Modelo de otimização quali-quantitativo para sistemas de recursos hídricos: aplicação no Sistema Engenheiro Ávidos e São Gonçalo - PB.

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: NEPOMUCENO, Thiago Cabral.
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Campina Grande; Brasil; Centro de Tecnologia e Recursos Naturais - CTRN; PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL; UFCG
• Palavras-chave em Português: Sistemas de recursos hídricos; Water resources systems; Recursos hídricos; Water resources; Otimização quali-quantitativa - sistema de recursos hídricos; Quali-quantitative optimization - water resources system; Sistema Engenheiro Ávidos; Avid Engineer System; Saneamento ambiental; Environmental sanitation; Sustentabilidade; Sustainability; Nitrogênio; Nitrogen; Fósforo; Phosphor; Modelagem nos corpos hídricos - hidrogênio e fósforo; Modeling in water bodies - hydrogen and phosphorus; Perímetro Irrigado de São Gonçalo - PB; São Gonçalo Irrigated Perimeter - PB; Engenheiro Ávidos - reservatório; Avid Engineer - Reservoir; Engenharia Civil
• Link de acesso: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/28735

Os recursos hídricos são fundamentais para a vida, o que torna necessário a realização de esforços para garantir o uso eficiente da água, principalmente em sistemas que possuem reduzida oferta hídrica, múltiplas demandas e efluentes lançados nos corpos hídricos. O presente estudo propõe desenvolver um modelo de otimização quali-quantitativo, a nível mensal, para aplicação em sistemas de recursos hídricos, permitindo a modelagem nos corpos hídricos de nitrogênio, fósforo, oxigênio dissolvido e demanda bioquímica de oxigênio. Com o produto final, foi possível efetuar a otimização multiobjetivo, quali-quantitativa, baseada em programação linear, para vários Cenários, favorecendo a tomada de decisão. Foi levada em consideração a modelagem, para rios e reservatórios, de formas orgânicas e inorgânicas do ciclo do nitrogênio e do fósforo, provenientes de efluentes domésticos e agrícolas, estes últimos quantificados a partir de balanços de massa no solo. O modelo foi estruturado em ambiente Matlab, com funções objetivo e restrições de caráter quantitativo e qualitativo, sendo as não linearidades superadas por meio de artifícios de linearização. Como estudo de caso, foi avaliado um sistema localizado no Alto Piranhas – PB, que compreende dois reservatórios ligados em série e os trechos de rio entre os mesmos. Foram analisados quatro Cenários, o primeiro considerando apenas os aspectos quantitativos dos recursos hídricos e os demais com a influências dos efluentes domésticos e agrícolas. Após os procedimentos de otimização, foi possível atender às demandas urbanas em todo o período de operação, nos quatro Cenários. Para a agricultura irrigada, principalmente o Perímetro Irrigado de São Gonçalo, a área alocada foi inferior à disponível, devido às demandas elevadas associadas a esta atividade. Quando os parâmetros de qualidade não foram priorizados na otimização, as concentrações foram elevadas em vários meses, com o fósforo total no reservatório São Gonçalo, por exemplo, apresentando valores até 12,30 vezes superiores aos limites máximos para este corpo hídrico. A partir da consideração desse objetivo, mesmo lançados esgotos brutos, foram mantidos os níveis de acordo com a resolução nº 357/2005 do Conama. À medida que as cargas agrícolas foram inseridas, ocorreram meses em que as concentrações dos nutrientes e do oxigênio dissolvido, para São Gonçalo e o nó entre os reservatórios, estiveram em desacordo com a legislação vigente, para este último, por exemplo, foram observados níveis de nitrogênio amoniacal cerca de 1,75 vezes superiores ao limite para a Classe adotada. Assim, ocorreram reduções na confiabilidade e na resiliência, com maior vulnerabilidade correspondente às concentrações de fósforo total no nó (38,40%), justificando resultados encontrados na literatura acerca do impacto dos fertilizantes nos corpos hídricos. O reuso dos efluentes domésticos pode ser uma alternativa para a área de estudo, favorecendo o suprimento hídrico e nutricional das culturas. Os índices de eficiência dos reservatórios indicaram grande relevância de Engenheiro Ávidos para o suprimento quali-quantitativo dos corpos hídricos a jusante, com 70,47% de sua afluência podendo ser utilizada, principalmente, para o auxílio a jusante. Por fim, o modelo de otimização mostrou-se satisfatório, possibilitando a operação do sistema de forma eficiente, de maneira que os aspectos quali-quantitativos dos recursos hídricos puderam ser integrados, o que torna a representação do sistema mais fidedigna.