ANÁLISE NICTEMERAL DE RIOS URBANOS: ESTUDO DE CASO NO RIO BARIGUI CURITIBA-PR

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XX Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 1

ANÁLISE NICTEMERAL DE RIOS URBANOS: ESTUDO DE CASO NO RIO

BARIGUI – CURITIBA-PR

Maiara Soares de Carvalho1*, Cinthia Mara Itiberê da Cunha2, Bruna Vigo Pinto3

, Michael Mannich4

Resumo: O monitoramento de qualidade da água usualmente praticado e a literatura apresentam

raras informações sobre o comportamento nictemeral de corpos d’água lóticos. A melhor compreensão dos processos que ocorrem no rio depende de um monitoramento contínuo e frequente, uma vez que é um ambiente dinâmico. A validade dos resultados de coletas únicas depende da representatividade da informação comparada às suas variações ao longo do dia. A fim de elucidar esta questão, foram realizadas 3 campanhas de monitoramento de parâmetros de qualidade da água durante 14 horas ao longo do dia, como estudo de caso do Rio Barigui, em Curitiba-PR. Os resultados sugerem significativas diferenças entre as campanhas, principalmente em períodos de menor vazão do corpo hídrico, e alguns parâmetros apresentam variações marcantes ao longo do dia, o que destaca a importância da análise nictemeral.

Palavras-chave: Análise Nictemeral, Qualidade da Água, Rio Barigui.

NICTEMERAL ANALYSIS OF URBAN RIVERS: A CASE STUDY FOR THE

BARIGUI RIVER – CURITIBA-PR

Abstract: Information about the nictemeral behavior of lotic ecosystems are rare in water quality

monitoring. Nevertheless, a better understanding of the processes that occur in rivers depends on frequent and continuous monitoring, since it is a dynamical ecosystem. The legitimacy of the results of a singular sampling depends on the information’s representativity compared to the daily changes of the environment. To elucidate this question, a sequence of parameters during 14 hours were measured in the Barigui River, Curitiba-PR. The results suggest significant differences between the sampling strategies, especially under low flow periods, and some parameters show strong variability during the day.

Keywords: Daily changes, water quality, Barigui River. INTRODUÇÃO

Segundo Tundisi (2003), o padrão de qualidade de vida está diretamente relacionado à disponibilidade e qualidade da água, considerando que é o recurso natural mais susceptível a impor limites ao desenvolvimento. Esta, por sua vez, está atrelada com a quantidade de impurezas como o seu nível de poluição, por exemplo, que é definido por Studart e Campos (2003) como a alteração de suas propriedades naturais resultante de ações antrópicas, como despejo de efluentes industriais e domésticos em rios.

No Brasil a água se destina a usos múltiplos e é um recurso limitado e de domínio público, fazendo-se necessária sua gestão (BRASIL, 1998). Esse processo objetiva garantir seu uso pleno

1_{Graduanda em Tec. Processos Ambientais, Universidade Tecnológica Federal do Paraná – UTFPR. E-mail: maiarasdc@gmail.com} 2_{Graduanda em Tec. Processos Ambientais, Universidade Tecnológica Federal do Paraná – UTFPR. E-mail: Cindy_mic@hotmail.com} 3_{Graduanda em Tec. Processos Ambientais, Universidade Tecnológica Federal do Paraná – UTFPR. E-mail: brunavigo@bol.com.br} 4_{Professor Adjunto, Universidade Federal do Paraná – UFPR. E-mail: mannich@utfpr.edu.br}

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atual e futuro, de acordo com o enquadramento a que pertence, levando em consideração o nível de carga poluidora que apresenta. Sanders et al. (1983) cita que a determinação quali-quantitava dos níveis de poluição faz parte de estratégias de monitoramento, que abrange desde a coleta das amostras à tomada de decisão com as informações obtidas. Desta forma, sabe-se que a gestão é um processo complexo com variáveis que devem ser consideradas, como por exemplo a variação espacial e temporal. Nesta última, podem ser citadas amplitudes sazonais e diárias.

Trabalhos realizados pela comunidade científica comumente utilizam diferentes formas de amostragem em diferentes horários. Porém, é necessário que se verifique se esse ponto é representativo do dia, e se não, qual seria o melhor horário, uma vez que em ambientes aquáticos tropicais pode haver peculiaridades que possivelmente só sejam detectáveis através de uma análise diária (ESTEVES, 1988). No Brasil há poucos estudos acerca de padrões nictemerais e suas implicações no manejo dos ecossistemas lóticos. Entre eles, observa-se que esta ferramenta é mais utilizada em estudos envolvendo estações de tratamento de esgoto (ETE), como os de Miwa (2007), que utilizou esse tipo de monitoramento para confirmar a alteração na qualidade da água do corpo receptor devido a pulsos de vazão de uma ETE, e Santos et. al. (2010), com o monitoramento nictemeral como uma ferramenta de comparação para verificar a influência de uma ETE na cidade de Araraquara-SP. Outros trabalhos avaliam os padrões de variação das comunidades dos ambientes e efluentes de ETE aliando o estudo com análises temporais (como pH e temperatura, por exemplo). Entre eles podem-se citar os de König et. al. (2010) e Fulan et. al. (2009).

O monitoramento nictemeral é particularmente importante em eventos de precipitação nos quais a poluição difusa carreada pelo escoamento superficial e o transporte de sólidos podem alterar significativamente a qualidade da água. De forma similar, em regiões urbanas, nas quais os rios que percorrem a cidade também são os corpos d’água receptores de seus efluentes, a qualidade de suas águas pode sofrer forte influência da variabilidade temporal dos despejos urbanos e industriais.

Apesar dos diversos estudos realizados no âmbito da gestão de recursos hídricos, existem poucos relatos que tratam sobre as variações intra-dia (denominadas de variações nictemerais). Tais estudos assumem, portanto, que amostragens em horários aleatórios do dia são representativas para descrever as condições reais dos rios. Adicionado a isso, não há padronização quanto ao melhor horário para coletar amostras estatisticamente válidas. Tendo em vista estes aspectos, faz-se importante a realização de estudos acerca da qualidade dos recursos hídricos, enfatizando a análise da variação nictemeral (período de 24 horas) de parâmetros físicos e químicos.

MATERIAIS E MÉTODOS Área de Estudo

A bacia do rio Barigui ocupa cerca de 35% da área total de bacias de Curitiba, sendo assim de grande importância. Possui extensão de 67 km e sua área de drenagem de 279 km², sendo 144 km² dentro do município de Curitiba. É uma bacia majoritariamente urbana, situada em uma região com clima Cfb, segundo a classificação de Koppen, com chuvas bem distribuídas anualmente (1300-1500 mm/ano) e inverno rigoroso. De acordo com Barddal et al. (2003), a temperatura média anual do mês mais quente é inferior a 22°C e a do mês mais frio inferior a 18°C anualmente.

O rio Barigui é afluente da margem direita do rio Iguaçu, e está enquadrado como classe 2 por toda sua extensão até o lago Barigui, cuja jusante passa a ser classificada como classe 3 até que desague no rio Iguaçu, segundo a Portaria SUREHMA nº20/92. Neste estudo foi selecionado o parque Tingui (coordenadas 25º23’22’’S e 49º18’19’’O), localizado na região norte do município

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de Curitiba e à montante do parque Barigui. A Figura 1 apresenta o uso do solo da bacia do rio Barigui, com destaque para a ocupação urbana, em especial na região sul da bacia.

Figura 1: Uso do solo da bacia do rio Barigui. Fonte: PARANÁ, 2012.

Amostragem e Análises

As campanhas foram realizadas nos dias 05 de agosto (domingo), 03 de setembro (segunda-feira) e 20 de novembro (terça-(segunda-feira), de 2012. As amostras foram coletadas em intervalos de 2h, das 7:00 às 21:00, totalizando 8 amostras para cada parâmetro, com exceção dos surfactantes, com três amostragens por campanha. As amostras foram coletadas em frascos de 1000 mL e armazenadas a 4oC até o momento de análise.

O conjunto de parâmetros selecionados para avaliar a qualidade da água foi: demanda bioquímica de oxigênio (DBO), demanda química de oxigênio (DQO), sólidos suspensos totais (SST), nitrogênio amoniacal (NH4+) e ortofosfato (PO42-), realizados em laboratório. Em campo, o

parâmetro alcalinidade foi determinado por titulometria, e os parâmetros temperatura, turbidez, oxigênio dissolvido (OD) e potencial hidrogeniônico (pH) foram monitorados em intervalos de cinco minutos, através da utilização de uma sonda Multiparâmetro Horiba U-53, calibrada previamente a sua utilização. Todas as determinações analíticas seguiram o protocolo sugerido pela

Standard Methods (APHA, 2005). Adicionalmente, a medição da vazão foi realizada à vau, com o

equipamento FlowTracker Handheld-ADV® da Sontek.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

A medição de vazão foi realizada uma vez por campanha, a qual não apresentou variação significativa visto que o nível variou menos de 2 cm em cada campanha. As medições foram: 1,2 m3/s (05/08/12), 1,6 m3/s (03/09/12) e 1,0 m3/s (20/11/12).

A Figura 2 ilustra os dados de qualidade obtidos através da sonda multiparâmetro. Para a campanha 1 a temperatura da água apresentou um acréscimo de aproximadamente 1ºC ao longo do dia enquanto que para campanha 2 aumentou 1ºC até as 12:00, e após este horário decaiu

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aproximadamente 0,5°C. A condutividade decaiu ao longo das amostragens na primeira campanha. Estes valores, de acordo com Margalef (1986), são considerados baixos, uma vez que as águas naturais, em geral, apresentam condutividade de até 10 mS/cm. Já na segunda campanha, permaneceu praticamente inalterada durante o período avaliado sendo sua variação total de aproximadamente 0,01 mS/cm.

Observa-se que a turbidez, na primeira campanha, manteve-se praticamente constante, em torno de 20 NTU na maior parte do dia. Contudo, observa-se um decréscimo inicial entre 8:00 e 10:00, de 30,3 para 20 NTU. A partir deste momento, houve uma estabilização, sendo interrompida próximo às 18:00, quando ocorreu um pico de 39,6 NTU. Na segunda campanha se manteve entre 22,1 e 14,4 NTU entre as 7:00 e 12:00. A partir deste horário, vários picos podem ser observados, com oscilações de aproximadamente 30 NTU, ultrapassando 50 NTU em diversos momentos. A grande variação em intervalos curtos entre medições possivelmente é explicada pela ressuspensão do sedimento pelo vento, cuja intensidade foi maior durante esse período (dados não apresentados). Outra hipótese é a baixa carga da bateria do sensor, evidenciada pela interrupção prematura das medições, o que pode afetar a função de autolimpeza do sensor. Para ambas as campanhas os valores são considerados relativamente baixos, visto que a legislação (CONAMA 357/05) estipula valores de até 100 NTU para rios de classe 2.

O pH, na campanha 1, manteve-se em torno de 7,6, com variação de até 0,23 ao longo do dia. Praticamente no mesmo momento da leitura de pico da turbidez, ocorreu também uma leitura menor de pH e uma redução permanente da condutividade, fenômenos que podem estar relacionados à alguma descarga no rio. Na campanha 2, observa-se uma variação mais ampla, uma vez que o rio Barigui passou de uma zona neutra para uma levemente alcalina. Este aumento deve-se provavelmente à atividade fotossintética, uma vez que tende a aumentar com o aumento da radiação incidente sobre o corpo d’água. Todos os valores obtidos estão na faixa considerável, pH entre 6,0 e 9,0, para ecossistemas aquáticos de acordo com CONAMA 357/05.

Figura 2: Dados obtidos pela sonda multiparamétrica.

06:00 10:00 14:00 18:00 22:00 15 16 17 7,4 7,5 7,6 7,7 7,8 0,30 0,31 0,32 0,3310 20 30 40 502 3 4 5 6 7 05/08/2012 T ( ºC) pH Co nd. (mS /c m) Tur b. (N TU) O D ( mg /L ) 06:00 10:00 14:00 18:00 22:00 15 16 17 18 7,0 7,2 7,4 7,6 7,8 0,320 0,325 0,3300 20 40 60 802 3 4 5 T ( ºC) pH 03/09/2012 Co nd. (mS /c m) Tur b. (N TU) O D ( mg /L )

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Ao se analisar a variação da DQO em todas as campanhas (Figura 3), observa-se que a terceira apresenta valores mais altos de concentração. Esse aumento pode ter ocorrido devido a inserção de cargas orgânicas (ver Figura 4) assim como à menor vazão observada nesse período.

A variação da DBO acompanhou a da DQO (Figura 3). Em geral os valores médios foram inferiores à 5 mg/L, conforme observado por outros pesquisadores (BEM et al., 2011; MUHLENHOFF et al., 2011). A relação DBO/DQO média (entre 0,15 e 0,27) sugerem que a inserção de matéria orgânica de mais difícil degradação nesse ambiente é marcante.

Figura 3: Variação da demanda bioquímica e química de oxigênio.

Figura 4: Cargas DQO e DBO.

Em relação aos valores de nitrogênio amoniacal (Figura 5), observa-se o aumento de valores entre as campanhas. Estes valores são muito superiores aos encontrados em outros estudos realizados no mesmo rio (COELHO; KISHI, 2011; BEM et al., 2011). Enquanto nestes não foram observadas concentrações superiores a 1,0 mg/L, no presente estudo não houve um único horário em que isso pode ser observado. Esse fato sugere que houve interferência de fontes contaminadoras na coluna d’água, com o despejo de efluentes domésticos.

Já o ortofosfato (Figura 5) se mostrou abaixo do nível de detecção da análise na primeira campanha em todas as amostras. Houve um destacado aumento de concentração na última campanha para aproximadamente 3 mg/L. Considerando que a origem do ortofosfato é produto da decomposição biológica de compostos orgânicos, e que essa matéria provém de excreções animais e restos de alimentos, admite-se que os altos valores encontrados na terceira campanha podem ser resultantes de despejo de esgoto doméstico. A inserção de cargas pode ser confirmada pela maior

05/08/2012 03/09/2012 20/11/2012 Geral 0 1 2 3 4 5 6 D B O (mg O 2 /L ) 05/08/2012 03/09/2012 20/11/2012 Geral 0 10 20 30 40 50 60 D QO (mg O 2 /L ) 6 8 10 12 14 16 18 20 22 0 100 200 300 400 500 Ca rga D B O (k g D B O /d) Hora 05/08/2012 03/09/2012 20/11/2012 6 8 10 12 14 16 18 20 22 0 1000 2000 3000 4000 5000 Ca rga D QO (k g D QO /d) Hora 05/08/2012 03/09/2012 20/11/2012

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variação dados nesta campanha. A presença de fósforo neste ponto do rio Barigui se mostra bem variável: apesar de outros estudos utilizarem o fosforo total, por vezes este está bem abaixo do recomendado (COELHO; KISHI, 2011) e noutras acima (BEM et al., 2011), porém não foram observados comparáveis aos de 20/11/12.

Figura 5: Variação de ortofosfato e nitrogênio amoniacal.

Diferentemente dos demais parâmetros avaliados, o OD (Figura 6) diminuiu com o passar das coletas, correlacionado negativamente ao aumento de DBO e da temperatura.

A variação da alcalinidade pode ser observada na Figura 6. No geral, os valores para todas as campanhas situam-se entre 156,80 a 212,80 mg CaCO3/L, sendo variável ao longo do dia. Segundo

Braga (2005), pode-se atribuir as concentrações de compostos carbônicos ao terreno calcário, atividades agrícolas e mineradoras nas nascentes do rio Barigui. Além do mais, a faixa de alcalinidade encontrada na maioria das águas naturais se situa entre 30 e 500 mgCaCO3/L,

raramente excedendo essas concentrações (Bittencourt; Híndi, 2000).

Figura 6: Variação da alcalinidade e oxigênio dissolvido.

Para os surfactantes, observa-se o aumento na concentração média entre as campanhas 1 e 2, e diminuição da mesma entre as campanhas 2 e 3 (Figura 7). Contudo, a variação total deste parâmetro ao longo do trabalho é de 0,02 mg/L, não representando grande oscilação. Já a oscilação da concentração de SST na campanha 1 foi maior do que nas demais (Figura 7). Apesar disso, os valores determinados estão de acordo com os estudos realizados por Chella et al.(2005), que obteve uma faixa de 0 a 50 mg/L de SST no Parque Tingui.

05/08/2012 03/09/2012 20/11/2012 Geral 2 4 6 8 10 12 14 N (N H 3 ) (m g/L ) 03/09/2012 20/11/2012 Geral 0 1 2 3 4 5 p (PO 4 -3 ) (m gP /L ) 05/08/2012 03/09/2012 20/11/2012 Geral 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 O D (mg O 2 /L ) 6 8 10 12 14 16 18 20 22 150 160 170 180 190 200 210 220 Alca linida de (mgC aC O 3 /L ) 05/08/2012 03/09/2012 20/11/2012 Hora

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Figura 7: Variação de sólidos suspensos totais e surfactantes.

Observa-se que não existe um comportamento padrão entre os distintos dias, mesmo considerando que são dias da semana diferentes. É possível observar, no entanto, que os parâmetros indicam uma maior variação entre os dados e uma menor qualidade do corpo hídrico em momentos de menor vazão do corpo d’água. A variação nictemeral é significativa, evidenciada pela variância dos dados.

CONCLUSÃO

Os resultados dos ensaios analíticos indicaram que a qualidade do rio é influenciada por despejos domésticos. As altas concentrações DQO, nitrogênio amoniacal e ortofosfato confirmam o predomínio de material orgânico proveniente dessa fonte. Vale ressaltar que este trecho do rio drena uma das partes menos populosas da bacia e que há uma carência na coleta e tratamento do esgoto existente.

Constatou-se que para muitos parâmetros a variabilidade intra-dia é significativa e deve ser considerada pelo gestor de qualidade da água. Adicionalmente, demonstrou-se que uma coleta simples para cada dia pode ser representativa do estado do corpo d’água no dia, porém pouco representativa para descrever a variância da informação.

Além disso, não é possível verificar a tendência do corpo d’água quanto às cargas poluidoras, que poderiam eventualmente desenquadrar o rio de sua classe devido às influências externas de curto período. Isso implica que pode haver uma amostra sazonal em um pico de maior ou menor qualidade do rio, não representativa para um monitoramento.

REFERÊNCIAS

Os autores agradecem o apoio da Fundação Araucária.

REFERÊNCIAS

BARDDAL, M.L.; RODERJAN, C.V.; GALVÃO, F.; CURCIO, G.R. (2003). Caracterização florística e fitossociológica de um trecho sazonalmente inundável de floresta aluvial, em Araucária, PR. Ciência Florestal, 14 (2), pp. 37-50.

BEM, C.C.; AZEVEDO, J.C.R.; FERNANDES, C.V.S. Avaliação das Características da Matéria Orgânica em uma Bacia Urbana - Estudo de Caso da Bacia do Rio Barigui. In: Anais do XIX Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos, Maceió, 2011, 1, pp. 1-16.

05/08/2012 03/09/2012 20/11/2012 Geral 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 Surf ac ta nt es (mgLAS/L ) 05/08/2012 03/09/2012 20/11/2012 Geral 0 5 10 15 20 SST (mg/L)

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BITTENCOURT, A.V.L.; HINDI, E.C. Tópicos de hidroquímica. In: Anais do III Curso Sudamericano Sobre Evalución Y Vulnerabilidad De Acuíferos, Asunción, 2000, 1, pp. 105-166.

BRAGA, S.M. Análise do potencial de utilização de sensores automáticos hidroambientais: estudo de caso da bacia do rio Barigui. 2005. 143 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental) – Universidade Federal do Paraná. Curitiba, Paraná. 2005.

BRASIL. (1998). Constituição da República Federativa do Brasil de 1988.

CHELLA, R.M.; FERNANDES, C.V.S.; FERMIANO, G.A.; FILL, H.D. (2005) Avaliação do transporte de sedimentos no rio Barigui. Rev. Brasileira de Recursos Hídricos, 10 (3), pp.105-111.

COELHO, M; KISHI, R.T. Caracterização de Cargas Orgânicas nos Rios Barigui, Belém e Atuba na Bacia Hidrográfica do Alto Iguaçu. In: Anais do XIX Simpósio de brasileiro de recursos hídricos, Maceió, 2011, 1, pp. 1-16.

ESTEVES, F.A. et al. Variação diária (24 horas) de temperatura, O2 dissolvido, pH e alcalinidade

em duas lagoas costeiras do estado do Rio de Janeiro e suas implicações no metabolismo desses ecossistemas. Acta Limnológica Brasileira, v. 11, p. 99-127, 1988.

KÖNIG, A.; SOUSA, M. S. M.; COSTA, N. A. F.; FREITAS, V. L. B.; CEBALLOS, B. S. O. Variação nictemeral da qualidade do efluente final de uma lagoa facultativa secundária e a influência das algas. 20º CBESA. Anais, 587-595. 2000.

MARGALEF, R. (1986). Limnologia. Omega, Barcelona - Espanha. 1010 p.

MIWA, A. C. P. Avaliação do sistema de tratamento de esgoto de Cajati, Vale do Ribeira de Iguape (SP), em diferentes épocas do ano. Tese (Doutorado em Hidráulica e Saneamento). São Carlos, USP, 2007

MUHLENHOFF, A.P.; KNAPIK, H.G.; FERNANDES, C.V.S. Avaliação dos erros de Calibração de Modelos Matemáticos de Qualidade da Água e seu Impacto para a Gestão de Recursos Hídricos: Estudo de Caso das Bacias do Alto Iguaçu e Barigui. In: Anais do XIX Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos, Maceió, 2011, 1, pp. 1-19.

PARANÁ – INSTITUTO DE ÁGUAS DO PARANÁ (2012). Finalização do plano das bacias do Alto Iguaçu e afluentes do Alto Ribeira. Governo do Estado do Paraná, Curitiba-PR. 178 p.

SANDERS T.G.; WARD R.C.; LOFTIS J.C.; STEELE T.D.; ADRIAN D.D.; YEVJEVICH V. (1983) Design of networks for monitoring water quality. Water Resources Publications LLC, account for pollution load along with number of tributaries. Highlands Ranch, Colorado, USA.

SANTOS, V. R.; COSTA, D. J. L.; TEIXEIRA, D. Variação nictemeral de parâmetros físico-químicos e biológicos do Ribeirão das Cruzes, Araraquara-SP. Revista Uniara, v. 13, n. 2, 2010, p. 90-104.

STUDART, T.; CAMPOS, N. (2003). Gestão das Águas. Princípios e práticas. ABRH, ed. UFRGS, Porto Alegre – RS.

TUNDISI, J.G. (2003). Água no Século 21: Enfrentando a escassez. RiMa Artes e Textos, São Carlos - SP. 208 p.