AVALIAÇÃO DA QUALIDADE DA ÁGUA NO RIO INFERNINHO EM SANTA CATARINA E PROPOSTA DE CALIBRAÇÃO DO MODELO DE CÁLCULO DA VAZÃO DE DILUIÇÃO DE POLUENTES Gisele de Souza 1, Diogo Barnetche 2, Frederico de Moraes Rudorff 3, Flávio Renê Brea Victoria 4 Resumo O objetivo geral desde trabalho foi avaliar a qualidade das águas e estabelecer critérios necessários para calibração do modelo de cálculo da vazão de diluição de poluentes no Rio Inferninho em Santa Catarina. Os parâmetros físicos, químicos e biológicos, ph, oxigênio dissolvido (OD), demanda bioquímica de oxigênio (DBO5), coliformes fecais, nitrito, fosfato, temperatura e turbidez, foram avaliados com a finalidade de verificar a qualidade das águas e se havia interferências que poderiam vir a restringir os seus usos, pois o uso de água de baixa qualidade pode acarretar em problemas operacionais dos sistemas de irrigação, comprometendo a qualidade dos produtos e até mesmo, causar danos a saúde pública. Uma das principais técnicas agrícolas desenvolvidas na região do estudo é o cultivo de arroz irrigado. A determinação da qualidade ambiental do corpo hídrico foi feita com o auxilio do Índice de Qualidade Ambiental (IQA) para a Bacia do Rio Inferninho e estabeleceu-se a metodologia necessária para calibração do modelo de cálculo da vazão de diluição de poluentes, conforme o sugerido por Streeter- Phelps. Entretanto, para aplicar o modelo é necessário identificar as vazões de contribuições, bem como os lançamentos de efluentes, com suas vazões e concentrações. Isto permitirá quantificar as cargas de poluentes, o tempo e as distâncias necessárias para que ocorra a autodepuração no corpo receptor. De acordo com o resultado do IQA à qualidade da água no Rio Inferninho indicou que a qualidade nos pontos acompanhados foi classificada variando entre boa, regular e ruim. Os resultados obtidos neste trabalho sugerem que a qualidade da água do Rio Inferninho para fins de irrigação deve passar por tratamento preliminar adequado, principalmente, para o cultivo de espécies irrigadas que tenha contato direto com partes que são consumidas sem cozimento, tais como, as leguminosas. Recomenda-se a realização de uma caracterização da zona estuarina do Rio Inferninho a fim de identificar a extensão da penetração da cunha salina, que pode interferir diretamente na irrigação de culturas de arroz, assim como identificar impactos dos usos da bacia nos sistemas estuarinos e costeiros. Palavras-chaves: Qualidade da água, IQA, vazão de diluição. Summary The goal of the present work was to evaluate the water quality and to establish the criteria to yield the calibration of the pollution dilution flow model for the Inferninho River, Santa Catarina State. The physical, chemical and biological parameters, ph, dissolved oxygen (OD), biochemical oxygen demand 1 MSc. Engª Ambiental, Pesquisadora da Empresa de Pesquisa Agropecuária e Extensão Rural de Santa Catarina S.A. EPAGRI. Diretoria de Recursos Hídricos de Santa Catarina / SDS SC, Rua Frei Caneca, 400 CEP 88025-600 Florianópolis Santa Catarina Brasil. gisele@sds.sc.gov.br 2 MSc. em Geografia, Pesquisador da Empresa de Pesquisa Agropecuária e Extensão Rural de Santa Catarina S.A. EPAGRI. Diretoria de Recursos Hídricos de Santa Catarina / SDS SC, Rua Frei Caneca, 400 CEP 88025-600 Florianópolis Santa Catarina Brasil. diogo@sds.sc.gov.br 3 M.Sc. em Geografia, Pesquisador da Empresa de Pesquisa Agropecuária e Extensão Rural de Santa Catarina S.A. EPAGRI. Diretoria de Recursos Hídricos de Santa Catarina / SDS SC, Rua Frei Caneca, 400 CEP 88025-600 Florianópolis Santa Catarina Brasil. fmr@sds.sc.gov.br 4 Dr. em Engª. Agrícola, Pesquisador da Empresa de Pesquisa Agropecuária e Extensão Rural de Santa Catarina S.A. EPAGRI. Diretoria de Recursos Hídricos de Santa Catarina / SDS SC, Rua Frei Caneca, 400 CEP 88025-600 Florianópolis Santa Catarina Brasil. flaviovictoria@sds.sc.gov.br
(DBO 5 ), fecal coliforms, nitrite, phosphate, temperature, and turbidity were analyzed in order to verify the water quality. The possible interferences that could cause operational problems at the irrigation systems, which can also affect the quality of the products and even the public health, were also discussed. Irrigated rice is one of the main agricultural activities carried on the studied region. The water quality of the Inferninho River Basin was analyzed through an Environmental Quality Index (IQA) and a methodology for the calibration of the pollutant dilution flow model was proposed, according to Streeter-Phelps. However, to apply the model it is necessary to identify the different flows of contributions, as well as the effluent discharges, with their flows and concentrations. This will permit the quantification of the pollutant loads and the necessary time and distances in order to allow the autodepuration of the river basin. The IQA indicates that the sampled points had varying water qualities, ranging from good, regular and bad. The results suggest that the water of the Inferninho River is suitable for irrigation, but needs to undergo adequate preliminary treatment, especially for the irrigated cultured species that are consumed without boiling, such as legumes. For further research, the estuarine zone of the Inferninho River should be characterized in order to identify the extension of the salt wedge penetration, which could affect the rice culture irrigation, especially during low river flow. It is also important to assess the of the river basin land use impacts on the coastal ecosystems. Keywords: Water quality, IQA, dilution flow Introdução O acelerado crescimento demográfico, industrial e agrícola tem levado diversas regiões do Mundo a condições de déficit hídrico. Isto ocorre quando a necessidade de consumo torna-se maior que a disponibilidade dos recursos hídricos em qualidades compatíveis com os seus usos. A adequada gestão dos recursos hídricos com a finalidade de garantir os seus usos múltiplos é necessária, conforme apresenta a Lei Federal 9.433 de 1997, que instituiu a Política Nacional dos Recursos Hídricos, Art. 7º - III - balanço entre disponibilidades e demandas futuras dos recursos hídricos, em quantidade e qualidade, com identificação de conflitos potenciais. A qualidade das águas está diretamente relacionada com a interferência de poluentes nos recursos hídricos e com a disponibilidade hídrica, sendo o seu estudo fundamental para identificar as possibilidades de utilizações. A deterioração da qualidade da água de um corpo receptor, em muitos casos, pode restringir os seus usos. No caso da agricultura irrigada, por exemplo, o uso da água de baixa qualidade pode acarretar em problemas operacionais dos sistemas de irrigação, comprometendo a qualidade do produto e inclusive causar danos à saúde pública. Além disso, a má gestão da disponibilidade hídrica pode levar a prejuízos e conflitos consideráveis em períodos de estiagem. Os problemas de saúde pública relacionados aos lançamentos de efluentes sem tratamentos ou com tratamentos ineficientes, no caso de lançamentos domésticos, podem causar doenças de veiculação hídrica, tais como febre tifóide, cólera, amebíase, entre outras. Os principais patogênicos estão associados a agentes biológicos do grupo das bactérias coliformes, que são indicativas da contaminação por excrementos. Para caracterizar a qualidade da água vários parâmetros físicos, químicos e biológicos podem ser utilizados como indicadores. Quando alcançam valores superiores aos estabelecidos para determinados usos, estes indicadores indicam o nível de poluição ou contaminação.
Para analisar e interpretar dados de qualidade das águas superficiais ou para estabelecer um sistema de monitoramento, é necessário a utilização de um método de avaliação simples e que forneça informações objetivas e interpretáveis. O índice de qualidade de água (IQA) é uma alternativa que todo programa de monitoramento de águas superficiais prevê como forma de acompanhar, através de informações resumidas, a possível deterioração dos recursos hídricos ao longo da bacia hidrográfica ou ao longo do tempo (Toledo et al., 2002). O uso do IQA para avaliação da qualidade da água em uma determinada bacia hidrológica utiliza os seguintes parâmetros: temperatura, ph, oxigênio dissolvido (OD), demanda bioquímica de oxigênio (DBO 5 ), coliformes fecais, nitrogênio total, fósforo total, resíduo total e turbidez. Sendo, o IQA avaliado por meio da ponderação de valores, que geram faixas para os parâmetros, tendo como resultado a categorização dos dados em uma escala que varia de Ótima até Péssima. Já o modelo Streeter-Phelps é um modelo simples, onde os dados de entrada são o Oxigênio Dissolvido (OD), Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) e os dados relacionados com o corpo receptor que inclui a forma da seção, vazão do efluente e dos corpos receptores, área da bacia, tempo de percurso, entre outros dados para calibração do modelo. Na microbacia do Rio Inferninho, no município de Bigauçu, Estado se Santa Catarina, a produção agrícola depende muito da quantidade e da qualidade dos recursos hídricos superficiais, para atividades irrigadas, principalmente aquelas ligadas ao cultivo de arroz. O predomínio de pastagens, a proximidade do aterro sanitário de Biguaçu e de uma fábrica de beneficiamento de restos animais, agrava a fragilidade ambiental da área estudada. Neste contexto, o objetivo principal desde trabalho foi avaliar a qualidade das águas através de IQA e estabelecer critérios necessários para a calibração do modelo de cálculo da vazão de diluição de poluentes no Rio Inferninho em Santa Catarina. Com isto pretendeu-se verificar se existem interferências que poderiam vir a restringir os seus usos, pois o uso de água de baixa qualidade pode acarretar em problemas operacionais dos sistemas de irrigação, comprometendo a qualidade dos produtos e até mesmo, causar danos à saúde pública. Metodologia A área experimental avaliada neste trabalho foi à micro-bacia do Rio Inferninho, no município de Biguaçu, grande Florianópolis, que deságua diretamente no Atlântico entre as bacias do Rio Tijucas e do Rio Biguaçu, conforme localização apresentada na Figura 1. Foram realizadas quatro campanhas de coletas em seis estações distribuídas ao longo da bacia hidrográfica do Rio Inferninho (Figura 2). As campanhas foram realizadas nas datas de 31/08 e 27/09 de 2004 e 28/09 e 13/10 de 2005. Os parâmetros analisados neste trabalho foram a turbidez, temperatura, ph, coliformes fecais e totais, nitritos, fosfatos, cloretos, oxigênio dissolvido (OD), demanda bioquímica de oxigênio (DBO), demanda química de oxigênio (DQO). Para as estações E 5 e E 6 foram analisadas complementarmente alumínio, chumbo, arsênio e cádmio. As metodologias para análises químicas estão listadas na Tabela 1.
Fig. 1. Localizacao da Bacia do Rio Inferninho (Fonte: Mapa do Estado de Santa Catarina; Atlas de Sant a Catarina, 1986; IBGE, Cartas: São João Batista Folha SG 22-Z-D-II, 1978. Escala 1:50.000; Biguaçu Folha SC 22-Z-D-III, 1978. Escala 1:50.000) Fig. 2. Localização dos pontos de coleta
Os locais de coletas foram estabelecidos com base no trabalho de reconhecimento da bacia, onde se considerou a distribuição da população e as diversas modalidades de uso do solo, conforme indicado por Koide e Souza (2003). Os dados utilizados neste trabalho foram os apresentados na Dissertação de Barnetche D. (UFSC, 2005), que realizou as coletas e análises laboratoriais de amostras em 6 estações distribuídas ao longo da bacia, sendo estes avaliados em função do tempo e confrontando os seus resultados foram confrontados com os padrões estabelecidos pelas Resoluções CONAMA 274/2000 e a 357/2005, que limitam critérios para a balneabilidade e a classificação dos corpos de água e diretrizes ambientais para o seu enquadramento, estabelecer as condições e padrões de lançamento de efluentes, respectivamente. As analises dos parâmetros físicos, químicos e biológicos seguiram a metodologia apresentada na Tabela 1. Tabela 1. Metodologias de análises Parâmetro Unidade Técnica aplicada (Aparelho) Turbidez NTU Turbidímetro (Polilab AP 1000 II) Temperatura C Termômetro (medida em campo) ph Potenciométrico OD mg/l Titulação volumétrica DBO mg/l Titulação volumétrica Fosfato mg/l Espectrofotometria Nitrogênio (nitrito) mg/l Espectrofotometria Coliformes NMP Tubos múltiplos (caldo lauril triptose e caldo lactosado) Análise dos resultados De acordo com os resultados a E 5 foi à estação que apresentou os piores resultados de variações de qualidade ao longo do tempo, sendo esta a estação próxima ao aterro sanitário de Biguaçu e de uma fábrica de beneficiamento de restos animais. A E 3 no dia 31/08 de 2004 atendeu aos critérios avaliados com as Resoluções do CONAMA; a E 1 no dia 27/09; no dia 28/09 as E 1, E 2 e E 3 atendiam aos critérios; e no dia 13/10 somente a E 2 atendeu. O IQA foi avaliado por meio da ponderação de valores, que geram pesos, conforme apresentado na Tabela 2 para os parâmetros, tendo como resultado a categorização dos dados em uma escala que varia de Ótima até Péssima, de acordo com a Tabela 3.
Fig. 3. Temperatura Fig. 4. Turbidez Fig. 5. ph Fig. 6. OD Fig. 7. DBO 5 Fig. 8. Coliformes Fecais
Tabela 2 Parâmetros e Pesos Parâmetro Pesos Coliformes 0,15 ph 0,15 DBO 0,15 Nitrito 0,10 Fosfato 0,10 Temperatura 0,10 Turbidez 0,10 OD 0,15 Tabela 3. Categoria dos Dados Qualidade Ótima 79 < IQA 100 Qualidade Boa 51 < IQA 79 Qualidade Regular 36 < IQA 51 Qualidade Ruim 19 < IQA 36 Qualidade Péssima IQA < 19 A Tabela 4 apresenta o resultado da categorização dos dados em uma escala que varia entre Ótima até Péssima. Tabela 4. Resultados do IQA Estação IQA Qualificação E1 63,91 Boa E2 70,25 Boa E3 75,37 Boa E4 50,63 Regular E5 21,20 Ruim E6 61,22 Ruim De acordo com o resultado do IQA, apresentados na Tabela 04, à qualidade da água no Rio Inferninho foi a seguinte: E1, E2 e E3 os valores indicaram que a qualidade nestes pontos pode ser considerada BOA; E4 apresentou a qualidade Regular; E5 o valor foi Ruim e o E6 indicou que a qualidade estava Ruim. Tendo em vista que a balneabilidade leva em consideração, principalmente, o parâmetro coliforme fecal, cabe salientar que em alguns dias monitorados as estações E1, E2 e E3 enquadraram-se como balneáveis, porém devido ao alguns dos demais parâmetros não terem se enquadrado na Classe 2 da Resolução 357 de 2005, desaconselha-se a principio a balneabilidade no Rio Inferninho.
Para uma avaliação mais detalhada desta bacia seria necessário o levantamento de dados complementares de vazões e poluentes, possibilitando também a aplicação do modelo de Streeter-Phelps, sendo que este considera apenas a desoxigenação atmosférica no balanço do oxigênio dissolvido, a taxa de variação do déficit de oxigênio com o tempo pode ser expressa em relação ao consumo de oxigênio e a produção de oxigênio. Desta forma, para aplicação do modelo de Streeter-Phelps é necessário o levantamento dos seguintes dados complementares: Vazão do rio a montante do lançamento (Qr) Vazão do Esgoto (Qe) Oxigênio Dissolvido no rio, a montante do lançamento (ODr) Oxigênio Dissolvido do esgoto (ODe) DBO 5 no rio, a montante do lançamento (DBOr) DBO 5 do esgoto (DBOe) Coeficiente de desoxigenação (K 1 ) Coeficiente de reaeração (K 2 ) Velocidade de percurso do rio (v) Tempo de percurso (t) Concentração de saturação de OD (C s ) Oxigênio dissolvido mínimo permissível (OD mín ) Q e ODe DBOe Q r ODr DBOr K 1, K 2 v, t C s, OD mín Fig. 9. Dados de Entrada necessários para calibração do modelo de Streeter-Phelps Cabe salientar que os modelos de dispersão de poluentes apresentam boa resposta para o calculo de compostos orgânicos biodegradáveis, onde há o decaimento de poluentes ao longo do tempo e que estes modelos podem não refletir a realidade para substâncias inorgânicas cumulavas no meio ambiente.
Conclusões Os resultados obtidos neste trabalho sugerem que a qualidade da água do Rio Inferninho para fins de irrigação deve passar por tratamento preliminar adequado, principalmente, para o cultivo de espécies irrigadas que tenha contato direto com partes que são consumidas sem cozimento, tais como, as leguminosas. Recomenda-se a realização de uma caracterização da zona estuarina do Rio Inferninho a fim de identificar a extensão da penetração da cunha salina, que pode interferir diretamente na irrigação de culturas de arroz, assim como identificar impactos dos usos da bacia nos sistemas estuarinos e costeiros. A finalidade principal da aplicação do modelo de vazões e do índice de qualidade é obter subsídios (ferramentas), para a outorga de diluição (dispersão) de poluentes, sendo estimada a vazão do corpo receptor necessária à diluição dos poluentes lançados ao longo do percurso e ao longo do tempo, considerando-se a autodepuração do corpo receptor, de modo que a qualidade da água a jusante do seu lançamento não venha a comprometer os usos múltiplos dos recursos hídricos. Bibliografia Barnetche, D., Hidrologia das águas superficiais da bacia do rio inferninho, Biguaçu SC, Dissertação de Mestrado em Geografia, PPGGEO, UFSC, 2006, p. 128. KoidE, S.; Souza M.A.A. Monitoramento da Qualidade da Água. In: Paiva J.B.D de; Paiva, E. M. C. D. de. (orgs.) Hidrologia Aplicada à Gestão de Pequenas Bacias Hidrográficas. ABRH 2003. Cap.20 p. 567 585. Toledo, L. G., Nicolella, G. Índice de qualidade de água em microbacia sob uso agrícola e urbano. Scientia Agrícola, vol. 59, n. 1, 2004. Von Sperling, M., Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos, 3ª Ed., Belo Horizonte: Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental; UFMG, 2005, p. 452.