Modeling and simulations of pollutants dispersion in the Lagoa dos Patos

Authors

DOI:

https://doi.org/10.14393/BEJOM-v5-2024-72489

Keywords:

Advection-diffusion equation, finite difference method, Lagoa dos Patos, pollutants

Abstract

The survival of life on planet Earth depends on essential natural resources, such as water. The growth of industrialization and urbanization has had a major impact on ecosystems and biodiversity, which, like people, need water bodies. This article presents a study on the dispersion of pollutants in aquatic environments, using mathematical modeling and computer simulations. The model used was built based on the diffusion-advection equation, an equation that deals with both the movement and dispersion of the pollutant. The numerical solutions were obtained via computational implementation of the finite difference method, in Python language. To apply the proposed model, Lagoa dos Patos, the largest lagoon in Brazil, located in the southern region of the country, was chosen as the domain. The simulations presented in this work mainly sought to explore different situations and, for this, some scenarios were created, considering different values for the diffusion coefficient and wind regime. The results allow us to observe how the pollutant behaves in the lagoon, explaining its movement, dispersion and concentration rate over time. Once results like these are obtained, it becomes possible to develop strategies to contain and clean the pollutant, contributing to minimizing damage caused to the aquatic environment.

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Author Biographies

Ludmila Vitória Ribeiro Rocumba, UFSCar - Campus Sorocaba / Departamento de Física, Química e Matemática

Undergraduate student in Physics at the Federal University of São Carlos (UFSCar) - Campus Sorocaba. She completed voluntary Scientific Initiation, where she studied mathematical modeling of pollution in aquatic environments. Currently, she is a CNPq Scientific Initiation Fellow (PIBIC), researching Numerical Simulations of the Dispersion of Pollutants in the Air via Partial Differential Equations.

Graciele Paraguaia Silveira, UFSCar - Campus Sorocaba / Departamento de Física, Química e Matemática

She has a degree in Mathematics from the Federal University of Goiás, a master's degree and a PhD in Applied Mathematics from the State University of Campinas. Currently, she is an Associate Professor in the Department of Physics, Chemistry and Mathematics at the Federal University of São Carlos - Campus Sorocaba. She has experience in the area of Mathematics, with an emphasis on Applied Mathematics, working mainly on the following topics: mathematical modeling, biomathematics, fuzzy logic and numerical methods.

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Published

2024-07-03

How to Cite

ROCUMBA, L. V. R.; SILVEIRA, G. P. Modeling and simulations of pollutants dispersion in the Lagoa dos Patos. BRAZILIAN ELECTRONIC JOURNAL OF MATHEMATICS, Uberlândia, v. 5, p. 1–20, 2024. DOI: 10.14393/BEJOM-v5-2024-72489. Disponível em: https://seer.ufu.br/index.php/BEJOM/article/view/72489. Acesso em: 23 nov. 2024.

Issue

Section

Articles - Applied Mathematics