MANUAL TEÓRICO-PRÁTICO DA FERRAMENTA

WARM-GIS Tools

Exemplo de aplicação na Bacia do Rio das Almas

(novembro de 2017)

Rafael Kayser

Walter Collischonn

2

Sumário

1 Introdução .................................................................................................................................. 3

2 Embasamento Teórico ............................................................................................................... 4

2.1 Conceito geral ..................................................................................................................... 4

2.1 Módulo de Balanço Hídrico ................................................................................................. 6

2.3 Módulo Integrado de Simulação da Qualidade da Água e Balanço Hídrico........................ 8

3 Exemplo de Aplicação na Bacia do Rio das Almas .................................................................... 13

3.1 Instalação e visão geral da ferramenta ............................................................................. 13

3.1 Dados de entrada .............................................................................................................. 14

3.1.1 Arquivo de projeto ..................................................................................................... 14

3.1.2 Dados de vazão .......................................................................................................... 19

3.1.3 Inserção de usuários................................................................................................... 20

3.2 Execução do Módulo de Simulação de Balanço Hídrico ................................................... 23

3.2.1 Exemplo de aplicação com usuários fictícios ............................................................. 23

3.2.2 Exemplo de aplicação com reservatórios ................................................................... 26

3.2.2 Exemplo de aplicação com as demandas estimadas para a bacia ............................. 28

3.3 Execução do Módulo de Simulação Integrada de Qualidade da Água e Balanço Hídrico 30

3.3.1 Inserção das cargas de esgotos geradas nas sedes municipais.................................. 30

3.3.2 Inserção das cargas de origem difusa ........................................................................ 31

3.3.3 Inserção dos dados de monitoramento ..................................................................... 31

3.3.3 Definição do arquivo de parâmetros ......................................................................... 32

3.3.4 Execução do modelo e visualização dos resultados ................................................... 34

Referências .................................................................................................................................. 39

1 Introdução

O pacote de ferramentas WARM-GIS Tools consiste num conjunto de operações que

visam facilitar a gestão de bacias hidrográficas em um ambiente de Sistemas de Informações

Geográficas (SIG). Possibilita, a partir de uma base hidrográfica pré-definida, a inserção de dados

de disponibilidade hídrica e de usos de água (retiradas, lançamentos de efluentes e

reservatórios), permitindo a simulação quali-quantitativa e verificando os impactos dos usos

sobre a disponibilidade e a qualidade da água.

O modelo é operado em regime permanente, ou seja, sem variação no tempo,

permitindo um retrato da bacia hidrográfica em um determinado momento. Este momento,

geralmente é definido como um cenário de pouca disponibilidade hídrica, podendo ser

caracterizado estatisticamente como a vazão com 90% ou 95% de permanência, extraída a partir

de séries observadas ou calculadas de vazões. Assim, é possível ter uma base dos impactos das

retiradas de água em momentos de escassez, ou ainda do impacto dos lançamentos de efluentes

em períodos de reduzida disponibilidade de água para diluição.

O pacote de ferramentas WARM-GIS é divido em dois módulos distintos, a saber:

• Módulo de Simulação de Balanço Hídrico: realiza o balanço hídrico entre

disponibilidades e demandas, permitindo a simulação de até 12 cenários

simultaneamente;

• Módulo de Simulação Integrada de Qualidade da Água e Balanço Hídrico: realiza a

simulação da qualidade da água, considerando os lançamentos de efluentes e captações

de água, permitindo a simulação de apenas um cenário por vez.

Este manual descreve a sequência de etapas para a aplicação do WARM-GIS Tools,

considerando a obtenção da base topológica a partir do pacote de ferramentas IPH HydroTools.

No capítulo 2 será apresentado um embasamento teórico de ambos os módulos do WARM-GIS,

e em seguida, no capítulo 3, serão apresentados exemplos práticos de aplicação do modelo na

bacia do rio das Almas.

2 Embasamento Teórico

2.1 Conceito geral

O modelo a ser apresentado neste manual baseia-se na estrutura topológica de bacias

hidrográficas, a qual é extraída de Modelos Digitais de Elevação (MDE), a qual consiste em um

arquivo do tipo raster onde cada célula apresenta a cota do terreno para uma certa resolução

espacial. Ao final do processamento do MDE, obtemos uma discretização irregular em unidades

chamadas de minibacias, obtendo-se também informações como área de drenagem a

montante, comprimento do trecho de rede, código da minibacia e da minibacia de jusante, entre

outros.

O processamento do MDE pode ser realizado utilizando diversas plataformas de

geoprocessamento aplicado a recursos hídricos. Umas das ferramentas mais conhecidas de

processamento é utilizando o ArcHydro, um pacote de ferramentas associado ao ArcGIS

(Maidment, 2002). É possível utilizar as saídas vetoriais provenientes do ArcHydro como dado

de entrada do WARM-GIS Tools, embora não seja tratado neste manual. A forma de obtenção

recomendada e abordada neste manual é utilizando a ferramenta IPH-Hydro Tools (Siqueira et

al, 2016), utilizado também como pré-processamento do modelo hidrológico MGB-IPH. Dessa

forma, recomenda-se a leitura do Manual de Exemplo de Aplicação do Modelo MGB-IPH 2017

Utilizando o IPH-Hydro Tools, especialmente o item que aborda a discretização.

A Figura 1 apresenta um esquema de geração dos arquivos de entrada do modelo

WARM-GIS Tools a partir de um Modelo Digital de Elevação. Nesta etapa, são realizadas algumas

operações, como a definição das direções de fluxo (representa as direções de fluxo de cada

célula, ou seja, demonstra para onde a água está indo de acordo com uma determinada

codificação), área acumulada (representa o número acumulado de células à montante em cada

célula da grade), definição dos trechos de drenagem, minibacias em formato raster, e por fim,a

conversão dos arquivos de rede de drenagem e minibacias para o formato de shapefile.

(a)

(b)

(c)

5

(d)

(e)

(f)

Figura 1 – Esquema de geração dos arquivos vetoriais de entrada que representam a bacia hidrográfica: a) Modelo Digital de Elevação, b) cálculo das direções de fluxo, c) cálculo da área acumulada, d) definição dos trechos de drenagem formato raster, e) discretização em minibacias – formato raster, f) rede de drenagem e minibacias em formato vetorial.

O esquema de processamento do WARM-GIS Tools, de forma geral, é representado na

Figura 2. Todos os trechos possuem codificações que identificam o trecho de jusante, e além

disso, possuem outro código que determinam a ordem do trecho. Primeiramente, são

identificados todos os trechos de cabeceira (ou ordem 1), definindo-se uma condição inicial e

verificando a existência de usuários de água e realizando as operações correspondentes. Uma

vez simuladas todas as minibacias de ordem 1, são identificados os trechos de ordem seguinte,

utilizando os resultados de montante e verificando os usos existentes na minibacia atual, e assim

sucessivamente até chegar ao exutório.

Figura 2 – Esquema de simulação por ordem de trecho no modelo WARM-GIS Tools.

6

2.1 Módulo de Balanço Hídrico

O esquema de balanço hídrico consiste na contabilização dos pontos de captação

inseridos no sistema, calculando-se a vazão remanescente e os possíveis déficits de não

atendimento, caso a vazão remanescente atinja um nível inferior a um patamar mínimo. O

modelo opera em modo permanente, através de valores únicos de vazão por minibacia,

representando estatísticas das séries hidrológicas como a Q7,10 (vazão média de 7 dias e 10 anos

de ser menor ou igual em um ano qualquer) ou a Q95 (vazão com 95% da curva de duração),

entre outros indicadores. O modelo ainda permite a simulação de até 12 cenários

simultaneamente, podendo-se trabalhar de diversas formas, como por exemplo a simulação de

um cenário para mês do ano, calculando-se a vazão com determinado percentual de

permanência extraída para cada mês e observando-se as sazonalidades das captações, como

também é possível fixar o cenário de vazão e testar diferentes cenários de retiradas e vice-versa.

Os dados de retiradas podem ser considerados de forma pontual ou difusa, o primeiro

com o fornecimento de pontos nos quais a captação será atribuída à minibacia sobre a qual

estiver localizado o respectivo ponto, e o segundo com o fornecimento de polígonos sobre os

quais se assume que exista uma retirada específica constante. A Figura 3 apresenta um esquema

do modelo de balanço hídrico, onde as variáveis são explicitadas na sequência.

Figura 3 – Esquema de representação do módulo de Balanço Hídrico do WARM-GIS Tools.

Onde:

���, ���, … , ��� � vazões remanescentes das minibacias de montante;

� = vazão inicial da minibacia;

�� � vazão incremental da minibacia;

7

���, ��� , … , ��� = pontos de retirada localizados em qualquer local no interior da

minibacia;

� = vazão remanescente final da minibacia;

O primeiro passo da simulação é o cálculo da vazão inicial da minibacia, sendo igual a

zero nas minibacias de ordem 1, e dada pelo somatório das saídas das minibacias de montante

para as minibacias de demais ordens, de acordo com a equação:

� � 0, �� ��� = 1 � � � ���

��

���, �� ��� > 1

(1)

Sendo NM o número de minibacias à montante. Em seguida, calcula-se a vazão

incremental da minibacia, dado pela seguinte equação:

�� � ���� − �,��� (2)

Sendo ���� o valor de vazão fornecido como dado de entrada pelo usuário, e �,��� o

valor de vazão inicial da minibacia, desconsiderando-se o efeito das retiradas de montante. A

vazão final remanescente da minibacia será calculada em função de um critério da vazão

ambiental (����), que pode ser atribuído como zero ou algum percentual da vazão natural do

trecho, de acordo com a relação:

� � � + �� − � ����

���, �� � ≥ ����

� � ���� , �� � < ����

(3)

Por fim, são calculados os déficits de não atendimento para os casos em que a vazão

remanescente atinge o patamar da vazão ambiental, de acordo com a relação:

�#� � 0 , �� � ≥ ����

�#� � � ����

���− � − �� + ���� , �� � < ����

(4)

No caso da existência de reservatórios, a vazão final no ponto de barramento é

substituída pela vazão liberada à jusante (�$%&), cujo valor é fornecido pelo usuário.

� � �$%& (5)

O resultado do módulo do balanço hídrico é expresso através do Índice de Estresse

Hídrico (Water Stress Index – WSI), índice que relaciona a quantidade de água disponível e a

quantidade de água remanescente (� ) em cada trecho de rio. O índice é calculado de acordo

com a seguinte equação:

'() � �#&* − � �#&*

(6)

8

onde �#&* é a vazão disponível, representada pela vazão natural acrescida do efeito

dos reservatórios e transposições.

2.3 Módulo Integrado de Simulação da Qualidade da Água e Balanço Hídrico

O processo de modelagem qualitativa adotado pelo WARM-GIS Tools corresponde na

inserção de lançamentos de efluentes de forma contínua no sistema hídrico, podendo ser

incluídas também as abstrações de água, adotando um conjunto de soluções analíticas em

regime permanente, utilizando modelos de transporte advectivo com reações cinéticas

simplificadas. As equações utilizadas são apresentadas em Sperling (2007), todas em sua forma

analítica de resolução. Ao contrário do módulo de balanço hídrico, no módulo de qualidade é

possível simular apenas um cenário por vez, devendo-se eleger algum dos cenários de

disponibilidade hídrica fornecidos como dado de entrada.

O módulo possibilita a modelagem dos seguintes constituintes ao longo do rio:

• Demanda bioquímica de oxigênio;

• Oxigênio dissolvido;

• Nitrogênio total e suas frações (orgânico, amoniacal, nitrito e nitrato);

• Fósforo total e suas frações (orgânico e inorgânico);

• Coliformes termotolerantes (fecais) ou E. Coli.

Os lançamentos de efluentes correspondem às cargas pontuais e difusas. As cargas

pontuais são representadas por lançamentos diretos e contínuos, normalmente representadas

por fontes oriundas do esgotamento urbano ou de indústrias. A inserção no modelo pode ser

feita utilizando o próprio mapa, selecionando o local de lançamento com o cursor do mouse, ou

então a partir de tabelas com dados de coordenadas e respectivas vazões e concentrações dos

efluentes. As cargas difusas são caracterizadas em função do uso do solo, neste caso é possível

inserir bases com a identificação de cada uso, juntamente com os respectivos valores

característicos de carga específica gerada (kg/dia.ha).

Na Figura 4 são apresentadas as principais variáveis no processo de diluição e

transformação dos constituintes de qualidade, sendo descritas logo a seguir.

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Figura 4 - Representação das principais variáveis de simulação por microbacia.

Sendo:

• �+$�,+$,*: vazão e concentração final do trecho j à montante do trecho;

• �-� �,-�,*: vazão e concentração inicial do trecho t;

• ����,��,*: vazão e concentração (ou somatório) das cargas pontuais existentes em

qualquer ponto da microbacia correspondente ao trecho t;

• ����,��,*: vazão e concentração de mistura após a entrada das cargas pontuais no

trecho t;

• ��� �,��,*: vazão e concentração após os processos de transformação dos

constituintes ao longo do trecho t;

• ��� �,��,*:vazão e concentração incremental do trecho t, correspondendo à

entrada das cargas difusas;

• �/��,/�,*: vazão e concentração final do trecho t, após a inserção da vazão e

concentração incremental.

A seguir, será apresentada uma descrição de cada etapa do processo de diluição e

transformação dos constituintes considerados no modelo proposto:

• Verificação das condições iniciais

Para os trechos de ordem 1, as vazões e concentrações no início do trecho serão dados

de entrada do modelo, de acordo com as relações:

�-� � 0��1 ∗ ��34�, ����� � 1 (6)

,-�,* �,5�,*, ����� � 1

Onde ��34� é o valor de vazão de entrada fornecido pelo modelo e 0��1 é um

percentual que deve ser admitido para a condição inicial do trecho. ,5�,* representa a

10

concentração inicial do parâmetro p para todos os trechos, fornecido como dado de entrada.

Para os trechos de ordem superior, essas variáveis serão dadas utilizando as saídas dos trechos

de montante, de acordo com as seguintes relações:

�-� �� �+$��

$��, �� ��� = 1

(7)

,-�,* = ∑ 7,+$,* ∗ �+$,*8��$��∑ �+$,*��$�� , �� ��� > 1

Onde 39 é o número de trechos à montante, sendo normalmente igual a 2 para os

modelos de discretização citados anteriormente.

• Mistura da carga pontual no trecho de rio

Nesta etapa é feita a diluição da carga pontual no curso principal do rio. Para efeito de

simplificação, considera-se que o ponto de lançamento esteja localizado imediatamente no

ponto inicial do trecho, logo após a confluência dos trechos de montante, ainda que o ponto

esteja localizado em qualquer outra região da minibacia correspondente ao trecho. Também

considera-se aí o somatório dos lançamentos e a diluição das concentrações, caso existam mais

um ponto de lançamento por minibacia. A vazão e concentração do trecho logo após a diluição

da carga pontual será dada por:

��� � �-� + ���

(8)

,��,* = 7,-�,* ∙ �-�8 + 7,��,* ∙ ���8�-� + ���

• Transformação dos constituintes ao longo do trecho

Nesta etapa são consideradas as transformações devido aos processos de

decomposição, sedimentação, além de outras transformações dos constituintes simulados. As

equações partem do esquema clássico de Streeter-Phelps, agregando-se porém outras variáveis,

como a sedimentação da matéria orgânica, além da consideração dos elementos fosfatados e

nitrogenados e também da modelagem dos coliformes termotolerantes. As equações estão

descritas para cada parâmetro, sendo apresentadas a seguir:

,��,;<= = ,��,;<= ∙ �>7?@AB@CD∙E8 (9)

,��,=; = ,=;C − F7,=;C − ,��,=;8 ∙ �>?@G∙ED + HI# ∙ ,��,;<=I� − I� J ∙ 7�>?@K∙ED − �>?@G∙ED8L (10)

,��,M= = ,��,M= ∙ �>7?@NOB@CPND∙E8 (11)

,��,MQ = ,��,MQ ∙ �>7@CPO∙E8 + RIS ∙ ,��,M=I&* − IS T ∙ U�>?@NO∙ED − �>7@CPO∙E8V (12)

,��,WSX = ,��,WSX ∙ �>?@YNZ∙ED (13)

11

,��,�= = ,��,�= ∙ �>?@NG∙ED (14)

,��,�[ = ,��,�[ ∙ �>?@GO∙ED + HIS� ∙ ,��,�=I� − IS� J ∙ 7�>?@NG∙ED − �>?@GO∙ED8 (15)

,��,�� = 7,��,�= − ,��,�=8 + 7,��,�[ − ,��,�[8 + 7,��,�Q − ,��,�Q8 + ,��,�� (16)

Sendo ,��,;<= a concentração resultante da DBO, ,��,=; do oxigênio dissolvido,

,��,M= ,do fósforo orgânico, ,��,MQ,do fósforo inorgânico ,��,WSX,dos coliformes ,��,�=do

nitrogênio orgânico, ,��,�[ do nitrogênio amoniacal e ,��,�� do nitrato. A descrição dos demais

parâmetros é listada no Quadro 1.

Quadro 1 – Descrição dos coeficientes de transformação dos parâmetros do modelo

Parâmetro Descrição Obtenção

\ tempo de percurso no trecho razão entre a velocidade e o comprimento do trecho

I# Coeficiente de decomposição parâmetro calibrado

I& Coeficiente de sedimentação razão entre a veloc. de sedimentação da mat. orgânica (]&�S) e a profundidade

I� Coeficiente de remoção I# + I&

I� Coeficiente de reaeração parâmetro calibrado

,=;C Oxigênio dissolvido de saturação Eq. em função da temperatura (Popel, 1979)

IS Coeficiente de transformação do fósforo orgânico para inorgânico

parâmetro calibrado

I&*S Coeficiente de sedimentação do fósforo orgânico

razão entre a veloc. de sedimentação do fósf. orgânico (]&*S) e a profundidade

I&* Coeficiente de sedimentação do fósforo inorgânico

razão entre a veloc. de sedimentação do fósf. inorgânico (]&*) e a profundidade

ISX Coeficiente de decaimento dos coliformes termotolerantes

parâmetro calibrado

IS� Coeficiente de transformação do nit. orgânico para nit. amoniacal

parâmetro calibrado

I� Coeficiente de transformação do nit. amoniacal para nitrito

parâmetro calibrado

• Vazão incremental e cargas difusas:

Nesta parte, considera-se a entrada da vazão gerada pela própria minibacia

correspondente ao trecho e de sua respectiva concentração resultante dos processos de entrada

da carga difusa. Neste contexto, há várias simplificações, a começar por considerar a entrada

incremental como uma fonte pontual ao fim do trecho, sendo que na verdade, a entrada é

contínua e distribuída ao longo do segmento. Outra simplificação reside no fato de considerar

toda a vazão incremental como decorrente do escoamento superficial, responsável por carrear

a carga do uso do solo para o curso principal, sem considerar as porções subsuperficial e

subterrânea. O modelo possui uma opção que inclui ou não a entrada de cargas difusas na

simulação. No caso de serem incluídas, a concentração incremental da minibacia é então dada

pela seguinte relação:

12

,-31�,* = ∑ 7'�,*,^ ∙ _^8�^`�� �-31� ∗ 0.01157 (18)

Onde '�,*,^ é a carga atribuída ao tipo de solo U e ao parâmetro p, fornecido em

kg/ha.ano, _^ é a área do tipo de solo U na minibacia e 0.01157 é um fator de conversão de

unidades. No caso de não serem incluídas as cargas difusas, assume-se que a concentração

incremental é igual a concentração inicial de cabeceira dos trechos.

• Vazão e concentração final do trecho

A vazão e concentração final do trecho se dará pela soma e diluição da carga incremental

com as vazões e concentrações provenientes do processo de transformação dos constituintes

ao longo do trecho.

,/� �?,�� ∙ ���) + ?,-3� ∙ �-3�D

��� + �-3�

(19)

�/� � ��� + �-3�

3 Exemplo de Aplicação na Bacia do Rio das Almas

A seguir, será apresentado um exemplo de aplicação da ferramenta WARM-GIS Tools na

bacia do Rio das Almas (GO), utilizada também como exemplo de aplicação da ferramenta IPH-

Hydro Tools e também do modelo hidrológico MGB-IPH na sua versão mais recente (2017),

recomendando-se a leitura e a aplicação do respectivo manual. Os dados de entrada para

aplicação deste manual também são fornecidos na página do WARM-GIS Tools, incluindo os

arquivos de rede de drenagem, minibacias, saídas do modelo MGB-IPH para a bacia do rio das

Almas, além de tabelas com usos de água para a bacia.

3.1 Instalação e visão geral da ferramenta

Para a utilização do modelo é necessário que o usuário tenha instalado em seu

computador o programa MapWindow GIS (na versão 4.8.6). O software pode ser baixado

gratuitamente no endereço (Figura 5):

• http://mapwindow4.codeplex.com/releases/

Figura 5 - Página da web para download do software MapWindow.

O modelo de gestão é um plugin que é adicionado ao MapWindow. O plug-in pode ser

baixado na página no Grupo de Pesquisas de Hidrologia de Grande Escala

(https://www.ufrgs.br/hge). A instalação do plug-in ocorre simplesmente realizando a

descompactação dos arquivos baixados e copiando os arquivos para a pasta “C:\Program Files

(x86)\MapWindow\Plugins”, uma vez que o programa MapWindow já tenha sido instalado.

Após a instalação do plug-in, a interface da plataforma MapWindow com o SIG acoplado

terá a feição como a indicada na Figura 6 abaixo.

14

Figura 6 - Interface do MapWindow GIS com o plug-in WARM-GIS Tools.

3.1 Dados de entrada

3.1.1 Arquivo de projeto

O primeiro passo consiste na criação de um arquivo de projeto com extensão .warm,

onde serão salvos os caminhos dos arquivos de entrada do modelo. Clicando na opção

“Open/Create project”, será exibida uma janela como apresentada na Figura 7, onde serão

solicitados os arquivos de entrada da ferramenta. Os arquivos são inseridos em quatro etapas

distintas, descritas a seguir:

• Topologia da bacia

Na primeira aba da janela de projeto deverão ser selecionados os arquivos vetoriais

resultantes do processamento do Modelo Digital de Elevação (Rede de Drenagem vetorial e

Minibacias vetorial). Também deve ser informado se estes arquivos correspondem a uma nova

topologia (ainda não inserida no WARM-GIS Tools) ou se trata de uma topologia já definida

anteriormente. No caso de uma nova topologia, o modelo criará as colunas para

armazenamento dos resultados nos shapefiles e fará a atribuição dos códigos e das

características físicas em cada trecho/minibacia. Nesse caso, é necessário também informar a

forma de obtenção destes arquivos (ArcHydro ou IPH-Hydro Tools), e no caso de ser selecionada

a segunda opção, também é necessário informar o arquivo MINI.GTP, o qual corresponde ao

principal arquivo de entrada do modelo MGB-IPH, e produto final da ferramenta IPH-Hydro

Tools. Existe ainda uma terceira forma de inserção dos arquivos de entrada, a partir dos arquivos

de ottobacias fornecidos pela Agência Nacional de Águas, no entanto esta opção ainda não está

disponível. A Figura 7 apresenta a inserção dos arquivos vetoriais via IPH-Hydro Tools,

necessitando também do MINI.GTP.

Recomenda-se que seja criada uma cópia dos arquivos de rede de drenagem e

minibacias gerados no IPH-Hydro Tools, e que seja criada uma pasta do projeto, criando-se

também sub-pastas para cada um dos arquivos de entrada, como é indicado no exemplo da

Figura 7.

15

Figura 7 – Janela de criação de novo projeto: aba de seleção dos arquivos de topologia da bacia.

• Cenários de vazão

Na aba seguinte são definidos o número e o nome dos cenários de vazão a serem inseridos no

sistema. Como dito anteriormente, a ferramenta permite a inserção de até 12 cenários de vazão,

tanto para o módulo de balanço quanto para o módulo de qualidade, ainda que no módulo de

qualidade seja possível simular apenas um cenário por vez. A Figura 8 e a Figura 9 apresentam

dois exemplos de definição dos cenários de vazão, o primeiro correspondendo à uma base

estatística de referência para cada mês do ano, e o segundo, considerando diferentes

percentuais da curva de permanência calculados em base anual. A inserção dos dados de

entrada de vazão é realizada na etapa seguinte.

Figura 8 - Janela de criação de novo projeto: aba de definição dos cenários de vazão (exemplo com a atribuição de um cenário de referência para cada mês do ano).

16

Figura 9 - Janela de criação de novo projeto: aba de definição dos cenários de vazão (exemplo com a atribuição de diferentes percentuais da curva de permanência).

• Módulos e usuários

Nesta aba, o usuário deve definir se fará uso do módulo de Balanço Hídrico ou do

módulo de Qualidade da Água, sendo que no primeiro caso será solicitado um arquivo shapefile

representando os pontos de captação, e no segundo caso, além deste, também será solicitado

o arquivo de pontos de lançamentos de efluentes. A Figura 10 e a Figura 11 apresentam a aba

de definição do módulo e dos usuários, considerando o módulo de Balanço Hídrico e o de

Qualidade da Água, respectivamente. Em relação à inserção dos shapefiles de usos, deve-se

selecionar a opção de criar um novo usuário ou selecionar algum arquivo existente. É importante

ressaltar que no caso de selecionar a opção de arquivo existente, este arquivo refere-se a um

arquivo já criado pelo WARM-GIS, e não a uma base de usuários vetorial qualquer. Ainda que o

usuário já possua um arquivo vetorial correspondendo a pontos ou lançamentos na bacia, é

necessário selecionar a opção “Create file”, e então posteriormente transferir as informações

para este shapefile criado. Também é importante ressaltar que os módulos de simulação atuam

de maneira independente, de forma que uma vez selecionada uma das opções, não é possível

utilizar a mesma base vetorial para o outro módulo.

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Figura 10 - Janela de criação de novo projeto: aba de definição do módulo de simulação (exemplo com a seleção do módulo de Balanço Hídrico e criação da base pontual de retiradas).

Figura 11 - Janela de criação de novo projeto: aba de definição do módulo de simulação (exemplo com a seleção do módulo integrado de qualidade da água e balanço hídrico e criação da base pontual de

retiradas e lançamentos).

• Outros usos

A última aba corresponde a inserção de reservatórios, podendo ser tratado também

como uma saída de transposição de bacias. O arquivo corresponde a um shapefile de pontos

que corresponde ao barramento de cada estrutura, onde serão armazenadas as informações de

vazão substituída nos trechos de reservatório e de vazão liberada para os trechos de jusante. A

Figura 12 apresenta a aba correspondente. No caso da opção de utilizar reservatórios, deve-se

marcar a opção na aba e criar/selecionar o shapefile.

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Figura 12 - Janela de criação de novo projeto: aba de seleção de outros usos (reservatórios).

• Criação do novo projeto

Uma vez selecionados e criados os arquivos do projeto, é necessário criar um arquivo

texto onde serão salvos os caminhos e as opções selecionadas. Clicando em “New Project”, será

exibida uma nova janela onde será solicitado um local e o nome do arquivo a ser criado com

extensão .warm (Figura 13). Caso o usuário deseje fechar o MapWindow e trabalhar no projeto

novamente, não recomenda-se salvar o projeto via MapWindow, e sim abrir um projeto em

branco, selecionar a opção “Open / Create project”, e então clicar em “Open project” e

selecionar o arquivo .warm.

Figura 13 – Janela de criação de novo projeto: salvando o novo projeto.

Ao final do processo, os shapefiles serão inseridos na área de trabalho do SIG, e terão

estrutura similar a que é apresentada na Figura 14.

19

Figura 14 – Tela do MapWindow após a criação do novo projeto (exemplo com o módulo de Balanço Hídrico e com inclusão de reservatórios).

3.1.2 Dados de vazão

O próximo passo é a inserção dos dados de vazão, considerando os cenários definidos

na criação do arquivo de projeto. Nesta versão, a única opção oferecida para obtenção da base

de dados de vazão é selecionando os arquivos de saída do modelo MGB-IPH. Existem dois tipos

de arquivos disponíveis, o primeiro que corresponde ao arquivo de entrada da ferramenta

SIAQUA, e o segundo que corresponde a valores mensais com 90% ou 95% da curva de duração.

Ambos os arquivos fornecem valores únicos de vazão por minibacia por cenário, não sendo

possível adicionar séries diárias ou mensais de vazão. Selecionando-se uma das opções, no

quadro abaixo é solicitado que o usuário associe o cenário criado na etapa anterior com o dado

de entrada (“Streamflow input data”). Por exemplo, no exemplo da Figura 15 foi selecionada a

opção de inserção de vazão a partir dos valores mensais de curva de permanência. Neste caso,

em “Streamflow input data”, serão disponibilizadas as opções referentes aos meses do ano (jan,

feb, mar, etc). Selecionando o arquivo do SIAQUA, serão disponibilizadas alguns percentuais da

curva de permanência calculados em base anual (Q50, Q90, Q95, etc).

20

Figura 15 – Tela de inserção dos dados de vazão a partir dos arquivos de saída do MGB-IPH e exemplo utilizando o arquivo de valores mensais da curva de permanência.

Também é possível utilizar uma base de vazões diferente da fornecida pelo MGB-IPH. A

partir da relação de área de drenagem, e também de outras variáveis como a precipitação, é

possível gerar valores de vazão para cada minibacia a partir de equações de regionalização,

embora esta ferramenta não tenha sido disponibilizada nesta versão do programa. Ao abrir a

tabela de atributos da rede de drenagem, as séries de vazão são salvas nas colunas “Q_Nat_1”,

“Q_Nat_2”, até “Q_Nat_12”, podendo ser inseridos manualmente através de operações de

geoprocessamento.

3.1.3 Inserção de usuários

• Inserção manual

A forma mais clássica de inserção de usuários é a partir da seleção manual do trecho

com o clique do mouse e criação do ponto, embora não seja a solução mais prática no caso da

necessidade de inserção de um grande volume de usuários. No caso de uma retirada, clicando

em “Insert withdrawal”, e então “Insert manually”, será exibida uma janela alertando a

necessidade de que o arquivo de rede de drenagem esteja selecionado (como mostra a Figura

16), e também o cursor do mouse será modificado, ativando o modo de seleção. Como exercício,

21

selecione o trecho próximo onde está indicado na figura, e em seguida será exibida uma janela

onde serão solicitadas algumas informações do usuário.

Figura 16 – Processo de inserção manual de usuários de retirada a partir do cursor do mouse.

A seguir, a Figura 17 apresenta a tela exibida para ser preenchida com os dados da

captação. O único dado que o usuário da ferramenta não precisa preencher é em relação ao

código da minibacia, no entanto recomenda-se que o usuário confira se o código que aparece

corresponde ao trecho correspondente. Além do código, é solicitado também alguma

identificação (opcional), e por fim os dados de retirada, sendo possível incluir até 12 cenários,

da mesma forma como é abordada em relação aos cenários de vazão. No exemplo da figura, são

inseridas informações fictícias de um distrito de irrigação que capta água sazonalmente no

período de julho a outubro. Clicando em “Confirm”, deve aparecer um ponto sobre o local

selecionado, e na tabela de atributos devem aparecer os valores do código e das retiradas

informadas.

22

Figura 17 – Tela de inserção manual de retiradas pontuais.

• Inserção via tabela

No caso da inserção de um grande volume de usuários, a solução mais interessante é a

partir do carregamento de uma tabela pré configurada com as informações dos nomes,

coordenadas e dos valores de retiradas para cada cenário. Este arquivo pode ser criado no Excel,

porém deve ser salvo em formato .csv, o qual separa as colunas do arquivo com um sinal de

ponto e vírgula. Na pasta com os arquivos de entrada, na sub-pasta tabelas, há um arquivo

chamado “01_retiradas_exemplo.csv”, o qual apresenta usuários fictícios a serem inseridos na

bacia do rio das Almas. Clicando na opção “Table insertion”, será exibida uma janela onde será

solicitado o arquivo com a listagem dos pontos, e além disso deve ser confirmado o número de

cenários de demanda que existem no arquivo, lembrando que podem ser carregados até 12

cenários diferentes (Figura 18). Clicando em “Confirm”, no quadro abaixo deve aparecer as

informações dos pontos, e além disso, também deve aparecer o código da minibacia

correspondente. É importante verificar se os códigos estão sendo atribuídos corretamente, uma

vez que o balanço hídrico se dará por meio dessa codificação. Recomenda-se também utilizar

este arquivo exemplo como base para aplicação em outras bacias, uma vez que as colunas

devem seguir a mesma ordem, a fim de que sejam lidos corretamente pelo modelo.

23

Figura 18 – Tela de inserção automática de usuários via tabela e visualização na área de trabalho do SIG.

• Inserção de retiradas difusas

Nesta forma de inserção, considera-se que a demanda é constante e proporcional ao

longo de uma determinada região, sendo inserido um shapefile em formato polígono e a

informação da demanda em cada uma das unidades. Pode ser aplicado em situações onde não

existem informações pontuais de retiradas, apenas estimativas por municípios ou sub-regiões.

Devido a alguns problemas identificados nos arquivos provenientes do IPH-Hydro Tools, esta

função por enquanto não está disponível para esta modalidade de discretização, apenas para a

discretização via ArcHydro.

3.2 Execução do Módulo de Simulação de Balanço Hídrico

Neste item serão apresentados dois exemplos de aplicação do modelo de balanço

hídrico, o primeiro a partir de usuários fictícios, e no segundo caso utilizando os valores de

demandas estimadas pela Agência Nacional de Águas para a bacia.

3.2.1 Exemplo de aplicação com usuários fictícios

Neste primeiro exemplo será feita a simulação dos usuários inseridos conforme o

exemplo do item anterior. Ao clicar em “Water Balance Module”, será exibida a tela apresentada

na Figura 19. No quadro da esquerda, serão solicitados o número de cenários de cenários a

serem simulados e a configuração de cada um deles, podendo-se variar a cenário de vazão e o

cenário de demandas. No exemplo da figura, foram configurados os 12 cenários, sendo

atribuídos os cenários de vazão correspondentes às permanências mensais e à variação mensal

24

dos valores de retiradas. No canto direito superior é definida a condição de vazão ambiental, a

qual pode ser desconsiderada, ou então ser definido um percentual da vazão natural em cada

trecho. Sendo definidos esses critérios, clicando-se em “Run!” o módulo de balanço hídrico é

simulado de acordo com cenários definidos no quadro ao lado. No canto inferior direito já é

possível visualizar os resultados, a partir da geração de perfis de vazão natural e remanescente

ao longo de um trecho de montante e um trecho de jusante, cujos códigos são definidos

manualmente pelo usuário.

Figura 19 – Tela de simulação do módulo de balanço hídrico.

Os resultados do balanço podem ser visualizados na própria tela de trabalho do SIG,

através da distribuição dos valores do Índice de Estresse Hídrico em classes de valores de 0% a

100%, respectivamente, do menor nível ao maior nível de comprometimento. Selecionando a

opção “Map Results – Water Balance Module”, e então selecionando algum dos cenários

simulados, será criado no arquivo de rede de drenagem um conjunto de classes de visualização

que expressam o nível de comprometimento dos trechos. A Figura 20 apresenta um exemplo de

aplicação desta ferramenta de acordo com a simulação, no qual foram apresentados de alguns

cenários (meses). Os meses de maior criticidade desta simulação fictícia correspondem aos

meses de julho, agosto e setembro, o qual correspondem à Figura 20. b, Figura 20.c e Figura

20.d, respectivamente.

25

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Figura 20 – Visualização dos resultados no mapa: variação do Índice de Estresse Hídrico por trecho de rio nos seguintes meses: a) janeiro, b) julho, c) agosto, d) setembro, e) novembro

Outra opção de visualização dos resultados é selecionando a opção “Chart Results – By

Stretch”, e então “Water Balance Module”. Selecionando um determinado trecho, será

apresentado um gráfico indicando todos os cenários simulados, apresentando a vazão

disponível e a vazão consumida, o déficit acumulado e o valor do índice (Figura 21 e Figura 22).

Figura 21 – Visualização dos resultados a partir de gráficos por trecho de rio: balanço hídrico.

26

Figura 22 - Visualização dos resultados a partir de gráficos por trecho de rio: Índice de Estresse Hídrico.

3.2.2 Exemplo de aplicação com reservatórios

Neste mesmo projeto, será testada a função de inserção de reservatórios. Clicando em

“Insert reservoir”, será habilitada a função de seleção de shapefile, e selecionando o local do

barramento será exibida uma janela como a indicada na Figura 23. Nesta janela, serão

solicitados os dados de vazão substituída e vazão de lançamento no barramento.

A vazão substituída representa o valor que o sistema atribui nos trechos cobertos pelo

espelho d’água do reservatório. Nesta versão do programa, ainda não há nenhuma ferramenta

automática para definição dos trechos que correspondem a superfície de água, embora seja

possível realizar de forma manual, utilizando a tabela de atributos da rede de drenagem e

localizando a coluna “Is_Reserv”. Nos trechos abrangidos pelo reservatório, deve-se substituir o

zero pelo “Number identification”, código que é informado no cabeçalho da janela de inserção.

Lembrando que esse procedimento só é necessário caso se queira substituir a vazão das

minibacias que são abrangidas por reservatórios, válido por exemplo para espelhos d’água de

grandes extensões.

A vazão de lançamento representa a regra de operação do reservatório, sendo o valor

atribuído à minibacia do barramento e propagado para jusante. É importante destacar que como

se trata de um modelo em regime permanente, a abordagem de modelagem de reservatório é

bastante superficial, não sendo possível realizar qualquer estimativa de garantia de

atendimento destas regras de operação. Os resultados devem restringir-se a analisar o impacto

da mudança do regime do regime hídrico frente às demandas hídricas da bacia. No exemplo da

Figura 23, um reservatório é inserido no local indicado, sendo atribuída uma vazão de

lançamento constante de 20 m³/s ao longo do ano.

27

Figura 23- Exemplo de inserção manual de reservatórios via cursor do mouse.

A seguir, a Figura 24 e a Figura 25 apresentam alguns resultados do balanço hídrico após

a inserção do reservatório. Observa-se que a regularização do regime de vazões no trecho

ajudou a reduzir o comprometimento hídrico a jusante da estrutura.

(a)

(b)

Figura 24 – Comparação do resultado do Índice de Estresse Hídrico no mês mais crítico: a) sem o reservatório, b) com o reservatório.

28

Figura 25 – Avaliação dos resultados das variáveis de balanço hídrico após a inserção do reservatório em trecho à jusante da estrutura.

3.2.2 Exemplo de aplicação com as demandas estimadas para a bacia

Neste segundo exemplo de utilização do módulo de balanço hídrico, serão aplicadas

estimativas reais de demanda para a bacia. A Agência Nacional de Águas, em seu portal de

metadados (http://metadados.ana.gov.br), disponibiliza uma base nacional de estimativa de

demandas hídricas considerando os seguintes usos consultivos: abastecimento humano,

dessedentação animal, abastecimento industrial e irrigação. Estes dados de demandas são

fornecidos na base de ottobacias, uma discretização de bacias similar à adotada pelo WARM-

GIS. Para a extração dos dados referentes à bacia, foram realizadas operações de

geoprocessamento de recorte das ottobacias e de transformação das mesmas em pontos, a fim

de que o modelo pudesse ler como pontos de retirada de água. O arquivo “xx” apresenta o

resultado deste processo de extração dos dados da ANA e de transformação em formato que

pudesse ser lido pelo WARM-GIS.

Foi então criado um segundo arquivo de projeto, podendo ser mantido os mesmos

arquivos de rede de drenagem e minibacias utilizados no exemplo anterior, sendo criado um

novo arquivo shapefile de pontos de retirada de água. Em “Insert withdrawal” e em seguida em

“Insert table”, será exibida a janela de inserção de usuários via tabela excel, podendo ser testado

o arquivo “02_retiradas_dados_ANA.csv” fornecido na pasta de exemplos. Em seguida, no

esquema de simulação, foram adotados 12 cenários, atribuindo a curva de duração com 95% de

permanência calculada para mês do ano, fixando-se a demanda e elegendo o cenário com a

demanda máxima mensal (coluna 2).

A Figura 26 apresenta o resultado do balanço hídrico considerando o mês de maior e de

menor disponibilidade hídrica, referentes a março e setembro, respectivamente. Observa-se

que no mês de menor disponibilidade, o principal afluente do rio das Almas tem seu

comprometimento acima de 70% considerando o período de estiagem. De fato, observando

imagens de satélite, é possível verificar uma grande concentração de pivôs de irrigação nesta

região, devendo ter um elevado percentual de participação sobre a demanda total.

29

(a)

(b)

Figura 26 – Alocação dos pontos de demanda (ottobacias da ANA) e resultado do balanço hídrico considerando a Q95% do mês de maior e menor disponibilidade hídrica, respectivamente: a) março, b) setembro.

Em seguida, a Figura 27 apresenta um gráfico indicando as variáveis de balanço hídrico

em relação ao trecho indicado na Figura 26.b. É possível observar a sazonalidade das vazões

mínimas ao longo do ano, além de uma maior equivalência entre a vazão disponível e a vazão

consumida entre os meses de agosto e novembro.

Figura 27 - Avaliação dos resultados das variáveis de balanço hídrico no trecho indicado na figura xx.b

30

3.3 Execução do Módulo de Simulação Integrada de Qualidade da Água e Balanço Hídrico

Neste item será avaliado o módulo de simulação integrada de qualidade da água e

balanço hídrico. Para isso, deve-se criar um novo projeto com novos arquivos vetoriais de rede

de drenagem e minibacias, e então seguir os passos indicados no item 3.1.1, selecionando-se a

opção “Integrated Water Quality and Water Balance Simulation Module”, e criando novos

arquivos de retiradas e lançamentos de efluentes. É necessário também inserir os dados de

vazão, neste exemplo foi utilizado o arquivo RESUMO_SIAQUA.txt, selecionando cenários de

vazão mínima como a Q90% e ou a Q95%

3.3.1 Inserção das cargas de esgotos geradas nas sedes municipais

No exemplo proposto, serão avaliados os lançamentos dos esgotos gerados pelas sedes

municipais localizadas no interior da bacia do rio das Almas. Para isso, consultou-se o trabalho

Atlas Esgotos: Despoluição de Bacias Hidrográficas, o qual apresenta um abrangente trabalho

de diagnóstico da situação hoje vigente quanto ao esgotamento sanitário de todas as sedes

municipais do país (ANA, 2017). Neste atlas, são levantadas informações como a vazão efluente,

os índices de coleta de esgoto, de atendimento por solução individual e de lançamento de

esgotos in natura nos corpos hídricos, por exemplo. A partir destes índices foi realizada uma

estimativa das concentrações de DBO, fósforo (orgânico e inorgânico) e coliformes, sendo

apresentado no arquivo de entrada “efluentes_input.csv”, disponível na pasta de arquivos. É

importante destacar que esses dados correspondem apenas a uma estimativa inicial das cargas

geradas na bacia, servindo para uma aplicação prática do modelo de qualidade.

Após a criação do projeto do módulo de qualidade, clicando em Insert loads“, e então

em “Point loads (table insertion)”, será exibida a janela onde será solicitado o arquivo com a

listagem dos pontos de lançamentos (Figura 28). Da mesma forma como ocorre nas retiradas,

no quadro abaixo serão exibidos os dados lidos no arquivo, e além disso será atribuído o código

da minibacia para cada ponto, de acordo com as coordenadas informadas. É importante

destacar que este arquivo deve seguir o mesmo formato como o do exemplo, sendo

recomendado que seja utilizado como base para aplicação em outras bacias.

31

Figura 28 – Janela de inserção dos pontos de lançamento via tabela.

3.3.2 Inserção das cargas de origem difusa

As cargas difusas são inseridas na opção “Diffuse sources”, dentro do item “Insert

loads”. No entanto esta função ainda não está funcionando corretamente para a discretização

gerada no IPH-Hydro Tools, somente via ArcHydro, não sendo abordado neste manual. No

entanto, os valores de carga difusa são lidos e armazenados no arquivo de minibacias, sendo

possível calcular externamente ao modelo e atribuir manualmente nas respectivas colunas do

arquivo de minibacias. A unidade de carga é dada em kg/dia, com exceção do parâmetro de

coliformes, cuja unidade é de NMP/dia.

3.3.3 Inserção dos dados de monitoramento

Os dados de monitoramento são importantes para que seja feita adequadamente a

calibração do modelo, pois existem muitos parâmetros que representam os processos de

transformação dos principais constituintes que necessitam ser ajustados de acordo com as

observações. É possível inserir no sistema estes dados, e testar diferentes valores dos

coeficientes, ainda que de forma manual. Após a simulação, os dados de monitoramento podem

ser plotados em gráficos de perfis longitudinais de concentração entre um trecho à montante e

um trecho à jusante, comparando os valores observados e calculados.

Assim como ocorre no carregamento dos dados de retiradas e lançamentos, no caso dos

dados de monitoramento também é adotada uma tabela pré-formatada em formato .csv. É

possível carregar um número ilimitado de estações e de número de campanhas por estação, no

entanto o número de campanhas deve ser o mesmo em todas as estações. No caso da

32

inexistência de dados ou campanhas, pode-se atribuir o valor “-1” nas células sem dados. Na

pasta de exemplos, o arquivo “04_monitoramento.csv” contém alguns dados de

monitoramento que foram obtidos no portal eletrônico na Secretaria do Meio Ambiente do

Estado de Goiás, ainda que com diversos parâmetros sem dados disponíveis. Clicando em

“Water Quality Simulation Module”, e então em “Water Quality Monitoring Data”, será exibida

uma janela como a apresentada na Figura 29, onde é solicitado o arquivo .csv, além da

informação do número de estações e do número de campanhas. Estando corretos os dados

apresentados na tabela, clicando em “Create input file” será criado um arquivo com extensão

.qmonit, que pode ser utilizado como dado de entrada na simulação. Também é possível gerar

um shapefile com os pontos de monitoramento, embora este arquivo sirva apenas como

visualização, não tendo função de armazenar dados. É importante destacar que a inserção de

dados de monitoramento é opcional, sendo possível executar o modelo de qualidade mesmo na

ausência de dados observados.

Figura 29 – Janela de carreamento e inserção dos dados observados de qualidade da água.

3.3.3 Definição do arquivo de parâmetros

Os parâmetros do modelo de qualidade correspondem ao conjunto de variáveis que

descrevem os processos de transformação dos constituintes ao longo dos trechos de rio, como

coeficientes de decaimento, de transformação em novos elementos, velocidade do rio e de

velocidades de sedimentação, além da definição de variáveis como a profundidade e largura do

trecho de rio, que são importantes para a definição de alguns desses parâmetros e para o

processo de simulação em geral.

Clicando em “Model Parameters”, será exibida a janela apresentada na Figura 30. Nesta

janela será criado um arquivo texto com extensão .qpar onde serão armazenados os parâmetros

do modelo. Também é possível abrir um arquivo já criado anteriormente, caso o objetivo seja

33

fazer alguma alteração, como a calibração de algum parâmetro. No quadro “Quality Parameters

File Status”, mantenha a opção “Save new Quality Parameters File” ou selecione “Open existing

file”, caso se queira abrir algum arquivo existente.

Abaixo deste quadro, são solicitadas as condições de cabeceira (“Headwater

conditions”, assumidas também como as concentrações naturais da bacia. Como default, são

sugeridos alguns valores, sendo possível também alterá-los neste campo. Logo abaixo, são

solicitados os parâmetros de calibração por subbacia. O modelo permite a aplicação de

diferentes conjuntos de parâmetros por sub-regiões, tal qual ocorre na calibração dos

parâmetros do MGB-IPH. No entanto, nesta versão ainda não há nenhum recurso automático

para a atribuição das subbacias, podendo ser feito manualmente através da manipulação do

arquivo de rede de drenagem, alterando o código da coluna “SubWat”. Também são

apresentados alguns valores por defaut, de acordo com a faixa de valores apresenta por Von

Sperling (2007). Mais abaixo, é possível atribuir percentuais de redução de carga, tanto pontuais

como difusas, a fim de possibilitar um melhor ajuste em relação aos dados observados.

Figura 30 – Janela de criação do arquivo de parâmetros de calibração do modelo de qualidade.

Seguindo a descrição da janela de parâmetros, no canto superior direito do painel

encontra-se a opção “Channel width e channel depth”. Caso tenha sido utilizado o IPH Hydro

Tools, esses dados podem ser extraídos do arquivo MINI.GTP, uma vez que o arquivo apresenta

estimativas das características geométricas para cada trecho. Também é possível ajustar uma

equação em função da área de drenagem, selecionando a segunda opção e inserindo os

coeficientes das equações. Utilizando os dados de resumo de descarga do banco de dados da

Agência Nacional de Água, é possível ajustar curvas de largura e profundidade em função da

34

área de drenagem, sendo uma opção mais representativa para a bacia. O dado de profundidade

tem maior importância devido ao fato que de alguns componentes de qualidade envolvem a

sedimentação no fundo do canal, sendo utilizado em conjunto com os valores de velocidade de

sedimentação na modelagem. Na sequência, abaixo deste painel, existe a configuração do

cálculo da velocidade dos trechos de rio, variável bastante importante no cálculo do transporte

dos parâmetros de qualidade. Existem três opções disponível, a primeira, fixando um valor por

subbacia (neste caso, o valor fornecido no quadro ao lado é mantido), considerando a equação

da velocidade em função da vazão e da área do canal, e também a partir de uma equação em

função da vazão do trecho. Por fim, também é possível gerar estimativas do coeficiente de

reaeração por trecho (Ka) através da utilização de equações que relacionam esta variável com a

profundidade e a largura, ao invés de utilizar valores fixos por subbacia.

3.3.4 Execução do modelo e visualização dos resultados

Uma vez tendo gerado o arquivo de parâmetros (e opcionalmente o arquivo de dados

observados), é possível executar o módulo de qualidade da água. Clicando em “Run Simulation”,

será exibida a tela apresentada na Figura 31, onde na parte superior devem ser inseridos os

arquivos gerados na etapa anterior, é definido o cenário de vazão a ser simulado e também, no

caso de serem inseridos os valores de carga difusa, deve ser selecionada a opção para serem

inseridos estes valores. No exemplo deste manual, foi definida a Q95% como vazão de base para

simulação do cenário de qualidade.

Logo abaixo, são exibidas as funções para criação dos gráficos de perfil longitudinal e

verificação dos dados observados. No painel da esquerda, deve-se selecionar o código da bacia

de montante e de jusante, podendo ser atribuído manualmente ou então a partir da criação de

um arquivo texto que contenha, nesta ordem, o nome do trecho, o código de montante e o

código de jusante, sendo os itens separados por um sinal de ponto e vírgula. No painel da direita,

deve ser selecionado o parâmetro de qualidade para geração do gráfico, sendo também possível

incluir ou não os dados observados, gerar arquivos de texto com os valores de concentração do

perfil, incluir as classes de enquadramento da resolução n° 357/2005 do CONAMA, além de

alterar o eixo das ordenadas para escala logarítmica.

35

Figura 31 – Janela de simulação do módulo de qualidade da água e de geração dos perfis longitudinais de concentração.

No exemplo a seguir, será mostrada a geração de um perfil longitudinal que contenha

dados de monitoramento entre o trecho de montante e o trecho de jusante. A Figura 32indica

os trechos selecionados, cujos códigos podem ser conferidos no próprio SIG utilizando a função

“Identify” e procurando o valor da coluna “CodBas_ID”. Os códigos podem ser diferentes ao

adotado neste manual, dependendo da discretização adotada. Observa-se também na figura

que existem quatro estações de monitoramento no trecho selecionado.

36

Figura 32 – Seleção do trecho de montante e de jusante para geração do perfil longitudinal de concentrações.

A seguir, a Figura 33 e a Figura 34 apresentam os perfis de concentração para os

parâmetros de DBO e coliformes, respectivamente, sendo incluídos também as quatro estações

com dados observados. Ressalta-se que não foi realizado nenhum ajuste dos parâmetros do

modelo, e mesmo assim foram obtidos resultados razoavelmente coerentes.

37

Figura 33 – Perfil longitudinal de concentração do parâmetro DBO.

Figura 34 - Perfil longitudinal de concentração do parâmetro coliformes.

Em relação à visualização dos resultados, também é possível visualizar diretamente na

tela de trabalho do SIG, através da alteração da simbologia do arquivo da rede de drenagem e

criação de classes de visualização. No caso da qualidade da água, é adotado o esquema de

classes de enquadramento definido pela Resolução n° 357/2005 do CONAMA. Na opção “Map

results – Water Quality Module”, e selecionando um dos 4 parâmetros disponíveis, o esquema

de visualização da base da rede de drenagem é alterado para as classes conforme definido pela

resolução. A Figura 35 apresenta o resultado da simulação de qualidade em todos os trechos de

rio, onde os pontos representam as sedes municipais (e os pontos de lançamento de efluentes).

38

(a)

(b)

(c)

Figura 35 – Resultados da simulação da qualidade da água por trecho de rio de acordo com a Resolução n° 357/2005 do CONAMA e os seguintes parâmetros: a) DBO, b) fósforo total e c)

coliformes.

39

Referências

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Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental.

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Gerenciamento de Recursos Hídricos a um SIG de Código Aberto. In: XX SIMPÓSIO BRASILEIRO

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qualidade de água QUAL2E – estudo de caso da bacia do Alto Iguaçu. Revista Engenharia

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Macaé/Ostras. Relatório Técnico. Rio de Janeiro, 2014.

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