Simulação do Modelo Qual2kw

Neste item são apresentados os resultados de calibração dos dados monitorados de qualidade da água. Juntamente com os dados calibrados foi realizada a comparação dos dados com a Resolução Conama 357/2005 (BRASIL, 2005), classe 2, pois o rio não possue enquadramento definido.

A Tabela 10 apresenta as distância, elevações e dados hidráulicos gerados pelo programa Qual2kw.

As Tabelas 11 e 12 apresentam as cargas e concentrações poluidoras abatidas em relação as totais (Tabelas 6 e 7) para fins de calibração do programa. O abatimento é necessario em vitude de que a carga potencial difusa, principalmente a de origem animal,

sofre degradação, autodepuracão e diluição até o ingresso no corpo receptor, durante o processo de escomento superficial.

A Tabela 13 apresenta os dados de saída da calibração.

Tabela 10: Discretização dos trechos distância, elevações e dados hidráulicos.

Sub bacia

Descrição Montante (km) Jusante

Descrição Montante

Distância

2.3.2.1 Vazão

O programa QUAL2Kw considera a vazão constante em cada elemento computacional, e calcula a vazão de saída a partir do somatório das vazões pontuais e difusas que entram, e da subtração das pontuais e difusas que são retiradas. O programa utiliza essas vazões modeladas para simular a variação espacial das variáveis físicas, químicas e biológicas de qualidade da água, assim como os coeficientes de reaeração (K2). A Figura 20 apresenta o comportamento da vazão ao longo do eixo longitudinal dos 181,7 km em estudo do Rio Inhandava.

Figura 20: Simulação da vazão ao longo do eixo longitudinal do Rio Inhandava.

Ao analisar os dados, nota-se que o modelo respondeu bem a calibração, representando a real vazão do rio em estudo. De acordo com Silvino (2008), os aumentos de vazões podem ter um caráter benéfico, pois pode ocorrer uma diluição dos poluentes em maior escala. Contudo se esse aumento de vazão ocorre nos períodos de chuva poderá implicar também no aumento do carregamento de sólidos para o leito dos mananciais, assoreando rios e córregos.

2.3.2.2 Demanda Bioquímica de Oxigênio

A demanda bioquímica de oxigênio (DBO) mostra a quantidade de oxigênio necessária para oxidar a matéria orgânica biodegradável presente na água. Quanto maior for essa quantidade de matéria orgânica presente, maior será a quantidade de oxigênio necessária para a sua decomposição e ao nível que a matéria orgânica baixar, as bactérias decompositoras necessitarão de pequenas quantidade de oxigênio para decompô-la, então a DBO será baixa.

A DBO é um indicador indireto do potencial de consumo do oxigênio dissolvido para a decomposição da matéria orgânica, sendo uma variável fundamental na caracterização do grau de poluição de um recurso hidrico. Segundo VON SPERLING (1996) a taxa de oxidação da matéria orgânica é proporcional à matéria orgânica ainda remanescente, em um tempo.

Consequentemente, quanto maior a concentração de DBO, mais rapidamente se processará a desoxigenação, para um mesmo tempo. Assim após certo tempo, quando a DBO estiver reduzida pela estabilização, a taxa de degradação será menor, em virtude da menor concentração da matéria orgânica.

Na análise dos resultados da água do Rio Inhandava a DBO variou consideravelmente em vários pontos, devido aos diversos usos ocorrentes nas planícies do rio e variações climatológicas principalmente na quantidade pluviométrica.

A Tabela 14 apresenta a concentação de DBO real e abatida e a porcentagem de abatimento para a DBO simulada.

Tabela 14: Porcentagem de Abatimento para a DBO real e abatida.

Maximilhano de Almeida 0,004 0,004 100

Machadinho 0,004 0,004 100

A Figura 21 apresenta a simulação da concentração de DBO para o trecho em estudo.

Figura 21:Simulação da DBO.

Na análise da simulação da DBO percebe-se uma redução ao longo do segmento simulado, passando de 2,78 mg.L^-1 a 2,56 mg.L^-1. Esta redução pode estar diretamente relacionada com a capacidade de autodepuração do rio. Quando não há mudança na taxa de degradação segundo Silvino (2008), possivelmente a redução da DBO se dá pela diluição da

carga orgânica com o aumento da vazão da montante a jusante. Isto se comprova por baixos valores de k obtidos na modelagem desse parâmetro.

Segundo MACHADO (2006), as águas superficiais com DBO5 inferiores a 4 mg/L são razoavelmente limpas, e aquelas com níveis maiores do que 10 mg/L são consideradas poluídas, em função do aporte de quantidades de material orgânico degradável. Neste sentido o Rio Inhandava apresenta-se com águas razoavelmente limpas, pois não apresentou concentrações de DBO superiores a 4mg.L^-1.

2.3.2.3 Oxigênio Dissolvido

O oxigênio dissolvido é o parâmetro mais importante para expressar a qualidade de um ambiente aquático, uma vez que é fundamental para a manutenção dos organismos aquáticos aeróbios (MACIEL JR., 2000, LIBÂNIO, 2005). Normalmente, águas naturais possuem concentração em torno de 8,0 mg.L^-1 a 25 ºC, sendo a concentração mínima para a manutenção da biota aquática na faixa de 2,0 mg.L^-1 a 5,0 mg.L^-1. Os valores de concentração de oxigênio dissolvido nos pontos monitorados do Rio Inhandava encontram-se acima de 5,0 mg/L estabelecido pela Resolução Conama 357/2005, atingindo valores elevados em algumas amostragens, decorrente de um período de cheia do rio quando ocorrem as diluições dos contaminantes e uma maior incorporação de oxigênio pelas quedas de água ao longo do período do rio.

A Figura 22 expressa os valores correspondente ao dados de OD monitorados e aos dados calibrados no modelo Qual2kw ao longo do espaço. Na Tabela 15 tem-se os coeficientes usados na calibração do modelo, sendo que mantiveram-se constantes nos tres trechos.

Figura 22: Simulação do oxigênio dissolvido.

Tabela 15:Coeficientes usados na calibração do modelo para Oxigênio Dissolvido.

Oxigênio Dissolvido

Elementos Coeficiente de reaeração Velocidade de Sedimentação

d^-1 m/d

1 3,000 0,000

2 3,000 0,000

3 3,000 0,000

Segundo Vong Sperling (2007), corpos d’água mais rasos e mais velozes tendem a possuir um coeficiente de reaeração maior, em torno de 1,15 d^-1 devido à facilidade de mistura ao longo da profundidade e as maiores turbulências na superfície. Para o Rio Inhandava obteve-se um coeficiente de reaeração de 3,0 d^-1, apresentando melhor ajuste de calibração na concentraçao de OD.

A concentração de oxigênio dissolvido é considerada uma das mais importantes variáveis ao se definir a condição do curso d’água e avaliar se o mesmo encontra-se dentro dos limites da classe de seu enquadramento, tornando-se um bom indicador da capacidade que um corpo hídrico tem de promover a autodepuração da matéria orgânica descartada em seu curso.

A concentração de OD diminui ao longo do segmento em estudo, variando de 8,55 mg.L^-1para 8,47 mg.L^-1 , sendo que a concentração máxima deste parâmetro não ultrapassou o valor de 8,67 mg.L^-1. Conforme Bárbara (2006), a redução da concentração de OD pode estar

diretamente relacionada com a variação da temperatura, de modo que estes parâmetros são inversamente proporcionais, ou seja quanto maior a temperatura menor será a concentração de OD na água.

Segundo Barbara (2006) as causas antrópicas que mais contribuem para o decréscimo do oxigênio na água são as descargas de efluentes e resíduos sólidos orgânicos no leito dos rios e a elevação da temperatura hídrica devido a despejos industriais. A matéria orgânica em excesso provoca a proliferação exagerada das bactérias decompositoras aeróbicas e facultativas, o que faz com que o OD existente no perfil d’água seja consumido em quantidades acima do que o sistema consegue repor, causando impactos diretos nos seres aquáticos aeróbios, principalmente os de vida superior, que desaparecem, empobrecendo a biodiversidade local. No caso de baixos níveis de oxigênio, passam a existir condições que favorecem os organismos anaeróbios. Assim, não é incomum a existência de corpos hídricos com baixas concentrações de OD, ou mesmo em condições de total anaerobiose. Isso ocorre principalmente em rios situados nas proximidades das grandes cidades, onde a poluição é mais acentuada.

2.3.2.4 Nitrogênio Orgânico e Inorgânio

Na água, o nitrogênio pode ser proveniente naturalmente, de matérias orgânica e inorgânica e de chuvas, bem como, pode ser de origem antrópica, através do lançamento de efluentes domésticos, industriais e de defensivos agrícolas no corpo hídrico (BÁRBARA, 2006). O nitrogênio é um dos responsáveis pelo fenômeno da eutrofização hídrica, uma vez que sendo um nutriente, responde, juntamente com o fósforo, pela aceleração no desenvolvimento das algas (RODRIGUES et al., 2002). Dependendo da maneira com que o nitrogênio se apresente no meio aquático, é possível perceber o estágio de degradação do manancial; por exemplo: nitrogênio orgânico e amônia estão associados a águas recém poluídas, uma vez que ainda não ocorreu a oxidação dos mesmos. Sua presença no corpo hídrico, principalmente quando no processo de conversão da amônia a nitrito e desse a nitrato, consome oxigênio dissolvido do meio, o que pode afetar negativamente a vida aquática.

Segundo Silva e Jardim (2006), a amônia presente em grande quantidade na água pode ser tóxica às comunidades aquáticas, principalmente às populações de peixes e invertebrados, afetando-lhes a capacidade reprodutiva, o crescimento, o comportamento e a formação dos

tecidos orgânicos. De acordo com Bottino (2008), a concentração de nitrogênio orgânico aumenta devido à morte de plantas e diminui por processos de hidrólise e precipitação.

A Tabela 16 apresenta as concentrações reais e abatidas e as porcentagens de abatimento para Nitrogênio Orgânico e Inorgânico.

Tabela 16:Concentração de Nitrogênio Orgânico e Nitrogênio Inorgânico e as porcentagens de abatimento.

As Figuras 23, 24 e 25 representam os dados monitorados e calibrados da concentração de nitrogênio total, nitrogênio orgânico e inorgânico ao longo do eixo longitudinal.

Figura 23:Simulaçao do nitrogênio total.

A concentração de nitrogênio total diminuiu de 1,84 mg.L ^-1 para 0,65 mg.L ^-1 ao longo do segmento estudado.

Figura 24:Simulação do nitrogênio orgânico.

Figura 25: Simulação do nitrogênio inorgânico.

As maiores concentrações de nitrogênio orgânico e inorgânico foram registradas à juzante do percurso calibrado. Segundo Lima ( 2010) esse decaimento quase regular observado na Figura 24 e Figura 25, está relacionado com a conversão do nitrogênio orgânico em nitrogênio inorgânico. Esta heterogeneidade espacial pode estar relacionada com o tipo de uso e ocupação do solo da bacia, determinando possíveis impactos causados tanto pela agricultura como pela urbanização.

A calibração para ambos os nitrogênios resultaram nos coeficientes conforme Tabela 17.

Tabela 17:Coeficientes usados na calibração do modelo para N orgânico e inorgânico

Elementos coeficientes de sedimentação do Nitrogênio Orgânico e Oxidação da Amônia variam de zero a 9 d^-1. Verifica-se que os coeficientes obtidos para o Rio Inahndava variaram de 0,2 a 0,9 para nitrogênio orgânico e de 1,10 a 1,30 para a oxidação da amônia.

Alexander et a. (2007) ressaltaram que o fluxo de nitrogênio nos cursos d’ água tem efeito cumulativo, devido os processos que controlam o transporte desse composto do ecossistema terrestre para o aquático. Deste modo, a hidrologia tem papel fundamental no transporte de nitrogênio, seja pela drenagem da bacia ou via precipitação.

Os autores ( op.cit) comentam ainda que os rios de baixa ordem tem seu curso bastante dendritico e são drenandos por pequenos córregos, deste modo qualquer alteração no regime hidrologico ou condições fisico- química do meio podem aumentar as concentrações de diferentes substâncias, comprometendo a qualidade das águas.

O nitrogênio pode ser um nutriente limitante em muitos ambientes aquaticos,mas atualmente são raros os sistemas hídricos que tem sua produtividade diminuida devido a falta desse elemento. Essa situação ocorre devido ao crescente impacto humano sobre os ecossistemas que carreiam as mais diversas formas de nitrogênio para dentro das águas ( FISHER et al. 2007).

Essa abordagem pode servir como ferramenta para medidas de proteção de ecossistemas aquáticos, uma vez que Fisher (et al.2007) constastaram um aumento da quantidade das formas de nitrogênio advindos das atividades como agricultura, criação de gado, atividades industiais e urbanização.

2.3.2.5 Fósforo Orgânico e Inorgânico

O fósforo é um nutriente indispensável a todas as formas de vida, uma vez que participa nos processos de respiração, fotossíntese e reprodução celular. Além disso, é de extrema importância para o crescimento dos microorganismos que atuam na estabilização da matéria orgânica presente na água. A alta concentração desse nutriente acarreta na proliferação excessiva de algas e consequente eutrofização do corpo hídrico, causando alterações nas condições físico-químicas das águas e na comunidade aquática (MACIEL JR., 2000).

Na análise das concentrações de fósforo total percebe-se que tanto os dados monitorados quanto os dados simulados apresentam índices superiores ao estabelecido pela Resolução Conama 357/2005, possivelmente devido a influência das atividades agrícolas e urbanas, como ocorre nos casos descritos por Tundisi (2003) E Koning et al. (2008) que constataram a presença em excesso do parâmetro fósforo em ambientes fluviais.

A Tabela 18 apresenta as concentrações reais e abatidas e as porcentagens de abatimento para Fósforo Orgânico e Inorgânico.

Tabela 18:Concentração de Fósforo Orgânico e Fósforo Inorgânico real e abatido e a porcentagem de abatimento.

Maximilhano de Almeida 0,1493 0,1493 0,1493 0,1493 100,0 100,0

Machadinho 0,1471 0,1471 0,1471 0,1471 100,0 100,0

Paim Filho 0,1702 0,1702 0,1702 0,1702 100,0 100,0

São Jose do Ouro 0,1411 0,1411 0,1411 0,1411 100,0 100,0

São João da Urtiga 0,1865 0,1865 0,1865 0,1865 100,0 100,0

Cacique Doble 0,2703 0,2703 0,2703 0,2703 100,0 100,0

Maximilhano de Almeida 0,2551 0,2551 0,2551 0,2551 100,0 100,0

Santo Expedito do Sul 0,3007 0,3007 0,3007 0,3007 100,0 100,0

Tupanci do Sul 0,1827 0,1827 0,1827 0,1827 100,0 100,0

Caseiros 0,3178 0,3178 0,3178 0,3178 100,0 100,0

Capão Bonito Do Sul 0,1031 0,1031 0,1031 0,1031 100,0 100,0

Lagoa Vermelha 0,1493 0,1493 0,1493 0,1493 100,0 100,0

As Figuras 26, 27 e 28 representam a concentração de Fósforo total, orgânico e inorgânico ao longo do eixo longitudinal para os 181,7 km em estudo do rio. A calibração do modelo apresentou coeficientes de hidrólise e velocidade de sedimentação para fósforo orgânico e inorgânico conforme Tabela 19.

Figura 26:Simulação Fósforo Total.

As concentrações de fósforo total resultantes da simulação do segmento do rio em estudo apresentaram uma redução, de jusante a montante, de 0,250 mg.L ^-1 para 0,065 mg.L ^-1

Figura 27:Simulação do fósforo orgânico.

Figura 28:Simulação do fósforo inorgânico.

Tabela 19:Coeficientes de calibração do Qual2k para fósforo orgânico e inorgânico.

Elementos

Fósforo Orgânico Fósforo Inorgânico Taxa de Hidrólise Velocidade de

Sedimentação

A concentração de fósforo orgânico (Figura 27) e inorgânico (Figura 28) resultante da simulação do segmento do rio em estudo apresentou um aumento à jusante. Desta maneira, pode-se observar que a concentração até o km 136,9 está dentro do padrão de qualidade estipulado pela resolução CONAMA nº 357/2005 (BRASIL, 2005), e após esse trecho há um aumento na concentração de modo que o último trecho encontra-se fora do padrao estabelecido pela legislação. Este aumento observado pode estar interligado a drenagem pluvial de areas agricultaveis (fertilizantes) e áreas urbanas, além das cargas veiculadas pelos esgotos (atividades fisiológicas e detergentes). O modelo respondeu satisfatoriamente a calibração.

A concentração de fósoforo inorgânico (Figura 27) apresentou comportamento similar ao apresentado pela fósforo orgânico, tendendo a uma aumento à juzante.

A velocidade de sedimentação (Tabela 19), assim como a taxa de hidrólise, para a calibração do modelo mostrou-se único e constante da cabeceira a jusante tanto para os dados modelados para fósforo orgânico como para o inorgânico.

O fósforo é um nutriente fundamental para o crescimento e multiplicação das bactérias responsáveis pelos mecanismos bioquímicos de estabilização da matéria orgânica (SANTOS, 2006). Além disso segundoKnapick ( 2009) , apesar da necessidade de fósforo não ser tão elevada em comparação a outros elementos como carbono, oxigênio, hidrogênio ou nitrogênio, é um elemento limitante para o crescimento das comunidades .

2.3.2.6 Coliformes Termotolerantes

A determinação da concentração dos coliformes assume importância como parâmetro indicador da possibilidade da existência de microorganismos patogênicos, responsáveis pela transmissão de doenças de veiculação hídrica, tais como febre tifóide, febre paratifóide, disenteria bacilar e cólera.

O parâmetro coliforme total varia entre os pontos e entre as datas de amostragens. Na primeira análise não foi analisado o parâmetro coliforme fecal, pois a data de amostragem não foi compatível com os horários do laboratório. As variações nas concentrações desse parâmetro são decorrentes de muitos fatores , os mais importantes são o uso do solo na região de análise e o regime pluviométrico dos dias anteriores das coletas, que acabam carreando para dentro do rio diversas cargas orgânicas com esses organismos que são de fonte geralmente de dejetos humanos e animais.

A Tabela 20 apresenta as concentrações de coliformes reais e abatidas e as porcentagens de abatimento.

A Figura 29 apresenta a concentração de coliformes totais ao longo do eixo longitudinal dos 181, 7 km em estudo do Rio Inhandava.

Tabela 20:Concentrações reais e abatidas de coliformes e porcentagem de abatimento.

Maximilhano de Almeida 59726,25 597,26 90,0

Machadinho 58874,77 5887,77 90,0

Paim Filho 68115,84 6811,584 90,0

São Jose do Ouro 56457,30 564,57 90,0

São João da Urtiga 74611,35 74611,40 90,0

Cacique Doble 108151,48 1081,51 90,0

Santo Expedito do Sul 102077,83 1020,80 90,0

Tupanci do Sul 120282,89 1202,80 90,0

Caseiros 73091,48 730,90 90,0

Capão Bonito Do Sul 127135,06 1271,35 90,0

Lagoa Vermelha 41247,56 41247,60 90,0

Figura 29:Simulação de coliformes fecais.

As concentrações de coliformes totais apresentaram aumentos de montante para jusante, que podem ser decorrente da presença de perímetro urbano, evidenciando a forte influência dos esgotos urbanos na contribuição para a elevação dos teores desta variável no rio.

2.3.2.7 Potencial Hidrogeniônico (pH)

O pH representa a concentração de íons hidrogênio H⁺ dando uma indicação de acidez, neutralidade ou alcalinidade. Os resultados obtidos nos pontos monitorados mantiveram-se na faixa de 6,9 a 7,1, mantendo-se dentro dos limites estabelecidos pela Resolução CONAMA nº. 357/2005 para rios de classe 2.

A influência do pH sobre os ecossistemas aquáticos naturais dá-se diretamente devido a seus efeitos sobre a fisiologia das diversas espécies (CETESB, 2007). Também o efeito indireto é muito importante podendo em determinadas condições de pH contribuírem para a precipitação de elementos químicos tóxicos como metais pesados sendo que em outras condições podem exercer efeitos sobre as solubilidades de nutrientes.

A Figura 30 apresenta a simulação do pH ao longo do eixo longitudinal.

Figura 30:Simulação do pH.

A análise do pH fornece uma indicação sobre a condição de acidez, neutralidade ou alcalinidade da água. O valor médio do pH variou de 7,1 a 7,5 permanecendo dentro dos limites da Resolução CONAMA 357/05 (entre 6,0 e 9,0), de forma que não sofreram grande variação longitudinal e mantiveram as mesmas variações dos dados monitorados espacialmente.

3 CONCLUSÃO

A qualidade da água demonstrou variações nos resultados mas sem nenhum comportamento espacial visível, isso ocorre devido ao uso da microbacia hidrográfica ser em sua grande maioria agrícola e pecuário e serem todas fontes de poluição difusas, onde a contaminação pelas atividades depende muito de fatores climáticos. O enquadramento do rio baseado na Resolução CONAMA 357/05, para efeitos de comparações, apresentaram resultados de parâmetros elevados de Coliformes Fecais e Fósforo, demonstrando uma possível poluição por dejetos suínos.

A vazão determinada no ponto um foi de 8 m³/s , atingindo 50,60 m³/s no ponto dez, aumentando dessa forma a jusante do rio, esse aumento de vazão facilita a autodepuração do meio e consequentemente o poder de aeração do rio.

A calibração dos dados de qualidade da água do Rio Inhandava apresentaram bons cargas poluidoras para atingir classes de enquadramento requerido pelos gestores, na busca de minimização dos impactos.

Com a avaliação dos dados de qualidade e de calibração percebe-se que o Rio Inhandava não possui níveis críticos de poluição, uma vez que não foram atingidos níveis extremos de concentrações, mas é preciso ressaltar que o seu monitoramento é de relevante importância, a fim de que sejam diagnosticados possíveis impactos nesse recurso hídrico que é de fundamental importância para a região norte do estado Rio Grande do Sul.