Ampliação da rede de monitoramento quali-quantitativo das bacias hidrográficas do município de Caxias do Sul

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1 Ampliação da rede de monitoramento quali-quantitativo das bacias hidrográficas do município de Caxias do Sul Período: Julho Agosto/2012 Caxias do Sul, Agosto 2012

2 FICHA TÉCNICA Equipe Técnica: Coordenação Geral Prof. Dra. Vania Elisabete Schneider Colaboradores Prof. Dr. Irajá do Nascimento Filho Prof. Ms. Gisele Cemin Técnicos do Instituto de Saneamento Ambiental Biól. Ms. Denise Peresin Biól. Kira Lusa Manfredini Eng. Amb. Taison Anderson Bortolin Bel. Ciência da Computação Marcio Bigolin Bolsistas DTI-C do Instituto de Saneamento Ambiental Eng. Amb. Tiago Panizzon Eng. Amb. Elis Marina Tonet Motta Quim. Gisele Bacarim Monitores de Pesquisa do Instituto de Saneamento Ambiental Acad. de Eng. Quim. Gabriela Bavaresco Acad. de Eng. Amb. Lisiane Costa Acad. de Eng. Amb. Nathalia Viecelli Análises laboratoriais: LAPAM Laboratório de Pesquisas e Análises Ambientais Ampliação da rede de monitoramento quali-quantitativo das bacias hidrográficas de Caxias do Sul UNIVERSIDADE DE CAXIAS DO SUL INSTITUTO DE SANEAMENTO AMBIENTAL AGÊNCIA DE PROJETOS

3 APRESENTAÇÃO O presente relatório tem por objetivo apresentar as primeiras atividades relativas ao projeto Ampliação de rede de monitoramento quali-quantitativo das bacias urbanas do Município de Caxias do Sul, em vigência a partir de Julho de 2012, realizado pelo Instituto de Saneamento Ambiental da Universidade de Caxias do Sul. O relatório apresenta a metodologia do trabalho realizado para elaboração de mapas temáticos que servem como indicadores de fragilidade ambiental, como uso e cobertura do solo, hipsometria, clinografia e hidrografia para todo o território do município de Caxias do Sul, em escala 1: Apresenta ainda a metodologia a ser empregada na análise qualiquantitativa das bacias hidrográficas inseridas nos limites do município. Por fim, apresenta a nova rede de monitoramento, atendendo integralmente o objetivo 2.1 do projeto, com os pontos delimitados em cada bacia e as próximas etapas a serem realizadas, referentes aos objetivos propostos. Ampliação da rede de monitoramento quali-quantitativo das bacias hidrográficas de Caxias do Sul UNIVERSIDADE DE CAXIAS DO SUL INSTITUTO DE SANEAMENTO AMBIENTAL AGÊNCIA DE PROJETOS

4 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO OBJETIVOS METODOLOGIA Uso e cobertura do solo Hipsometria e Clinografia Avaliação quantitativa dos recursos hídricos Avaliação qualitativa dos recursos hídricos Índices de Qualidade da Água Índice de Qualidade de Água (IQA) Índice de Estado Trófico (IET) Rede de Amostragem RESULTADOS Uso e cobertura do solo Hipsometria e Clinografia Rede de monitoramento CONSIDERAÇÕES FINAIS REFERÊNCIAS ANEXOS Ampliação da rede de monitoramento quali-quantitativo das bacias hidrográficas de Caxias do Sul UNIVERSIDADE DE CAXIAS DO SUL INSTITUTO DE SANEAMENTO AMBIENTAL AGÊNCIA DE PROJETOS

5 4 1. INTRODUÇÃO A degradação da qualidade da água é resultado das múltiplas atividades relacionadas ao uso da terra, sendo que as fontes de contaminação podem ser pontuais e difusas. Enquanto a poluição pontual pode ser facilmente identificada (como descarga de efluentes de uma indústria, por exemplo), fontes não pontuais são de difícil identificação, pois não é possível atribuir a contaminação apenas a um local. O controle e avaliação da variação temporal da qualidade d água de um recurso hídrico urbano possibilita um planejamento urbano mais integrado com as questões ambientais e de abastecimento público. Possibilita também, compreender as relações existentes entre ocupação da bacia e qualidade d água, pode servir como subsídio para identificação de fontes pontuais de lançamento de efluente além de ser utilizado para embasar estudos com vistas à identificação de fontes difusas auxiliando através da utilização de dados técnicos uma discussão mais contundente sobre usos múltiplos d água. Quaisquer alterações dos padrões de uso do solo podem alterar a qualidade dos corpos d água. Porém, os efeitos das atividades individuais em condições de qualidade da água são difíceis de serem determinadas. Ainda assim, a compreensão destes efeitos individuais na qualidade do recurso hídrico é essencial para a gestão do mesmo. Ao serem definidas as áreas com maior vulnerabilidade e risco à contaminação, podem ser atribuídas prioridades de gestão do uso do recurso hídrico e cuidados futuros com o uso da terra (WANG, 2001; ABDALLA, 2008; WALLS & MCCONNELL, 2004). Tem-se relatado na literatura uma gama muito grande de impactos ocasionados pelas mudanças de uso e cobertura do solo sobre os bens e serviços ambientais. A principal preocupação são os impactos sobre: i) biodiversidade (SALA et al. 2000); ii) degradação do solo (TRIMBLE e CROSSON, 2000); iii) capacidade dos sistemas biológicos para apoiar as necessidades humanas (VITOUSEK, 2000). Neste contexto, o desenvolvimento de técnicas de sensoriamento remoto e SIGs, junto com a ampla disponibilidade desses dados abriu uma grande janela para pesquisas na modelagem de processos e mudanças na paisagem. Coelho (2009) cita que atualmente, as pesquisas voltadas para análise da dinâmica do uso da terra e cobertura vegetal buscam na interdisciplinaridade a possibilidade de ir além do que simplesmente descrever o ambiente a partir da classificação dos diferentes tipos de uso e cobertura. O que se pretende é entender como e por que esses espaços foram escolhidos para o Ampliação da rede de monitoramento quali-quantitativo das bacias hidrográficas de Caxias do Sul UNIVERSIDADE DE CAXIAS DO SUL INSTITUTO DE SANEAMENTO AMBIENTAL AGÊNCIA DE PROJETOS

6 5 desenvolvimento de uma atividade produtiva. Nesse contexto, o desenvolvimento desses modelos visa prever mudanças futuras e compreender a paisagem atual, servindo para avaliar variadas questões ambientais. O município de Caxias do Sul, por sua extensão e magnitude, e por apresentar áreas distintas com elevada urbanização além de uma área rural voltada essencialmente a olericultura e fruticultura, torna-se uma área de relevante interesse na avaliação da qualidade da água e o impacto ocasionado pelos diferentes usos dos solos existentes na região. A utilização da água para as diversas atividades requer estudos de monitoramento os quais se tornam importantes instrumentos para acompanhamento sistemático dos aspectos qualitativos das águas, visando à produção de informações para auxiliar na verificação de impactos ocasionados pelas atividades antrópicas. Juntamente a esta avaliação, a modelagem de diversos usos do solo possibilita buscar relações entre a qualidade da água e as atividades antrópicas. Diante deste contexto é que este projeto foi proposto visando ampliar a rede de monitoramento de qualidade da água existente atualmente no município de Caxias do Sul, e realizar o mapeamento detalhado do uso e cobertura do solo, buscando encontrar relações entre este e a qualidade da água dos principais recursos hídricos da região. Ampliação da rede de monitoramento quali-quantitativo das bacias hidrográficas de Caxias do Sul UNIVERSIDADE DE CAXIAS DO SUL INSTITUTO DE SANEAMENTO AMBIENTAL AGÊNCIA DE PROJETOS

7 6 2. OBJETIVOS Os objetivos do projeto são apresentados a seguir: 2.1. Ampliação da rede de monitoramento quali-quantitativo de recursos hídricos na malha hídrica urbana do município para o interior, buscando aumentar a complexidade de avaliação do sistema, estabelecendo 30 pontos de amostragem Avaliar o uso e cobertura do solo do município através da utilização de imagens de satélite de altíssima resolução espacial na ordem centimétrica, identificando e quantificando os principais tipos de usos, como áreas impermeabilizadas, áreas agrícolas e remanescentes florestais Avaliar a qualidade da água em função do uso e cobertura do solo presente em cada bacia hidrográfica, enfatizando a importância da mata ciliar na manutenção da qualidade da água Através de curso semipresencial (Educação a Distância EAD + presencial), capacitar técnicos e gestores municipais na coleta, manipulação e atualização dos dados obtidos e dos produtos gerados no monitoramento dos recursos hídricos e sistema de informações geográficas Implementação e operacionalização de um banco de dados para armazenamento das informações. Ampliação da rede de monitoramento quali-quantitativo das bacias hidrográficas de Caxias do Sul UNIVERSIDADE DE CAXIAS DO SUL INSTITUTO DE SANEAMENTO AMBIENTAL AGÊNCIA DE PROJETOS

8 7 3. METODOLOGIA A seguir estão descritas as metodologias utilizadas no estudo parcial de análise da cobertura do solo e definição dos novos pontos de amostragem de qualidade da água. 3.1 Uso e cobertura do solo A informação do uso e cobertura do solo constitui um elemento básico para o planejamento ambiental, pois retrata as atividades econômicas desenvolvidas no município que podem significar pressões e impactos sobre os elementos naturais. As formas de uso e cobertura são identificadas (tipos de uso), espacializadas (mapa de uso e cobertura do solo) e quantificadas (percentual de área ocupada por cada tipo). As informações sobre esse tema devem descrever não só a situação atual, mas as mudanças recentes e o histórico de ocupação da área do município (SANTOS, 2004). O mapa de uso e cobertura do solo do município foi elaborado com base na classificação da imagem do satélite TM/Landsat 5. Na sua órbita, o satélite Landsat 5 percorre a superfície terrestre no sentido aproximado Norte-Sul, cobrindo uma faixa de 185 km de largura. Varre uma superfície terrestre em um ciclo de 16 dias, ou seja, a cada 16 dias o satélite repassa sobre a mesma área. Dado o ciclo de 16 dias, a cobertura de uma determinada área a qual engloba duas órbitas vizinhas demanda de um tempo de 8 dias. Isso faz com que não seja possível o imageamento de territórios extensos dentro de um intervalo de um dia ou mesmo em poucos dias. No caso da confecção de um mosaico compreendendo várias imagens, o quadro geral apresentará obrigatoriamente imagens com datas diferentes de, no mínimo, alguns dias. A resolução espacial das imagens do satélite Landsat 5 é de 30 metros. Isso significa dizer que cada pixel (menor unidade de mapeada) da imagem abrange uma área de 900 m² (30 x 30 metros). Desta forma, elementos de proporções reduzidas não podem ser distinguidos claramente nesta imagem. As imagens são adquiridas em sete bandas espectrais (resolução espectral), conforme apresentado na Tabela 1 (NASA, 1982). Ampliação da rede de monitoramento quali-quantitativo das bacias hidrográficas de Caxias do Sul UNIVERSIDADE DE CAXIAS DO SUL INSTITUTO DE SANEAMENTO AMBIENTAL AGÊNCIA DE PROJETOS

9 8 Tabela 1- Dados espectrais das imagens do satélite Landsat 5. Banda Nome da banda Domínio espectral Características 1 Azul 0,45 0,52 µm Boa penetração na água. Absorção forte da vegetação 2 Verde 0,52 0,60 µm Reflectância relativamente forte na vegetação 3 Vermelho 0,63 0,69 µm Absorção muito forte da vegetação 4 Infravermelho próximo 0,76 0,90 µm Alto contraste entre terra/água. Reflectância muito forte da vegetação 5 Infravermelho médio 1,55 1,74 µm Muito sensível a umidade 6 Infravermelho termal 10,4 12,5 µm Muito sensível a umidade do solo e da vegetação 7 Infravermelho intermediário 2,08 2,35 µm Bom discriminante geológico A imagem do satélite Landsat 5 utilizada neste trabalho corresponde a órbita-ponto referente a passagem de 28/12/2010. Esta imagem foi georreferenciada (localizada espacialmente) utilizando o mosaico de imagens da NASA denominado de GeoCOVER (GLCF, 2008). Este processo consistiu na transformação geométrica que relaciona as coordenadas de imagem (linha e coluna) com coordenadas de um sistema de referência, sendo que no presente estudo foi utilizado o sistema de projeção Universal Transversa de Mercator (UTM), por ser o mais usual e por fornecer valores de distância em unidades métricas, Datum SAD 69 (South American Datum), Fuso 22 Sul. Após o georeferrenciamento, seguiu-se para a interpretação visual de forma, textura, tonalidade/cor e comportamento espectral das unidades que compõe a paisagem, sendo que nesta segunda etapa foram definidos os elementos da paisagem (classes de uso e cobertura do solo). Foram definidas oito classes de uso e cobertura do solo para o município, a saber: mata nativa, campo, silvicultura, agricultura, solo exposto, área urbana, lâmina d água e nuvens. Para a obtenção das diferentes classes de uso e cobertura do solo definidas na etapa anterior, a imagem do satélite Landsat 5 foi submetida a um processo de classificação pixel a pixel, o qual utiliza apenas a informação espectral de cada pixel para achar regiões homogêneas. Estas regiões homogêneas representam as classes de usos e as coberturas do solo que foram identificadas e diferenciadas umas das outras pelo seu padrão de resposta espectral. Dentre os classificadores pixel a pixel existentes, utilizou-se o algoritmo não- Ampliação da rede de monitoramento quali-quantitativo das bacias hidrográficas de Caxias do Sul UNIVERSIDADE DE CAXIAS DO SUL INSTITUTO DE SANEAMENTO AMBIENTAL AGÊNCIA DE PROJETOS

10 9 supervisionado Isoclust. Este algoritmo agrupou e rotulou os pixels com assinaturas espectrais similares em clusters. A partir da comparação individual de cada cluster com a composição colorida da imagem Landsat, foi possível identificar e associar cada cluster à sua classe de uso e cobertura do solo correspondente. O resultado da classificação digital é constituído por um mapa de pixels classificados, representando por cores, as diferentes classes de uso e cobertura do solo da área de interesse. O município de Caxias do Sul está inserido na sua totalidade no Bioma Mata Atlântica. Originalmente o Bioma Mata Atlântica estendia-se por toda a costa do nordeste, sudeste e sul do país, com faixa de largura variável. No entanto, restam cerca de 7,3% de sua cobertura florestal original, tendo sido inclusive identificada como a quinta área mais ameaçada e rica em espécies endêmicas do mundo (IBAMA, 2011). No Rio Grande do Sul, especialmente na região de estudo, observa-se a presença de 3 regiões fitoecológicas pertencentes a este bioma, como seguem: Floresta Ombrófila Mista mata de araucária; Floresta Estacional Decidual e Campos de Altitude (campos de cima da serra). A Floresta Ombrófila Mista ocupa, em sua maior parte, o Planalto das Araucárias e a porção Leste do Planalto das Missões, em altitudes de 500 a metros acima do nível do mar, predominantemente sobre rochas de basaltos e rochas efusivas ácidas. O principal elemento desta floresta é a Araucaria angustifolia (pinheiro brasileiro), que, por sua relevante importância comercial, foi muito cortada para fins industriais (madeira, celulose e outros) no início do século passado (IBGE, 1986). A Floresta Estacional Decidual está localizada, em sua maior parte, na Serra Geral e patamares, no trecho que se situa desde a sua extrema ocorrência, a oeste, até o Vale do Rio Caí, a leste, recobrindo basaltos do Juracretáceo. Recobre parte da Depressão Central Gaúcha, logo ao sul da Serra Geral, estendendo-se pelas planícies e terraços aluviais do Rio Jacuí e seus afluentes. Ocorre também no Planalto das Missões, mais precisamente no Vale do Rio Ijuí, a noroeste da área (IBGE, 1986). A estrutura desta floresta é representada por dois estratos arbóreos distintos: um emergente, aberto e decíduo, com altura variando entre 25 e 30 metros, com destaque para o angico (Parapiptadenia rígida), a grápia (Apuleia leiocarpa) e a canafístula (Peltophorum dubium) e outro, dominado e contínuo, de altura não superior a 20 metros, formando principalmente por espécies perenifólias, além de um estrato de arvoretas, Ampliação da rede de monitoramento quali-quantitativo das bacias hidrográficas de Caxias do Sul UNIVERSIDADE DE CAXIAS DO SUL INSTITUTO DE SANEAMENTO AMBIENTAL AGÊNCIA DE PROJETOS

11 10 onde se observa a presença de espécies como Actinostemon (= Gymnanthes), Sorocea e Trichilia. Os campos de altitude ocorrem em áreas acima de 800 metros de altitude, com relevo ondulado, onde predominam gramíneas cespitosas, principalmente A. lateralis. Em locais úmidos (turfa, banhado) a composição é diferente predominando ciperáceas e leguminosas. Os elementos arbóreos são representados pela araucária e capões de espécies típicas do pinhal, tais como Drymis, Podocarpus, Acca, Quillaja, Myrciaria, Blepharocalyx (IBGE,1986). No município de Caxias do Sul observa-se também a presença de florestas industriais, chamadas de silvicultura. A silvicultura compreende o plantio e o cultivo de espécies arbóreas exóticas com fins comerciais ou energéticos, como acácia-negra (Acacia mearnsii), eucalipto (Eucalyptus sp), pinus (Pinnus elliottii) e uva-do-japão (Houvenia dulcis). Os maciços florestais de vegetação exótica encontrados no município são principalmente de eucalipto e pinus. A acácia-negra é pouco expressiva e a uva-do-japão, exemplar com alto potencial invasor, é encontrada inserida entre os fragmentos de mata nativa, o que dificulta a sua individualização e discriminação das áreas de mata nativa na imagem de satélite. A agricultura é representada pelas áreas cultivadas da região. Estas áreas se estendem desde as porções mais altas (topos de morro), encostas com declividade mais suave, até as zonas de terraços dos rios e arroios, normalmente se estendendo até as margens dos cursos de água. Nos locais onde o relevo é bastante acidentado e de declividade acentuada, observa-se o predomínio de mata nativa. As principais culturas observadas são olericultura e fruticultura. As áreas de solo exposto representam os locais onde a vegetação está praticamente ausente (gramíneas, arbustos ou espécies arbóreas), sendo caracterizada pela marcante presença de solo nu. Estas áreas consistem em terras que provavelmente estão sendo preparadas para o cultivo ou terras que momentaneamente não estão sendo utilizadas. Os recursos hídricos são representados pela classe referente à lâmina d água. Esta classe está presente na área de estudo na forma de reservatórios naturais ou artificiais e todos aqueles recursos hídricos que eram possíveis de serem visualizados na imagem de satélite. A classe referente à área urbana foi obtida através da digitalização em tela da área compreendida por esta classe devido à similaridade espectral desta classe com a classe de solo exposto. Ampliação da rede de monitoramento quali-quantitativo das bacias hidrográficas de Caxias do Sul UNIVERSIDADE DE CAXIAS DO SUL INSTITUTO DE SANEAMENTO AMBIENTAL AGÊNCIA DE PROJETOS

12 11 As nuvens podem ocultar completamente a visão do solo dificultando o mapeamento. A radiação do visível e do infravermelho, captadas pelo sensor do satélite utilizado neste trabalho, é fortemente absorvida pelo vapor d água contido nas nuvens. A presença de nebulosidade na região da Serra Gaúcha, onde está inserido o município de Caxias do Sul, é notável. Este fenômeno ocorre frequentemente nas primeiras horas da manhã, principalmente na época de inverno. Esta característica pode dificultar, por longos períodos, a obtenção de imagens claras, ou seja, completamente sem nuvens. As imagens utilizadas neste estudo apresentam uma pequena porcentagem de cobertura de nuvens, a qual se encontra concentrada principalmente nos vales encaixados do Rio das Antas e seus afluentes e na porção sudoeste da área avaliada. Para validar os resultados da classificação obtida em laboratório, foram realizadas expedições a campo com o objetivo de identificar e cruzar as classes de uso e cobertura do solo mapeadas preliminarmente com os dados de campo (verdade terrestre). Diversos pontos de coordenadas das diferentes classes de uso e cobertura do solo foram marcados com o auxílio do receptor GPS, o que permitiu o cruzamento dos dados preliminares com os dados da verdade terrestre. Este cruzamento possibilitou a realização de pequenas adequações no mapa preliminar, permitindo, desta forma, a obtenção do mapa de uso e cobertura do solo fidedigno da área de estudo. Este trabalho foi de fundamental importância para o ajuste final da classificação, principalmente no que se refere à distinção da mata nativa e da silvicultura. 3.2 Hipsometria e Clinografia As informações referentes à Hipsometria e Clinografia representam as formas do relevo da superfície terrestre. Neste trabalho foram utilizadas as curvas de nível da Base Cartográfica Digital da Serra Gaúcha (HASENACK & WEBER, 2007). As curvas de nível constituem uma linha imaginária do terreno, em que todos os pontos da referida linha apresentam a mesma altitude, acima ou abaixo de uma determinada superfície da referência, geralmente o nível médio do mar. Estas informações referentes às curvas de nível permitiram a obtenção de um valor aproximado da altitude e subsequentemente da declividade do município de Caxias do Sul. Para a elaboração do mapa de Hipsometria foi gerado o Modelo Digital de Elevação (Digital Elevation Model) com base na interpolação por grades triangulares (Triangular Ampliação da rede de monitoramento quali-quantitativo das bacias hidrográficas de Caxias do Sul UNIVERSIDADE DE CAXIAS DO SUL INSTITUTO DE SANEAMENTO AMBIENTAL AGÊNCIA DE PROJETOS

13 12 Irregular Network) das curvas de nível, em escala 1: A partir do DEM foi elaborado o mapa de Clinografia. Os itens apresentados a seguir referem-se aos métodos que serão utilizados na avaliação e análise quali-quantitativa dos recursos hídricos. Destaca-se, porém, que não foram realizadas campanhas de monitoramento de qualidade da água, devido à necessidade de serem estabelecidos novos pontos de amostragem expandindo a rede de monitoramento. 3.3 Avaliação quantitativa dos recursos hídricos A avaliação quantitativa dos recursos hídricos monitorados será realizada de forma convencional, através da utilização de um molinete hidrométrico Global Flow Probe (FP101 & FP201), o qual retorna ao usuário a velocidade média da água a partir do número de rotações de sua hélice em uma determinada seção transversal. A vazão do trecho monitorado é dada pela razão entre a velocidade e a área transversal da calha do rio. O cálculo da descarga será realizado a partir do método da meia seção, o mais utilizado pelos técnicos das entidades operadoras da Rede Hidrometeorológica da Agência Nacional das Águas (ANA). O método consiste no cálculo das vazões parciais, por meio da multiplicação da velocidade média na vertical pelo produto da profundidade média na vertical e pela soma das semidistâncias às verticais adjacentes (SANTOS et al., 2001). A Erro! Fonte de referência não encontrada. apresenta em detalhe o equipamento utilizado para medição de vazão em recursos hídricos. Figura 1 Detalhe da hélice e medidor digital do molinete hidrométrico utilizado na prática. Fonte: Global Water (2011). Ampliação da rede de monitoramento quali-quantitativo das bacias hidrográficas de Caxias do Sul UNIVERSIDADE DE CAXIAS DO SUL INSTITUTO DE SANEAMENTO AMBIENTAL AGÊNCIA DE PROJETOS

14 Avaliação qualitativa dos recursos hídricos A avaliação quantitativa dos recursos hídricos monitorados será realizada tanto in loco, através da utilização de sonda multiparâmetro (U-50 series Horiba), como através de análises laboratoriais. O Quadro 1 apresenta a lista de parâmetros a serem analisados, sendo que os parâmetros que contém um asterisco (*) serão medidos em campo. Quadro 1 Parâmetros analisados e métodos empregados. Parâmetros Unidade Metodologia de análise LD 1 Demanda Química de Oxigênio mg O 2 /L Refluxo aberto com K 2 Cr 2 O 7 meio ácido 5,00 Demanda Bioquímica de Oxigênio mg O 2 /L Diluição e incubação a 20 C por 5 dias 1,00 Nitrogênio total kjedahl mg N/L Titulométrico com nesslerização 0,50 Nitrogênio amoniacal mg NH 3 /L Titulométrico com nesslerização 0,02 Fósforo total mg P/L Colorimétrico do ácido ascórbico 0,01 Surfactantes aniônicos mg/l Azul de metileno MBAS 0,025 Óleos e Graxas Totais mg/l Extração Sohxlet/Gravimetria 10,00 Sólidos totais mg/l Gravimetria a C 10,00 Cianetos mg/l Espectrometria 0,01 Fenol mg/l Extração com clorofórmio 0,001 Cromo total mg/l Absorção atômica 0,04 Zinco total mg/l Absorção atômica 0,01 Ferro dissolvido mg/l Absroção atômica 0,04 Alumínio dissolvido mg/l Absorção atômica 0,10 Níquel total mg/l Plasma acoplado indutivamente 0,001 Chumbo total mg/l Plasma acoplado indutivamente 0,004 Hidrocarbonetos de Petróleo mg/l Cromatografia Gasosa 0,02 Totais Coliformes totais NMP/100mL Tubos múltiplos 1,80 Coliformes termotolerantes NMP/100mL Tubos múltiplos - Nitrato mg/l ABNT NBR ,01 Clorofila a mg/m³ SMEWW - Método H 0,05 Temperatura do ar C Termômetro - ph * - Horiba - Condutividade * μs/cm Horiba - Oxigênio dissolvido * mg O 2 /L Horiba - Temperatura da água * C Horiba - Potencial de Oxi-redução * mv Horiba - Sólidos dissolvidos totais * mg/l Horiba - Turbidez * UNT Horiba - LD 1 Limite de detecção. Fonte: elaborado pelos autores (2011). A Figura 2 apresenta em detalhe o equipamento utilizado para avaliação qualitativa do recurso hídrico em campo. Ampliação da rede de monitoramento quali-quantitativo das bacias hidrográficas de Caxias do Sul UNIVERSIDADE DE CAXIAS DO SUL INSTITUTO DE SANEAMENTO AMBIENTAL AGÊNCIA DE PROJETOS

15 14 Figura 2 Detalhe da sonda multiparâmetro utilizada na prática. Fonte: Horiba (2011). Para avaliação da qualidade da água e sua classificação serão utilizados índices de classificação, tais como o Índice de Qualidade da Água (IQA) e o Índice de Estado Trófico (IET), para cada ponto de amostragem e para todas as campanhas realizadas. 3.5 Índices de Qualidade da Água Estes estabelecem uma classificação para os corpos hídricos a partir da integração de grupos de variáveis específicos (CETESB, 2009). Retratam, através de um valor único global, a qualidade de determinado ponto de monitoramento. Conforme a Agência Nacional das Águas (ANA, 2009), o uso de índices de qualidade da água surge da necessidade de sintetizar a informação sobre vários parâmetros físicoquímicos, visando informar a população e orientar as ações de planejamento e gestão da qualidade da água. Os índices facilitam a comunicação com o público leigo, já que permitem sintetizar várias informações em um número único. Por outro lado, neste processo de síntese ocorre a perda de informação sobre o comportamento dos parâmetros analisados. Portanto, qualquer análise mais detalhada deve considerar os parâmetros individuais que determinam a qualidade Ampliação da rede de monitoramento quali-quantitativo das bacias hidrográficas de Caxias do Sul UNIVERSIDADE DE CAXIAS DO SUL INSTITUTO DE SANEAMENTO AMBIENTAL AGÊNCIA DE PROJETOS

16 15 das águas. Os principais índices utilizados são o Índice de Qualidade de Água (IQA) e Índice de Estado Trófico (IET), os quais são detalhados a seguir Índice de Qualidade de Água (IQA) O IQA (Índice de Qualidade de Água) foi criado inicialmente pela NSF (National Sanitation Foundation) dos Estados Unidos e modificado pela CETESB (Companhia de Saneamento do Estado de São Paulo). Esse índice foi desenvolvido e estruturado através de pesquisa de opinião de um grupo de 142 profissionais da área ambiental. Através deste estudo foi proposta uma lista de parâmetros que poderiam ser inclusos em um índice que representasse a qualidade de água contendo nove parâmetros cada um com pesos integrantes do IQA (Oxigênio Dissolvido, Coliformes Fecais, ph, DBO, Fósforo Total, Temperatura, Nitrogênio Total, Turbidez, Sólidos Totais).(Tabela 2) Tabela 2 Parâmetros e pesos relativos ao IQA Parâmetros Pesos Relativos Oxigênio Dissolvido 0,17 Coliformes Fecais 0,15 ph 0,12 DBO 0,10 Fósforo Total 0,10 Temperatura 0,10 Nitrogênio Total 0,10 Turbidez 0,08 Sólidos Totais 0,08 Fonte: CETESB, O IQA é calculado pela fórmula de produtório (Equação 1), utilizando as curvas de importância de parâmetros de qualidade de água desenvolvidas pela Cetesb (2009) (Figura 3), as quais representam a variação da qualidade da água produzida pelas possíveis medidas do parâmetro, sendo o determinante principal, a aplicação destes para o abastecimento público. Os resultados são comparados a uma tabela de classificação de qualidade das águas, com intervalos de ponderação (Tabela 3). Ampliação da rede de monitoramento quali-quantitativo das bacias hidrográficas de Caxias do Sul UNIVERSIDADE DE CAXIAS DO SUL INSTITUTO DE SANEAMENTO AMBIENTAL AGÊNCIA DE PROJETOS (1)

17 16 Onde: n número de parâmetros do índice; q i qualidade do i-ésimo parâmetro, um número entre 0 e 100, obtido da respectiva curva média de variação de qualidade, em função de sua concentração ou medida, o programa calcula cada um desses termos de forma separada; w i peso correspondente ao i-ésimo parâmetro, um número entre 0 e 1, atribuído em função da sua importância para a conformação global de qualidade, sendo que o somatório dos mesmos deve atingir 1 como mostra a Equação 2: (2) IQA Índice de Qualidade das Águas, um número entre 0 e 100. A classificação da qualidade pode ser vista na Tabela 3; essa classificação é mais intuitiva ao público de que um valor numérico. Tabela 3 Classificação da qualidade das águas. Categoria Ponderação Ótima Boa Regular Ruim Péssima Fonte: CETESB, < IQA < IQA < IQA < IQA 50 IQA 25 No caso de não se dispor do valor de alguma das nove variáveis, o cálculo do IQA é inviabilizado. A avaliação da qualidade da água obtida pelo IQA apresenta limitações, já que este índice não analisa vários parâmetros importantes para o abastecimento público, tais como substâncias tóxicas (ex: metais pesados, pesticidas, compostos orgânicos), protozoários patogênicos e substâncias que interferem nas propriedades organolépticas da água. Ampliação da rede de monitoramento quali-quantitativo das bacias hidrográficas de Caxias do Sul UNIVERSIDADE DE CAXIAS DO SUL INSTITUTO DE SANEAMENTO AMBIENTAL AGÊNCIA DE PROJETOS

18 17 Figura 3 Curva de importância das variáveis utilizadas no IQA. q Coliformes Fecais para i = ¹ 10² 10³ Nota: se C. F. > 10, q 1 = 3,0 w 1 = 0,15 C. F. # / 100 ml q ph para i = ph, Unidades Nota: se ph < 2,0, q 2 = 2,0 se ph > 12,0, q 2 = 3,0 w 2 = 0,12 q Demanda Bioquímica de Oxigênio para i = DBO 5, mg/l Nota: se DBO 5 > 30,0, q 3 = 2,0 w 3 = 0,10 q Nitrogênio Total para i = N. T. mg/l Nota: se N. T. > 100,0, q 4 = 1,0 w 4 = 0, q Fósforo Total para i = PO 4 - T mg/l Nota: se Po 4 - T > 10,0, q 5 = 1,0 w 5 = 0,10 Temperatura (afastamento da temperatura de equilíbrio) para i = q w 6 = 0, At, C Nota: se t < -5,0 q 6 é indefinido se t > 15,0 q = 9,0 6 q Turbidez para i = Turbidez U. F. T. Nota: se turbidez > 100, q 7 = 5,0 w 7 = 0,08 q Resíduo Total para i = R. T. mg/t Nota: se R. T. > 500, q 8 = 32,0 w 8 = 0,08 q Oxigênio Dissolvido para i = 9 w 9 = 0, O.D. % de saturação Nota: se OD. %sat. > 140, q 9 = 47,0 Fonte: CETESB, Índice de Estado Trófico (IET) O Índice do Estado Trófico tem por finalidade classificar corpos d'água em diferentes graus de trofia, ou seja, avalia a qualidade da água quanto ao enriquecimento por nutrientes e seu efeito relacionado ao crescimento excessivo das algas, ou o potencial para o crescimento Ampliação da rede de monitoramento quali-quantitativo das bacias hidrográficas de Caxias do Sul UNIVERSIDADE DE CAXIAS DO SUL INSTITUTO DE SANEAMENTO AMBIENTAL AGÊNCIA DE PROJETOS

19 18 de macrófitas aquáticas. Este índice está baseado nas equações de Carlson (1977) modificado por Lamparelli (2004), abrangendo dois parâmetros: clorofila e fósforo total. O parâmetro clorofila apresenta a situação atual do sistema, enquanto o fósforo é um indicativo de processos eutróficos acentuados que poderão surgir (CETESB, 2009). Assim, o índice médio engloba, de forma satisfatória, a causa e o efeito do processo. Deve-se ter em conta que num corpo hídrico, em que o processo de eutrofização encontra-se plenamente estabelecido, o estado trófico determinado pelo índice da clorofila α certamente coincidirá com o estado trófico determinado pelo índice do fósforo. Tabela 4. A categoria do estado trófico está relacionada às faixas de classificação apresentada na Valor do IET Tabela 4 Classe de estado trófico e suas características principais. Classes de Estado Trófico Características = 47 Ultraoligotrófico 47 < IET = 52 Oligotrófico 52 < IET = 59 Mesotrófico 59 < IET = 63 Eutrófico 63 < IET = 67 Supereutrófico > 67 Hipereutrófico Corpos d água limpos, de produtividade muito baixa e concentrações insignificantes de nutrientes que não acarretam em prejuízos aos usos da água. Corpos d água limpos, de baixa produtividade, em que não ocorrem interferências indesejáveis sobre os usos da água, decorrentes da presença de nutrientes. Corpos d água com produtividade intermediária, com possíveis implicações sobre a qualidade da água, mas em níveis aceitáveis, na maioria dos casos. Corpos d água com alta produtividade em relação às condições naturais, com redução da transparência, em geral afetados por atividades antrópicas, nos quais ocorrem alterações indesejáveis na qualidade da água decorrentes do aumento da concentração de nutrientes e interferências nos seus múltiplos usos. Corpos d água com alta produtividade em relação às condições naturais, de baixa transparência, em geral afetados por atividades antrópicas, nos quais ocorrem com freqüência alterações indesejáveis na qualidade da água, como a ocorrência de episódios florações de algas, e interferências nos seus múltiplos usos Corpos d água afetados significativamente pelas elevadas concentrações de matéria orgânica e nutrientes, com comprometimento acentuado nos seus usos, associado a episódios florações de algas ou mortandades de peixes, com conseqüências indesejáveis para seus múltiplos usos, inclusive sobre as atividades pecuárias nas regiões ribeirinhas. Fonte: Lamparelli, 2004 ; CETESB, Ampliação da rede de monitoramento quali-quantitativo das bacias hidrográficas de Caxias do Sul UNIVERSIDADE DE CAXIAS DO SUL INSTITUTO DE SANEAMENTO AMBIENTAL AGÊNCIA DE PROJETOS

20 19 Nos casos em que não há resultados para o fósforo total ou para a clorofila α, a categoria de estado trófico pode ser calculada com a variável disponível, considerado equivalente ao IET, como apresenta a Tabela 5. Categoria estado trófico Tabela 5 Classificação do Estado Trófico. Ponderação P-total - P (mg.m -3 ) Clorofila a (mg.m -3 ) Ultraoligotrófico IET 47 P 13 CL 0,74 Oligotrófico 47 < IET < P 35 0,74 < CL 1,31 Mesotrófico 52 < IET < P 137 1,31 < CL 2,96 Eutrófico 59 < IET < P 296 2,96 < CL 4,70 Supereutrófico 63 < IET < P 640 4,70 < CL 7,46 Hipereutrófico IET > < P 7,46 < CL Fonte: CETESB, Rede de Amostragem O planejamento e definição dos pontos de amostragem seguiu esse procedimento: Levantamento de estudos já realizados no local que contribuíram com informações sobre as características da área de estudo e as principais atividades poluidoras na bacia, que podem influir na qualidade das águas, tais como: indústria, agricultura, mineração, zonas urbanas, etc., a fim de estabelecer os locais de amostragem; Elaboração de croqui com a localização dos possíveis pontos de coleta; Visita à área de estudo para georreferenciamento dos locais de coleta por meio de GPS ( Global Position System ), levantamento fotográfico com as características locais e contato com as pessoas do local a fim de se obter dados adicionais que confirmassem ou esclarecesse os dados preliminares levantados; Verificação das vias de acessos, bem como a situação das mesmas, tempo necessário para a realização dos trabalhos, disponibilidade de apoio local para armazenamento e transporte de material de coleta e amostras, avaliando possíveis limitações ou interferências. Ampliação da rede de monitoramento quali-quantitativo das bacias hidrográficas de Caxias do Sul UNIVERSIDADE DE CAXIAS DO SUL INSTITUTO DE SANEAMENTO AMBIENTAL AGÊNCIA DE PROJETOS

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