O documento descreve um resumo de uma apresentação sobre a aplicação do modelo matemático CE-QUAL-W2 para simular a qualidade da água no Reservatório de Itupararanga, em São Paulo. O objetivo é calibrar o modelo para fornecer uma ferramenta de monitoramento ambiental da represa. O projeto ainda está na fase inicial de calibração do modelo.

1. III Seminário de Pesquisa da APA Itupararanga:
Água e Saneamento, desafios à conservação
28 e 29 de Novembro de 2012
Sorocaba - SP
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Contribuição a Gestão Ambiental da Represa de Itupararanga através
do Modelo CE-QUAL-W2
Mariana Beraldi Rigonato (Universidade Federal de São Carlos)
Mestranda no Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia e Monitoramento Ambiental
maryberaldi@hotmail.com
Prof Dr. André Cordeiro Alves Dos Santos (Universidade Federal de São Carlos)
Professor Adjunto
a a
Prof . Dr . Maria do Carmo Calijuri (Universidade de São Paulo)
Professora Titular
Resumo
Os modelos matemáticos de qualidade da água constituem uma importante ferramenta de
avaliação de impactos ambientais e potencialidade para auxiliar a tomada de decisões referentes
à gestão dos recursos hídricos. Podem proporcionar a simulação de eventos identificando fatores
que afetam a qualidade da água e simular possíveis cenários futuros propondo alternativas de
gestão para corpo d’água estudado, auxiliando na sua administração. O modelo QUAL-W2 V.3.7.
permite a simulação de variações hidrodinâmicas ao longo dos eixos longitudinal e vertical do
ambiente e pode simular mais de 21 constituintes da água, entre eles, pH, temperatura, fósforo,
salinidade, entre outros. A calibração do modelo matemático é fundamental para garantir a
confiabilidade dos resultados. O QUAL-W2 será aplicado no reservatório de Itupararanga, um dos
mais relevantes para o estado de São Paulo, com o objetivo de fornecer uma ferramenta de baixo
custo para o monitoramento da qualidade hídrica, proporcionar alternativas de manejo integrado a
fim de garantir os usos múltiplos da represa e auxiliar o gerenciamento e planejamento da bacia
hidrográfica.
Palavras-chave
Modelo de qualidade de água, QUAL-W2, Reservatório de Itupararanga.

2. Introdução
O Reservatório de Itupararanga é um dos mais relevantes para o estado de São Paulo
sendo responsável pelo abastecimento do município de Sorocaba e região. Embora ofereça boa
qualidade de água, há uma piora gradativa desde 2006 devido ao processo de eutrofização e à
presença de cianobactérias.
As aplicações de modelos matemáticos de qualidade de água em reservatórios têm como
objetivo auxiliar a administração da água a fim de minimizar a degradação hídrica. Nesse trabalho,
optamos pela utilização do modelo CE-QUAL-W2 V.3.7 com a finalidade de auxiliar o
gerenciamento e planejamento dos recursos hídricos da bacia hidrográfica.
A calibração do modelo é o ponto inicial da modelagem e fundamental para garantir a
confiabilidade dos resultados. O trabalho terá como objetivo a calibração do modelo CE-QUAL-W2
a fim de proporcionar uma ferramenta de monitoramento ambiental para o reservatório de
Itupararanga. O projeto ainda está no início e não há resultados a serem apresentados. A previsão
para a conclusão da calibração do modelo e finalização do projeto é o início de 2014.
Modelagem matemática de Reservatórios
Os modelos matemáticos de simulação passaram a constituir uma potente ferramenta na
avaliação de impactos ambientais além de auxiliar na tomada de decisões referentes à gestão dos
recursos hídricos. Por meio da sua utilização é possível prever, com razoável precisão, a resposta
de um ambiente frente à perturbação antrópica dos recursos hídricos e analisar o recurso hídrico
perante cenários prognósticos e alternativos.
Há diversos modelos de simulação de qualidade da água na literatura com diferentes
características e diversas variáveis passíveis de simulação. Os modelos matemáticos têm
evoluído em função do desenvolvimento de métodos computacionais e numéricos, do surgimento
de novos problemas ambientais e da inclusão de novos processos químicos, físicos e biológicos
do ecossistema aquático (SILVA, 2006).
As equações gerais que governam esses modelos de qualidade hídrica são a equação do
balanço e da conservação da massa, o que resulta numa equação diferencial parcial. Utilizam
ainda equações de advecção e dispersão/difusão turbulenta para o cálculo do transporte de
substâncias dissolvidas na água (SILVA, 2006).
O modelo QUAL-W2 é um desses modelos com uso potencial para simulação da qualidade
da água, especialmente de lagos e reservatórios. Também pode ser aplicado a estuários, rios ou
porções de corpos d’água, sendo somente necessário especificar quais condições hidrodinâmicas
são predominantes. O modelo permite a simulação de variações hidrodinâmicas ao longo dos

3. eixos longitudinal e vertical de um determinado corpo d’água e, dessa forma, é indicado onde as
principais variações físico-químicas da água ocorrem ao longo dos eixos longitudinais.
O modelo QUAL-W2 foi desenvolvido em 1975 e desde então tem sido constantemente
modificado. Sua versão original LARM (Laterally Averaged Reservoir Model) era direcionada
somente para estudos da dinâmica dos corpos d’água. Devido às alterações para simulação de
múltiplos braços e condições de contorno para zonas de estuários a nomenclatura alterou-se para
GLVHT (Generalized Longitudinal-Vertical Hydrodinamics and Transport Model). A adição do
algoritmo de qualidade d’água pela USACE (U.S. Army Corps of Engineers) em 1986, o modelo
passou a ser configurado como CE-QUAL-W2. É caracterizado como bidimensional com médias
laterais e combina diretamente os algoritmos da hidrodinâmica e da qualidade da água (COLE,
2011).
Esse modelo permite a simulação de variáveis hidrodinâmicas ao longo de eixos
longitudinais e verticais de um corpo d’água. O CE-QUAL-W2 é baseado na solução por
diferenças finitas das equações com médias laterais do movimento de fluídos, incluindo: (1)
Equação de onda da superfície livre; (2) Pressão hidrostática; (3) Momento horizontal; (4)
Continuidade; (5) Transporte de constituintes; (6) Equação de estado relatando a densidade e
constituintes incluindo a temperatura e as concentrações de sólidos. O modelo é capaz de incluir
condições de contorno variáveis no tempo, múltiplos trechos, afluentes e retiradas de águas
laterais, entre outros aspectos que permitem uma ampla variedade de situações (COLE, 2011).
Por meio da solução das equações hidrodinâmicas, o modelo em questão faz cômputo dos
termos do transporte advectivo, calcula o coeficiente de difusão vertical, do gradiente das
velocidade longitudinais e das densidades da água. O coeficiente de difusão longitudinal é
invariável no tempo e no espaço.
Também é possível, por meio da sua utilização, uma simulação integrada de sistemas com
várias massas de água interligadas e a simulação de diferentes estruturas hidráulicas, tais como
descarregadores de superfície e de fundo, descargas pontuais e de circuitos equipados com
bombas e turbinas (COLE; WELLS, 2002). Diversas entradas de cargas de contaminantes podem
ser empregadas, como fontes não pontuais, cargas de formadores e cargas variáveis devido a
limpeza de reservatórios por meio de técnicas ecológicas de manejo (PRATES, 2000).
A versão mais recente (3.7) permite simular mais de 21 constituintes da qualidade da água,
entre eles, sólidos dissolvidos totais, salinidade, coliformes, sólidos inorgânicos em suspensão,
matéria orgânica biodegradável, matéria orgânica recalcitrante, detritos, fósforo, amônia, nitrito-
nitrato,oxigênio dissolvido, ferro, sedimentos, alcalinidade, carbono inorgânico total, pH,
temperatura, e densidade.) Os constituintes de qualidade da água podem ser omitidos quando
necessário fornecendo flexibilidade na aplicação do modelo (COLE, 2011).

4. Em simulações de sistemas naturais toda aplicação com um modelo matemático deve ser
ajustada, calibrada ou sintonizada de forma a representar o corpo aquático com relação aos
aspectos hidráulicos e ao comportamento biológico e químico das variáveis envolvidas no
ecossistema. “Essa etapa é chamada de calibração ou ajuste do modelo ao sistema de interesse,
e é realizada a partir de um conjunto inicial de dados pela manipulação ou sintonia dos
parâmetros bio-cinéticos disponíveis com o intuito de simular o comportamento do sistema”
(SOUZA, 2006, p.8).
Esse é o ponto inicial para a projeção de cenários de poluição hídrica em ambientes
aquáticos (SOUZA, 2006). O processo de calibragem é baseado em comparações entre as
medições hidrodinâmicas do reservatório e estimativas do modelo de qualidade da água (DEBELE
et al., 2008).
O monitoramento integrado com a simulação matemática pode oferecer uma melhor
relação entre flexibilidade e custo do que apenas com o monitoramento in loco. O modelo deve
ser capaz de simular diferentes cenários de desenvolvimento da bacia, considerando todas as
fontes de poluição, pontuais e difusas, entre outros usos já estabelecidos na bacia hidrográfica
(LARENTIS, 2004).
Para uma calibração efetiva e que garanta confiabilidade nos resultados é necessário
apresentar graficamente todas as condições de contorno, comparar dos dados amostrados com
os dados do modelo e conter uma lista de aperfeiçoamento e sugestões para a coleção das
condições de contorno e análise da sensibilidade dos parâmetros envolvidos, com o objetivo de
melhorar o desempenho do modelo (WELLS, 2005).
O modelo aplicado a represa de Itupararanga pode fornecer resultados coerentes que
retratarão as características do reservatório de forma prática e rápida, caracterizando-se como um
importante instrumento na gestão de recursos hídricos.
O Reservatório de Itupararanga
O Reservatório de Itupararanga é responsável pelo abastecimento do município de
Sorocaba e região e é um dos reservatórios de maior relevância no estado de São Paulo. Possui
entorno com diversos fragmentos florestais em bom estado de conservação e várias nascentes e
corpos hídricos que abastecem o reservatório (BEU et al., 2011).
A represa de Itupararanga foi construída pela empresa Light para geração de energia e em
1912 entrou em operação. Nos principais formadores do rio Sorocaba, onde a represa está
localizada, Sorocamirim e Sorocabuçu concentram-se grandes problemas ambientais, entre eles,
uso agropecuário, utilização intensiva de pesticidas e aumento de áreas ocupadas por
empreendimentos imobiliários (SOS ITUPARARANGA, S/data).
O reservatório de Itupararanga faz parte da área de proteção ambiental, cuja criação
ocorreu devido a fortes pressões que essa região vem sofrendo nos últimos anos, especialmente

5. devido a especulação imobiliária em várias porções do território, avanço de loteamentos e
atividades agrícolas (BEU et al., 2011).
A Área de Proteção Ambiental de Itupararanga é uma das áreas consideradas de relevante
importância para a conservação de fragmentos florestas do Estado de São Paulo. Cerca de 1/3 do
território da APA Itupararanga é ocupado por fragmentos de vegetação nativa (38%). A maioria
desta vegetação está fragmentada o que reduz a conectividade de habitas dividindo o ambiente
em numerosas ilhas e influenciando o fluxo gênico da biodiversidade (BEU et al., 2011).
Os limites da APA coincidem com a sub-bacia hidrográfica “Alto Sorocaba” inserida na
Unidade de Gerenciamento de Recursos Hídricos dos Rios Sorocaba e Médio Tietê (UGRHI – 10).
Possui um território de 93.403,69 hectares, sendo 2.723,04 hectares ocupados pela represa de
Itupararanga e abrange um total de oito municípios: Alumínio, Cotia, Ibiúna, Mairinque, Piedade,
São Roque, Vargem Grande Paulista e Votorantim (BEU et al., 2011).
Vargem Grande Paulista é o município que apresenta maior área de seu território dentro a
APA (3.010,29 ha), apesar do município de Ibiúna apresentar maior área no território (58.206,76
ha). Os municípios que concentram maior número de habitantes inseridos na APA são Cotia,
Votorantim e São Roque, respectivamente (BEU et al., 2011).
A represa está localizada no alto curso do rio Sorocaba (maior afluente do rio Tietê) e na
sub-área denominada Médio-Tietê. A bacia do rio Sorocaba tem uma área de drenagem de 5.296
Km2, um comprimento médio de 120 Km e largura aproximada de 50 Km. A área de drenagem
controlada pela represa é de 936,51 Km2, sendo que o canal principal possui 26 Km e as margens
192,88 Km (SOS ITUPARARANGA, 2012).
Aproximadamente 25% da bacia ainda possui cobertura de mata nativa, 4,5% com
cerrados e cerradões, 7,5% de área reflorestada e 32,5% de área e pastagem e policultura. Há
cerca de 1,2 milhão de habitantes residentes nessa bacia (SMITH, 2003).
O rio Sorocaba é o responsável por grande parte do abastecimento de água dos
municípios de Sorocaba, Votorantim, Mairinque, Alumínio, Ibiúna e São Roque, um total de
800.000 habitantes. Nos últimos anos tem-se observado altos níveis de assoreamento,
especialmente nas cabeceiras da represa, devido a intensa atividade de mineração de areia,
desmatamento ciliar e uso indiscriminado da irrigação (SOS ITUPARARANGA, 2012).
O uso de atividade agrícola na região é intensivo especialmente por parte de pequenos
proprietários rurais com média de 4,5 alqueires. A agricultura é umas das principais atividades
econômicas na área e os principais tipos de culturas são hortaliças diversas, morango, cebola,
batata, tomate, entre outras oleícoras (BEU et al., 2011).
O reservatório de Itupararanga oferece boa qualidade de água ao abastecimento público,
apesar de exibir uma piora gradativa desde 2006 em relação à eutrofização e à presença de
cianobactérias (CETESB, 2011). Devido a presença de significativos remanescentes florestais e o
constante crescimento de cianobactérias é fundamental realizações de ações de planejamento
ambiental para a manutenção da qualidade hídrica do reservatório.

6. Conclusões
O ajuste do modelo matemático de qualidade da água QUAL-W2 V.3.7 para simulação do
reservatório de Itupararanga, desenvolverá uma ferramenta auxiliar de baixo custo para o
gerenciamento e planejamento de bacias hidrográficas. Será possível simular diversos cenários,
como fontes de contaminação e acumulação, identificar fatores que afetam a qualidade da água e
ainda simular condições futuras e proporcionar propostas alternativas para o corpo d’água.
Referências
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DEBELE, B.; SRINIVASAN, R.; PARLANGE, J. Y. Coupling upland watershed and downstream
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LARENTIS, D. G. Modelagem Matemática da Qualidade da Água em Grandes Bacias: Sistema
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PRATES, S. H. Contribuição a Gestão Ambiental da UHE Dona Francisca através do Modelo de
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SOUZA, R. S. Simulação Hidrodinâmica da Qualidade da Água. Estudo de Caso: Ajuste do
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