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Tipo: Dissertação
Data do documento: 17-Abr-2025
Autor(es): CALLADO, Marco Antônio Vieira
Primeiro(a) Orientador(a): ROLLNIC, Marcelo
Título: Modelagem tridimensional da hidrodinâmica e transporte sedimentar de um lago amazônico urbano
Agência de fomento: 
Citar como: CALLADO, Marco Antônio Vieira. Modelagem tridimensional da hidrodinâmica e transporte sedimentar de um lago amazônico urbano. Orientador: Marcelo Rollnic. 2025. xiv, 45 f. Dissertação (Mestrado em Oceanografia) - Programa de Pós-Graduação em Oceanografia, Instituto de Geociências, Universidade Federal do Pará, Belém, 2025. Disponível em:https://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/17705 . Acesso em:.
Resumo: Lagos são ambientes fundamentais para a qualidade de vida humana, uma vez que regulam o clima local, fornecem água potável e sustentam uma série de serviços ecossistêmicos. O monitoramento desses ecossistemas é crucial para compreender seu metabolismo e embasar estratégias eficientes de manejo dos seus recursos naturais. Este estudo tem como objetivo desenvolver um diagnóstico e prognóstico ambiental de um lago amazônico raso inserido em área urbana — o Lago Água Preta — por intermédio da aplicação da modelagem tridimensional da hidrodinâmica e do transporte sedimentar. Para a realização das simulações numéricas foi utilizado o modelo Delft3D-FLOW, abrangendo os períodos sazonais típicos da região: chuvoso e seco. As simulações foram alimentadas com dados meteorológicos e informações físicas do lago, como temperatura do ar, humidade do ar, nebulosidade, radiação solar, batimetria, temperatura da água, velocidade das correntes e vazões de entrada e saída. Dessa forma, foi construído um ambiente computacional capaz de representar com fidelidade os processos hidrosedimentares do lago. A calibração do modelo foi realizada com uma série temporal de temperatura referente a um mês completo, enquanto a validação utilizou dados de corrente e perfis verticais de temperatura ao longo de quatro meses (dezembro, fevereiro, abril e junho). As simulações apresentaram bons indicadores estatísticos, evidenciando a confiabilidade do modelo. As maiores discrepâncias entre os dados simulados e observados ocorreram em pontos localizados nas margens mais próximas dos centros urbanos. Estas diferenças estão associadas à influência de atividades antrópicas, como o lançamento de efluentes domésticos, ou a própria morfologia afunilada do lago nesses locais, que pode gerar zonas de sombra térmica. A análise dos padrões de circulação e temperatura entre os períodos sazonais revelou diferenças relativamente pequenas. Destaca-se o aumento médio de até 2 °C na temperatura da água e de aproximadamente 0,02 m/s na velocidade das correntes no período mais quente. As maiores diferenças de entre as médias de temperatura ocorreram no ciclo diário do lago variando 3°C, com variação máxima de até 10°C. Devido o lago ser alimentado por um influxo de água artificial (inflow), este inflow é caracterizado por ser uma descarga intensa com elevada carga sedimentar. Por se tratar de um lago raso com profundidades máximas de até 4 metros, esta descarga é capaz de influenciar o metabolismo do lago como um todo, promovendo a ressuspensão de sedimentos de fundo, redistribuindo nutrientes para a coluna d’água. Ao adentrar no lago, as correntes de influxo são rapidamente desaceleradas, o que intensifica a sedimentação destes sedimentos em áreas próximas ao ponto inflow. Esse processo eleva a turbidez da água e modifica a dinâmica da biota local, resultando em um ambiente dominado por fitoplâncton e sujeito a processos de eutrofização e consequentemente diminui qualidade da água. Portanto, a partir do diagnóstico sugerido pela modelagem do Lago Água Preta, este estudo destaca a necessidade de ações contínuas de monitoramento e controle das influências antrópicas, a fim de prevenir a degradação progressiva do metabolismo do Lago Água Preta. Além de destacar a importância de lagos em geral, ainda mais quando inseridos em contexto urbanos.
Abstract: Lakes are critical environments for sustaining human well-being, as they regulate local climate conditions, supply potable water, and underpin a wide range of ecosystem services. The continuous monitoring of these systems is essential for elucidating their metabolic processes and for informing effective management strategies for natural resources. This study aims to develop an environmental diagnosis and prognosis for a shallow Amazonian lake located in an urban area—Lago Água Preta—through the application of a three-dimensional numerical model of hydrodynamics and sediment transport. Numerical simulations were performed using the Delft3D-FLOW model, encompassing the region’s seasonal periods: wet and dry seasons. The simulations were driven meteorological variables and physical parameters of the lake, such as air temperature, humidity, cloud cover, solar radiation, bathymetry, water temperature, current velocity, and the inflow/outflow rates. This comprehensive dataset allowed for the construction of a computational environment capable of accurately representing the hydro-sedimentary processes within the lake Model calibration was performed using a one-month time series of water temperature from February (wet season), while validation was carried out with current data and vertical temperature profiles over four months (December, February, April, and June). The simulations presented good statistical indicators, demonstrating the model's reliability. The greatest discrepancies between simulation and observation occurred at points closer to the urban center. These differences are associated with the influence of anthropogenic activities, such as the discharge of domestic effluents, or with the narrow morphology of the lake in these areas, which can generate thermal shadow zones. The analysis of circulation and temperature patterns between seasonal periods revealed relatively small differences. Notably, there was an average increase of up to 2 °C in water temperature and approximately 0.02 m/s in current velocity during the warmer period. The most significant differences in average temperature occurred in the lake's daily cycle, varying by about 3°C, with a maximum variation of up to 10°C. Since the lake is fed by an artificial water inflow, this inflow is characterized by an intense discharge with a high sediment load. As it is a shallow lake with a maximum depth of up to 4 meters, this discharge is capable of influencing the lake’s entire metabolism by promoting the resuspension of bottom sediments and redistributing nutrients into the water column. Upon entering the lake, the inflow currents are rapidly decelerated, intensifying sedimentation near the inflow point. This process increases water turbidity and alters the local biotic dynamics, resulting in an environment dominated by phytoplankton and prone to eutrophication processes, which consequently reduce water quality. Therefore, based on the diagnosis provided by the modeling of Lago Água Preta, this study highlights the need for ongoing monitoring and control of anthropogenic influences to prevent the progressive degradation of the lake's metabolism. It also underscores the importance of lakes in general, especially when located in urban contexts.
Palavras-chave: Oceanografia física
Ressuspensão sedimentar
Estratificação térmica
Hidrodinâmica de lagos
Delft3d
Physical oceanography
Sediment resuspension
Thermal stratification
Limnology
Área de Concentração: SISTEMAS COSTEIROS E OCEÂNICOS
Linha de Pesquisa: PROCESSOS EM SISTEMAS COSTEIROS E OCEÂNICOS
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::OCEANOGRAFIA
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal do Pará
Sigla da Instituição: UFPA
Instituto: Instituto de Geociências
Programa: Programa de Pós-Graduação em Oceanografia
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
Fonte URI: Disponível na internet via correio eletrônico: bibgeociencias@ufpa.br
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