DISPERSÃO DE EFLUENTES DE CARCINICULTURA NO ESTUÁRIO DO RIO POTENGI-RN

DISPERSÃO DE EFLUENTES DE CARCINICULTURA NO ESTUÁRIO DO RIO POTENGI-RN Alice Mara Ferreira da Conceição Santana 1 * & Cynara de Lourdes da Nobrega Cunha 2 Resumo Estuários são sistemas hídricos que desempenham um papel importante na gestão dos ecossistemas costeiros, servindo a múltiplos usos. Sua circulação hidrodinâmica favorece o aprisionamento de nutrientes, aumentando sua produtividade biológica em relação aos corpos d água adjacentes e tornando este ambiente propício à criação de espécies marinhas comercializáveis, com destaque para a carcinicultura. No desenvolvimento da atividade camaroneira ocorre a adição de insumos capazes de alterar a qualidade da água, tornando seus efluentes potenciais poluidores das regiões estuarinas. O sistema estuarino do rio Potengi, localizado no Estado do Rio Grande do Norte, de suma importância para o desenvolvimento da região, abriga diversas fazendas de carcinicultura, cujos efluentes podem contribuir para a sua degradação. Neste trabalho é estudada a dispersão dos efluentes advindos da carcinicultura no estuário do rio Potengi através da modelagem da circulação hidrodinâmica e dos parâmetros de qualidade de água utilizando o SisBaHiA (Sistema de Base Hidrodinâmica Ambiental). Os resultados obtidos pelo modelo mostram que o estuário do rio Potengi possui baixas velocidades e que o estrangulamento presente no canal principal do estuário provavelmente retém as substâncias, favorecendo a sua degradação, o que pode favorecer processos de eutrofização. Palavras-Chave Estuário do rio Potengi, qualidade da água, modelagem computacional. DISPERSION OF SHRIMP FARM EFFLUENTS IN THE POTENGI RIVER ESTUARY Abstract Estuary systems are areas of complex hydrodynamic circulation that favor the capture of nutrients, propitiating, among other activities, the creation of marketable marine species, especially shrimp farming. In the development of the shrimp farm s activity, the addition of inputs has the potential of changing the quality of the water, making its effluents potential polluters of the estuarine regions. The Potengi river estuary, located in the Rio Grande do Norte state, is a very important water body that has a significant amount of shrimp farms, whose effluents can contribute to the degradation of the estuarine area. The present study implemented models of SisBaHiA (in Portuguese, Sistema de Base Hidrodinâmica Ambiental) to assess the hydrodynamic circulation and water quality of the Potengi river estuary, demonstrating the applicability of the adopted methodology. Results from the model shows that the Potengi river estuary has low velocities and its geometry has an influence on the distribution of the substances in the main channel, which may favor eutrophication processes. Keywords Potengi river estuary, water quality, computational modeling. 1 Afiliação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, UFPR. E-mail: alicefcsantana@yahoo.com.br 2 Afiliação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, UFPR. E-mail: cynara@ufpr.br XX Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 1

INTRODUÇÃO Estuários são sistemas hídricos que desempenham um papel importante na gestão dos ecossistemas costeiros, servindo a múltiplos usos. Sua circulação hidrodinâmica favorece o aprisionamento de nutrientes, aumentando sua produtividade biológica em relação aos corpos d água adjacentes e tornando este ambiente propício, entre outras coisas, ao desenvolvimento de vegetação de mangue e à criação de espécies marinhas comercializáveis. Dentre as atividades econômicas que podem ser desenvolvidas em áreas estuarinas, a carcinicultura, atividade de cultivo de camarão, exerce um importante papel nos cenários social e econômico de diversos países. No Brasil, este ramo da aquicultura tem se sobressaído em virtude de atributos como a extensa costa litorânea e o clima tropical. Neste cenário, destaca-se o estado do Rio Grande do Norte, onde o sistema estuarino do rio Potengi tem suma importância para o desenvolvimento da região, abrigando diversas atividades que contribuem para sua degradação, incluindo a presença de fazendas de carcinicultura. No desenvolvimento da atividade camaroneira ocorre à adição de insumos capazes de alterar a qualidade da água, tornando seus efluentes potenciais poluidores das regiões estuarinas. A gestão deste problema ambiental pode ser facilitada com a modelagem computacional, cujo uso na gestão dos recursos hídricos tem crescido, servindo como uma importante base de auxílio à decisão de gestores. A determinação da circulação hidrodinâmica do sistema associada à modelagem do transporte de contaminantes permite analisar e prever os impactos do lançamento de efluentes em determinada região. Como exemplo da utilização de modelagem em estudos sobre corpos d água brasileiros, podem-se citar Parreira (2012), que modelou a hidrodinâmica e a dispersão de efluentes no canal de Piaçaguera, na região estuarina de Santos e São Vicente, em São Paulo, e Cunha et al. (2016), que avaliou o transporte de sedimentos e suas implicações na dinâmica do sistema estuarino do rio Potengi, com destaque para as regiões de deposição e erosão, e a formação da zona de máxima turbidez.. O objetivo deste trabalho é determinar a dispersão dos efluentes advindos da carcinicultura no estuário do rio Potengi através da modelagem da circulação hidrodinâmica e do transporte de parâmetros de qualidade de água utilizando o SisBaHiA (Sistema de Base Hidrodinâmica Ambiental), buscando mostrar a aplicabilidade da metodologia adotada através de aproximações e simplificações para o período estudado. MATERIAIS E MÉTODOS O sistema estuarino do Rio Potengi estende-se do município de Macaíba até sua foz no Forte dos Reis Magos, localizado em Natal, capital do estado do Rio Grande do Norte (Figura 1). A cidade de Natal tem população estimada de 877.662 habitantes e área de 167,264 km², composta pelos biomas caatinga e mata atlântica (IBGE, 2017). As temperaturas médias anuais ficam entre 25ºC e 27ºC (Espírito Santo e Silva, 2016). Os ventos predominantes na área de estudo são provenientes do quadrante sudeste na maior parte do ano, com velocidade média de 5,5 m/s (Scudelari et al., 2007). Na bacia hidrográfica do rio Potengi, as médias mensais de precipitação variam entre 0,7 mm até 270,0 mm, sendo que as maiores médias ocorrem entre os meses de fevereiro e julho, que concentram de 80% a 90% das precipitações ocorridas no ano (CAERN, 2007). As chuvas possuem distribuição espacial bastante variada. XX Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 2

O estuário recebe as águas dos rios Potengi, Doce e Jundiaí, que juntos resultam num baixo aporte de vazão fluvial, o que faz com que o canal estuarino seja predominantemente influenciado pelas águas salinas vindas da região costeira adjacente (Cunha, 2010). Figura 1 - Localização da área de estudo. Considerando a carga de nutrientes trazida pelos rios e a carga lançada no estuário pelos viveiros de carcinicultura, foi feita a modelagem ambiental do sistema estuarino do rio Potengi, utilizando dados disponíveis em outros trabalhos e em plataformas abertas como o Hidroweb e o INMET. Para tal, são modeladas, utilizando o SisBaHiA, a circulação hidrodinâmica bidimensional na horizontal e o transporte de parâmetros de qualidade da água integrado na vertical. Maiores informações sobre o SisBaHiA podem ser encontradas em Rosman (2016). O dados geométricos (malha e batimetria) e as informações sobre o sedimento de fundo do corpo d água utilizados neste trabalho foram usados anteriormente por Cunha et al. (2016). A malha utilizada possui 1.423 elementos finitos quadrangulares, seguindo o contorno do estuário do rio Potengi. O sistema de discretização espacial foi feito principalmente por elementos finitos quadrangulares biquadráticos. A área da malha é de 54.224.854,539 m², com 6.774 nós. Os dados de batimetria utilizados neste estudo foram obtidos a partir das cartas náuticas da DHN (Diretória de Hidrografia e Navegação) nº 802 Porto de Natal, escala 1:8.500 e nº 810 Proximidades do Porto de Natal, escala 1:50.000 (Ribeiro et al., 2011 apud Cunha et al., 2016). As coordenadas dos locais onde foi medida a batimetria e sua respectiva profundidade são fornecidas ao modelo, que as interpola pelo método de Kriging para cada ponto da malha. O corpo d água possui profundidade inferior a 5 metros em grande parte do seu trecho, não ultrapassando os 10 metros de profundidade no canal principal. A amplitude da rugosidade equivalente do fundo é função do tipo de sedimento que se encontra no fundo do corpo d água. Na área de estudo, esta amplitude varia de 0,0292 m a 0,226 m, o que significa que no fundo há areias média, grossa e muito grossa, além de cascalho e sedimentos com vegetação e obstáculos, tais quais troncos e pedras (Rosman, 2016). A determinação da maré astronômica no domínio de estudo é feita pelo SisBaHiA, utilizando as constantes harmônicas presentes no Catálogo de Estações Maregráficas Brasileiras da Fundação de Estudos do Mar (FEMAR) para o Porto de Natal (RN). Não foram considerados efeitos de maré meteorológica. XX Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 3

Para determinação das vazões dos rios afluentes ao estuário em estudo, são utilizadas as vazões do Hidroweb na estação Telha (nº 38380000), localizada no rio Potengi, no período de janeiro de 1990 a agosto de 2005. A partir destes dados, foram calculadas as médias diárias para um ano, e a vazão encontrada foi adotada para os rios Jundiaí e Potengi, ao tempo que a vazão do rio Doce foi considerada 50% da mesma, respeitada a proporção das vazões médias encontradas na literatura para estes corpos d água, conforme apresentado por Scudelari et al. (2007). Os dados diários de ventos utilizados na modelagem (direção e intensidade da rajada) advêm do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET), estação automática Natal-A304, para todo o ano de 2008, que é o ano para o qual se tem informações de qualidade da água, conforme descrito a seguir. As informações sobre as concentrações dos parâmetros de qualidade da água da área de estudo são determinadas de acordo com dados de três relatórios técnicos do Instituto de Desenvolvimento Sustentável e Meio Ambiente (IDEMA) do Rio Grande do Norte. Estes relatórios, que tratam do monitoramento da qualidade das águas dos trechos dos rios Jundiaí e Potengi sob influência das marés, foram realizados no ano de 2008, nos meses de abril, julho e outubro. Em cada mês, foram feitas, em diferentes pontos, duas coletas no mesmo dia: uma coleta na maré baixa e outra na maré alta, a partir das quais foram feitas análises de qualidade da água para uma gama de parâmetros, entre os quais oxigênio dissolvido (OD), demanda bioquímica de oxigênio (DBO), nitrogênio total e fósforo total. As informações sobre os parâmetros de qualidade da água provenientes da estação de monitoramento E03, localizada à montante da malha (coordenadas 5,856º S; 35,349º W), foram utilizadas como condição de contorno para os rios afluentes. Foi necessário interpolar temporalmente os valores, considerando que foram realizadas apenas três campanhas de medição em um ano. O cultivo do camarão ocorre em viveiros de engorda, que podem ser enriquecidos com fertilizantes. Ao fim do período de engorda é realizada a despesca, na qual os camarões são retidos numa rede ao tempo que o viveiro é esvaziado (Rocha, 2011). Existe uma taxa de renovação diária das águas do viveiro para manutenção dos teores de OD em torno de 4 mg/l, variando de 2 a 7% do volume total, que se inicia ao 30º dia (Figueiredo et al., 2004). Os principais sistemas de cultivo são extensivo (até 5 camarões/m 2 ), semiextensivo (de 6 a 10 camarões/m 2 ), semi-intensivo (de 11 a 20 camarões/m 2 ) e intensivo (acima de 20 camarões/m 2 ) (Cunha, 2010), sendo que as fazendas com cultivos mais intensivos têm efluentes de pior qualidade (Páez-Osuna, 2001 apud Cunha, 2010). As informações sobre os efluentes de carcinicultura necessárias ao desenvolvimento deste trabalho foram retiradas de trabalhos da literatura, e estão disponíveis na Tabela 1. Estes dados foram inseridos no modelo como condição de contorno nos pontos que recebem os efluentes de carcinicultura. Tabela 1 - Informações sobre carcinicultura Sistema de cultivo Taxa de renovação por dia Duração do ciclo (dias) Intervalo entre ciclos (dias) Concentração média de nitrogênio total (mg/l) Concentração média de fósforo total (mg/l) Concentração média de DBO na despesca (mg/l) Extensivo 5% 90 10 0,15 0,05 150 Semiextensivo 3% 120 10 2,04 0,13 150 Semiintensivo 3% 120 12 2,62 0,15 150 Intensivo 2% 120 20 2,74 0,33 150 Fonte: Cunha (2010), Jerônimo e Balbino (2012). XX Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 4

Com o auxílio da ferramenta Google Earth foram determinadas as áreas das regiões onde é possível identificar a presença de viveiros de carcinicultura. Estas regiões foram chamadas de CARCI e numeradas de 1 a 7 (Figura 2). De acordo com Cunha (2010), os viveiros possuem profundidade aproximadamente igual, de cerca de 1,0 metro, sendo possível assim determinar os volumes de água de cada CARCI, bem como o volume diário de troca dos viveiros para o sistema de cultivo semiextensivo (3% do volume total), que ocupa cerca de 50% da área de fazendas de cultivo no estuário do rio Potengi (Cunha, 2010). Foi considerado o tempo de 12 horas para o cálculo da vazão, utilizando os volumes obtidos anteriormente, e estas vazões foram inseridas no modelo em nós da malha próximos a cada CARCI, como condição de contorno. Uma das simplificações do trabalho é considerar que os lançamentos de todos os viveiros ocorrem de maneira simultânea, o que não é um retrato da realidade. Figura 2 - Localização das áreas CARCI. Como condição de contorno do modelo de circulação hidrodinâmica, considerou-se nas fronteiras de terra a velocidade normal nula, ao tempo que, nos pontos localizados nos rios afluentes e naqueles escolhidos para o lançamento dos efluentes de cada CARCI, foram prescritas vazões médias, calculadas conforme descrito anteriormente. Nestes pontos, a componente tangencial da velocidade foi fixada como zero. Sem nenhum resultado prévio que permita ser usado como condição inicial da simulação da circulação hidrodinâmica, foram considerados nulos o campo de velocidades em todos os pontos da grade e a elevação em todo o domínio, caracterizando uma partida a frio. Na simulação da qualidade da água foram modelados salinidade, temperatura, OD, DBO, nitrogênio orgânico, amônia, nitrato, fósforo orgânico e fósforo orgânico. Para tal, foram definidos valores de concentração inicial uniformes para todos os parâmetros em todos os pontos da malha, baseados na resolução CONAMA 357/2005, que dispõe sobre a classificação dos corpos d água e diretrizes de enquadramento, ao tempo que estabelece as condições e padrões para lançamento de efluentes. Considerou-se o estuário do rio Potengi como um corpo d água salobro de classe 1, uma vez que pode ser destinado à aquicultura. Os valores adotados são mostrados na Tabela 2. Os resultados da modelagem dos parâmetros de qualidade de água do estuário do rio Potengi apresentados neste trabalho devem ser considerados qualitativamente, visto que não será possível fazer a calibração e validação do modelo dentro do intervalo de tempo simulado. Como XX Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 5

as medições disponíveis para comparação referem-se ao ano de 2008, seria necessário alimentar o modelo com dados referentes a este período. Neste caso, a batimetria deveria ser aquela observada no período, com cuidado especial para a definição das cargas, e ainda, a curva de maré usada no contorno aberto deveria basear-se em registros de maré em pontos mais próximos da fronteira no período considerado. Tabela 2 - Condições iniciais de qualidade da água utilizadas na modelagem Substância Valor inicial Substância Valor inicial Salinidade 0,05 UPS DBO 3,0 mg/l Temperatura 20º C Nitrogênio orgânico 0,0 mg/l Amônia 0,4 mg/l Fósforo inorgânico 0,0 mg/l Nitrato 0,4 mg/l Fósforo orgânico 0,025 mg/l OD 7,0 mg/l Clorofila 0,05 µg/l Fonte: Adaptado de CONAMA 357/2005. RESULTADOS E DISCUSSÃO Foram feitos testes da simulação da circulação hidrodinâmica e do transporte de parâmetros de qualidade de água com os dados selecionados, iniciando em 01/01/2008, com tempo total de simulação de 366 dias. Os resultados para circulação hidrodinâmica e concentrações de OD e DBO são mostrados neste trabalho. A distribuição espacial dos demais parâmetros apresenta comportamento semelhante. A Figura 3 mostra o módulo de velocidades, em m/s, no instante de preamar de sizígia (12/12/2008, às 00:00) e as isolinhas de ocorrência de velocidades de corrente inferiores a 0,10 m/s no domínio de estudo, considerando todo o período simulado. O canal principal apresenta baixas velocidades, sendo que as maiores velocidades são registradas no estrangulamento, mostrado em destaque na Figura 3. Nas áreas sob influência das CARCI 1, 2, 3 e 4 (mais ao fundo do estuário, próximas ao estrangulamento) há predomínio de velocidades muito baixas (< 0,10 m/s) em relação à região estuarina sob influência das áreas CARCI 5, 6 e 7 (mais próximas à entrada do estuário), indicando uma região mais adequada para a instalação das fazendas de carcinicultura; entretanto, é possível perceber que em todo o estuário a ocorrência de baixas velocidades é dominante, o que pode favorecer o aprisionamento de nutrientes, e consequente eutrofização deste corpo d água. Na Figura 4 são mostradas as isolinhas de persistência de DBO superior a 5,0 mg/l e as isolinhas de persistência de OD inferior a 4,0 mg/l, considerando todo o período simulado. Percebe-se que no canal principal, próximo a entrada do estuário, os valores das concentrações de DBO e OD simulados pelo modelo se apresentam adequadas, com persistências menores que 50%, ou seja, em mais da metade do tempo as concentrações de DBO são menores que 5,0 mg/l e as concentrações de OD superiores a 4,0 mg/l. A partir do estrangulamento, as persistências se apresentam maiores que 50%, indicando assim regiões com concentrações de DBO maiores que 5,0 mg/l e as concentrações de OD inferiores a 4,0 mg/l, na maior parte do tempo. Mesma situação acontece com os canais afluentes aos estuários, que apresentam condições desfavoráveis em relação às concentrações de DBO e OD. Os resultados demonstram que o estrangulamento presente no canal principal do estuário provavelmente retém as substâncias, favorecendo a sua degradação. Estes dados evidenciam uma possível poluição orgânica no canal principal, principalmente na região mais ao fundo, e nos canais afluentes, o que pode facilitar o esgotamento da capacidade de XX Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 6

depuração deste corpo d água, gerando assim uma série de problemas estéticos, econômicos, recreacionais, de saúde pública e outros. Figura 3 Módulo de velocidade (m/s) no instante de preamar de sizígia (12/12/2008, às 00:00), com estrangulamento do canal principal em destaque (direita) e isolinhas de ocorrência de velocidades de corrente inferiores a 0,10 m/s (esquerda), considerando todo o tempo de simulação (366 dias). Figura 4 Isolinhas de persistência de DBO superior a 5 mg/l (esquerda) e isolinhas de persistência de OD inferior a 4 mg/l (direita), considerando todo o intervalo de simulação (366 dias). CONCLUSÃO Os resultados da modelagem mostram que o estuário do rio Potengi possui baixas velocidades e tem um estrangulamento capaz de influenciar na distribuição das substâncias no canal principal, o que pode favorecer processos de eutrofização. Um estudo mais aprofundado neste sentido pode contribuir na determinação dos melhores locais para instalação de fazendas de criação de camarão. O estudo demonstra um exemplo da aplicação da modelagem computacional, cumprindo com o objetivo acadêmico. Os resultados mostrados neste trabalho provêm de simplificações e os dados usados não contemplam séries históricas; neste sentido não foram feitas verificações e validações necessárias para que o estudo mostrado possa servir de base para aplicações reais. REFERÊNCIAS XX Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 7

CAERN. Complementação do estudo ambiental para implantação da estação de tratamento de esgotos das bacias E, F e K (Natal) na área da Fazenda Carnaubinha (São Gonçalo do Amarante) Relatório Final. Natal, 2007. CONAMA - Conselho Nacional do Meio Ambiente. Resolução n 357/05. Estabelece a classificação das águas doces, salobras e salinas do Território Nacional. Brasília, SEMA, 2005. CUNHA, P. E. V. Fatores de emissão - nutrientes e metais pesados de efluentes de carcinicultura para o estuário do Rio Potengi/RN Brasil. Tese (Doutorado). São Paulo: USP/EESC, 2010. CUNHA, C. L. N.; SCUDELARI, A. C.; ROSMAN, P. C. C. Uso de técnicas de modelagem para avaliar o transporte de sedimentos no estuário do rio Potengi. In: XXVII Congresso Latinoamericano de Hidráulica, Lima, Peru. Anais... Setembro de 2016. ESPÍRITO SANTO, A. R. S., SILVA, C. M. S. Características climáticas da cidade de Natal. Parque da Cidade em Revista, ano 21, v. 2, n. 1, p. 23-27, 2016. FIGUEIREDO, M. C. B; ROSA, M. F.; GONDIM, R. S.; ARAÚJO, L. F. P.; GOMES, R. B.;PAULINO, W. D.; CORREIA, L. J. A.; MORAIS, L. F. S. Questões ambientais da carcinicultura de águas interiores: o caso da bacia do Baixo Jaguaribe, CE. Série Documentos, EMBRAPA Agroindústria Tropical. Fortaleza - CE, 2004. IBGE. IBGE - cidades@. Disponível em: <http://cidades.ibge.gov.br/xtras/perfil.php?lang=&codmun=2408102>. Acesso em 25 de fevereiro de 2017. JERÔNIMO, C. E.; BALBINO, C. P. Caracterização físico-química de efluentes da carcinicultura e seus impactos ao meio ambiente. Rev. Elet. em Gestão, Educação e Tecnologia Ambiental. v(8), nº 8, p. 1639-1650, SET-DEZ, 2012. PÁEZ-OSUNA, F. The environmental impact of shrimp aquaculture: Cause, effects, and mitigating alternatives. Environmental Management, Nova York, v. 28, n. 1, p. 131-140. 2001. PARREIRA, C. N. Avaliação da hidrodinâmica e da poluição no Canal de Piaçaguera, no Estuário de Santos-São Vicente (SP), a partir de informações ambientais e modelagem numérica. Dissertação (Mestrado). São Paulo: USP/Programa de Pós Graduação em Ciência Ambiental, 2012. RIBEIRO, A. A.; CUNHA, C. L. N; SCUDELARIA, A.S.; ROSMAN, P.C.C. (2011).Caracterização preliminar do tempo de Residência no Estuário do Rio Potengi, Natal, RN. In: XIX Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos, Maceió, Brasil. Anais... 2011. ROCHA, I. P. Carcinicultura brasileira: Processos tecnológicos, impactos sócio-econômicos, sustentabilidade ambiental, entraves e oportunidades. Revista da ABCC, v. 13, n. 1, p. 13-23, 2011. ROSMAN, P. C. C. Referência Técnica do SisBAHIA, Fundação COPPETEC, 2016. SCUDELARI, A. C.; FIGUEIRÊDO, L. R. R.; ROSMAN, P. C. C. Estudo da circulaçãohidrodinâmica do estuário do rio Potengi devida a ação do vento. In: XXI Simpósio de Geologia do Nordeste, 2007, Natal. XXI Simpósio de Geologia do Nordeste. Anais... Natal: SBG, 2007. v. 1. p. 17-17. XX Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 8