Palavras-chave: Sólidos em Suspensão, Turbidez, Monitoramento Sedimentométrico

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1 AVALIAÇÃO DE CORRELAÇÃO ENTRE TURBIDEZ E CONCENTRAÇÃO DE SEDIMENTOS EM SUSPENSÃO EM BACIAS DO DISTRITO FEDERAL Bárbara Tobias da Fonseca 1 &Vanusa Meireles Gomes Monteiro 2 * RESUMO - A deposição de sedimentos em uma bacia é responsável por uma série de impactos ambientais. A importância de seu monitoramento se dá principalmente para prever processos de erosão e assoreamento e, consequentemente, seus impactos na qualidade da água ao longo do tempo. Diante das dificuldades da obtenção direta contínua da produção de sedimentos, muitas vezes a quantidade de dados ou a frequência de medições sedimentométricas são insuficientes para otimizar a gestão e o controle destes. Logo, o presente trabalho avaliou uma forma de obtenção indireta contínua para prever a produção de sedimentos em diferentes bacias, analisando-se a existência de correlação entre dados de concentração de sólidos em suspensão e de turbidez. De acordo com os gráficos e os coeficientes de determinação (R²) e de Pearson (r) obtidos, os resultados indicaram a existência uma boa correlação entre os parâmetros analisados. Palavras-chave: Sólidos em Suspensão, Turbidez, Monitoramento Sedimentométrico STUDY OF CORRELATION BETWEEN SUSPENDED SEDIMENT CONCENTRATION AND TURBIDITY IN FEDERAL DISTRICT BASINS ABSTRACT - The deposition of sediments in a basin is responsible for several environmental impacts. The monitoring importance is given mainly to predict the erosion processes and siltation and, consequently, the impacts in the water quality over time. In face of the difficulties of obtaining direct continuous sediment production, usually the amount of data or the frequency of sedimentation measurements are insufficient to optimize management and control of these. Therefore, this study assessed a way of obtaining indirect and continuous data in order to predict the sediments production in different basins, analyzing the existence of correlation between suspended solids concentration and turbidity. According to the graphs and the coefficient of determination (R²) and Pearson (r) obtained, the results indicated the existence of a good correlation between the parameters analyzed. Keywords: Suspended solids, Turbidity, Sediment Monitoring 1 Estagiária em Eng. Ambiental da UnB na Companhia de Saneamento Ambiental do Distrito Federal-CAESB barbaratfonseca@gmail.com 2 Eng. Civil Anal. Sist. de Saneamento II da Companhia de Saneamento Ambiental do Distrito Federal-CAESB. vanusagomes@caesb.df.gov.br * Autor Correspondente XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 1

2 INTRODUÇÃO O transporte de sedimentos é um processo que depende de diversos fatores, como a vazão e a declividade do curso d água, além do tipo e granulometria do sedimento (SANTOS et al, 2014). A produção desses sedimentos nas bacias hidrográficas é proveniente de processos erosivos, que geralmente são causados pelo mau uso e ocupação do solo. Quando em excesso, o sedimento pode gerar certas implicações ambientas, destacando-se o assoreamento como a principal delas, sendo assim indispensável a realização de estudos sedimentológicos (CAMARGO et al., 2011). Syvitski (2004) afirma que há uma maior tendência de problemas relacionados a sedimentos nos países em desenvolvimento, visto que a população crescente eleva proporcionalmente a pressão sobre os recursos naturais e, consequentemente, aumenta as taxas de produção de sedimentos. Há algumas dificuldades que impedem que o monitoramento sedimentométrico resulte em valores confiáveis, incluindo problemas operacionais, que muitas vezes restringem a obtenção dos dados, além dos custos elevados. Diante disso, há a necessidade de buscar alternativas que simplifiquem esse monitoramento (LOPES et al, 2009). Alguns autores sugerem estudos de correlação para situações diversas, sendo vantajoso para a área de recursos hídricos. Com base nisso, esse estudo se baseou na utilização de dados de turbidez para a determinação indireta de concentração de sólidos em suspensão, visto que, segundo Corso (1989 apud SANTOS et al, 2014), medidas de turbidez podem ser empregadas com boa confiabilidade a fim de proporcionar dados contínuos de concentração de sólidos suspensos. Neste trabalho são apresentados estudos sobre a correlação entre a turbidez mensurada através de um turbidímetro automático e medições de amostragem pelos métodos de integração - Igual Incremento de Largura (IIL) e Igual Incremento de Descarga (IIL). Tais medições foram realizadas nas seguintes estações da CAESB: Pipiripau Montante Canal, Bananal Jusante Galeria, Bananal EPIA-003, Riacho Fundo Montante Zoológico, Gama Base Aérea, Torto Lago, Torto Granja, Dom Bosco Cabeça de Veado, Rodeador, Ribeirão das Pedras, Descoberto Chácara 89, Descoberto Jusante Barragem e Capão Comprido. MATERIAIS E MÉTODOS Caracterização da área de estudo O monitoramento sedimentométrico da CAESB abrange as principais bacias do Distrito Federal, as quais são: Bacia do Descoberto, Bacia do Paranoá e Bacia do São Bartolomeu. A rede é compreendida atualmente por 13 estações distribuídas entre as citadas bacias. Os tipos climáticos em todo o Distrito Federal, segundo a classificação de Köppen, são o Tropical de altitude (Cwa) e o Tropical de altitude (Cwb). As estações são bem definidas, uma chuvosa, iniciando entre setembro e outubro e que vai até o mês de março ou abril, e a outra bem seca que compreende os demais meses. Já o tipo de solo predominante em praticamente todo o Distrito Federal é o latossolo vermelho e latossolo amarelo. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 2

3 Metodologia utilizada na Caesb Campo As medições e coletas de amostras sedimentométricas foram iniciadas com a utilização da integração na vertical, com os métodos de Igual Incremento de Largura IIL e Igual Incremento de Descarga IID. Após alguns meses de coletas e comparação entre os dois métodos, optou-se pela utilização, em todas as estações, de apenas um método, o de Igual Incremento de Largura IIL. As coletas pelo método IIL foram realizadas por dois tipos de amostradores, que são o USDH- 48 (figura 1), mais usado em pequenos córregos, quando o nível está baixo, e o USDH-59 (figura 2) que necessita de guincho e é utilizado quando o nível do rio está maior e não é possível a realização de uma coleta a vau. Figura 1: amostrador de sedimento em suspensão USDH-48 (Fonte: Lopes, 2008) Figura 2: amostrador de sedimento em suspensão USDH-59. (Fonte: Lopes, 2008) Laboratório As análises de concentração de sólidos em suspensão e de turbidez foram realizadas no Laboratório central da Companhia de Saneamento do Distrito Federal (CAESB), podendo ser empregados os métodos da filtração ou evaporação para o primeiro e a utilização de um turbidímetro nefelométrico de bancada para o segundo. A escolha do método a ser empregado na análise de concentração de sólidos leva em consideração a faixa de concentração da amostra e a turbidez, sendo utilizado o método da filtração para amostras que possuam menor concentração de sedimentos, e o método da evaporação para as amostras com uma concentração de sedimentos maior. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 3

4 Análise de correlação A partir de resultados de medições mensais realizadas de 2011 à 2014 pelos métodos de integração, com predominância de coletas por Igual Incremento de Largura (IIL), analisou-se a relação entre concentração de sedimentos em suspensão e turbidez nas estações já citadas. A fim de verificar a existência de correlação entre os parâmetros considerados, foram feitas análises de regressão do tipo linear, exponencial e de potência, as quais foram testadas de forma a obter os melhores coeficientes de determinação R². Além disso, outro parâmetro estatístico foi determinado, o coeficiente de correlação de Pearson (r), com o intuito de indicar a força de relação existente entre as variáveis. A partir daí, os dados analíticos e as respectivas curvas de regressão foram plotados, assim como a equação da curva e os coeficientes em questão. RESULTADOS E DISCUSSÃO Com base nos resultados das medições mensais ocorridas entre 2011 e 2014, observou-se que as estações Pipiripau Montante Canal e Descoberto Chácara 89 obtiveram as melhores correlações entre turbidez e concentração de sedimentos, com R 2 acima de 0,90, conforme figura 3. No entanto, a faixa de variação da concentração de sedimentos em suspensão da primeira estação foi pequena, abrangendo de 1 à 51 mg/l, correspondente a um intervalo de valores da turbidez de 4 à 33 NTU. Com relação à estação Descoberto Chácara 89, verificou-se concentrações de sedimentos na faixa de 1 à 69 mg/l relacionadas a valores de turbidez entre 3 e 43 NTU, também com baixa abrangência. O valor do coeficiente de correlação de Pearson (r) obtidos pelas curvas de correlação entre esses parâmetros em ambas as estações apresentaram valores próximos de 1 indicando um bom ajuste, ou seja, a variabilidade dos dados de concentração explicam bem a variabilidade dos dados de turbidez. 60,0 40,0 20,0 0,0 Pipiripau y = -69x 2 + 1,723x - 5,5212 R² = 0,9054 r = 0,9509 y = 0,024x 2 + 0,6091x - 0,538 R² = 0,9074 r = 0,9413 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 4 6 Figura 3: correlação entre turbidez e concentração das estações Pipiripau Montante Canal e Descoberto Chácara Descoberto Ch. 89 XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 4

5 Os gráficos da figura 4 expõem os valores de R² das demais estações, os quais foram obtidos a partir da melhor regressão testada para os parâmetros considerados, podendo ser do tipo linear, potência, logarítmica, polinomial ou exponencial. A partir desses valores, observa-se que também se conseguiu bons resultados da relação entre turbidez e concentração de sedimentos em suspensão na maioria das demais estações amostradas por esse método nos anos monitorados, com exceção das estações Descoberto Jusante Barragem e Torto Montante Lago, que obtiveram R 2 menor que 0,6, e a estação Ribeirão das Pedras que obteve R 2 menor que 0,5. Assim, a utilização dessas três correlações não fornece boa estimativa para as concentrações. No caso da estação Descoberto Jusante Barragem, esses valores podem ser explicados devido a característica da própria estação, já que a localização da estação é peculiar, a qual fica bem a jusante da barragem do reservatório Descoberto, onde o fluxo depende da descarga de fundo e do vertimento da barragem. Além disso, a pequena amplitude de valores monitorados também pode dificultar uma boa correlação. Para as estações Torto Montante Lago e Ribeirão das Pedras, é necessária a aquisição de mais dados de monitoramento, para se reavaliar a correlação. Além do R 2, foram calculados os coeficientes de Pearson (r) para dados de turbidez e concentração de cada estação com o intuito de classificar a intensidade da força de correlação entre esses parâmetros de acordo com os critérios sugeridos por SHIMAKURA, 2006, conforme mostrado na tabela 1. Tabela 1 - Interpretação do coeficiente de Pearson segundo SHIMAKURA, 2006 Coeficiente de Pearson (r) Interpretação 0,0 0,19 Correlação muito fraca 0,20 0,39 Correlação fraca 0,40 0,69 Correlação moderada 0,70 0,89 Correlação forte 0,90 1,00 Correlação muito forte A partir da tabela 1 e da análise dos gráficos, pode-se verificar que as estações Ribeirão das Pedras, Descoberto Jusante Barragem e Torto Lago tem suas correlações classificadas como moderadas. As mesmas estações onde os R 2 s também foram os mais baixos. Riacho Fundo Montante Zoológico, Dom Bosco Cabeça de Veado e Capão Comprido têm suas correlações classificadas como fortes, enquanto que todas as demais estações apresentam uma correlação muito forte. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 5

6 Concentrção (mg/l) Concentrção (mg/l) 200,0 150,0 100,0 50,0 3 RF Montante Zoo y = 1,6014x 0,9284 R² = 0,8006 r = 0,7650 0,0 0,0 50,0 100,0 Gama Base y = -0,0171x 2 + 1,7085x - 4, R² = 0,8985 r = 0, Bananal J. Galeria 1 y = -0,046x 2 + 2,3437x - 1,5897 R² = 0,8707 r = 0, ,0 30,0 20,0 10,0 Ribeirão das Pedras y = 0,1667x 2-2,4233x + 12,858 R² = 0,4972 r = 0,5944 0,0 0,0 5,0 10,0 15,0 20, ,0 5,0 0,0 Dom Bosco y = 0,0439x 2 + 0,7509x - 0,2708 R² = 0,7238 r = 0, Capão Comprido y = 0,3412e 0,3616x R² = 0,88 r = 0, Rodeador y = 0,0179x 2 + 1,8003x - 7,0069 R² = 0,875 r = 0,9352 5, ,00 3,00 2,00 Descoberto J. Barragem y = -0,0421x 2 + 0,6044x + 0,1663 1,00 R² = 0,5345 r = 0,6207 0,0 5,0 10,0 15,0 6 Bananal EPIA 15,00 Torto Lago 4 1 y = 2,9284x 0,3753 y = -0,0341x 2 + 2,4506x - 2,5256 5,00 R² = 0,5108 R² = 0,8779 r = 0,5735 r = 0, Figura 4: correlação entre turbidez e concentração das estações monitoradas XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 6

7 CONCLUSÃO Determinar a correlação entre a turbidez e os sólidos em suspensão é uma ferramenta importante no monitoramento de bacias hidrográficas, visto que a turbidez pode possibilitar uma estimativa do transporte de sedimentos durante o período de chuva. Com base nos resultados dos coeficientes de determinação (R²) obtidos por regressões dos dados e dos coeficientes de Pearson (r) calculados, infere-se que, no geral, existe uma correlação boa e de forte intensidade entre os dados de turbidez e concentração de sólidos em suspensão observada no presente estudo. No entanto, apesar de apresentar resultados satisfatórios, essas correlações podem melhorar com a obtenção de mais amostras, principalmente durante eventos de cheias, onde será possível obter correlações de valores mais elevados, ampliando a faixa de abrangência da relação entre a concentração e a turbidez. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 7

8 REFERÊNCIAS CAMARGO, A. A. B., NETO, R. S., ELER, M. N., & MAUAD, F. F. (2011). In Análise multitemporal do assoreamento de reservatórios.org por Lima, J. E. F. W. e Lopes, W. T. A., ABRH, pp LOPES, G. R.;TÁVORA, B. E.; SANTOS, R. M.;KÓIDE, S. Estudo sobre correlação entre turbidez e sólidos em suspensão para estimativa da vazão sólida em uma pequena bacia. In Anais do XVIII Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos, Campo Grande, Nov SANTOS, B. B., ESTIGONI, M. V., MIRANDA, R. B., BOTELHO, D. A., & MAUAD, F. F. (2014). Estudo da relação entre a concentração de sedimentos em suspensão e a turbidez no reservatório de Mogu-guaçu. In XI Encontro Nacional de Engenharia de Sedimentos, João Pessoa, Dez SHIMAKURA, S. E. Interpretação do coeficiente de correlação Disponível em: < Acesso em 02 abr SYVITSKI, J., VÖRÖSMARTY, C., KETTNER, A. J., GREEN, P. (2004). Impact of Humans on the Flux of Terrestrial Sediment to the Global Coastal Ocean. Disponível em: < Acesso em 10 abr XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 8