AVALIAÇÃO DA VARIAÇÃO ESPAÇO-TEMPORAL DO ESTADO TRÓFICO DE CURSOS D ÁGUA DA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO PIRAÍ EM JOINVILLE SC

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1 AVALIAÇÃO DA VARIAÇÃO ESPAÇO-TEMPORAL DO ESTADO TRÓFICO DE CURSOS D ÁGUA DA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO PIRAÍ EM JOINVILLE SC Kaethlin Katiane Zeh 1 *; Anja Meder Steinbach 2 ; Virginia Grace Barros 3 Resumo As interferências antrópicas relacionadas à rizicultura e à concentração de núcleos urbanos na Bacia Hidrográfica do Rio Piraí, ocasionam a suscetibilidade de carreamento de fertilizantes e despejos de esgoto doméstico diretamente nos rios, podendo acelerar a evolução do processo de eutrofização dos seus cursos d água. Visando o acompanhamento desse fenômeno na área de estudo, calculou-se o Índice de Estado Trófico () e avaliou-se o grau de trofia dos corpos hídricos, utilizando a equação e classificação propostos por Lamparelli (2004). A variável considerada foi o fósforo total monitorado de 2009 a 2013 em cinco pontos amostrais situados em rios que fluem sobre o perímetro urbano de Joinville SC. Os graus de trofia na rede de drenagem variaram de mesotrófico (para = 58) a hipereutrófico (para = 82). Esses resultados revelam que há há grande disponibilidade de fósforo nos cursos d água analisados. Isso pode provocar o comprometimento dos rios Aratacas, Motucas e Águas Vermelhas em relação aos usos preponderantes previstos para águas doces classe 2 na Resolução CONAMA 357/2005. Palavras-Chave Eutrofização, Índice de Estado Trófico, Bacia do Piraí. EVALUATION OF VARIATION SPACE-TIME OF THE TROPHIC STATE OF WATERCOURSES OF THE RIVER BASIN PIRAÍ IN JOINVILLE SC Abstract The anthropogenic interferences related to irrigated rice cultivation and the concentration of urban centers in the River Basin Pirai, cause susceptibility carrying of fertilizers and sewage directly into rivers and can accelerate the evolution process of eutrophication of the watercourses. Aimed at monitoring this phenomenon in the study area, we calculated the Trophic State Index (TSI) and we evaluated the degree of hipertrophy of water bodies, using the equation and classification proposed by Lamparelli (2004). The considered variable was the total phosphorus monitored between in five sampling points on rivers flowing over the urban area of Joinville - SC. The degrees of hypertrophy in the drainage system ranged from mesotrophic (for TSI = 58) to hypertrophic (for TSI = 82). These results reveal that there is great availability of phosphorus in watercourses analyzed, This may cause the commitment of Aratacas, Motucas and Red Waters rivers in relation to predominant uses planned for freshwater Class 2 in Resolution CONAMA 357/2005. Keywords Eutrophication, Trophic State Index, Piraí Basin. 1 Assessora técnica ambiental do Comitê de Gerenciamento das Bacias Hidrográficas dos Rios Cubatão Norte e Cachoeira. Engenheira Sanitarista e Ambiental pela Universidade da Região de Joinville UNIVILLE. kaethlin_zeh@hotmail.com; 2 Consultora técnica do Comitê de Gerenciamento da Bacia Hidrográfica do Rio Itapocu. Mestre em Desenvolvimento Regional pela Fundação Universidade Regional de Blumenau FURB. anjamedersteinbach@gmail.com; 3 Professora do Departamento de Engenharia Civil da Universidade do Estado de Santa Catarina UDESC. Doutora em Ciências Ambientais pela Università Ca' Foscari Venezia. vgbarros@gmail.com; * Autor Correspondente. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 1

2 1 INTRODUÇÃO A eutrofização pode ser entendida como o crescimento excessivo de plantas aquáticas, tanto planctônicas quanto aderidas, a níveis tais que sejam considerados como causadores de interferências nos usos desejáveis de determinado corpo d água (VON SPERLING, 1996). Esse processo é desencadeado pelo excesso de nutrientes no corpo hídrico, principalmente nitrogênio e fósforo, que podem ser advindos de fontes naturais e/ou antrópicas (LAMPARELLI, 2004). Visando o acompanhamento desse fenômeno, foi criado o Índice de Estado Trófico (), cuja finalidade é classificar os corpos d água em relação ao grau de trofia, a fim de avaliar a qualidade da água quanto ao enriquecimento por nutrientes e ao potencial de crescimento de algas e macrófitas aquáticas (ANA, 2012). Entre os principais usos do solo atribuídos à Bacia Hidrográfica do Rio Piraí estão a rizicultura e a alocação de núcleos residenciais. Nas áreas agrícolas de cultivo de arroz irrigado é indicado o uso de adubos minerais como os fertilizantes fosfatados, os quais são aplicados antes da semeadura do arroz (CQFS RS/SC, 2004). Os núcleos residenciais geram efluentes ricos em fósforo, principalmente devido à presença de fezes humanas e detergentes utilizados para limpeza doméstica (VON SPERLING, 2007). Isso provê maior suscetibilidade de carreamento de fertilizantes e despejos de esgoto doméstico, diretamente nos rios da Bacia do Piraí, podendo acelerar a evolução do processo de eutrofização dos seus cursos d água. Nesse contexto, o objetivo do presente estudo foi avaliar o grau de trofia de rios da Bacia Hidrográfica do Rio Piraí a partir do cálculo do Índice de Estado Trófico baseado nas concentrações de fósforo total, em cinco pontos amostrais localizados no perímetro urbano de Joinville SC, analisados entre os anos de 2009 a METODOLOGIA 2.1 Descrição da Área de Estudo A Bacia Hidrográfica do Rio Piraí é pertencente, no Brasil, à grande Região Hidrográfica Atlântico Sul, integrando o sistema da Vertente Atlântica, pois os rios que drenam o seu território fluem para a direção Leste, desaguando diretamente no Oceano Atlântico, de acordo com a divisão adotada atualmente pela Agência Nacional de Águas ANA (SDS, 2007). No Estado de Santa Catarina, conforme subdivisão proposta pela Secretaria de Estado do Desenvolvimento Econômico Sustentável SDS, a Bacia do Piraí está inserida na Região Hidrográfica 6 Baixada Norte, onde faz parte da Bacia Hidrográfica do Rio Itapocu, correspondendo à maior sub-bacia dentre nove possuindo 599,85 km² (HOLLER, 2012; SDS, 2007). Sua área de drenagem abrange parcialmente seis municípios catarinenses: Araquari, Balneário Barra do Sul, Barra Velha, Guaramirim, Joinville e Schroeder (IBGE, 2013). O seu principal curso d água, o Rio Piraí, é considerado o mais importante afluente da margem esquerda do Rio Itapocu e o segundo mais deteriorado, em relação à bacia do Itapocu, ficando atrás somente de outro afluente, o Rio Putanga (SDS, 2007). Suas nascentes estão localizadas na Serra do Mar e entre seus afluentes destacam-se: Rio Águas Vermelhas, Rio XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 2

3 Motucas, Rio Aratacas, Rio Lagoa Bonita, Ribeirão Lagoinha, Rio do Salto, Ribeirão Margarida, Rio Zoada, Rio Dona Cristina, Rio Quati, Rio Poço Grande, Rio Una, Ribeirão das Cordas e Ribeirão Cardoso (IPPUJ, 2013). 2.2 Requerimento dos dados A variável necessária para a avaliação espacial e temporal do estado trófico dos cursos d água da Bacia do Piraí foi o fósforo total. Os dados das concentrações de fósforo total na área de estudo foram cedidos pela Companhia de Saneamento Básico Águas de Joinville, empresa responsável pela captação, tratamento e distribuição de água no município de Joinville SC. As amostras foram coletadas entre os anos de 2009 a 2013, com periodicidade trimestral. Estas são referentes a cinco pontos amostrais, em rios que segundo SIMGeo (2014) fluem sobre o perímetro urbano de Joinville na Bacia do Piraí, conforme elucidado na Figura 1 e Tabela 1. Figura 1 Localização dos pontos amostrais na área de estudo Tabela 1 Descrição dos pontos amostrais monitorados na Bacia Hidrográfica do Rio Piraí Ponto Coordenadas Altitude Localização Uso e ocupação do solo Amostral Latitude Longitude (m) '16.87" S (1) 48 53'48,01" O (1) Rio Águas 10,00 Vermelhas. (1) Ocupação urbana '13,75" S (1) 48 54'56,30" O (1) 15,00 Rio Motucas. (1) Pouca urbanização, predomina cultivo de arroz irrigado. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 3

4 '37,98" S (1) 48 55'12,96" O (1) 14, '17,96" S (1) 48 54'09,09" O (1) 10, º20'16,32'' S (1) 48º53'22,70'' O (1) 8,57 Fonte: (1) Companhia Águas de Joinville (2014). Rio Aratacas. (1) Rio Motucas. (1) Rio Águas Vermelhas. (1) Somente cultivo de arroz irrigado. Somente cultivo de arroz irrigado. Ocupação urbana e cultivo de arroz irrigado. Para confrontação dos resultados obtidos para a área de estudo, também calculou-se o Índice do Estado Trófico a partir de dados de fósforo total de cursos d água da Bacia do Rio Cachoeira e Bacia do Rio Cubatão, os quais foram fornecidos pelo Comitê de Gerenciamento das Bacias Hidrográficas dos Rios Cubatão e Cachoeira CCJ. Todas as concentrações das amostras de fósforo total utilizadas no presente estudo foram obtidas a partir da aplicação do método analítico 4500 P, descrito no Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 22st Edition. 2.3 Avaliação do grau de trofia Para classificar os corpos d água em estudo, em diferentes graus de trofia, foi calculado o Índice de Estado Trófico () para ambientes lóticos (rios) proposto por Lamparelli (2004) de acordo com a equação 1. = 10 [6 ( 0,42 0,36 ln )] 20 (1) ln(2) Onde, é o Índice do Estado Trófico baseado nas concentrações de fósforo total (adimensional); é a concentração de fósforo total medida à superfície da água e, ln corresponde ao logaritmo natural (adimensional). Como o representa a média aritmética simples dos índices relativos ao fósforo total e à clorofila a, e no caso do presente trabalho não há resultados para a clorofila a, o índice foi calculado com a variável disponível, ou seja, o fósforo total e considerado equivalente ao, conforme infere Von Sperling (2007). Calculou-se o Índice de Estado Trófico a partir de dados de fósforo total cujos valores eram maiores que zero, pois caso contrário, a equação não era aplicável. Após o cálculo do, foi avaliado o estado trófico mediante os limites estabelecidos em cada classe de trofia para rios conforme descrito na Tabela 2, que expõe a classificação proposta por Lamparelli (2004). A modelagem gráfica dos valores de foi realizada em uma planilha do Microsoft Excel. Tabela 2 Classificação do Estado Trófico para rios conforme Estado Trófico Ultraoligotrófico 47 Oligotrófico 47 < 52 Mesotrófico 52 < 59 Eutrófico 59 < 63 XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 4

5 Supereutrófico 63 < 67 Hipereutrófico > 67 Fonte: Adaptado de Lamparelli (2004). 3 RESULTADOS E DISCUSSÃO As concentrações de fósforo total, o e estado trófico condizente aos cursos d água da Bacia do Piraí nos cinco pontos amostrais, durante a série histórica analisada, encontram-se dispostos nas Tabelas 3 e 4, respectivamente. Foram considerados somente os que puderam ser calculados nas mesmas datas de coleta em todos os pontos amostrais da área de estudo. Tabela 3 Concentrações de fósforo total e em 5 pontos amostrais nos rios da Bacia do Piraí entre os anos de 2009 a 2013 Período Ponto 1 Ponto 2 Ponto 3 Ponto 4 Ponto 5 das coletas 24/03/ /09/ /09/ /11/ /09/ /12/ /02/ /05/ /12/ /03/ /09/ Tabela 4 Estados tróficos de rios da Bacia do Piraí analisados em 5 pontos amostrais de 2009 a 2013 Período das Estado Trófico conforme coletas Ponto 1 Ponto 2 Ponto 3 Ponto 4 Ponto 5 24/03/09 Hipereutrófico Eutrófico Supereutrófico Hipereutrófico Supereutrófico 09/09/09 Hipereutrófico Mesotrófico Mesotrófico Supereutrófico Supereutrófico 02/09/10 Hipereutrófico Supereutrófico Hipereutrófico Hipereutrófico Hipereutrófico 22/11/10 Hipereutrófico Hipereutrófico Hipereutrófico Hipereutrófico Hipereutrófico 14/09/11 Hipereutrófico Supereutrófico Supereutrófico Hipereutrófico Hipereutrófico 05/12/11 Hipereutrófico Supereutrófico Supereutrófico Hipereutrófico Eutrófico 29/02/12 Supereutrófico Supereutrófico Supereutrófico Hipereutrófico Supereutrófico 30/05/12 Hipereutrófico Eutrófico Eutrófico Hipereutrófico Hipereutrófico 03/12/12 Supereutrófico Supereutrófico Eutrófico Hipereutrófico Hipereutrófico 04/03/13 Hipereutrófico Hipereutrófico Hipereutrófico Hipereutrófico Hipereutrófico 23/09/13 Hipereutrófico Hipereutrófico Hipereutrófico Hipereutrófico Hipereutrófico Nota-se que no ponto 2 o estado trófico predominante é o supereutrófico, com 45,45% de frequência, dentre os 11 avaliados de 2009 a Dessa forma, o Rio Motucas apresenta alta produtividade em relação às condições naturais, afetado por atividades antrópicas (ANA, 2012). XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 5

6 Devido às características desse ponto, as alterações podem ser provenientes do carreamento de fertilizantes fosfatados e de despejos domésticos. Por sua vez, no ponto 3 o estado trófico mostrou-se principalmente supereutrófico e hipereutrófico, onde cada um destes graus de trofia obteve 36,36% de frequência. Sendo assim, o Rio Aratacas demostra possuir alta produtividade, baixa transparência, que podem implicar em alterações indesejáveis na qualidade da água (ANA, 2012). Nesse ponto, o aporte às elevadas concentrações de fósforo pode ser devido à drenagem pluvial dos fertilizantes utilizados nas áreas agrícolas de arroz irrigado cultivadas no entorno (VON SPERLING, 2007). Nos outros pontos o estado trófico predominante foi bem definido, sendo hipereutrófico, apresentando altas frequências: 81,82% no ponto 1, 90,91% no ponto 4 e 63,64% no ponto 5. Neste caso, os cursos d água Rio Motucas e Rio Águas Vermelhas são afetados significativamente pelas elevadas concentrações de matéria orgânica e nutrientes, com comprometimento acentuado nos seus usos, o que pode desencadear florações de algas e/ou mortandade de peixes (ANA, 2012). No ponto 1, claramente a hipertrofia é devido despejos domésticos por este ser localizado no bairro Vila Nova, o maior aglomerado urbano da bacia do Piraí. No ponto 4, esse estado trófico está associado aos fertilizantes carreados das culturas de arroz até o rio, ainda mais haja vista que no local a vegetação ripária é praticamente inexistente. O ponto 5 recebe contribuições múltiplas, vindas de despejos domésticos do bairro Morro do Meio, carreamento de fertilizantes aplicados na oriziccultura, além das cargas poluidoras transportadas dos demais pontos (1 a 4) situados à montante. Os graus de trofia na rede de drenagem da Bacia Hidrográfica do Rio Piraí variaram de mesotrófico (para = 58) a hipereutrófico (para = 82), vide Figura 2. Segundo Alves et al. (2012), esses estados tróficos revelam que há grande disponibilidade de fósforo nos cursos d água da área de estudo. Em bacias hidrográficas próximas como a bacia do Cubatão Norte e bacia do Cachoeira, apesar de os cursos d água também demonstrarem comprometimento, obtevese classes mais favoráveis. Na bacia do Rio Cubatão Norte obteve-se os extremos de trofia hídrica, com estados desde ultraoliogrotrófico (para = 46) a hipereutrófico (para = 72). Na bacia do Rio Cachoeira os estados tróficos variaram entre oligotrófíco (para = 52) e hipereutrófico (para = 86), se assemelhando mais aos da bacia em estudo. Observando-se a classificação dos estados tróficos, não foi possível assegurar se a qualidade das águas superficiais se agravou de 2009 a 2013, pois nesse período ocorreram melhoras e pioras descontínuas nos graus de trofia apresentados em todos os pontos amostrais, conforme também verificado por Alves et al. (2012) no Rio Arari PA. O contrário foi constatado por Sousa et al. (2007) no Reservatório Acarape do Meio CE. Essa discrepância pode ser em razão dos cursos d água da Bacia do Piraí SC e do Rio Arari PA, serem ambientes lóticos, enquanto o Reservatório Acarape do Meio CE é caracterizado como lêntico, o que implica em diferenciação na suscetibilidade de autodepuração de nutrientes nos mesmos. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 6

7 Figura 2 Variação espacial e temporal do estado trófico de rios da Bacia da Piraí De modo geral, é nítido que o apresentou menores valores nos pontos amostrais 2 e 3 que estão situados próximos ao curso superior dos rios Motucas e Aratacas, respectivamente. Em contrapartida, o mostrou-se mais expressivo nos pontos amostrais 4 e 5, localizados no curso inferior dos rios Motucas e Águas Vermelhas. Essa tendência aponta que o aporte de fósforo é potencializado no sentido montante-jusante da Bacia do Piraí. Os graus de trofia de um corpo hídrico interferem nos usos que podem ser atribuídos à água do mesmo. Na Bacia do Piraí, os rios que apresentaram o estado trófico menos agravante, ou seja, o mesotrófico, mostram-se desejáveis para aquicultura e recreação de contato primário e secundário, e toleráveis para abastecimento de água potável. Contudo, os cursos d água que apresentam estado hipereutrófico mostram-se incompatíveis com os usos preponderantes para águas doces classe 2, salvo a irrigação (VON SPERLING, 2007). 4 CONCLUSÕES A classificação dos estados tróficos revelou que há grande disponibilidade de fósforo nos cursos d água analisados na Bacia do Piraí. Isso pode provocar o comprometimento dos rios Aratacas, Motucas e Águas Vermelhas em relação aos usos preponderantes previstos para águas doces classe 2 na Resolução CONAMA nº 357/2005. Todavia, o Índice de Estado Trófico obtido a partir de dados de fósforo total avalia apenas o potencial de eutrofização de corpos hídricos, já que tal parâmetro atua como causador do processo. O ideal seria obter também dados de Clorofila a para calcular o (CL) e averiguar de fato a resposta dos cursos d água ao agente causador pelo indicativo do nível de crescimento de algas nas águas estudadas. O índice médio do e (CL) permitiria englobar a causa e efeito do processo (VON SPERLING, 2007). XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 7

8 5 AGRADECIMENTOS À Companhia Águas de Joinville e ao CCJ pela concessão dos dados utilizados. REFERÊNCIAS ALVES, I.C.C.; EL-ROBRINI, M.; SANTOS, M.L.S.; MONTEIRO, S.M.; BARBOSA, L.P.F.; GUIMARÃES, J.T.F. (2012). Qualidade das águas superficiais e avaliação do estado trófico do Rio Arari (Ilha de Marajó, norte do Brasil). Acta Amazonica 42 (1), pp ANA Agência Nacional de Águas (2012). Ministério do Meio Ambiente. Panorama da qualidade das águas superficiais do Brasil: ANA, Brasília DF, 264 p. CQFS RS/SC Comissão de Química e Fertilidade do Solo do Rio Grande do Sul e Santa Catarina (2004). Manual de adubação e de calagem para os Estados do Rio Grande do Sul e Santa Catarina. Sociedade Brasileira de Ciência do Solo Núcleo Regional Sul, Porto Alegre RS. 404 p. HOLLER, K.R. (2012). Ferramentas de Gestão dos Recursos Hídricos na Bacia Hidrográfica do Rio Itapocu. 46 p. Relatório de Estágio (Graduação em Engenharia Florestal) Centro de Ciências Tecnológicas, Universidade Regional de Blumenau, Blumenau SC. IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (2013). Base Cartográfica da Malha Municipal do Estado de Santa Catarina. Escala 1: Executado por: 1BGE. IPPUJ Instituto de Pesquisa e Planejamento Urbano de Joinville (2013). Joinville Cidade em Dados Prefeitura de Joinville, Joinville SC, 229 p. LAMPARELLI, M.C. (2004). Graus de trofia em corpos d água do Estado de São Paulo: Avaliação dos métodos de monitoramento. 238 p. Tese (Doutorado em Ciências) Instituto de Biociências, Universidade de São Paulo, São Paulo SP. SDS Secretaria de Estado do Desenvolvimento Econômico Sustentável (2007). Panorama dos Recursos Hídricos de Santa Catarina. SDS, Florianópolis SC, 283 p. SIMGeo Sistema de Informações Municipais Georreferenciadas (2014). Prefeitura de Joinville. Disponível em: < Acesso em: 20 mai SOUSA, I.V.A.; SOUZA, R.O.; PAULINO, W.E. (2007). Cálculo do Índice de Estado Trófico em reservatório com estudo de caso no Reservatório Acarape do Meio. In Anais do XVII Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos, São Paulo SP, 13 p. Disponível em: < e24b79dab9e5186.pdf>. Acesso em 22 out VON SPERLING, M. (1996). Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos. 2. ed. DESA-UFMG, Belo Horizonte MG, 243 p. VON SPERLING, M. (2007). Estudos e modelagem da qualidade da água de rios. 1. ed. DESA- UFMG, Belo Horizonte MG, 588 p. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 8