Modelagem baseada em agentes para a simulação da dispersão de poluentes em cursos d'água / Agent-based modeling for simulation of pollutants dispersion in water courses

RESUMO A atividade antrópica em bacias hidrográficas frequentemente gera efluentes que poluem cursos d'água e tendem a gerar problemas ambientais diversos. Uma ferramenta muito útil para auxiliar a avaliação desses problemas é a modelagem matemática. Uma classe específica de modelos matemáticos com aplicações promissoras na área de recursos hídricos e controle da poluição são os modelos baseados em agentes. Neste trabalho se demonstrou como um modelo baseado em agentes pode ser desenvolvido e utilizado para a simulação de plumas de constituintes conservativos e não conservativos em cursos d'água. Foram apresentadas as suposições feitas para a representação dos fenômenos de advecção, dispersão e decaimento de primeira ordem no modelo. Posteriormente, foi feita uma comparação entre os resultados do modelo e a solução analítica unidimensional da equação de advecção-dispersão. Os resultados das comparações apontaram boa representação dos processos pelo modelo baseado em agentes e evidenciaram a importância da definição da discretização da massa dos constituintes lançados para essa classe de modelo. As soluções desenvolvidas e apresentadas mostram-se promissoras para a aplicação de modelos baseados em agentes na simulação de impactos de despejos em cursos d'água, bem como o modelo desenvolvido consiste atualmente em uma ferramenta educacional simples para o entendimento desses fenômenos.

ABSTRACT Human activity often generates effluents that pollute waterways and tend to generate serious environmental problems. A very useful tool to help assess these issues is the mathematical modeling. A specific class of models that are very promising for water resources and pollution control are the agent-based models. This paper presents an agent-based model developed and used to simulate plumes of conservatives and non-conservatives constituents in water courses. The assumptions made for the representation of advection, dispersion and first order decay phenomena's on the development of the model are presented, and these solutions are evaluated against the analytical solution of one-dimensional advection-dispersion equation. The results of the comparisons show a good representation of the agent-based model, and show the importance of the released constituent's mass discretization definition. The solutions developed and presented are promising for the application of agent based models in the simulation of impacts of discharges into watercourses, as well as the developed model presents itself as an educational tool for simple understanding of the simulated phenomena.

Modelo analitico de qualidade da agua acoplado com Sistema de Informacao Geografica para simulacao de lancamentos com duracao variada / Analytical water quality model coupled with Geographic Information System for simulation of variable time discharges

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um modelo de qualidade da água acoplado com um software livre de Sistema de Informação Geográfica (SIG) para representação de impactos causados por lançamentos de poluentes em grande escala, com uma visão sistêmica de toda a bacia hidrográfica e com ferramentas simplificadas para lidar com as condições típicas de baixa disponibilidade de dados. No modelo proposto, denominado SIAQUA-IPH, é adotada uma metodologia baseada na solução analítica da equação de transporte de poluentes por meio de um esquema de sobreposição linear. São apresentados testes em que os resultados do modelo foram comparados com experimentos de lançamento de traçadores no Rio Paraíba do Sul, com resultados promissores, considerando-se as incertezas envolvidas.

This paper presents the development of a water quality model coupled with an open source Geographic Information System (GIS) software representing the impacts of large scale pollutant releases, with a systemic view of the entire basin, and simplified tools to deal with typical data scarcity situations. In the proposed model, called SIAQUA-IPH, a methodology based on the pollutant transport equation analytical solution through a scheme of linear superposition is adopted. The paper also presents tests in which model results were compared to tracer releases experiments in the Paraíba do Sul river, where promising results were obtained considering the uncertainties involved.

Unidades fitofisionômicas em mesoescala no Pantanal Norte e suas relações com a geomorfologia / Meso-scale phytophysiognomic units in the Northern Pantanal and their relations with geomorphology

Este trabalho teve por objetivo caracterizar e quantificar as unidades fitofisionômicas em mesoescala e estabelecer suas relações com a intensidade e duração da inundação e com a topografia. O estudo foi realizado no Sítio de Amostragem de Longa Duração (SALD), implantado em uma área de 25 km² localizado na planície de inundação do rio Cuiabá, Pantanal de Mato Grosso. As unidades fitofisionômicas foram determinadas a partir da classificação supervisionada de imagens CBERS 2B sensor CCD. Os mapas de intensidade e duração da inundação e topografia foram gerados a partir da interpolação espacial de levantamentos planialtimétricos de campos. Foi evidenciada a existência de quatro unidades, sendo o Campo (pastagem inundável) a unidade com maior área de ocorrência, seguido pelas Cordilheiras (savana arbórea densa), Landizal (floresta inundável sempre verde) e Cambarazal (floresta inundável monodominante de Vochysia divergens Pohl.) respectivamente. O Campo apresentou sua maior distribuição em áreas de alta intensidade e duração de inundação e topografia baixa. O Cambarazal predomina em áreas de intensidade média e duração e topografia alta, o Landizal em áreas com intensidade e duração alta e topografia baixa, enquanto as cordilheiras são caracterizadas por intensidade e duração baixa e topografia alta. Testes estatísticos indicaram que a inundação foi o principal fator responsável pela distribuição das unidades fitofisionômicas em mesoescala no Pantanal norte.

The purpose of this work was to characterize and quantify phytophysiognomic units at mesoscale and evaluate their relationships with flood intensity, flood duration and topography. The study was conducted at a 25 km² Long-Term Sampling Site (LTSS), located within the floodplain of the Cuiabá River in the Pantanal of Mato Grosso. The phytophysiognomic units were determined from the supervised classification of CBERS 2B sensor CCD satellite images. The maps of flood intensity, flood duration and of topography were generated from the spatial interpolation of planialtimetric field surveys. Four phytophysiognomic units were identified; Campo inundável (flooded grassland) was the unit with the largest area of occurrence, followed by Cordilheiras (dense arboreal savanna), Landizal (seasonally flooded evergreen forest), and Cambarazal (monodominant Vochysia divergens Pohl. forest), respectively. Campo inundável is distributed mainly in areas of high flood intensity and duration and low topographic positions. Cambarazal predominates in areas of medium flood intensity and duration and intermediate elevation, Landizal in areas of high flood intensity and duration and low topographic position, whereas Cordilheiras are characterized by low flood intensity and duration and location in higher elevations. Statistical tests indicated that flood intensity is the main factor responsible for the mesoscale distribution of phytophysiognomic units in the northern Pantanal.