Study of influence of diffusive and advective models for the dispersion of pollutants on River Paraibuna

Authors

DOI:

https://doi.org/10.6008/CBPC2179-6858.2021.001.0022

Keywords:

Pollutant dispersion, Diffusion-Advection, Laplace Transform, GILTT, Paraibuna River

Abstract

Incidents involving dumping of pollutants into water are becoming more and more frequent, making it important to study new methods in order to develop strategies to predict these episodes and mitigate their damage to nature and human life. The present work aims to make a comparison between one-dimensional models of diffusion and advection for a dispersion of pollutants using the Paraibuna river as an application example, with the purpose of discussing and exploring the characteristics of each model. For this purpose, it was used the GILTT (Generalized Integral Laplace Transform Technique) method and the Taylor method in order to solve the diffusive model and the Separation of Variables method with Laplace Transform for solving the advective model. Pollutant dispersion simulations are presented for each methodology and the results are discussed and compared with actual observed data obtained in the literature. Results show that in the advective model, the pollutant wave remains compacted throughout the whole process, revealing a good approximation of the moment at which occurs the highest concentration in a fixed position; on the other hand, in the diffusive model, it is noticeable that in both approaches the amount of pollutant is higher at locals near the source of injection, taking some noticeable time for its dilution, revealing how the molecular diffusion process occurs inside the pollutant wave. It was possible to conclude that each model provides satisfactory information that meets the theoretical expectations for the dispersion of pollutants and that the methodology used was practical and effective for the purposes of this work.

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Author Biographies

Igor da Cunha Furtado, Instituto Federal Sul-Rio-Grandense

Atualmente professor de magistério do ensino básico, técnico e tecnológico do Instituto Federal Sul-Rio-Grandense. Doutor e Mestre em engenharia mecânica pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Licenciado em Matemática pela Universidade Federal de Pelotas. Tem interesse na área de física matemática, dedicou a formação acadêmica a modelagem da dispersão de poluentes e problemas de infiltração em meios porosos não saturados.

André Rickes, Universidade Federal de Pelotas

Atualmente é licenciando em Matemática e bolsista em iniciação científica pelo Grupo de Dispersão de Poluentes & Engenharia Nuclear (GDISPEN) da Universidade Federal de Pelotas.

Tamires Fonseca de Almeida, Universidade Federal de Pelotas

Acadêmica no curso de Licenciatura em Matemática e bolsista em iniciação científica pelo Grupo de Dispersão de Poluentes & Engenharia Nuclear (GDISPEN) da Universidade Federal de Pelotas.

Josiane Konradt, Universidade Federal de Pelotas

Acadêmica do curso de Licenciatura em Matemática e bolsista em iniciação científica pelo Grupo de Dispersão de Poluentes & Engenharia Nuclear (GDISPEN) da Universidade Federal de Pelotas.

Daniela Buske, Universidade Federal de Pelotas

possui graduação em Matemática Licenciatura Plena pela Universidade Federal de Santa Maria (1999) , mestrado e doutorado em Engenharia Mecânica pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (2004;2008) na área de Fenômenos de Transporte / Dispersão de Poluentes e pós-doutorado pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (2011) na área de Engenharia Nuclear. Realizou estágio de doutorado na Itália no "Istituto Di Scienze Dell'atmosfera e Del Clima Di Bologna", ISAC/CNR de Bologna. Atualmente é professora associada da Universidade Federal de Pelotas. Participa do PPG em Modelagem Matemática e do PPG em Ciências Ambientais da UFPel. Tem experiência na área de Geociências e Matemática Aplicada, com ênfase em Matemática Aplicada / Física da Atmosfera / Fenômenos de Transporte, atuando principalmente nos seguintes temas: dispersão de poluentes, modelagem matemática, física da camada limite atmosférica, poluição do ar, soluções analíticas/semi-analíticas, transformadas integrais, transferência de calor e massa. Na página do laboratório GDISPEN estão descritas algumas das pesquisas que têm sido desenvolvidas pela pesquisadora e equipe do grupo de pesquisa: https://wp.ufpel.edu.br/fentransporte/

Regís Sperroto de Quadros, Universidade Federal de Pelotas

Possui graduação em Matemática pela Universidade de Passo Fundo (2000), mestrado em Matemática Aplicada pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (2003), doutorado em Matemática Aplicada realizado na Technische Universität Darmstadt em Darmstadt na Alemanha (2009) e Pos-doutorado em Energia Nuclear pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (2014). Tem experiência na área de Matemática, com ênfase em Análise Numérica e Otimização. Atualmente é professor associado do Departamento de Matemática e Estatística na Universidade Federal de Pelotas e coordenador do Programa de Pós Graduação em Modelagem Matemática do Instituto de Física e Matemática da UFPel. Na página do laboratório GDISPEN estão descritas algumas das pesquisas que têm sido desenvolvidas pelo pesquisador e equipe do grupo de pesquisa: https://wp.ufpel.edu.br/fentransporte/

Guilherme Jahnecke Weymar, Universidade Federal de Pelotas

Atualmente é professor do Magistério Superior da Universidade Federal de Pelotas. Doutor e Mestre em Engenharia Mecânica pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Licenciado em Matemática pela Universidade Federal de Pelotas. Participa do Programa de Pós Graduação em Modelagem Matemática da Universidade Federal de Pelotas. E tem interesse na área de física matemática, estudando a modelagem da dispersão de poluentes. 

Published

2020-09-15

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