cada nó da fronteira aberta calculada de acordo com as coordenadas de cada ponto da fronteira aberta. A Figura 11 mostra onde estas informações são adicionadas ao modelo hidrodinâmico no SisBaHiA®.
Na Figura 12 e na Figura 13 estão as séries de elevação das marés astronômica, meteorológica e a condição na fronteira aberta, resultado da soma das duas anteriores para os meses de janeiro e julho de 2016, respetivamente.
Para extrair os dados de elevação fornecidos na fronteira aberta nesta modelagem, basta abrir a base de dados no SisBaHiA®, acessar o Modelo Hidrodinâmico de Janeiro ou Julho na aba Fronteiras\Contornos\Aberto, e clicar com o botão direito na tabela de Tempo(s) e Elevação mostrada na Figura 11.
Figura 11. Tela do Modelo Hidrodinâmico do SisBaHiA® na aba “Fronteiras/Contornos/Abertos”, local onde é adicionada a série de elevações da maré no primeiro nó da Fronteira Aberta. A coluna “Dif. Fase” corresponde aos valores da diferença de fase adicionado proporcionalmente a cada nó de cálculo pertencente a Fronteira Aberta do modelo.
Figura 12. Series temporais de maré meteorológica, astronômica e total consideradas na fronteira aberta da modelagem hidrodinâmica para o mês de janeiro de 2016, com cotas relativas ao nível médio de maré. Para obter a maré relativa ao nível de referência adotado na modelagem é necessário somar 0.7m aos valores mostrados no gráfico, correspondente ao NR da CN-1501 da DHN.
Figura 13. Series temporais de maré meteorológica, astronômica e total consideradas na fronteira aberta da modelagem hidrodinâmica para o mês de julho de 2016, com cotas relativas ao nível médio de maré. Para obter a maré relativa ao nível de referência adotado na modelagem é necessário somar 0.7m aos valores mostrados no gráfico, correspondente ao NR da CN-1501 da DHN.
5.2.2Correntes costeiras longitudinais - Nível Médio Diferencial
As correntes longitudinais costeiras de direção leste-oeste que estão presentes na costa da cidade de Rio de Janeiro, e influenciam o padrão de correntes na entrada da Baía de Guanabara, foram introduzidas na modelagem através de uma ferramenta do SisBaHiA® denominada Nível Médio Diferencial (NMD).
A metodologia desta ferramenta consiste em colocar uma série temporal forçante que gera estas correntes residuais. Conhecendo previamente o valor máximo das correntes e a direção delas, é necessário definir um eixo pivô pelo qual estas correntes se direcionam e calibrar a série geradora de correntes para que os valores máximos das correntes geradas não superem os valores máximos de corrente conhecidos. A Figura 14 mostra a aba do NMD, onde são adicionadas as informações necessárias para a simulação destas correntes.
Portanto, outra condição de fronteira inserida ao domínio de modelagem foi a série de valores do nível médio diferencial da região. As séries de valores utilizada para gerar as correntes longitudinais corresponderam aos valores de elevação associados a eventos meteorológicos que representam os dados de elevação obtidos através da plataforma HYCOM, para os meses de janeiro e julho de 2016, mostrados nas Figura 12 e Figura 13 respetivamente. Estas correntes fluem de forma cíclica, seguindo os eventos meteorológicos característicos de verão e inverno e possuem direção paralela à costa, ou seja, de leste-oeste.
Para extrair os dados de correntes costeiras inseridos na fronteira aberta nesta modelagem, basta abrir a base de dados no SisBaHiA®, acessar o Modelo Hidrodinâmico de Janeiro ou Julho na aba Fronteiras\Nível Médio Diferencial, e clicar com o botão direito na tabela de Tempo(s) e Valor mostrada na Figura 14.
Figura 14. Tela do Modelo Hidrodinâmico do SisBaHiA® referente ao “Nível Médio Diferencial”, ferramenta no qual é inserido o mecanismo que resulta nas correntes paralelas a costa no domínio de modelagem.
5.3Dados hidro-meteorológicos
Este item reúne dados sobre vazões e ventos inseridos para a modelagem hidrodinâmica e suas respectivas fontes e metodologia aplicada.
5.3.1Vazões
As vazões fluviais dos principais rios contribuintes da Baía de Guanabara foram introduzidas na modelagem utilizando valores de fluxo médio mensal fornecidos pela Agência Nacional de Águas (ANA, 2016). Os rios considerados na modelagem estão desenhados no mapa base da Figura 2.
Para introduzir a sazonalidade na vazão dos rios nos meses de janeiro e julho, representativos de verão e inverno respetivamente, foi feita uma ponderação sobre o fluxo médio mensal informado pela ANA utilizando a curva de aporte total de água doce na Baía de Guanabara obtida no estudo de KJERFVE, RIBEIRO, et al. (1997), Figura 15. O cálculo de ponderação considerou a proporção de água doce de janeiro e julho com respeito ao volume total de água do ano típico representado na Figura 15 e, posteriormente, foi aplicada essa proporção aos valores de fluxo médio fornecidos pela ANA dos rios considerados na modelagem.
É importante ressaltar que a ponderação realizada é aproximada e válida em rios em que o efeito do ciclo hidrológico module a vazão local, mas não seria indicada para rios que apresentam grande proporção de vazão com águas servidas ou efluentes de estações de tratamento de esgoto e que, portanto, não seguem o ciclo hidrológico.
Figura 15. Aporte total de água doce na Baía de Guanabara. Fonte: Adaptado de KJERFVE et al. (1997).
Para introduzir os rios na modelagem utilizou-se tipo de nó “P9” que permite modelar, através de um talude prescrito, o efeito da maré sobre o fluxo do rio, invertendo o sentido do fluxo ou diminuído a sua velocidade. A intrusão deste efeito da maré em rios é importante quando o efeito da maré for além do ponto final do rio a montante considerado na modelagem, como ocorreu no caso que está sendo apresentado neste relatório.
Neste trabalho foram definidos taludes de forma preliminar. Na Ref. Técnica do SisBaHiA®, v. ROSMAN (2018), essa condição é explicada em maior detalhe, sendo apresentada metodologia de estimativa de taludes.
No SisBaHiA®, dados de vazão têm que ser prescritos em m3/s/m distribuída em nós de um segmento de fronteira. A vazão é inserida no modelo como uma distribuição parabólica quadrática pelo lado do respectivo elemento, centrada no meio do lado. Os rios afluentes à BG foram representados com apenas um elemento na seção. A vazão foi inserida no nó central do lado do elemento na fronteira, seguindo a relação a seguir:
Onde q é a vazão distribuída no lado do elemento (m3/s/m), Q é a vazão fluvial (m3/s) e L é a largura da seção transversal do elemento (m).
Essas informações são definidas na aba Fronteiras/Contornos/Terrestres, como mostra a imagem da tela do SisBaHiA® na Figura 16.
Como percebe-se na Figura 16, os valores de vazão são acompanhados por um sinal negativo, que indica que o fluxo está entrando no domínio, ou seja, é um afluxo. Se fosse positivo, indicaria que o fluxo está saindo do sistema, ou seja, um efluxo. Esse sinal é sempre referente ao sentido do vetor normal, que aponta para o exterior da malha, no respectivo lado. Maiores explicações podem ser encontradas na Ref. Técnica do SisBaHiA®, v. ROSMAN (2018).
Figura 16. Tela do Modelo Hidrodinâmico do SisBaHiA® na aba “Fronteiras/Contornos/Terrestres” com os nós do Tipo 9 filtrados na tabela de nós terrestres, que correspondem aos que foram inseridos os valores das vazões.
Na Tabela 3 se mostram os valores de referência da ANA para os rios modelados, e as vazões finais consideradas introduzindo o efeito da sazonalidade conforme descrito acima, para os meses de janeiro e julho de 2016.
Tabela 3. Valores de vazão média mensal e valores de vazão considerados para os meses de janeiro e julho para os principais rios da Baía de Guanabara considerados na modelagem.
5.3.2Ventos
A tensão de atrito do vento na superfície livre é calculada pelo modelo quando se prescreve valores de velocidades em estações localizadas sobre o domínio de modelagem, e o modelo interpola valores de direção e intensidade dos ventos para cada nó da malha. Com o objetivo de introduzir na modelagem um vento variável no tempo e variado no espaço, adotou-se séries temporais de oito estações, como mostra a tela do SisBaHiA® na Figura 17. As estações, ilustradas na Figura 18, possuem séries temporais de intensidade de velocidade e direção para o tempo total de simulação.
Os dados de ventos utilizados neste trabalho são dados de reanálise disponibilizados pelo site http://apps.ecmwf.int/datasets/data/interim-full-daily/levtype=sfc/, do ECMWF – European Comunity Medium scale Weather Forecast. As séries temporais obtidas contem valores a cada seis horas de velocidades das componentes Leste (U) e Norte(V) dos ventos. Repare na Figura 17, que os dados inseridos no modelo estão na forma de intensidade de velocidade e direção dada pelo ângulo com o eixo Leste-Oeste (x). O formato de entrada no modelo pode ser dessa forma, ou com valores de intensidade e azimute indicando a direção do vento. A conversão dos formatos de dados foram realizadas através de ferramentas de conversão do SisBaHiA®.
Para extrair os dados de vento inseridos na modelagem nas estações definidas na Figura 18, basta abrir a base de dados no SisBaHiA®, acessar o Modelo Hidrodinâmico de Janeiro ou Julho na aba Variáveis Meteorológicas\Vento, selecionar a estação desejada e clicar com o botão direito na tabela de Tempo, Intensidade e Direção mostrada na Figura 17.
Figura 17. Tela do Modelo Hidrodinâmico do SisBaHiA® na aba “Variáveis Meteorológicas/Vento”, onde são inseridas as informações dos ventos considerados para as modelagens. Na tabela a esquerda encontra-se a estação P27 e a direita a série temporal de dados de intensidade e direção dos ventos referentes a mesma.
Figura 18. Localização das estações nas quais foram retirados os dados de reanálise dos ventos, a partir do ECMWF.
A Figura 19 e Figura 20 ilustram os padrões de ventos obtidos para os meses de janeiro e julho que foram utilizados para as modelagens deste projeto. Os ventos possuem certa predominância na direção nordeste-sudeste e velocidade máxima de 8.5 m/s. Estes ventos mais intensos são de norte e nordeste no mês de janeiro e no mês de julho são de sul, devido a maior passagem de frentes frias durante o período de inverno.
Figura 19. Dados de ventos representativos do mês de janeiro de 2016 para a estação P27 inseridas no modelo hidrodinâmico. As setas são proporcionais ao módulo da velocidade do vento assim como o padrão de cores de fundo e a direção das setas indicam a direção do vento.
Figura 20. Dados de ventos representativos do mês de julho de 2016 para a estação P27 inseridas no modelo hidrodinâmico. As setas são proporcionais ao módulo da velocidade do vento assim como o padrão de cores de fundo e a direção das setas indicam a direção do vento.
5.4Estações
Dentro do domínio de modelagem, escolheram-se algumas estações, onde foram gravados resultados temporais a cada trinta minutos, que estão dispostas na tabela a direita da imagem da Figura 21. Esta tabela indica as coordenadas dos nós em que estão alocadas. Para os resultados temporais das taxas de renovação foram selecionadas seis das dezenove cuja a localização das mesmas estão distribuídas no mapa da Figura 22.
Figura 21.Tela do Modelo Hidrodinâmico do SisBaHiA® na aba “Resultados”, onde está a tabela de todas as estações consideradas para as modelagens.
Figura 22. Mapa de estações de gravação de resultados temporais a cada trinta minutos.
5.5Calibração
A calibração de modelos de hidrodinâmica ambiental é um processo que segue três passos, para mais detalhes, consulte a Ref. Técnica do SisBaHiA®:
Calibração geométrica: aferir se a modelagem digital do terreno do domínio de modelagem, garantindo que este represente adequadamente os contornos e batimetrias da região de interesse.
Calibração hidrodinâmica: aferir se os modelos hidrodinâmicos representam adequadamente a variação de níveis de água e correntes na região de interesse, sob diversas condições, sejam elas marés, ventos e vazões. É importante que estas informações sobre as forçantes da circulação hidrodinâmica local estejam corretas.
Calibração de modelos de transporte de escalares: aferir se os modelos de transporte escalares são capazes de representar adequadamente as concentrações de parâmetros de qualidade de água ou vazões sólidas ao longo do tempo. As informações sobre fontes poluentes e sobre taxas de reação de parâmetros não conservativos, como de coliformes tolerantes, sejam corretas.
Uma boa calibração dos modelos de transportes de escalares depende da calibração do modelo hidrodinâmico, que por sua vez depende da calibração geométrica. O processo de calibração é importante para obter resultados confiáveis a partir de modelagem computacional. Neste trabalho foram realizadas a calibração geométrica com base nas cartas náuticas disponibilizadas pela DHN e a calibração das elevações dos níveis de água descrito no item à seguir.
5.6Calibração das elevações dos níveis de água
Conforme indicado na seção 5.2.1, para este trabalho foi realizada a calibração de constantes harmônicas da maré astronômica. Esta calibração faz parte da calibração do modelo hidrodinâmico.
O processo de calibração adotou a técnica de problema inverso que, em termos matemáticos para um problema de equações diferenciais parciais, consiste basicamente em definir condições de contorno de modo a obter uma determinada resposta no domínio de interesse. A seguir, estão detalhados os passos realizados durante o processo de calibração:
Selecionou-se a componente de maior amplitude das famílias de constantes harmônicas mais energéticas da Ilha Fiscal. No caso, conforme pode ser verificado na Tabela 2 , as constantes selecionadas de cada família foram as constantes O1, M2 e M4.
Aplicou-se isoladamente cada constante selecionada como forçante harmônico simples na fronteira aberta do domínio de modelagem e foi realizada uma rodagem com uma duração suficiente para que o modelo hidrodinâmico atingisse o estado de equilíbrio dinâmico.
Para cada constante e cada rodada, comparou-se a previsão de elevação gerada pela constante que está sendo calibrada e que foi inserida na fronteira aberta, com a elevação obtida na modelagem para o ponto da Ilha Fiscal, no interior do domínio de modelagem. A diferença entre as amplitudes e a diferença de fase definem o fator de ajuste na amplitude e na fase a ser considerado. Os passos 2 e 3 foram repetidos até obter uma boa calibração da constante harmônica.
Após a calibração das constantes representantes de cada família, o ajuste total realizado na amplitude e na fase para a calibração das mesmas foi aplicado também às restantes constantes do grupo. Note-se que o atraso da fase em graus, é relativo ao período específico de cada constante harmônica e, portanto, será diferente para cada constante.
Uma vez finalizada a calibração de todas as constantes de maré, testou-se o resultado da calibração. Foi comparado o resultado de elevação na Ilha Fiscal gerado pelo modelo hidrodinâmico com as constantes calibradas inseridas na fronteira aberta, com a maré prevista na estação da Ilha Fiscal a partir das constantes harmônicas fornecidas pela FEMAR. Dependendo da avaliação do modelador, pequenos ajustes secundários podem ser feitos.
O resultado da calibração de constantes harmônicas realizado para este modelo da Baía de Guanabara mostra-se na Figura 23. O gráfico mostra uma boa calibração das constantes harmônicas aplicadas na fronteira aberta do modelo. Constata-se a consistência das amplitudes e das fases entre os níveis previstos e modelados para o local da estação maregráfica da Ilha Fiscal, localizada no interior da Baía de Guanabara.
Figura 23. Gráficos comparativos de séries temporais de níveis de maré previstos e modelados na estação maregráfica da Ilha Fiscal, para os períodos de modelagem. É possível observar coerência entre ambas séries.
6Modelo de transporte Euleriano
Os cálculos da taxa de renovação e idade da água foram realizados através do Modelos de Transporte Eulerianos do SisBaHiA®. Esse pode ser utilizado para análises gerais de qualidade de água alterada por algum escalar cuja concentração não interfere na hidrodinâmica. O modelo admite ampla variedade de tipos de reações cinéticas entre a substância e água do meio receptor.
Foram modelados dois cenários para cada uma das análises. Um cenário de verão, calculado a partir da modelagem hidrodinâmica do mês de janeiro de 2016, e outro cenário de inverno, calculado a partir da de julho de 2016. A imagem da Figura 24, mostra a tela inicial deste modelo com as especificações da modelagem de verão da taxa de renovação de forma representativa.
Figura 24. Tela do Modelo de Transporte Euleriano do SisBaHiA®, utilizado para as simulações das taxas de renovação e da idade da água para os cenários de verão e inverno.
6.1Taxa de renovação
Para preparar o modelo da taxa de renovação marca-se no instante inicial um valor de referência igual a zero para as águas que estão dentro do sistema. A renovação devida ao efeito da maré considera que a água que entra no domínio pela fronteira aberta possui valor de referência igual a cem. Para o aporte fluvial, considera-se que as vazões fluviais afluentes ao domínio, na cabeceira dos rios, possuem o valor cem também. A renovação total das águas é calculada a partir da combinação destas duas condições iniciais.
Desta forma, a porcentagem de água renovada no domínio será diretamente proporcional a esta concentração, variando de 0% a 100%, sofrendo apenas advecção e dispersão em todo domínio. Ao longo do tempo de simulação, trocas de águas e processos de mistura ocorrem desde o instante inicial, originadas das bacias hidrográficas e da região costeira. Os valores resultantes destas simulações são interpretados como porcentagem de água nova que entrou na região de interesse, delimitada pelo sistema lagunar.
É válido ressaltar que as águas consideradas “novas” não são necessariamente águas limpas. O modelo em questão não representa a qualidade das águas, pois não foram prescritas quantidades de matéria orgânica ou nutrientes afluentes no sistema, por exemplo. A Figura 25 mostra a condição inicial dada ao Modelo de Transporte Euleriano que representa a taxa de renovação espacial do domínio de modelagem. Foram rodados cenários de verão e inverno durante noventa dias, no qual trinta dias correspondem aos dias de simulação do modelo hidrodinâmico, sendo reproduzidos em ciclo até completar os noventa dias os resultados obtidos no modelo hidrodinâmico.
Ao se rodar o modelo da Taxa de Renovação por um tempo "suficientemente longo" as concentrações tendem a 100% em todo o domínio. Mais explicações sobre a concepção do modelo de Taxa de Renovação podem ser encontradas no capítulo 5 da Ref. Técnica do SisBaHia®, v. ROSMAN (2018).
Figura 25. Condição inicial imposta nos modelos de transporte Euleriano para o cálculo da taxa de renovação da Baía de Guanabara.
6.2Idade da água
A análise da idade da água permite analisar quanto tempo a água permanece em diferentes setores ao longo do tempo. Este tempo é estimado a partir do decaimento de uma substância passiva marcadora de idade presente na água. Para poder determinar o tempo de decaimento, é obrigatório que a substância marcadora de idade tenha reação cinética de decaimento de primeira ordem, com taxa constante de k / 0, sem outros efeitos de perdas e ganhos de massa.
Para conceituar o cálculo, é considerado um volume de água bem misturado com concentração inicial C0 de tal substância. Sendo a cinética de decaimento de primeira ordem, a variação no tempo da concentração da substância marcadora de idade, C(t), é dada por: dC ⁄ dt = -kC, cuja solução analítica leva a: C(t) = C0 exp(-kt) e, portanto, t = -ln (C ⁄ C0) ⁄ k.
Conhecida a concentração inicial C0 e uma concentração C registrada posteriormente, determina-se diretamente o tempo de decaimento decorrido entre o instante inicial e o instante do registro de C. A diferença entre estes dois instantes define a “Idade da Água” no instante do registro.
Como se trata de um corpo de água natural, com entradas de água nova com C = C0 em diferentes pontos e tempos, bem como saídas de água que já sofreram decaimento e que apresentam concentrações diferentes em diversos pontos e tempos, a concentração é função do tempo e do espaço, C (x,y,t). Consequentemente, a Idade da Água será uma função variando no espaço e no tempo: IA (x,y,t) = ( -ln (C (x,y,t)) / C0) ⁄ k.
Pelo exposto, para preparar o modelo de idade da água marca-se no instante inicial C(x,y,t0) = C0 = 1 em todo o domínio de modelagem, Figura 26. Consequentemente, no início IA = 0, pois o ln (1) = 0 em todos os locais. As novas águas que entram no domínio pelos principais afluentes tem idade zero e, por isso, devem ter concentração de substância marcadora de idade igual a um.
A medida em que as águas iniciais e as águas novas com IA = 0 vão se misturando no domínio de interesse e sendo transportadas, o valor de C vai diminuindo em cada local em função do processo de decaimento. Com isso, o valor de IA torna-se diferente em cada ponto, pois depende da magnitude das correntes e da turbulência no local.
Maiores explicações sobre a concepção do modelo de Idade da Água podem ser encontradas no capítulo 5 da Ref. Técnica do SisBaHiA®, v. ROSMAN (2018).
Figura 26. Condição inicial imposta nos modelos de transporte Euleriano para o cálculo da idade da água na Baía de Guanabara.
7Resultados
Abaixo estão dispostos os resultados obtidos inicialmente pela modelagem hidrodinâmica e posteriormente os da taxa de renovação e idade da água dentro do domínio tanto espaciais quanto temporais.
7.1Hidrodinâmico
A seguir, mostram-se os resultados através de animações que representam as velocidades de correntes obtidos nas modelagens hidrodinâmicas para os meses de janeiro, Figura 27, e julho, Figura 28, de 2016. As isolinhas das animações representam o módulo da velocidade, vetores as correntes, onde as setas indicam o sentido das correntes e tamanho a intensidade das mesmas.
As animações mostram um dia corrido de resultados horários para dias onde houveram correntes mais intensas dentro da baía. Esta análise indica o percurso das águas em momentos de marés enchente e vazante.
Figura 27. Animação da distribuição das correntes no domínio de modelagem para um dia da modelagem de janeiro de 2016.
Figura 28. Animação da distribuição das correntes no domínio de modelagem para um dia da modelagem de julho de 2016.
7.2Taxa de Renovação
Os resultados da taxa de renovação das águas serão apresentados em forma de animação das isolinhas de renovação para cada dia de simulação para os cenários de verão e de inverno. Observa-se que a entrada de águas novas na baía se dá pela maré e pelos rios afluentes.
A região norte da baía é renovada principalmente pelos rios que deságuam na região. Nos meses representativos de verão, considerada a estação chuvosa, as vazões dos rios são maiores e contribuem para uma maior renovação das águas nesta região. Na simulação de inverno, com a maior passagem de frentes frias, é possível notar que a renovação ocorre de forma mais rápida na região sul, próxima à embocadura.
Figura 29. Animação da taxa de renovação na Baía de Guanabara durante 90 dias representativos de verão.
Figura 30. Animação da taxa de renovação na Baía de Guanabara durante 90 dias representativos de inverno.
Comparando o instante final de ambas modelagens na Figura 31, é possível notar que as águas da Baía de Guanabara estão mais renovadas na região próxima a sua embocadura devido a influência das águas do mar que entram a cada ciclo de maré. E na região norte, ao fundo, a renovação é maior no cenário de verão por consequência da maior vazão dos rios afluentes na baía. Finalmente, observa-se que a região com menor taxa de renovação é a região central devido a uma menor exposição de mistura com águas consideradas novas.
Figura 31. Taxa de renovação após 90 dias de simulação para o cenário de verão (esquerda) e de inverno (direita).
Nos gráficos da Figura 32 e da Figura 33 estão plotadas as séries temporais da taxa de renovação para as estações definidas na Figura 22. Na estação Canal BG, a mais próxima à embocadura, as águas renovam-se principalmente pelo efeito de subida e descida da maré. Para ambos cenários simulados as estações mais afastadas da embocadura apontam que há uma menor influência da maré na renovação desta região, mas ainda assim seu sinal é notado.
A renovação das águas devido ao aporte dos rios destacam-se mais na modelagem de verão. Neste caso, a vazão dos rios possui maior intensidade devido ao maior índice de precipitação típico. As estações próximas aos rios, ao norte da BG, têm suas águas renovadas cerca de 10% a mais que as taxas resultantes da modelagem de inverno.
Figura 32. Séries temporais da taxa de renovação nas seis estações distribuídas pela Baía de Guanabara da simulação representativa de verão.
Figura 33. Séries temporais da taxa de renovação nas seis estações distribuídas pela Baía de Guanabara da simulação representativa de inverno.
7.3Idade da Água
As animações a seguir mostram os resultados espaciais em isolinhas que representam a idade da água em todo domínio de modelagem. A medida que o tempo de simulação decorre, as águas de dentro do domínio vão ficando mais velhas e misturando-se com as águas novas afluentes. Desta forma, as águas que mais se renovam ficam menos velhas, enquanto que as águas que menos se renovam envelhecem a medida que o tempo de simulação avança.
As animações da Idade da Água ao longo de toda a modelagem são interessantes para observar como é atingido o resultado final em cada uma das modelagens. Porém, o resultado mais importante desta análise é o padrão final da Idade da Água que é atingido quando se alcança o equilíbrio. Neste momento, a Idade da Água de um determinado ponto apresenta somente variações respeito ao seu valor de equilíbrio induzidas pela variação da maré, conforme pode ser observado nas animações. Na Figura 34 e Figura 35 se apresentam as animações referentes a 25h, um ciclo completo de maré do último dia de modelagem, para o caso de verão e inverno quando o equilíbrio é atingido.
Figura 34. Animação da Idade da Água na Baía de Guanabara durante 25h do último dia da modelagem representativa de verão.
Figura 35. Animação da Idade da Água na Baía de Guanabara durante 25h do último dia da modelagem representativa de inverno.
Assim como pôde ser notado no modelo de taxa de renovação, as águas da região central da BG são as menos renovadas e, portanto, as mais velhas. A região central não tem muita influência das águas afluentes dos rios e do mar. A região norte da BG possui águas mais novas, principalmente na simulação de verão, pois as vazões são maiores que as do inverno, o que leva a uma maior renovação geral de toda baía. Já a região próxima à embocadura está sempre circundada de águas mais novas devido à existência de águas provenientes do mar, o que permite uma maior mistura de águas de dentro da baía com o mar.
Os mapas representados na Figura 36 para o instante final desta análise, evidenciam que na região central, principalmente no inverno, as águas na região central da baía são as mais velhas.
Figura 36. Idade da água após 90 dias de simulação para o cenário de verão (esquerda) e de inverno (direita).
Nos gráficos da Figura 37 e da Figura 38 estão plotadas as séries temporais da idade da água para as estações definidas na Figura 22, que quantificam a idade observada nos mapas acima. Na medida que a simulação decorre, a tendência é que estas curvas se estabilizem em um valor de idade da água que pode ser considerado o tempo de residência das águas em cada uma das estações.
Nota-se que nas estações mais próximas a embocadura, a idade da água é dominada pelo ciclo da maré. As estações que estão localizadas ao fundo da baía de Guanabara, Nordeste, Noroeste e Norte da BG, possuem uma idade menor que a Ponte Rio-Niterói, principalmente no verão. Como já comentado anteriormente, a influência dos rios no processo de mistura das águas de toda baía é muito importante.
Embora as amplitudes de maré sejam maiores no inverno, a idade no Canal BG, estação mais próxima à embocadura, se estabiliza em 25 dias após noventa dias de simulação para os cenários simulados. No entanto, a estação Ponte Rio-Niterói, na região central da BG, tem uma diferença de quase 10 dias mais velha no inverno se comparada com o resultado da simulação de verão.
Figura 37. Séries temporais da idade da água nas seis estações distribuídas pela Baía de Guanabara da simulação representativa de verão.
Figura 38. Séries temporais da idade da água nas seis estações distribuídas pela Baía de Guanabara da simulação representativa de inverno.
As análises de taxa de renovação e idade da água permitem realizar estimativas bastante detalhadas em cada região da Baía de Guanabara. De acordo com estes dois resultados podemos inferir que regiões com menor renovação das águas e consequente idade média da água elevada, são regiões onde as reações cinéticas são muito importantes e podem envolver processos de eutrofização. Estas características fazem com que as análises de taxa de renovação e idade da água sejam interessantes para análises de qualidade de água de baías e estuários.
8Referências
Abbott, M., & Basco, D. (1989). Computational fluid dynamics. An introduction for engineers. Logman Scientific and Technical.
Amador, E. (2012). Bacia da Baía de Guanabara. Características geoambientais, formação e ecossistemas. Rio de Janeiro: Editora Interciência.
Costa, M. (2015). Da lama ao caos: um estuário. Cadernos Metrópole, 17, 15-39.
Kjerfve, B., Ribeiro, C., Filippo, G., & Quaresma, V. (1997). Oceanographic characteristics of an impacted coastal bay: Baía de Guanabara, Rio de Janeiro. Continental Shef Research, 17, 1609-1643.
Em www.sisbahia.coppe.ufrj.br, nos itens “Aplicações – Projetos” e “ Pesquisas – Teses”, veja referências de outros trabalhos de modelagem feitos com o SisBaHiA® envolvendo a Baía de Guanabara procurando pela palavra ‘Guanabara’.
9Reconhecimento
Os seguintes técnicos participaram do desenvolvimento deste trabalho:
Ana Ligia Favaro dos Santos, (analigiafavaro@gmail.com): Oceanógrafa na UFSC (2014), M.Sc. em Engenharia Costeira e Oceanográfica na COPPE/UFRJ (2017), participou do desenvolvimento de modelos, elaboração de mapas e gráficos, e edição deste relatório.
Laura Aguilera Jiménez, (l.aguilera.jimenez@gmail.com): Eng. Civil na Universidade de Granada – Espanha (2011), M.Sc. em Hidráulica Ambiental aplicada à Gestão de Portos e Costas nas Universidades de Granada, Córdoba e Málaga (2013), Doutoranda na Área de Engenharia Costeira e Oceanográfica da COPPE/UFRJ: participou do desenvolvimento de modelos, elaboração de mapas e gráficos, e edição deste relatório.
Patricia Auler Rosman, (patrosman@gmail.com): Matemática/Informática na UFRJ (1989), M.Sc em Engenharia de Sistemas na COPPE/UFRJ (1991): Especialista em Tecnologia da Informação, responsável pela manutenção evolutiva do SisBaHiA®, suporte técnico ao sistema de modelagem.
Paulo Cesar Colonna Rosman, (pccrosman@ufrj.br): Eng. Civil/Recursos Hídricos na Poli/UFRJ (1977), M.Sc. Eng. Oceânica na COPPE/UFRJ (1979) e Ph.D. em Coastal Engineering – MIT-USA (1987): Coordenador técnico do trabalho.
