V INFLUÊNCIA DAS CARACTERÍSTICAS HIDROLÓGICAS NA AVALIAÇÃO DA QUALIDADE DA ÁGUA DO RESERVATÓRIO DO ARROIO VACACAÍ-MIRIM

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1 V-4 - INFLUÊNCIA DAS CARACTERÍSTICAS HIDROLÓGICAS NA AVALIAÇÃO DA QUALIDADE DA ÁGUA DO RESERVATÓRIO DO ARROIO VACACAÍ-MIRIM Maria do Carmo Cauduro Gastaldini (1) Engenheira Civil pela Universidade Federal de Santa Maria. Mestre e Doutora em Engenharia - Hidráulica e Saneamento pela Escola de Engenharia de São Carlos FOTOGRAFIA (EESC/USP). Professora Adjunta do Departamento de Hidráulica e Saneamento - Centro de Tecnologia - Universidade Federal de Santa Maria. NÃO Eloiza Maria Cauduro Dias de Paiva DISPONÍVEL Engenheira Civil pela Universidade Federal de Santa Maria. Mestre em Engenharia - Hidráulica e Saneamento pela Escola de Engenharia de São Carlos (EESC/USP). Doutora em Engenharia - Recursos Hídricos e Saneamento pelo Instituto de Pesquisas Hidráulicas (IPH/UFRGS). Professora Adjunta do Departamento de Hidráulica e Saneamento - Centro de Tecnologia - Universidade Federal de Santa Maria. João Batista Dias de Paiva Engenheiro Civil pela Universidade Federal da Paraíba. Mestre e Doutor em Engenharia - Hidráulica e Saneamento pela Escola de Engenharia de São Carlos (EESC/USP). Professor Titular do Departamento de Hidráulica e Saneamento- Centro de Tecnologia - Universidade Federal de Santa Maria. Endereço (1) : Rua Appel, 655/33 - Santa Maria - RS - CEP: Brasil - Tel: (55) mcarmo@safira.ct.ufsm.br RESUMO A ligação entre a gestão quantitativa e qualitativa dos recursos hídricos, segundo o enquadramento dos corpos d água em classes de usos preponderantes está prescrita na legislação brasileira (Lei nº 9433 de 8 de janeiro de 1997 Política Nacional dos Recursos Hídricos). A indissociabilidade entre os aspectos qualitativos e quantitativos dos recursos hídricos é inquestionável. A interpretação de dados de qualidade da água não pode proporcionar conclusões significativas a menos que baseada na variabilidade espacial e temporal do regime hidrológico. Este trabalho apresenta um estudo da correlação existente entre parâmetros de qualidade da água e hidrológicos. Foram utilizados dados de monitoramentos de qualidade da água e hidrológico realizados num período de dois anos, no reservatório do Arroio Vacacaí-Mirim e no rio principal. Concluiu-se que as variáveis hidrológicas que mais interferem nos parâmetros de qualidade da água são o nível do reservatório e as vazões. Os parâmetros de qualidade da água mais afetados são dureza, alcalinidade, turbidez e cor. PALAVRAS-CHAVE: Qualidade da Água, Monitoramento dos Recursos Hídricos, Inter-Relação Qualidade-Quantidade. INTRODUÇÃO Fornecer água com qualidade e quantidade adequadas para os diversos usos é um dos maiores desafios do homem na atualidade, visto a escassez crescente e o comprometimento da qualidade das águas. O estudo dos aspectos qualitativos e quantitativos dos recursos hídricos não pode ser dissociado. A interpretação de dados de qualidade da água não proporciona conclusões significativas a menos que baseada na variabilidade espacial e temporal do regime hidrológico. A inter-relação entre as características qualitativas e as variáveis quantitativas dos recursos hídricos é aceita, mas existem poucos trabalhos que analisam sua ocorrência e forma. O reservatório do Arroio Vacacaí-Mirim, situado na cidade de Santa Maria, tem grande importância para a região, uma vez que é responsável por 4% do abastecimento de água desta cidade. Suas águas são também ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1

2 utilizadas para recreação de contato primário, pois estão situados nas suas margens dois clubes de lazer. A bacia é caracterizada por área em urbanização na margem direita do reservatório e área rural na margem esquerda. Estão sendo realizados, neste reservatório, um monitoramento hidrológico utilizando estação fluviométrica e estação pluviográfica e um monitoramento de qualidade das águas através de campanhas de coleta de amostras e análise da água. Este trabalho apresenta um estudo da correlação existente entre os parâmetros de qualidade da água e as variáveis hidrológicas, para o reservatório do Arroio Vacacaí-Mirim. BACIA CONTRIBUINTE AO RESERVATÓRIO A bacia hidrográfica contribuinte ao reservatório do Arroio Vacacaí-Mirim possui uma área de drenagem de 29 km 2. As coordenadas geográficas no vertedor do reservatório são 29 o 4 31 de latitude sul e 53 o 47 6 de longitude oeste. A figura 1 apresenta mapa contendo a localização da bacia. O rio principal, na estação fluviométrica Menino Deus I, tem área de drenagem de 18,4 km 2, comprimento de 7 km, diferença de nível entre nascente e entrada do reservatório de 325 m e tempo de concentração, estimado através de dados observados, de 3 horas. Contribuem diretamente ao reservatório mais cinco pequenos afluentes, com área de drenagem variando entre,5 km 2 e 5 km 2. A vegetação predominante é de mata nativa, ciliar e plantada. Com respeito ao tipo de solo, predomina o Solo Litólico Eutrófico Montanhoso (45%) e Associação Solo Litólico Eutrófico Cambissolo-Colúvios (36%), (BRANCO et al, 1998). O Reservatório do Arroio Vacacaí-Mirim possui área de drenagem de,84 km 2 e perímetro de 6,4 km, tendo como referência a crista do vertedor, que está localizada na cota 132 m. Possui profundidade máxima de 15 m e profundidade média de 11 m. O volume de armazenamento, avaliado em batimetria realizada em abril de 1997 é de 3,8 x 1 6 m 3. (PAIVA et al, 1998) Considerando a vazão diária média afluente ao reservatório do Arroio Vacacaí-Mirim de,5 m 3 /s, avaliada a partir de série de dados obtida de monitoramento da seção do rio principal e extrapolada para o resto da bacia e o volume do reservatório avaliado em 1997, resulta num tempo médio de detenção de 87 dias. DADOS DE MONITORAMENTO Hidrológico Em agosto de 1996 foi instalada uma estação fluviométrica no rio principal, afluente ao reservatório do Arroio Vacacaí-Mirim, estação fluviométrica Menino Deus I, figura 1. Esta estação permaneceu em operação até janeiro de 1998, época em que problemas de erosão localizada nas margens e leito do rio forçaram sua desativação. No período de observação da estação fluviométrica Menino Deus I, agosto de 1996 a janeiro de 1998, as vazões máxima, média e mínima observadas foram de 6,28 m 3 /s,,33 m 3 /s e,1 m 3 /s, respectivamente. A figura 2 apresenta a curva de permanência das vazões da estação, obtida com os dados observados. Junto ao vertedor da barragem Vacacaí-Mirim, foi operada a estação pluviográfica Corsan, no período de janeiro de 1996 à maio de 2. A Companhia Riograndense de Saneamento (CORSAN) realiza determinações diárias do abaixamento do nível do reservatório, a partir da cota da crista do vertedor, abaixamento do nível, m. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2

3 Figura 1: Mapa da bacia hidrográfica afluente ao Reservatório do Arroio Vacacaí-Mirim, com localização da Estação Fluviométrica Menino Deus 1 (A), Estação Pluviométrica CORSAN (B) e pontos de amostragem de qualidade da água (P1, P2, P3, P4). Qualidade da Água O monitoramento da qualidade da água foi executado através de coletas de amostras mensais em quatro pontos do reservatório. Os pontos de coleta, indicados na figura 1, foram distribuídos no afluente principal, P3, e no reservatório (P1 no vertedor da barragem, P2 na tomada de água, ponto de maior profundidade e P4 num clube de campo). Os dados utilizados neste trabalho referem-se a 24 campanhas de coleta de amostras e análises realizadas durante os anos de 1996 e As amostras foram coletadas a,5 m de profundidade em cada ponto. Os parâmetros analisados foram temperatura do ar e da água, ph, cloretos, turbidez, cor, alcalinidade, dureza, oxigênio dissolvido, demanda bioquímica de oxigênio, ferro, manganês e coliformes totais e fecais. O monitoramento indicou um baixo conteúdo orgânico das águas. Os valores do oxigênio dissolvido ficaram sempre próximos da concentração de saturação, apresentando pequena variabilidade. A demanda bioquímica de oxigênio foi baixa, embora com maior variabilidade. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3

4 7 6 5 vazão (m3/s) tempo de permanência (%) Figura 2: Curva de permanência de vazões da estação fluviométrica Menino Deus I. As características estéticas, avaliadas pela turbidez e cor, apresentaram valores médios dentro dos limites estabelecidos pela classe 2 da Resolução Nº 2/CONAMA, embora com maior variabilidade do que o oxigênio dissolvido e a demanda bioquímica de oxigênio. O ph ficou sempre próximo da neutralidade e foi o parâmetro que mostrou menor coeficiente de variação. As concentrações de ferro foram elevadas, ficando dentro dos limites da classe 3 e as de manganês foram baixas, inferiores aos limites estabelecidos para a classe 1, embora com grande variabilidade. A contaminação fecal avaliada pelos coliformes fecais foi a responsável pela baixa qualidade da água do reservatório. O NMP foi elevado principalmente no ponto P3. Na captação de água, ponto P2, seu valor médio está dentro dos limites estabelecidos pela classe 3 da Resolução Nº 2/CONAMA. Este parâmetro foi o que apresentou maior variabilidade. Os demais parâmetros, cloretos, alcalinidade e dureza apresentaram pequena variabilidade. INFLUÊNCIA DAS CARACTERÍSTICAS HIDROLÓGICAS NA QUALIDADE DA ÁGUA Nenhuma interpretação significativa de resultados analíticos para a avaliação da qualidade da água é possível sem a base de dados hidrológicos correspondentes. Todas as observações de campo e amostragem devem ser associadas com medidas hidrológicas relevantes, que variam com o tipo de corpo d água. No monitoramento em rios são de importância fundamental as vazões no dia da amostragem e o regime hidrológico, para os lagos e reservatórios, o nível do mesmo no dia da amostragem e sua variação, bem como a vazão do afluente principal (UNESCO/WHO/UNEP (1992)). A influência das características hidrológicas na avaliação da qualidade da água é aceita, mas a comprovação e o estudo desta variabilidade são pouco discutidos. Verificou-se, neste trabalho, as correlações existentes entre parâmetros de qualidade da água de rio (ponto P3), de reservatório (pontos P1, P2 e P4) com variáveis hidrológicas. As variáveis hidrológicas consideradas foram: o abaixamento do nível do reservatório no dia da coleta; as vazões médias de 15, 7, 3 e 1 dia anterior a coleta e as precipitações totais de 3, 15, 7, 3 e 1 dia anterior a coleta de amostra de qualidade da água. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4

5 As variáveis de qualidade da água estudadas foram turbidez, cor, alcalinidade, dureza, ferro e cloretos. As demais características analisadas não apresentaram boas correlações com as variáveis hidrológicas, neste estudo. O oxigênio dissolvido, a demanda bioquímica de oxigênio e o ph apresentaram pouca correlação, devido a sua pequena variabilidade. As concentrações de coliformes fecais não mostraram boas correlações, uma vez que são originadas por duas fontes: a presença de pequenas propriedades com atividades de pecuária, cuja concentração aumenta com a ocorrência de chuvas; e o lançamento e de esgoto doméstico sem tratamento, que é amenizado com a ocorrência das chuvas. Pontos Característicos de Ambientes Lóticos O ponto característico de ambiente lótico estudado foi o ponto P3, situado no rio principal. As variáveis hidrológicas que mais influenciaram na qualidade da água foram a vazão do dia anterior à coleta e a precipitação mensal; e os parâmetros de qualidade da água que mais sofreram interferência foram turbidez, cor, dureza e alcalinidade. A figura 3 mostra a variação da turbidez e da cor com a vazão do dia anterior à coleta. O coeficiente de correlação entre estes parâmetros de qualidade e a vazão foi de,66, para a turbidez, e de,54, para a cor. Observa-se que turbidez e cor elevam-se de forma semelhante com a vazão. O coeficiente de correlação entre turbidez e cor foi de,75. Na figura 4 é apresentada a variação da alcalinidade e da dureza com a vazão do dia anterior à coleta. O aumento da vazão diminui a alcalinidade e a dureza, simultaneamente. O coeficiente de correlação com a vazão foi de,73 para a alcalinidade e de,75 para a dureza. Estas variáveis de qualidade da água também mostram uma forte correlação entre si, seu coeficiente de correlação para o ponto P3 foi de,94. A alcalinidade e a dureza foram também influenciadas pela precipitação mensal. A variação destes parâmetros é mostrada na figura 5. O coeficiente de correlação com a precipitação mensal foi de,73 para a alcalinidade e para a dureza. Turbidez (ut) ,1,2,3,4,5,6,7 Vazão afluente (dia anterior à coleta) (m3/s) 12 1 Cor (uh) Turbidez Cor Figura 3: Variações da turbidez e da cor com a vazão do dia anterior à coleta ponto característico de ambiente lótico. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5

6 Alcalinidade (mg/l) ,,1,2,3,4,5,6,7 Vazão afluente (dia anterior à coleta) (m3/s) Dureza (mg/l) Alcalinidade Dureza Figura 4: Variações da alcalinidade e da dureza com a vazão do dia anterior à coleta ponto característico de ambiente lótico. Alcalinidade (mg/l) Precipitação mensal (mm) Dureza (mg/l) Alcalinidade Dureza Figura 5: Variações da alcalinidade e da dureza com a precipitação mensal ponto característico de ambiente lótico. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 6

7 Pontos Característicos de Ambientes Lênticos Para o estudo de ambientes lênticos foram utilizados os pontos P1, P2 e P4 situados no reservatório. As variáveis de qualidade da água que mais sofreram interferência dos parâmetros hidrológicos foram alcalinidade, dureza, turbidez, cor e cloretos. E as variáveis hidrológicas que mais afetaram a qualidade da água foram o abaixamento do nível do reservatório, seguida das vazões médias de 7 e 15 dias do afluente principal e da precipitação quinzenal. A figura 6 mostra as variações da alcalinidade e da dureza com o abaixamento do nível do reservatório para o ponto P1. Observa-se que uma diminuição do nível do reservatório proporciona um aumento da alcalinidade e da dureza. O coeficiente de correlação entre os parâmetros de qualidade e o hidrológico resultou,8 para a alcalinidade e,9 para a dureza. Esta forte correlação foi também observada para os demais pontos característicos de ambiente lêntico. A concentração de cloretos também apresentou boa correlação com o abaixamento do nível do reservatório. A figura 7 mostra esta variação para os pontos P1 e P2. O coeficiente de correlação para o ponto P1 resultou,67 e para o ponto P2,7. O abaixamento do nível do reservatório proporciona uma elevação da concentração de cloretos. A variável hidrológica que mais interferiu na turbidez e na cor, em ambientes lênticos, foi a vazão média de 7 dias do afluente principal. A variação entre estes parâmetros é mostrada na figura 8, para o ponto P4. O coeficiente de correlação entre turbidez e vazão média de 7 dias foi de,83, para a cor seu valor foi,86. Dentre as características hidrológicas estudadas a que mostrou menor interferência nos parâmetros de qualidade da água foi a precipitação. A melhor correlação obtida foi entre a cor e a precipitação total de 15 dias, para o ambiente lêntico. A figura 8 mostra a variação da cor com a precipitação quinzenal para o ponto P2. Observa-se uma elevação da cor com a precipitação. O coeficiente de correlação entre estes parâmetros foi de,72. Alcalinidade (mg/l) , 1, 2, 3, 4, 5, 6, Abaixamento do nível do reservatório (m) Dureza (mg/l) Alcalinidade Dureza Figura 6: Variações da alcalinidade e da dureza com o abaixamento do nível do reservatório ponto característico de ambiente lêntico (P1). ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 7

8 12 1 Cloretos (mg/l) , 1, 2, 3, 4, 5, 6, Abaixamento do nível do reservatório (m) Ponto P2 Ponto P1 Figura 7: Variação da concentração de cloretos com o abaixamento do nível do reservatório pontos característicos de ambiente lêntico. Turbidez (ut) ,,5 1, 1,5 2, 2,5 3, Vazão afluente (média de 7 dias) (m3/s) Cor (uh) Turbidez Cor Figura 8: Variação da turbidez e da cor com a vazão média de 7 dias afluente ponto característico de ambiente lêntico (P4). ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 8

9 Cor (uh) Precipitação quinzenal (mm) Figura 9: Variação da cor com a precipitação quinzenal ponto característico de ambiente lêntico (P2). CONCLUSÕES Verificou-se as correlações existentes entre parâmetros de qualidade da água com variáveis hidrológicas. Os dados utilizados foram resultantes de monitoramento hidrológico e de qualidade da água no reservatório do Arroio Vacacaí-Mirim, durante um período de dois anos. A análise de correlação demonstrou que o ponto característico de ambiente lótico apresentou melhor correlação com a vazão do dia anterior à coleta de amostras de água, enquanto os pontos característicos de ambientes lênticos foram mais influenciados pelo nível do reservatório e pelas vazões médias de 7 e 15 dias. A variável hidrológica que apresentou menor correlação com os parâmetros de qualidade da água foi a precipitação. Os parâmetros de qualidade da água que mostraram maior correlação com as variáveis hidrológicas foram dureza, alcalinidade, turbidez e cor. AGRADECIMENTOS Ao CNPq e à FAPERGS pelas bolsas de pesquisa e iniciação científicas concedidas e à FINEP, pelo auxílio concedido através do Projeto de Redes Cooperativas de Pesquisa (REHIDRO/RECOPE). Os autores agradecem à Companhia Riograndense de Saneamento (CORSAN), seção de Santa Maria, pelas análises de água realizadas, ao técnico Alcides Sartóri, pelo auxílio nos levantamentos de hidrometria, aos acadêmidos Fabiano Thomas e Adalberto Jurach pelo auxílio no monitoramento de qualidade da água. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 9

10 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. BRANCO, N., PAIVA, J.B.D., PAIVA, E.M.C.D. Produção de Sedimentos na Bacia Hidrográfica do Arroio Vacacaí Mirim Avaliação Preliminar, CONGRESO NACIONAL DEL AGUA E II SIMPÓSIO DE RECURSOS HIDRICOS DEL CONO SUR Anais. Santa Fé. Argentina CONAMA - Conselho Nacional do Meio Ambiente: Resolução n 2. Diário Oficial da União 3/7/86 (Brasil), PAIVA, E.M.C.D., PAIVA, J.B.D., FORNO, G.L.D. et al Estimativa do Assoreamento do Reservatório do DNOS, em Santa Maria, RS CONGRESO NACIONAL DEL AGUA E II SIMPÓSIO DE RECURSOS HIDRICOS DEL CONO SUR Anais. Santa Fé. Argentina STANDARD METHODS FOR EXAMINATION OF WATER AND WASTEWATER 19ª ed. Washington: American Public Health Association UNESCO/WHO/UNEP Water Quality Assesments. London. Chapman & Hall, ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1