O quali-quantitativa do percolado gerado no aterro controlado de santa maria rs



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5.1. Resultados Quantitativos do Percolado Gerado


Os resultados quantitativos do percolado foram obtidos por intermédio da estimativa de geração da vazão de efluentes no aterro da Caturrita, estes baseados na utilização dos seguintes métodos empíricos: o Método do Balanço Hídrico, o Método Racional e o Método Suíço. Todos os três utilizam metodologias bastante difundidas para a previsão de vazões, conforme apresentado no capitulo 2.

Para aferição dos métodos empíricos, mediu-se a vazão total de efluente do sistema, utilizando-se uma calha tipo Parshall na saída do sistema de lagoas de estabilização.

Na Tabela 11 são mostrados os dados observados de vazão com o intervalo de confiança para cada mês, com seu respectivo número de amostragens para o mês e o equivalente de percolação, que é calculado a partir da razão entre a vazão da calha e a área considerada no cálculo do balanço hídrico, multiplicado o resultado pelo número de dias em 01 mês. Para o mês de Maio de 2004 não há intervalo de confiança, pois foi observado apenas um único valor, contudo se tem noção da situação através dos intervalos de confiança para os demais meses.

TABELA 11 – Vazão medida na calha Parshall, quantidade de amostragens e percolação.


Mesmo com uma série histórica, proveniente de uma quantidade grande de amostras, observaram-se vazões nulas para os meses de Janeiro, Fevereiro e Março de 2005. A Figura 13 mostra a relação entre o número de amostragens e a vazão medida para cada mês, observando que a partir de Setembro de 2004 as vazões medidas melhoraram a confiabilidade. Em geral, a vazão comportou-se de maneira coerente, visto que, tanto para os meses mais chuvosos (de menor evapotranspiração) quanto para os meses menos chuvosos (de maior evapotranspiração) ocorreram tendências esperadas para as estações climáticas.

Salienta-se que as vazões medidas na calha Parshall estão vinculadas a alguns limitantes que poderiam alterar o status quantitativo das mesmas, podendo citar: a ausência de impermeabilização de base no aterro, que poderia gerar maior percolação na calha, ou ainda, a percolação constante que entrava na primeira lagoa em todos os momentos, contudo insuficiente para circular entre as demais e gerar vazão na calha.




FIGURA 13 – Vazão medida e o número de observações de vazões para cada mês.

Devido à maior seca nos últimos anos no Rio Grande do Sul, o município de Santa Maria sofreu com os baixos índices pluviométricos. Esta pouca chuva refletiu na pequena vazão de percolado em Dezembro de 2004, chegando em média a 2,3 m3/dia e a vazões nulas para os meses posteriores de verão. Os valores de vazões foram verificados junto à calha Parshall no ponto Efluente e demonstrados na Figura 13 e na Tabela 11.

A Figura 14 mostra a relação entre a precipitação no período pesquisado e o percolado real gerado e também a diferença entre a precipitação e a evapotranspiração, no aterro da Caturrita entre Maio de 2004 e Abril de 2005.

Para o mês de Agosto de 2004, aproximadamente 94% do que precipitou tornou-se percolado, sendo esta a maior relação encontrada. Fazendo-se uma média entre os meses do estudo, pode-se dizer que, aproximadamente, 34% das chuvas tornaram-se percolado. A Figura 14, também mostra o quanto a evapotranspiração influi na percolação, para os meses de Dezembro de 2004 e Janeiro e Fevereiro de 2005, quando a diferença entre precipitação e evapotranspiração foi negativa a percolação foi nula. A Figura 15 apresenta a relação entre precipitação e percolação para o período entre Maio de 2004 e Abril de 2005.




FIGURA 14 – Percolação medida, série histórica de precipitação e diferença entre precipitação e evapotranspiração para o período da pesquisa.



FIGURA 15 – Relação entre a percolação medida e a série histórica de precipitação no período da pesquisa.

Devido ao período atípico na região, pelas baixas precipitações, utilizaram-se séries históricas longas para demonstrar a analogia geral entre precipitações e evapotranspiração na região de Santa Maria – RS. A Figura 16 apresenta os meses e seus respectivos comportamentos hídricos das médias mensais de séries históricas de precipitação e evapotranspiração.





FIGURA 16 – Comportamento hídrico utilizando séries longas de precipitação e evapotranspiração.

Como observado na Figura 16, historicamente, o município de Santa Maria não apresenta déficit hídrico, pois a precipitação supera em todos os meses a evapotranspiração, inclusive nos meses de verão, quando ocorrem períodos com maior insolação. A média para a precipitação e evapotranspiração segundo a Figura 16 são 135 mm e 75 mm, respectivamente.

Analisando o período da pesquisa, observa-se que em alguns meses ocorre déficit hídrico, retratando que o período entre Maio de 2004 e Abril de 2005 foi atípico pela escassez e chuva em média 95 mm, adicionada a elevados índices de evapotranspiração iguais em média a 89 mm.

Comparando as precipitações e evapotranspirações médias, para o histórico de dados e para o período da pesquisa, nota-se o quanto foi seco no período entre 2004 e 2005, principalmente para os meses de inverno como mostra a Figura 14, a subtração entre as médias de precipitação e evapotranspiração resultam em 6 mm, enquanto para a série histórica a mesma situação resulta em 60 mm. Quanto menor é o valor de subtração encontrado, menor será a produção dos lixiviados no ano em questão.

De maneira geral, a situação para períodos climáticos atípicos, não demonstra a realidade de percolação. Cita-se, por exemplo, a necessidade de dimensionar um sistema de tratamento de efluentes de um aterro, que teria maior exatidão com um histórico grande de dados, pois um histórico pequeno poderia induzir a uma margem de erro elevada no dimensionamento.

5.1.1. Estimativa da Vazão de Percolado Gerado utilizando-se o Método do Balanço Hídrico


No Quadro 6 são mostrados os coeficientes e parâmetros que foram utilizados para a estimativa das vazões de percolado para séries históricas longas.

QUADRO 6 - Parâmetros e o respectivo modo de obtenção para o Método do Balanço Hídrico.

PARÂMETROS

MODO DE OBTENÇÃO

Precipitação (P)

Boletins Pluviométricos FEPAGRO (1970 – 2004).

Evaporação Potencial (EP)

Boletins Hidrometeorológicos EMBRAPA (1961 – 1990)

Escoamento Superficial

(ES = C’ x P)



Para C’ utilizou-se 0,15 e 0,18 com inclinação de 2 a 7%, para meses secos e úmidos respectivamente, visto que são valores intermediários entre solo Argiloso e Arenoso, pois o solo local é um Silte Argiloso.

Infiltração (I)

Obtido através da subtração da Precipitação pelo Escoamento Superficial.

I – EP

Diferença entre a água que infiltra e a que evapora.

Σ (NEG (I – EP))

Calculado somando os valores negativos de (I – EP).

Armazenamento de Água no Solo de cobertura (AS)

Foi obtido o valor de 120 mm, fazendo o produto entre a espessura de solo 0,6 m a disponibilidade de água 200 mm/m. O desenvolvimento da seqüência para meses de déficit hídrico, conforme Quadro 9 – Anexo A.

Variação no armazenamento de água no solo (∆AS)

Diferença entre a água armazenada no solo, de um mês para o outro (∆AS = ASn – ASn-1).

Evaporação real (ER)

Quando (I – EP)> 0, então ER = EP e quando (I –EP)<0, então ER = [EP + (I – EP) - ∆AS].

Percolação em mm (PER)

PER = P – ES – AS – ER.

Vazão mensal em m3/dia (QM)

QM = ((PER x 37429)/2592000)*3,6*24

Fonte: adaptado de Lins (2003).
Com a breve explicação do Quadro 6, obtiveram-se os resultados de vazões mensais da série histórica longa de dados, 34 anos para a precipitação e 29 anos para a evapotranspiração, estes apresentados na Tabela 12:

TABELA 12 – Estimativa da vazão de percolado através do Método do Balanço Hídrico utilizando séries históricas longas.


Comparando-se a vazão real medida na calha Parshall com a vazão calculada pelo Método do Balanço Hídrico, verifica-se que o Método simplificado estimou um valor aproximado 34% superior a medição real no período observado.

Nos meses de Dezembro a Abril, como observado na Tabela 12, o Método do Balanço Hídrico apresentou vazão nula. De maneira simplificada, a média de vazão de percolado considerando os 12 meses do ano ficou em 50,2 m3/dia.

Na Tabela 13, pode-se constatar o número de vezes2 (em módulo) que o Método do Balanço Hídrico apresentou-se superior ou inferior à vazão real. Da mesma forma, é calculado o erro percentual (em módulo) em cada mês. Na ocorrência de alguma divisão por zero o valor abordado para o erro é considerado incoerente.

TABELA 13 – Percentual de erro para o Método do Balanço Hídrico utilizando séries longas.


O erro máximo encontrado foi de 252% para o mês de Junho e o mínimo de 0% para janeiro, Fevereiro e Março, enquanto que para o período de 12 meses foi de 34%. As causas de o desvio médio, estar em 34%, pode se encontrar vinculado à ausência de impermeabilização no aterro, uma vez que, haveria maior geração de percolado, minimizando a diferença entre o valor calculado e o medido.

No mês de Dezembro, ocorreram incoerências de dados, visto que a vazão medida nula não teve reciprocidade nula na calculada.

Para as séries históricas curtas, no quadro 6 são mostrados os coeficientes que foram utilizados para a estimativa dos valores de vazões calculadas no período compreendendo Maio de 2004 e Abril de 2005, exceto os boletins pluviométricos que são da FEPAGRO em 2004 e do INMET em 2005 e os Hidrometeorológicos que são também do INMET tanto para 2004 quanto para 2005. Através destes, obtiveram-se os resultados entre Maio de 2004 e Abril de 2005 de vazões do aterro da Caturrita, estes apresentados na Tabela 14:

TABELA 14 – Estimativa da vazão de percolado através do Método do Balanço Hídrico utilizando séries históricas curtas.


Comparando-se a vazão real medida na calha Parshall com a vazão calculada utilizado Método do Balanço Hídrico, verifica-se que o Método simplificado estimou um valor aproximado 48% inferior a medição real no período observado entre Maio de 2004 e Abril de 2005.

A vazão estimada foi nula para todos os meses exceto em Abril, Maio Junho e Julho, conforme mostrado na Tabela 14. Simplificadamente, a média de vazões de percolado, considerando o período de medição ficou em 20 m3/dia.

Na Tabela 15, pode-se constatar o número de vezes (em módulo) que o Método do Balanço Hídrico apresentou-se superior ou inferior à vazão real. Da mesma forma, é calculado o erro percentual (em módulo) em cada mês. Na ocorrência de alguma divisão por zero o valor abordado para o erro é considerado incoerente.

TABELA 15 – Percentual de erro para o Método do Balanço Hídrico utilizando séries curtas.


O erro máximo encontrado foi de 156% para Abril, o mínimo de 0% de Janeiro a Abril, enquanto que para o período dos 12 meses observados foi de 48%.

Nos meses de Agosto a Dezembro ocorreram incoerências de dados, pois a vazão calculada nula não teve reciprocidade nula também na vazão medida.


5.1.2. Estimativa da Vazão de Percolado Gerado utilizando-se o Método Racional


A seguir, no Quadro 7, são apresentados os coeficientes utilizados na estimação da vazão de percolado empregando-se Método Racional, com base em informações de séries históricas longas.

QUADRO 7 - Parâmetros e o respectivo modo de obtenção para o Método Racional.

PARÂMETROS

MODO DE OBTENÇÃO

Precipitação (P)

Boletins Pluviométricos FEPAGRO (1970 – 2004).

Evaporação Potencial (EP)

Boletins Hidrometeorológicos EMBRAPA (1961 – 1990)

Área de contribuição para o Balanço Hídrico (A)

A = 37429m2

Número de segundos em 1 mês (t)

t = 2592000 segundos

Coeficiente de escoamento superficial (c)

c = 0,4 considerando aterro com cobertura de solo exposto, declividade entre 0 e 5% e textura do solo entre uma areia e um silte argiloso.

Escoamento Superficial

(Es = P x c)



Escoamento Superficial em mm, depende da precipitação do mês.

Vazão em m3/dia (Q)

Q = {[(P - Es – EP) x A] / t} x 86,4

Através do Quadro 7 foi possível a obtenção dos resultados mensais da série histórica de vazões do aterro da Caturrita, utilizando o Método Racional. Os resultados são apresentados na Tabela 16.



TABELA 16 – Estimativa da vazão de percolado através do Método Racional utilizando séries históricas longas.


Comparando-se a vazão real medida na calha Parshall com a vazão calculada utilizando o Método Racional, verifica-se que o Método simplificado estimou um valor aproximado 31% inferior a medição real no período observado.

Nos meses de Novembro a Março como observado na Tabela 16 o Método Racional apresentou vazão nula. De maneira simplificada, a média de vazão de percolado considerando os 12 meses do ano ficou em 26 m3/dia.

Na Tabela 17, pode-se constatar o número de vezes (em módulo) que o Método Racional apresentou-se superior ou inferior à vazão medida. Da mesma forma, é calculado o erro percentual (em módulo) em cada mês. Na ocorrência de alguma divisão por zero o valor abordado para o erro é considerado incoerente.

TABELA 17 – Percentual de erro para o Método Racional utilizando séries históricas longas.


O erro máximo encontrado foi de 128% para o mês de Junho e o mínimo de 0% para Janeiro, Fevereiro e Março, enquanto que para o período de 12 meses foi de 31%.

Os meses que ocorreram incoerências foram Novembro e Dezembro, visto a ausência de reciprocidade entre a vazão nula calculada ou medida.

Para séries curtas, no quadro 7 são mostrados os coeficientes que foram utilizados para a estimativa dos valores de vazões calculadas para o Método Racional no período compreendendo Maio de 2004 e Abril de 2005. Os boletins pluviométricos são da FEPAGRO em 2004 e do INMET em 2005 e os Hidrometeorológicos são do INMET tanto para 2004 quanto para 2005.

De posse dos dados, pelo Método Racional, obtiveram-se os resultados entre Maio de 2004 e Abril de 2005 de vazões do aterro da Caturrita, estes apresentados na Tabela 18:



TABELA 18 – Estimativa da vazão de percolado através do Método Racional utilizando séries históricas curtas.


Comparando-se a vazão real medida na calha Parshall com a vazão calculada utilizando o Método Racional, verifica-se que o Método simplificado estimou um valor aproximado 76% inferior a medição real no período observado entre Maio de 2004 e Abril de 2005.

A vazão estimada foi nula para todos os meses, exceto Abril, Maio e Junho, conforme mostrado na Tabela 19. De maneira simplificada a média de vazão de percolado considerando o período de medição ficou em 9,1m3/dia.

Na Tabela 19, pode-se constatar o número de vezes (em módulo) que o Método Racional apresentou-se superior ou inferior à vazão real. Da mesma forma, é calculado o erro percentual (em módulo) em cada mês. Na ocorrência de alguma divisão por zero o valor abordado para o erro é considerado incoerente.

TABELA 19 – Percentual de erro para o Método Racional utilizando séries históricas curtas.


O erro máximo encontrado foi de 81% para Junho, o mínimo de 0% de Janeiro a Abril, enquanto que para o período dos 12 meses observados foi de 76%.

Nos meses de Julho a Dezembro e Abril ocorreram incoerências de dados, pois a vazão calculada nula não teve reciprocidade nula também na vazão medida.


5.1.3. Estimativa da Vazão de Percolado Gerado utilizando-se o Método Suíço


No Quadro 8 são mostrados os coeficientes e parâmetros que foram utilizados para a estimativa das vazões de percolado utilizando o Método Suíço, com base em séries históricas longas de dados.

QUADRO 8 - Parâmetros e o respectivo modo de obtenção para o Método Suiço.

PARÂMETROS

MODO DE OBTENÇÃO

Precipitação (P)

Boletins Pluviométricos FEPAGRO (1970 – 2004).

Grau de Compactação (K)

K = 0,25, considerando aterro de fraca a fortemente compactado.

Área de contribuição para o balanço hídrico (A)

A = 37429m2

Número de segundos em 1 mês (t)

t = 2592000 segundos

Vazão em m3/dia (Q)

Q = [(P x A x K) / t] x 86,4

Através da obtenção dos parâmetros do Quadro 8, obtiveram-se os resultados mensais da série histórica de vazões pelo Método Suíço aplicado ao Aterro da Caturrita, estes são apresentados na Tabela 20:



TABELA 20 – Estimativa da vazão de percolado através do Método Suíço utilizando séries históricas longas.


Confrontando-se a vazão real medida na calha Parshall com a vazão calculada utilizando o Método Suíço, verifica-se que o Método simplificado estimou um valor aproximado 13,0% superior a medição real no período observado.

Observa-se, diferentemente dos Métodos anteriores, que o Suíço distribui a vazão uniformemente durante o ano, não apresentando em nenhum momento valores nulos. Considerando o histórico de precipitações, a vazão média calculada foi de 42,2 m3/dia.

Na Tabela 21, pode-se constatar o número de vezes (em módulo) que o Método Suíço apresentou-se superior ou inferior à vazão real. Da mesma forma, é calculado o erro percentual (em módulo) em cada mês. Na ocorrência de alguma divisão por zero o valor abordado para o erro é considerado incoerente.

TABELA 21 – Percentual de erro para o Método Suíço para séries históricas longas.


O erro máximo encontrado foi de 1594% para o mês de Dezembro e o mínimo de 2% para Julho, enquanto que para o período de 12 meses foi de 13,0%.

Em alguns meses ocorreram incoerências de dados, visto que a vazão medida nula entre Janeiro e Março não teve reciprocidade nula na calculada.

Nas séries históricas curtas o Quadro 8 apresenta os coeficientes que foram utilizados para a estimativa dos valores de vazões calculadas no período compreendendo Maio de 2004 e Abril de 2005. Os boletins pluviométricos utilizados são da FEPAGRO em 2004 e do INMET em 2005.

Detendo os coeficientes foram calculados os resultados entre Maio de 2004 e Abril de 2005 de vazões do Aterro da Caturrita, estes apresentados na Tabela 22:



TABELA 22 – Estimativa da vazão de percolado através do Método Suíço utilizando séries Curtas.


Confrontando-se a vazão real medida na calha Parshall, com a vazão calculada utilizando o Método Suíço, verifica-se que o Método simplificado estimou um valor aproximado 21% inferior a medição real no período observado.

Como mostrado para séries longas, observa-se o Método Suíço distribuir a vazão uniformemente durante o ano, não apresentando em nenhum momento valores nulos para vazões, devido principalmente a ausência do parâmetro evapotranspiração em sua rotina de cálculo. Considerando o histórico de precipitações de 12 meses a vazão média calculada foi de 29,5 m3/dia.

Na Tabela 23, pode-se constatar número de vezes (em módulo) que o Método Suíço apresentou-se superior ou inferior à vazão medida. Da mesma forma, é calculado o erro percentual (em módulo) em cada mês. Na ocorrência de alguma divisão por zero o valor abordado para o erro é considerado incoerente.

TABELA 23 – Percentual de erro para o Método Suíço utilizando séries históricas curtas.


O erro máximo encontrado foi de 888% para Dezembro, o mínimo de 15% para Abril, enquanto que para o período dos 12 meses observados a média foi de 21%.

Nos meses de Janeiro a Março ocorreram incoerências de dados, pois a vazão medida nula não teve reciprocidade nula também na vazão calculada.


5.1.4. Comparações dos Resultados entre os Métodos do Balanço Hídrico, Racional e Suíço


A noção da quantidade de percolado gerado se torna importante a partir do momento que se necessita dimensionar sistemas de tratamento e disposição final de resíduos. Fundamentado nos fatores anteriores, métodos empíricos foram desenvolvidos para satisfazer as necessidades de dimensionamentos, conforme a disponibilidade de parâmetros.

No presente trabalho, utilizou-se de três métodos empíricos, são eles: os métodos do Balanço Hídrico, Racional e Suíço, assim sendo, fizeram-se comparações das vazões obtidas entre as séries longas e curtas para os históricos de dados.

Conforme os gráficos de avaliações de erros, utilizando os resultados dos três Métodos empíricos, inseriram-se os dados de vazão calculada, no eixo dos “x” e os da vazão medida através da calha Parshall no eixo dos “y”. Os gráficos de avaliações de erros são apresentados nas Figuras 17 e 18, respectivamente, para séries históricas longas e curtas de precipitação e evapotranspiração.


FIGURA 17 – Avaliação de erros dos Métodos do Balanço Hídrico, Racional e Suíço para séries históricas longas.


FIGURA 18 – Avaliação de erros dos Métodos do Balanço Hídrico, Racional e Suíço para séries históricas curtas.

Com o cálculo estimativo para séries históricas longas e curtas, chegou-se a Tabela 24, baseada nos gráficos das Figuras 17 e 18 de avaliação de erros, sintetizando a avaliação para ambas séries históricas de dados.



TABELA 24 – Resultado da avaliação quantitativa através dos Métodos empíricos para séries longas e curtas e a vazão real medida na calha.


Os valores encontrados na Tabela 24 nas séries históricas longas são resultados dos melhores ajustes dos coeficientes de cada Método, baseados em características locais do aterro da Caturrita. De posse do melhor ajuste para séries históricas longas, foi possível à calibração e conseqüente utilização dos coeficientes para séries históricas curtas da Tabela 24, no caso entre Maio de 2004 e Abril de 2005.

Os valores negativos para os erros médios, indicam que a vazão calculada apresentou-se inferior a vazão real medida, enquanto que os valores positivos indicam que a vazão calculada apresentou-se superior a vazão real medida.

Nas Figuras 19 e 20, percebe-se a discrepância da estimativa dos Métodos empíricos para ambas as séries, quando agrupados graficamente.



FIGURA 19 – Resultados dos Métodos empíricos e a Vazão Real para séries longas.



FIGURA 20 – Resultados dos Métodos empíricos e a Vazão Real para séries curtas.

Os erros médios para os Métodos do Racional, Suíço e Balanço Hídrico, foram respectivamente, 31%, 13% e 34%, considerando séries longas. O segundo e o terceiro acima da vazão real e o primeiro abaixo. Foram resultados melhorados em relação à pesquisa de Capelo Neto (1999) e com aproximações semelhantes a Castro (2001), Jucá (2003) e Lins (2003), conforme apresentado no Quadro 1 da revisão bibliográfica.

Para séries curtas, os erros médios calculados foram de 76%, 21% e 48%, respectivamente para os Métodos Racional, Suíço e Balanço Hídrico. Os três inferiores a vazão real medida. A explicação pode estar no fato dos Métodos não considerarem variáveis importantes como a capacidade de campo e a umidade dos resíduos, ou ainda, o grau de compactação, tomando-se os Métodos Racional e Balanço Hídrico.

Conforme os resultados, é importante expor que o trabalho de avaliação quantitativa do percolado gerado, apresenta consigo algumas limitações que podem ter influenciado na vazão real do sistema. Pode-se citar que:



  • O aterro não apresenta impermeabilização lateral, isto é, parte da precipitação escapa dos limites da área e as lagoas não recebem em totalidade os líquidos percolados;

  • Parcelas dos lixiviados são infiltradas no solo na base do aterro pela ausência de impermeabilização de fundo, seja por argila ou geomembrana;

  • A calha Parshall foi instalada a Jusante do sistema de lagoas no ponto efluente. Para corresponder melhor a vazão real, a sua instalação deveria ocupar o ponto afluente, entretanto, a lagoa 01 recebia naquele período dois tributários de drenagem provenientes do aterro, segmentando as vazões;

  • Para os meses de Dezembro de 2004 a Março de 2005 obteve-se vazão nula pela ausência ou insuficiência de percolação entre as lagoas. Neste período, a calha Parshall permaneceu sem a presença de lâmina de água. Este fato pode ser explicado pelo somatório dos efeitos de evaporação nas lagoas adicionado a possível existência de pontos de infiltração na manta, sendo estes superiores a vazão de entrada no sistema no ponto afluente. Em observações durante as coletas, verificava-se a presença de vazão afluente entrando na lagoa 01;

  • O aterro de destinação final de resíduos encontra-se em operação, o que não é recomendável na aplicação de modelos que simulam geração de percolado.
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