Estudo da balneabilidade atual e futura das praias do Lami e Belém Novo em Porto Alegre (RS): Comparação de modelos de dispersão de poluentes numéricos e analíticos em meio aquático

Abstract

O Guaíba é o manancial principal da cidade de Porto Alegre, ele tem um papel essencial no saneamento, como corpo receptor dos esgotos urbanos tratados ou não. A poluição orgânica resultante é a causa principal da qualidade degradada da água. Assim, a avaliação dos impactos ambientais do sistema de esgotamento sobre a qualidade das águas do Guaíba permitiria compatibilizar os usos sanitários e turísticos deste corpo hídrico, no presente e no futuro. Dentro desse contexto se insere a importância de ferramentas computacionais para simular a dispersão de poluentes em meio aquático, de modo a subsidiar a tomada de decisão dos gestores, e garantir a segurança dos usuários frente às doenças veiculadas por água contaminada por esgoto. O trabalho proposto contempla simulações disponíveis na literatura, ou realizadas por pessoas habilitadas ao manuseio do software, para a qualidade da água no Guaíba, avaliada com o critério da concentração de coliformes termotolerantes. A interpretação das simulações focou particularmente nas condições de balneabilidade no Lami e Belém Novo. Foram simulados cenários da situação atual e de possíveis alterações do sistema de esgotamento, sugeridas no Plano de Esgoto do Departamento Municipal de Água e Esgoto, e no Projeto Integrado Socio-Ambiental da prefeitura. Também, foram avaliadas as simulações de diferentes ferramentas computacionais, com o intuito de fornecer resultados consolidados e consistentes. Os programas IPH-A, IPH-Eco e SIS-Bahía, empregam abordagens numéricas clássicas, enquanto o programa DMAE-Map usa uma abordagem analítica mais atual. Essa última abordagem foi estudada em detalhe e permite resolver a equação advectivo difusiva bidimensional em regime transiente, para obter a distribuição de concentração de poluentes em corpos hídricos de formato complexo. A formulação analítica, baseada em transformações conformes, converte a equação original em um modelo expresso em termos de coordenadas curvilíneas generalizadas, que correspondem à função corrente e ao potencial velocidade para escoamentos invíscidos. A função de variável complexa responsável pela definição da transformação é obtida a partir das equações paramétricas que descrevem as fronteiras do domínio. Por fim, esse trabalho avaliou o enquadramento e a balneabilidade nas praias do Lami e de Belém Novo, lugares tradicionais de lazer, epatrimônio ambiental na cidade de Porto Alegre, com apoio das ferramentas computacionais disponíveis e de revisão bibliográfica. Atualmente, essas praias são balneáveis durante os meses de regime de alta vazão do Guaíba, podendo ter problemas de salubridade durante o período de menor vazão do Guaíba, em particular no balneário de Belém Novo. Como o período de estiagem corresponde a temporada turística de veraneio, as variações observadas de qualidade da água prejudicam o aproveitamento recreativo das praias, e também, as atividades econômicas de turismo. Uma das estratégias possíveis para melhorar a qualidade das águas do Guaíba próximo ao Centro é a realização de um desvio das cargas periféricas não tratadas oriundas do Centro de Porto Alegre, inicialmente despejadas na Ponta da Cadeia, ou no arroio Dilúvio, para o emissário da ETE Serraria na Ponta Grossa. O impacto ambiental resultante sobre a balneabilidade da praia do Lami não foi significativo considerando a popualção de 2010, uma vez que as cargas locais de efluentes tiveram um impacto maior sobre a qualidade das águas, em comparação com as cargas remotas. Em Belém Novo, devido a configuração geográfica é provável que o emissário da Ponta Grossa tenha um impacto ambiental negativo relevante. Porém, esse impacto não apenas resulta do desvío de carga, mas também do desague do arroio do Salso, o qual é bastante contaminado por esgoto. Aplicando um aumento populacional correspondante à situação em 2030, 8 sem alteração do percentual de coleta e tratamento dos esgotos sanitários em Poto Alegre, a qualidade do Guaíba em todas as estações apareceu como significativamente comprometida; em particular a balneabilidade das praias do Lami e Belém Novo ficou inviável. Globalmente, a partir dos resultados do trabalho, os efeitos do emissário da Ponta Grossaapareceu como de menor relevância em comparação com as cargas locais, a curto como a longo prazo, em relação a balneabilidade das praias de Belém Novo e Lami. Assim, a análise das simulações apontou como fator de maior relevância para a preservação da qualidade das águas nas praias da Zona sul a melhoria das infraestruturas locais de coleta e tratamento de esgoto sanitário.

The Guaíba is the main water resource in Porto Alegre. It is used for very diverse purposes and that can trigger environmental conflicts. For instance, the river is the cornerstone of the sanitation politic, both as the final receptor of treated and not treated urban sewage, and the source of drinking water. In that context, assessing the environmental impact of sanitation infrastructures is essential for the community to be able to continue relying on that water resource today and in the future. The focus of the present work is to assess the water quality, especially with respect to the legal quality limits for bathing requirements, in the Lami beach and Belém Novo beach regions, through computational simulations and study of bibliographic references. These regions are particularly relevant for being traditionally dedicated to tourism, and natural preservation in Porto Alegre. To help decision making and protect the population from diseases linked with water contamination by urban effluents, many computational tools were developed in order to simulate pollutant dispersion in water. This work presented in this document shows numeric results of water quality simulations based on the criterion of thermoresistant coliform concentration. In order to confirm the results, simulations with different programs were compared: DMAE-Map, IPH-A, IPH-Eco and Sis- Bahia. Which are robust and widely used hydrologic simulators in Brazil. The simulations interpretation focused on the Lami beach and Belém Novo beach regions in order to characterize the water quality for bath accordingly to legal limits. The present situation and different scenarii discussed in the Porto Alegre’s department of water and sewage were analyzed. Moreover, the computational tools mentioned have different solving strategies for fluid dynamics and matter transport equations: IPH-A, IPH-Eco and Si-Bahia are based on a numerical approach, while DMAE-Map relies on an analytical innovative approach. This later program is described in more details, as. It is a newer and more efficient way –from the calculation time point of view- to determine the concentration distribution. The concentration distribution is computed through the bidimensional advection and diffusion equation solving, in permanent or transient regime, for morphologically complex water bodies. The analytic formulation of the advective and diffusive propagation problem, based on conform transformation, converts the original equation in Cartesian coordinates into another expression written in terms of generalized curve coordinates, which corresponds to the stream function and the velocity potential of unviscous flows. Bibliography and DMAE monitoring shows that today it is safe to bath at Lami and Belém Novo beach in winter, but sometimes quality problems occur in summer due to the slower stream of the Guaíba. The analisis of the simulation demonstrated a low impact of part effluent flow deviation from the Centro to the outflow conduct of the urban effluent treatment plant of Serraria near Ponta Grossa on the water quality in Lami and Belém Novo. Today, the main source of pollution in Lami and Belém Novo is the local effluent sources like septic tanks or low quality creeks, rather than the remote sources like the urban effluent conduct in Ponta Grossa or Ponta da Cadeia. However, taking into account the population growth till 2030, the water quality of the Guaíba as a whole will significantly drop in every season because of the increase of the effluent flow. The simulations showed that the most relevant parameter to alter in order to preserve the quality of water, and the bathing conditions in Lami and Belém Novo, are the local sanitation infrastructures.