22º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental

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1 22º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 4 a 9 de Setembro 2003 Joinville Santa Catarina VI82 AVALIAÇÃO DA QUALIDADE DA ÁGUA NA SUBBACIA HIDROGRÁFICA DO ARROIO CADENA MUNICÍPIO DE SANTA MARIARS Carlos Ernando da Silva Professor Adjunto do Departamento de Hidráulica e Saneamento, Centro de Tecnologia, Universidade Federal de Santa Maria. Engenheiro Químico pela Universidade Federal de Minas Gerais. Mestre e Doutor em Engenharia Química pela Universidade Estadual d e Campinas. Maristela Coradini2 Licenciada e Bacharel em Geografia pela Universidade Federal de Santa Maria. Mestranda do Programa de PósGraduação em Engenharia Civil Área de Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental UFSM. Alessandro Eduardo Hoppe3 Acadêmico do curso de Engenharia Civil da Universidade Federal de Santa Maria. Bolsista FAPERGS Teobaldo Frederico Gräbin4 Acadêmico do curso de Engenharia Químical da Universidade Federal de Santa Maria. Bolsista CNPq/PIBIC Tiago Monteiro Neves5 Acadêmico do curso de Engenharia Civil da Universidade Federal de Santa Maria. Bolsista CNPq/PIBIC

2 Endereço(): Rua João Goulart, 552/202 Camobi Santa Maria RS CEP: Brasil Tel: (55) RESUMO Neste trabalho avaliouse a qualidade da água na subbacia hidrográfica do arroio Cadena, na cidade de Santa MariaRS. Foi estabelecida a modulação da bacia através da implantação de uma rede de monitoramento constituída de três pontos hidrométricos para medidas de descargas e coleta de água para determinação das variáveis de qualidade. Os resultados do monitoramento realizado no período de novembro/2002 a maio/2003 demonstraram que a subbacia apresenta uma qualidade da água "ruim", sendo estimado um aporte de carga orgânica média de 39,0 kg DBO/dia. A modulação da bacia permitiu atribuir as cargas orgânicas dos respectivos setores de ocupação diferenciada da bacia (urbana e rural). PALAVRASCHAVE: Qualidade da Água, Índices de Qualidade da Água, Monitoramento, Recursos Hídricos, Cargas Poluidoras. INTRODUÇÃO Nos países em desenvolvimento a degradação da qualidade dos corpos hídricos está diretamente relacionada à poluição orgânica. A ocupação e o uso desordenados do solo, associados à falta de implantação dos serviços de saneamento básico promovem a degradação crescente destes recursos naturais. Segundo os dados da PNSB Pesquisa Nacional de Saneamento Básico (IBGE, 2002) apenas 38 % dos municípios brasileiros promovem a coleta dos esgotos domésticos e um percentual ainda menor, 0 %, realizam o tratamento dos mesmos. Atualmente, o panorama apresentado pela maioria dos municípios brasileiros é a impossibilidade da utilização dos recursos hídricos que drenam sua área urbana para os diversos fins. Os lançamentos inadequados de esgotos sanitários e resíduos sólidos promovem a contaminação crescente das águas, transformandose em um grande problema de saúde pública. A avaliação da qualidade da água de um corpo hídrico, no âmbito de sua área de drenagem, é de fundamental importância para traçar diretrizes que visam a sua adequação frente aos requisitos de qualidade para usos específicos definidos nos processos de enquadramento estabelecidos na Resolução CONAMA N. 20/86 (CONAMA, 986). Esta avaliação deve contemplar tanto os aspectos qualitativos como os quantitativos dos recursos hídricos,

3 devido a indissociabilidade dos mesmos. Silva et al (2002) avaliaram a influência do regime de escoamento sobre a qualidade das águas dos corpos hídricos que drenam a bacia hidrográfica do campus da UFSM, apresentando a deteriorização da qualidade em regime de estiagem. A necessidade de integração da sociedade nos processos de gestão ambiental exige a apresentação de informações básicas, de forma objetiva e fácil de assimilação para uma efetiva atuação nos processos decisórios (PeláezRodriguez et al, 2000). O índice de qualidade da água (IQA) é um número simples que expressa a qualidade geral da água em certo local e tempo, baseado em vários parâmetros de qualidade da água. O objetivo de um índice é transformar os complexos dados de qualidade da água em informação que pode facilmente ser entendida e utilizada pela população. O uso de um índice para graduar a qualidade da água é motivo de controvérsia para especialista da área, por não poder refletir uma situação real, quando da possibilidade da existência de alguma substância presente no meio e não contemplada no índice. Entretanto, um índice baseado em algumas variáveis importantes, permite a população ter uma idéia geral dos possíveis problemas com a água em determinada região. O índice do NSF National Sanitation Fundation (Brown et al, 970), fundamentouse na pesquisa de opinião de especialistas em várias áreas, que indicaram os parâmetros de qualidade de água a serem considerados, os seus pesos relativos e sua qualidade relativa, segundo uma escala de valores. O NSF é largamente utilizado no Brasil, sendo verificadas a realização de adaptações buscandose uma melhor representatividade frente às características locais das áreas de estudo. Ide (2000) avaliou a qualidade de corpos hídricos utilizando diferentes índices de qualidade da água, sugerindo que os índices NSF* (produtório) e Smith foram os que melhor refletiram a realidade regional. O Comitê de Preservação, Gerenciamento e Pesquisa da Bacia do Rio dos Sinos COMITESINOS, adaptou o índice NSF visando atender às condições e às necessidades regionais (COMITESINOS, 990). Neste contexto, o presente trabalho consiste no estabelecimento de um programa de monitoramento da qualidade da água na subbacia hidrográfica do arroio Cadena, visando à determinação de índices de qualidade de suas águas e a estimativa do aporte de cargas poluidoras devido às ações antrópicas. carcterização da área de estudo A bacia hidrográfica do arroio Cadena está localizada no município de Santa Maria, região central do Rio Grande do Sul, entre as coordenadas geográficas " e " de latitude sul, " e " de longitude oeste, desaguando no arroio Picadinha, afluente do rio Vacacaí. A bacia possui uma área total de drenagem de 64,08 km2, sendo o curso d água principal (Cadena) uma extensão de 5 Km, como apresentado na figura. A extensão do arroio Cadena da nascente até a Av. Assis Brasil está canalizada por galeria fechada em concreto armado é estimada em 660 metros, da Av. Assis Brasil até

4 a Rua Fernandes Vieira em canal aberto alvenaria de pedra, metros, e desta até a entrada do exutório (Estância do Minuano) uma extensão de metros em canal aberto. Figura Localização da SubBacia Hidrográfica do Arroio Cadena no Estado do Rio Grande do Sul. Geomorfologicamente a bacia hidrográfica caracterizase pelas elevações da Serra Geral ao norte e Campos da Depressão Central ao sul. Litologicamente a área está assentada sobre as Formações Santa Maria, Caturrita, Botucatu, Serra Geral e terraços fluviais e sedimentos atuais. A ampla área de planície de inundação possui uma formação com sedimentos aluviais recentes, inconsolidados e satur ados de água, considerada frágil do ponto de vista geológico para ocupação. As precipitações são regulares durante todo o ano, não apresenta estação seca, com índices pluviométricos anuais entre 500mm a 600mm. Conforme a caracterização de Köppen, citado por Ayoade (986), apresenta clima subtropical, com características de invernos frios, com temperatura média do mês mais frio entre 3 e 5Cº, já os verões são quentes com temperaturas médias do mês mais quente superior a 24ºC. A cobertura original da ve getal sofreu significativas alterações, sendo que uma parcela está inserida no domínio dos campos com capões e matas galerias. A área que atualmente é ocupada pelas atividades agropecuárias está representada com cobertura de gramíneas com pontos isolados de vegetação remanescente. Salientase que a vegetação de mata ciliar está praticamente inexistente, devido a ocupação e uso inadequados que causam alterações na vazão do escoamento pluvial, acelerando o processo erosivo das margens do Arroio e seus afluentes. A área que abrange a bacia hidrográfica tem uso e ocupação diversificada representada pelos setores residencial (urbano e rural), atividades agropecuárias e industriais. O município de Santa Maria possui uma população total de habitantes (IBGE, 2000), sendo a população da área de estudo estimada em habitantes. Cerca de 60 % da população do município é atendida por rede coletora de esgoto que é destinada para a Estação de Tratamento de Esgoto (ETE Santa Maria), através do processo de lodo ativado por aeração prolongada. Entretanto, as áreas não atendidas por este serviço promovem o lançamento clandestino na rede de drenagem urbana, ou diretamente nos corpos hídricos. MATERIAIS E MÉTODOS Para avaliação da qualidade da água foi estabelecida a modulação da subbacia hidrográfica do arroio Cadena em três setores, com o objetivo de estimar as diferentes contribuições associadas ao uso e ocupação do solo. Foi implantada uma rede de monitoramento em cada setor, consistindo de postos hidrométricos para medidas de descargas e coletas de amostra

5 de água para determinações das variáveis de qualidade e estimativa das cargas poluidoras. O monitoramento foi realizado mensalmente no período de novembro/2002 a maio/2003. As descargas foram realizadas através de medidas da velocidade de escoamento e a altura da lâmina d água em seções regulares dos corpos hídricos. As coletas das amostras de água foram realizadas simultaneamente as medidas de descargas para a determinação das características físicoquímicas e bacteriológicas. As metodologias analíticas adotadas são descritas no Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (APHA; AWWA; WPCF, 995). As variáveis de qualidade da água foram analisadas frentes aos requisitos de qualidade da Resolução CONAMA N. 20 (CONAMA, 986). Para a interpretação dos resultados das variáveis de qualidade da água foi aplicado o Índice de Qualidade da Água NSF* (produtório). Este índice, adaptado pelo COMITESINOS (990; 993), utiliza a fórmula multiplicativa do tipo: IQA = p qi wi () onde: p : s?mbolo de produtsrio; qi : qualidade relativa do i ésimo parâmetro; wi : peso relativo do iésimo parâmetro; i : número de ordem do parâmetro ( a 8). A qualidade relativa de cada variável é estabelecida em curvas de variação que relacionam o respectivo valor da variável a uma nota (0 a 00), sendo o valor 00 para a melhor qualidade. A tabela apresenta os respectivos pesos atribuídos às variáveis de qualidade e a interpretação dos índices é estabelecida na tabela 2, COMITESINOS (993). Tabela Parâmetros e pesos relativos do IQA. Parâmetros Pesos Relativos (wi) Oxigênio Dissolvido 0,9 Coliformes fecais (NMP/00 ml)

6 0,7 ph 0,3 DBO5,20 0, Fosfato Total 0, Nitrato 0, Turbidez (NTU) 0,09 Sólidos Totais 0,09 Tabela 2 Interpretação da qualidade de água Faixas de IQA Classificação da qualidade da água 0 25 Muito Ruim Ruim 5 70 Regular

7 7 90 Bom 9 00 Excelente O índice de qualidade foi obtido e avaliado através dos valores médios das variáveis de qualidade durante o período de monitoramento. RESULTADOS E DISCUSSÃO Os resultados apresentados são referentes ao monitoramento realizado, contemplando a porção norte da bacia hidrográfica do arroio Cadena. A modulação da subbacia hidrográfica e a identificação dos pontos de monitoramento qualiquantitativo são apresentados na figura 2 e na tabela 3 são descritas as principais características físicas dos três setores e o total da subbacia na área de estudo. Figura 2 Modulação da subbacia hidrográfica do arroio Cadena e identificação dos pontos de monitoramento qualiquantitativo. O setor possui área de drenagem equivalente a 5, Km², localizada em área urbana, sendo receptor de grande quantidade de esgotos de origem doméstica, já o setor 2, perfaz uma área de 3,7 Km², localizado em área predominantemente rural; e o setor 3, com uma rede de drenagem de 8,89 Km², situada em área de ocupação mista, recebendo as cargas poluidoras dos dois setores anteriores mencionados, totalizando uma área de drenagem de 27,7 Km². Tabela 3 Características físicas dos setores da subbacia hidrográfica do arroio Cadena. SETORES Setor Setor 2 Setor 3

8 TOTAL Área (Km²) 5, 3,7 8,89 27,7 Perímetro (Km) 9,35 8,07 22,83 40,25 Comprimento da drenagem (km) 7,52 6,5 30,57 44,24 Os resultados médios das variáveis de qualidade referentes aos três pontos de amostragem são sumarizados na tabela 4. Considerando que os corpos hídricos da área em estudo estejam enquadrados na classe 2, verificase que o ponto apresenta as principais variáveis de qualidade (DBO, oxigênio dissolvido, coliformes fecais) em desacordo com os limites estabelecidos na Resolução CONAMA 20/86. O ponto 3, exutório da subbacia, apresenta níveis médios de oxigênio dissolvido que atendem ao seu enquadramento, sendo a DBO e coliformes fecais as varáveis de qualidade mais impactantes. O ponto 2 atende a maioria dos limites de enquadramento, exceto, coliformes fecais e fosfato. Ressaltase que os elevados níveis de fosfato observados em todos os pontos podem estar diretamente relacionados às características geológicas do sistema natural, sendo que os limites da Resolução CONAMA N. 20/86 são questionáveis a nível regional. Tabela 4 Variáveis de qualidade da água e classe de enquadramento

9 Variável Unidade Ponto Ponto 2 Ponto 3 V. Médio Classe V. Médio Classe V. Médio Classe Temperatura do ar (o C) 23,0 23,4 26,3 Temperatura da água (o C) 2,5

10 20,8 22,9 Turbidez (NTU) 2,62 28,03 22,37 ph 7,4 7,4 7,46 Condutividade Elétrica (m S/cm) 397,0

11 79,7 239,5 Oxigênio Dissolvido 2,26 3 8,2 5,39 2 DBO 49,95 4 3,24 2 3,82 4 DQO 82,99

12 9,06 54,62 Fósforo total 0, ,32 4 0,59 4 Nitrato 0,98 0,77 0,99 Sólidos Totais

13 25,3 8, 79,4 Sólidos Suspensos 3,8 5,4 24,0 Sólidos Dissolvidos 237,5 02,8 55,4 Sólidos Sedimentáveis (ml/l)

14 0,4 0,0 0, Cloretos 24,68 2,9 5,54 Óleos e Graxas 5,60 4,43 32,97 Coliformes Fecais

15 (NMP/00mL) IQA NSF* A qualidade da água, interpretada frente ao índice NSF* (produtório), é considerada "ruim" nos três pontos de monitoramento, apresentando valores médios de 20, 43 e 38 para os pontos, 2 e 3, respectivamente. A variação mensal do índice de qualidade da água é demonstrada na figura 3. Verificase que nos períodos de estiagem, apesar do atendimento aos requisitos de qualidade para a maioria das variáveis, a existência de apenas uma variável com valores extremos promove a valoração baixa do índice, como observado para o ponto 2. As determinações das vazões e concentrações das variáveis de qualidade nos pontos de monitoramento permitiram o equacionamento das cargas poluidoras (orgânica) escoadas em cada setor da subbacia. A figura 4 apresenta as medidas de descargas realizadas. A determinação da carga orgânica do setor 3 foi estimada a partir da diferença entre a carga total da subbacia (ponto 3) e as contribuições devidas ao setor (ponto ) e setor 2 (ponto 2). Figura 3 Perfil do índice de qualidade da água NSF*(produtório).

16 Figura 4 Medidas de descargas nos setores da subbacia. A tabela 5 apresentada as cargas poluidoras (em termos de DBO) geradas nos vários compartimentos da subbacia e a estimativa da população equivalente. A carga orgânica total é de 39,02 kg DBO/dia, sendo a principal contribuição proveniente do setor 3. Entretanto, o setor apresenta uma maior carga específica (kg/dia.km2), visto que é setor com a maior densidade populacional. Considerando uma contribuição per capita de 40 g DBO/hab.dia estimouse uma população equivalente de habitantes. Ressaltase que as economias não atendidas por rede coletora de esgotos sanitários possuem sistema de tratamento individual de esgotos (fossa séptica), com eficiência em torno de 30 % na remoção de matéria orgânica. Portanto, a população que efetivamente contribui no aporte de cargas na subbacia pode ser estimada em habitantes. Tabela 5 Estimativa da carga orgânica e equivalente populacional nos setores da subbacia Parâmetro Setor Setor 2 Setor 3 Subbacia Carga orgânica média (kg DBO/dia) 65,53 6,02 243,55 39,02 Carga específica (kg DBO/dia. Km2) 32,39 4,32

17 2,89 4, Equivalente populacional (habitantes) Populacional efetiva2 (habitantes) contribuição per capita de 40 g DBO/hab.dia 2 eficiência de 30 % na redução da carga orgânica CONCLUSÕES Os resultados obtidos até o momento representam uma avaliação preliminar da qualidade da água do arroio Cadena, sendo que os parâmetros estudados são indicadores da atual condição do arroio, portanto indispensáveis para realizar a avaliação ambiental e estabelecer metas mitigadoras com o intuito de reduzir a poluição hídrica. A poluição da água na subbacia vem agravar significativamente o já existente e preocupante quadro qualitativo dos recursos hídricos. O principal problema está associado às cargas poluidoras de origem doméstica, aumentando progressivamente de montante para jusante, refletindo um descompasso entre a demanda do rápido crescimento da população e os escassos recursos financeiros disponíveis para a universalização do atendimento dos serviços de saneamento na região. agradecimentos

18 Os autores agradecem à Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul (FAPERGS), ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e à Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) pelo apoio recebido. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AMERICAM PUBLIC HEALTH ASSOCIATION. Standard methods for the examination of water and wastewater. 9th ed. Washington, APHA/AWWA/WPCF, 995. Brown, R. M., McClelland, N I., Deininger, R. A., Tozer, R. G. "A water quality index do we dare?" Water and Sewage Works. October. p , 970. CONSELHO NACIONAL DO MEIO AMBIENTE. Resolução nº 20, de 8 de junho de 986. Estabelece classificação para águas doces, salobras e salinas do Território Nacional. DOU, Brasília DF, de 30 de julho de 986. COMITESINOS. Programa Integrado de Monitoramento da Qualidade da Água do Rio dos Sinos e seus Afluentes. Aplicação de um Índice de Qualidade da Água no Rio dos Sinos. Relatório Técnico. Porto Alegre. 33p COMITESINOS (COMITÊ DE PRESERVAÇÃO, GERENCIAMENTO E PESQUISA DA BACIA DO RIO DOS SINOS). Programa integrado de monitoramento da qualidade da água do rio dos Sinos e seus afluentes. Aplicação de um índice de qualidade da água no rio dos Sinos. Período de novembro/989 à outubro /99. Porto Alegre. 38 p, 993 Ide, C.N., Roche, K.F., Troli, A.C., Gonçalves, J.L., Imolene, L.M., Gameiro, L.F.S., Seixas, M.A.C., Schio, R. IQAS para Mato Grosso do Sul: Quais Refletem a Situação Real? XXVII Congreso Interamericano de Engenharia Sanitária y Ambiental, 3 a 8 dezembro de Anais. Porto Alegre/RS, Brasil, PELÁEZRODRÍGUEZ, M., PERET, A.M., MATSUMURATUNDISI, T., ROCHA, O. Análise da qualidade da água e aplicação do índice de proteção da vida aquática (IVA) em duas subbacias da bacia hidrográfica do rio JacaréGuaçu. Ecotoxicologia: perspectivas para o Século XXI. São Carlos. Rima Editora. 575p, Silva, C.E., Silveira, G.L., Irion, C.A.O., Cruz, J.C. Monitoramento QualiQuantitativo dos Recursos Hídricos em Pequena. XXVII Congreso Interamericano de Engenharia Sanitária y Ambiental, 27 a 3 outubro de Anais. Cancun/México, 2002.