Programa de Pós-Graduação em Recursos Naturais
ESTUDO GEOGRÁFICO E GEOQUÍMICO DAS ÁGUAS DO CÓRREGO BREJÃO NO MUNICÍPIO DE RIO VERDE DE MATO GROSSO - MS
GABRIELA MOREIRA FERREIRA
CAMPO GRANDE 2019
ESTUDO GEOGRÁFICO E GEOQUÍMICO DAS ÁGUAS DO CÓRREGO BREJÃO NO MUNICÍPIO DE RIO VERDE DE MATO GROSSO - MS
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação – Mestrado em Recursos Naturais, da Universidade Federal de Mato Grosso do Sul (UFMS), Área de Concentração Análise Integrada de Geossistemas; para obtenção do Título de Mestre em Recursos Naturais.
Orientação: Prof. Dr. Ary Tavares Rezende Filho
CAMPO GRANDE-MS 2019
GABRIELA MOREIRA FERREIRA
ESTUDO GEOGRÁFICO E GEOQUÍMICO DAS ÁGUAS DO CÓRREGO BREJÃO NO MUNICÍPIO DE RIO VERDE DE MATO GROSSO – MS
Banca Examinadora:
___________________________________________________ Orientador: Prof. Dr. Ary Tavares Rezende Filho Programa de Pós-Graduação em Recursos Naturais (PGRN)
Universidade Federal de Mato Grosso do Sul (UFMS)
___________________________________________________ Examinador:Prof. Dr. José Marcato Junior
Programa de Pós-Graduação em Recursos Naturais (PGRN) Universidade Federal de Mato Grosso do Sul (UFMS)
___________________________________________________ Examinador:Prof. Dr. Laurent Barbiero
Université Toulouse III Paul Sabatier, UPS, França.
___________________________________________________ Acadêmica: Gabriela Moreira Ferreira
Dedico este trabalho aos meus pais, que sempre apoiaram meus estudos, nunca deixando nada faltar.
“Dono de toda ciência, sabedoria e poder. Do crente ao ateu Ninguém explica Deus.”
AGRADECIMENTOS
A Deus, por me conceder saúde, sabedoria e perseverança para seguir sempre em frente, além de me presentear com anjos na Terra.
A minha família, pai e mãe, por ser quem são e SEMPRE me permitirem viver meus sonhos, me apoiando financeiramente e emocionalmente. Nada disso teria sido possível sem a compreensão e todo amor de vocês, nos menores e mais simples gestos, em todos os detalhes desde minha aprovação no mestrado até hoje.
Ao meu irmão, por ser minha vida.
Aos meus amigos, sem citar nomes porque sou muito abençoada e tenho muitos, de longas e curtas datas, por estarem comigo em todos os momentos que precisei nas situações mais difíceis e improváveis, tornando meus dias e minha vida mais leve.
As minhas primas, Kalinca e Yanara, por sermos NÓS, por todo apoio, também desde o primeiro momento, por dividirem minhas lagrimas e compartilharem os sorrisos comigo.
À Karen, amiga que compartilhamos a casa, a vida, momentos alegres e também difíceis. Agradeço pela boa convivência ao longo destes anos e por aturar todas minhas manias.
Ao meu orientador, Prof. Dr. Ary Tavares Rezende Filho, agradeço, acima de tudo, pela paciência, ensinamentos e oportunidade proporcionada. Sem sua contribuição e orientação isso não seria possível.
Ao Pedro Cristofori, por ter estado presente nos campos, nos laboratórios e em muitos momentos dessa jornada.
Ao professor Laurent Barbiero - USFcar - Campus Sorocaba - Centro de Ciência Pesquisa para Sustentabilidade - Universidade de Toulouse – França, pelas grandes contribuições neste trabalho e todo conhecimento transmitido.
A professora Sonia Furian - Professora aposentada DG/FFLCH/USP pelas correções e orientações.
Ao Prof. Edson Rodrigues Carvalho INMA/UFMS, pela grande ajuda nas analises estatísticas.
A PROPP/UFMS - pelo apoio logístico Camionete 4X4 nas saídas de Campo para coletas das amostras de água.
Meu mais sincero MUITO OBRIGADA! RESUMO
O Pantanal Matogrossense recebe água de mais de 90 rios e/ou outros pequenos cursos d’águas, cuja composição química depende fortemente da geologia das áreas drenadas no planalto. A química da água também pode ser afetada por atividades antropogênicas, cujo impacto é detectável entre 100 e 200 km na planície aluvial. Na parte oriental do Pantanal, as águas provenientes de formações de arenito não são mineralizadas e, portanto, mais sensível a alterações na sua composição química por processos naturais, tais como anomalias litológicas locais, ou antropogênico, tais como desmatamento, fertilização, descargas domésticas ou industriais, etc. Estudos anteriores mostraram que a composição química da microbacia do córrego Brejão apresentou diferenças significativas em relação às águas das microbacias vizinhas. As águas deste córrego são caracterizadas principalmente por um aumento da condutividade elétrica e, portanto, da carga dissolvida, mas sem qualquer alteração significativa do pH. De acordo com o testemunho da população local, estas águas são impróprias para consumo, mas também para agricultura e criação de animais. O objetivo deste estudo foi investigar as causas dessa "anomalia geoquímica". Para realização deste trabalho, 3 microbacias contíguas foram amostradas durante duas missões de campo nos períodos seco e úmido: (1) a microbacia do Córrego Negrinho I ao norte, (2) a microbacia do Brejão, e (3) a microbacia do Córrego do Lageado ao sul. Para cada amostra espacializada, os seguintes parâmetros foram determinados in situ: pH, turbidez, temperatura da água (T°C) e condutividade elétrica (CE). A química dos principais íons foi então determinada no laboratório. As matrizes (observações x variáveis) obtidas foram submetidos a uma análise multivariada do tipo ACP (Análise em Componente Principal), que destacou 3 eixos fatoriais principais, identificados e relacionados a 3 processos distintos e independentes: (1) uma mineralização de água (solubilização de elementos químicos, em particular sulfatos); (2) uma oxidação da água, que resulta em um contraste entre sulfatos e alcalinidade; e (3) um caminho separado da água (mais superficial rica em potássio e sub-superficiais rica em nitratos). A migração no segundo eixo fatorial entre os períodos seco e úmido sugere que a oxidação da água ocorre em diferentes locais na microbacia dependendo da altura do lençol freático. Os resultados mostraram que a alteração local da química da água é semelhante à provável presença de minerais sulfetados. A alteração desses minerais libera muitos oligoelementos, alguns tóxicos, que tornam á água imprópria para o consumo e vários outros tipos usos.
RÉSUMÉ
Le Pantanal Matogrossense reçoit l'eau de plus de 90 rivières et/ou autres petits cours d’eau, dont la composition chimique dépend fortement de la géologie des surfaces drainées sur le plateau. La chimie des eaux peut être également affectée par les activités anthropiques, dont l’impact est décelable sur 100 à 200 km dans la plaine alluviale. Dans la partie orientale du Pantanal, les eaux proviennent de formations gréseuses et sont peu minéralisées et par conséquent plus sensibles à des altérations dans leur composition chimique par des processus naturels, comme par exemple des anomalies lithologiques locales, ou anthropiques telles que déforestation, fertilisation, rejets domestiques ou industriels, etc. Des études antérieures ont montré que la composition chimique du bassin du ruisseau Brejão présentait des différences significatives par rapport aux eaux des bassins voisins. Les eaux de ce ruisseau se caractérisent principalement par une augmentation de la conductivité électrique, et donc de la charge dissoute, mais sans changement significatif du pH. Selon les témoignages de la population locale, ces eaux sont impropres à la consommation, mais aussi à la agriculture et à l'élevage. L'objectif de cette étude était de rechercher les causes de cette "anomalie géochimique". Pour effectuer ce travail, 3 bassins contigus ont été échantillonnés au cours de deux missions de terrain, en périodes sèches et humides: (1) le bassin versant de la ruisseau Negrinho I au nord, (2) le bassin versant du ruisseau Brejão, (3) le bassin versant du ruisseau Lageado au sud. Sur chaque échantillon spatialisé, les paramètres suivants ont été déterminés in situ: pH, turbidité, température de l'eau (TºC) et conductivité électrique (EC). La chimie des ions majeurs a ensuite été déterminée en laboratoire. La matrice (observations x variables) obtenue a subi une analyse multivariée de type ACP (Analyse en Composantes Principales), qui a fait ressortir 3 axes factoriels principaux, identifiés comme étant reliés à 3 processus distincts et indépendants : (1) une minéralisation des eaux (solubilisation d’éléments chimiques, en particulier des sulfates); (2) une oxydation des eaux qui se traduit par une opposition entre sulfates et alcalinité; et (3) un cheminement distinct des eaux (superficiels plus riches en potassium et sous la surface plus riches en nitrates). La migration de l’axe factoriel 2 entre la période sèche et la période humide suggère que l’oxydation des eaux se produit à des endroits différents dans le bassin versant en fonction de la hauteur de la nappe phréatique. Nos résultats montrent que l’altération locale de la chimie des eaux est à rapprocher à la présence probable de minéraux sulfurés. L’altération de ces minéraux libère de nombreux éléments traces, certains toxiques, qui la rendent impropre à la consommation et à divers autres usages.
ABSTRACT
Pantanal Matogrossense receives water from more than 90 rivers and/or other small watercourses, whose chemical composition strongly depends on the geology of the drained areas in the plateau. Water chemistry can also be affected by anthropogenic activities, whose impact is detectable between 100 and 200 km in the alluvial plain. In the eastern part of the Pantanal, waters from sandstone formations are not mineralized, which means they are more sensitive to changes in their chemical composition by natural processes such as local lithologic or anthropogenic anomalies such as deforestation, fertilization, domestic or industrial disposals, etc. Previous studies have shown that the chemical composition of the micro-basin of the Brejão creek presented significant differences in relation to the waters of the neighboring micro-basins. The waters of this creek are characterized mainly by an increase in the electrical conductivity and therefore of the dissolved charge, but without any significant alteration of the pH. According to the testimony of the local population, these waters are unfit for consumption, but also for agriculture and animal husbandry. The objective of this study was to investigate the causes of this "geochemical anomaly". In order to undertake this research, 3 contiguous micro-basins were sampled in\ two field missions during the dry and humid periods. These are: (1) the Negrinho I micro-basin to the north, (2) the Brejão micro-micro-basin, and (3) the Lageado creek micro-micro-basin to the south. For each spatial sample, the following parameters were determined in situ: pH, turbidity, water temperature (T°C) and electrical conductivity (EC). The chemistry of the major ions was then determined in the laboratory. The obtained matrix (observations x variables) underwent a multivariate analysis of the PCA type (Principal Component Analysis), which highlighted 3 main factorial axes, identified and related to 3 distinct and independent processes: (1) a water mineralization (solubilization of chemical elements, in particular sulfates); (2) an oxidation of water, resulting in a contrast between sulfates and alkalinity; and (3) a path separate from water (more superficial rich in potassium and sub-surface rich in nitrates). Migration in the second factorial axis between dry and humid periods suggests that water oxidation occurs at different sites in the micro-basin depending on the height of the water table. The results showed that the local change in water chemistry is similar to the probable presence of sulfide minerals. The variation of these minerals releases many trace elements, some toxic, which make it unfit for consumption and various other uses.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Localização da Área de estudo ... 10
Figura 2: Delimitação da área de estudo ... 11
Figura 3: Mapa da Geologia da Área de Estudo ... 14
Figura 4: Mapa da Geomorfologia da Área de Estudo ... 17
Figura 5: Mapa da rede de drenagem da área de Estudo ... 19
Figura 6: Mapa das classes de solo na área de estudo ... 21
Figura 7: Mapa da Vegetação Nativa da área de estudo ... 23
Figura 8: Mapa do Uso, ocupação e cobertura das terras ... 25
Figura 9: Mapa da distribuição dos pontos de coletas ... 28
Figura 10: Exemplo de curva de titulação e função de Gran (Amostra P03, Córrego Brejão) ... 33
Figura 11: Correlação entre a Condutividade elétrica (Períodos: Seco e Úmido) ... 37
Figura 12: Correlação entre a Alcalinidade (Períodos Seco e Úmido) ... 37
Figura 13: Correlação entre a Soma das Cargas neg. e pos.das águas amostradas ... 39
Figura 14: Correlação entre a Soma das Cargas neg. e pos. com dados separados em dois grupos ... 39
Figura 15: Distribuição das variáveis no primeiro plano fatorial das ACP’s ... 43
Figura 16: Distribuição das amostras no primeiro plano fatorial das ACP’s ... 45
Figura 17: Distribuição das variáveis no segundo plano fatorial das ACP’s. ... 46
Figura 18: Distribuição das amostras no segundo plano fatorial das ACP’s. ... 47
Figura 19: Espacialização da Condutividade Elétrica no período seco (agosto/2017). 49 Figura 20: Espacialização da Condutividade Elétrica no período úmido (abril/2018). 50 Figura 21: Espacialização do primeiro eixo fatorial da ACP 1 – período seco. ... 52
Figura 22: Espacialização do primeiro eixo fatorial da ACP 2 – período úmido. ... 53
Figura 23: Espacialização do segundo eixo fatorial da ACP 1 – período seco. ... 55
Figura 24: Espacialização do segundo eixo fatorial da ACP 2 – período úmido. ... 56
Figura 25: Espacialização do terceiro eixo fatorial da ACP 1 – período seco. ... 58
Figura 26: Espacialização do terceiro eixo fatorial da ACP 2 – período úmido. ... 59
Figura 27: Comparação dos valores de Be, Mn, Co, Ni, Zn, Ga, As, Sr, Cd, Ba e Pb saída das três microbacias estudadas e nas águas da pequena região. ... 61
Figura 28: Localização dos pontos de amostragem no segundo eixo fatorial das ACP’s
... 65
Figura 29: Bloco diagrama fluxo de água nos períodos seco e úmidos ... 67
LISTA DE TABELAS Tabela 1: Localização dos pontos de coletas ... 27
Tabela 2: Parâmetros físico-químicos medidos no Campo ... 36
Tabela 3: Somas das cargas negativas e positivas nas amostras de água ... 38
Tabela 4: Estatística descritiva das ACP’s ... 40
Tabela 5: Matriz de correlação das ACP’s ... 41
Tabela 6: Distribuição de valores próprios e variância explicada das ACP’s ... 42
LISTA DE QUADROS Quadro 1: Comparação entre os resultados dos elementos menores na saída do Córrego Brejão e as Diretrizes estabelecidas pela Organização Mundial da Saúde ... 64
LISTA DE FOTOS Foto 1: pHmetro; Condutivímetro e Turbidímetro utilizados na aquisição dos parâmetros físico-químicos das águas ... 29
Foto 2: Coleta de amostra de água no Córrego Lageado. ... 30
Foto 3: Filtragem das amostras com bomba a vácuo manual e elétrica. ... 30
Foto 4: Cromatografia Iônica modelo 930 Compact IC Flex, marca Metrohm ... 31
Foto 5: Titulador usado para determinação da Alcalinidade ... 32
Foto 6: Paredes cobertas com traços enferrujados, processo de oxidação do ferro próximo ao ponto P15. ... 66
SUMÁRIO AGRADECIMENTOS ... I RESUMO ... II RESUMÉÉ ... III ABSTRACT ... IV LISTA DE FIGURAS ... V LISTA DE TABELAS ... VI LISTA DE QUADROS ... VI LISTA DE FOTOS ... VI INTRODUÇÃO ... ...1 CAPÍTULO I 1. REFERENCIAL TEÓRICO 1.1. BACIA HIDROGRÁFICA COMO UNIDADE DE ESTUDO...4
1.2 HIDROQUÍMICA DAS ÁGUAS ...5
1.3. TRATAMENTOS ESTATÍSTICOS. ...8
CAPÍTULO II 2. CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO 2.1. ÁREA DE ESTUDOS...10
2.2.ÁSPECTOS FÍSICOS DA ÁREA...12
2.2.1. Geologia...12 2.2.2. Geomorfologia...15 2.2.3 Clima...18 2.2.4. Hidrografia...18 2.2.5. Solos...20 2.2.6. Vegetação...22
CAPÍTULO III
3. MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 AQUISIÇÃO DE DADOS...26
3.1.1 Documentos de base ... 26
3.1.2 Escolha dos Pontos de Amostragens ... 26
3.1.3 Coletas e análises de águas no campo ... 29
3.2 ANÁLISES DE LABORATÓRIO ... 31
3.2.1. Elementos maiores ... 31
3.2.2. Alcalinidade ... 32
3.2.3. Elementos traços ... 33
3.3 TRATAMENTOS ESTATÍSTICOS ... 33
3.3.1. Espacialização dos Resultados ... 35
CAPÍTULO IV 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES 4.1. RESULTADOS ... 36
4.1.1. As características químicas das águas ... 36
4.1.1.2. Os Parâmetros físico-químicos ... 36
4.1.1.3. Correlação entre a condutividade elétrica nas nos períodos seco e úmido ... 37
4.1.1.4. Correlação entre a Alcalinidade nos períodos seco e úmido ... 37
4.1.1.5. Análises dos Elementos Maiores ... 38
4.1.2. Análise em Componentes Principais (ACP). ... 40
4.1.2.1. Estatística descritiva dos dados ... 40
4.1.2.2. Matriz de Correlação ... 41
4.1.2.3. Valores próprios e variância explicada ... 41
4.1.2.5. Segundo Plano Fatorial. ... 46
4.1.3. Espacialização Dos Resultados ... 48
4.1.3.1. Espacialização da Condutividade Elétrica ... 48
4.1.3.2. Distribuição de eixos fatorial no espaço ... 51
4.1.3.3. Espacialização do primeiro eixo fatorial ... 51
4.1.3.4. Espacialização do segundo eixo fatorial ... 54
4.1.3.5. Espacialização do terceiro eixo fatorial ... 54
4.1.4. Análises Dos Elementos Traços ... ..60
4.2. DISCUSSÃO 4.2.1. Uma poluição antrópica de superfície? ... 63
4.2.2. Uma litologia particular? ... 63
4.2.3. Considerações do primeiro eixo fatorial ... 64
4.2.4. Considerações do segundo eixo fatorial ... 64
4.2.5. Considerações do terceiro eixo fatorial ... 68
4.3. CONCLUSÃO ... 68
5. CONSIDERAÇOES FINAIS. ... 69
INTRODUÇÃO
A água é o recurso natural mais abundante no planeta, indispensável à sobrevivência de todos os organismos vivos. É utilizada para o consumo humano, para atividades socioeconômicas, com grande importância na saúde, na qualidade de vida e no desenvolvimento das populações (SCURACCHIO, 2010). Sua importância também reside em sua propriedade de dissolver um grande número de substâncias (BRANCO, 1999) e de incorporar em si diversas impurezas, definindo sua qualidade (ARRUDA, 2012).
O problema da qualidade da água e da gestão dos recursos hídricos incide em um dos mais graves da sociedade contemporânea (MENDONÇA e LEITÃO, 2008). O conhecimento sobre a qualidade dos afluentes de um corpo hídrico consiste, portanto, em ferramenta de extrema importância, uma vez que a partir dessas informações é possível inferir sobre as condições da bacia hidrográfica como um todo (QUEIROZ et al., 2010).
Os recursos hídricos têm sofrido alterações por ação antrópica, resultando em prejuízos em sua qualidade e disponibilidade (FRANCO, 2009), além da interferência de fatores naturais como: geologia, geomorfologia, declividade, pedologia, forma e densidade de drenagem da bacia hidrográfica e outros (RANIERI, 1996; DONZELI et al., 1994; PINTO, 1996; e ARCEIVALA, 1981 apud DIVINO, 2012). As características físico-químicas, biológicas e hidrológicas em qualquer ponto de um córrego podem refletir alterações da região onde se encontra (MORTATTI e PROBST, 1998).
Rezende-Filho (2011) apresentou uma compartimentação do pantanal, maior área úmida continental da Terra, baseada na composição química das águas dos rios que a abastecem. O Pantanal Matogrossense, reconhecido como a mais extensa área alagada do planeta, recebe águas de mais de 70 rios e de outros pequenos cursos d’água, principalmente ao longo de suas bordas norte, leste e sul. A diversidade geológica dos planaltos que o circundam atribui grande diversidade geoquímica às águas que alimentam a planície aluvial. Disto resultam regiões geoquimicamente contrastadas, que se refletem na diversidade e riqueza ecológica mantida pelo Pantanal. Foi possível perceber que os processos que ocorrem dentro da planície do Pantanal estão diretamente relacionados com as características químicas das águas dos rios que o abastecem (REZENDE-FILHO et al., 2012; e ALMEIDA, 2015).
Apesar da pouca disponibilidade de dados sobre a química das águas que alimentam o Pantanal, Rezende Filho et al. (2015) mostram que as atividades antrópicas, em especial a fertilização agrícola, têm grande impacto na composição química das águas de alguns rios, e que esse impacto se estende por 100 a 200 km na planície aluvial. Na porção leste do Pantanal, as águas que circulam sobre arenitos são menos carregadas, e consequentemente, as mais sensíveis a alterações em suas composições químicas por processos naturais, como por exemplo, anomalias mineralógicas locais, ou antrópicos, como modificações do relevo, desmatamento, fertilização, aglomeração urbana, dentre outros. Anomalias na química das águas foram observadas na desembocadura de uma microbacia hidrográfica do Córrego Brejão ao norte de Rio Negro. A água desse córrego se caracteriza principalmente por um aumento da condutividade elétrica, e, portanto, pela carga dissolvida, mas sem alteração significativa do pH. Segundo depoimentos da população local, essas águas são impróprias para o consumo, e também para a agricultura e pecuária.
Neste trabalho, escolhemos o Córrego Brejão como a área central destinada ao desenvolvimento desta pesquisa, justificada pelas razões acima e pelo fato de que pesquisas em recursos naturais são de grande relevância, pois permitem obter informações que servem como parâmetros de referência para a avaliação de alterações nos ambientes.
Assim, o objetivo geral deste trabalho é compreender a especificidade das águas do Córrego Brejão e a origem dessa especificidade, por meio de uma análise detalhada da química da água, da sua distribuição no espaço e de uma comparação com as águas das microbacias vizinhas.
Os objetivos específicos foram:
(a) elaboração de um banco de dados da área de influência do Córrego Brejão e dos
Córregos vizinhos: Negrinho I e Lageado, a partir de um conjunto de documentos (topográficos, hidrográficos, geológicos, solos, de uso e ocupação das terras);
(b) caracterização da variabilidade química da água do Córrego Brejão e dos
Córregos vizinhos, Negrinho I e Lageado, por meio de análises de parâmetros físico-químicos para verificar a diferença de condutividade elétrica;
(c) caracterização da composição química dos elementos maiores das águas
(d) análise, identificação e hierarquização da variabilidade existente neste conjunto
de dados.
A redação final está organizada com a seguinte estruturação.
No primeiro capítulo, elaboramos um referencial teórico-metodológico que deu suporte as discussões aqui realizadas, considerando a temática abordada e os métodos utilizados.
No segundo capítulo, fizemos uma apresentação da área de estudos, as microbacias dos Córregos Negrinho I, Brejão e Lageado, objeto deste estudo, considerando um quadro geoambiental e informações gerais da área.
No terceiro capítulo, apresentamos os materiais e os métodos utilizados na pesquisa, incluindo levantamento de documentos preliminares, trabalhos de campo e trabalhos de laboratório.
No quarto capítulo, apresentamos o estudo das características físico-químicas das águas das microbacias dos Córregos Negrinho I, Brejão e Lageado, incluindo os resultados provenientes de coletas de dados em campo, análises de laboratório e tratamentos estatísticos dos dados através da Análise em Componentes Principais (ACP), bem como a espacialização e discussão destes resultados.
______________________________________
CAPÍTULO I
REFERENCIAL TEÓRICO
1. REFERENCIAL TEÓRICO
1.1. BACIA HIDROGRÁFICA COMO UNIDADE DE ESTUDO
Por bacia hidrográfica entende-se uma superfície topográfica drenada por um rio principal e seus afluentes, a montante de uma seção, que escoam superficialmente para um corpo d’água convergindo para um único ponto de saída, chamado exutório. Elas compõem um sistema biofísico, socioeconômico e integrado (GUERRA, 1978; CHRISTOFOLETTI, 1980; ROCHA et al., 2000; LIMBERGER e CORREA, 2005; TEODORO et al. 2007; e CASTRO et al. 2008).
A gestão de recursos hídricos baseada no recorte territorial das bacias hidrográficas ganhou força no início dos anos 1990 quando os Princípios de Dublin foram acordados na reunião preparatória à Rio-92. Tal Princípio elucida que a gestão dos recursos hídricos, para ser efetiva, deve ser integrada e considerar todos os aspectos, físicos, sociais e econômicos. Para que essa integração tenha o foco adequado, sugere-se que a gestão esteja baseada nas bacias hidrográficas (WMO, 1992).
A bacia hidrográfica é usualmente considerada no meio técnico científico como a unidade fisiográfica mais conveniente para o planejamento dos recursos hídricos, por serem unidades morfológicas passiveis de delimitação e estudos em qualquer escala. Além disso, apresentam todos os fatores físicos, químicos e biológicos que compõem qualquer ambiente (CHRISTOFOLETTI, 1980; ROSS e PRETTE, 1998; TROPPMAIR, 2004; e RODRIGUES e CARVALHO, 2005).
A importância do uso de bacias hidrográficas como unidade de estudo também é ressaltada nas políticas públicas brasileiras. Depois da Lei no 9.433/97, as bacias hidrográficas tornaram-se unidades territoriais para implementações de programas de Recursos Hídricos e também como atuação do Sistema de Gerenciamento de Recursos Hídricos do País (LENGLER e STAMM, 2012). Assim sendo, pode-se definir que as bacias hidrográficas representam unidades de estudo completas (FERREIRA, 2011; e MORAES, 2001).
1.2 HIDROQUÍMICA DAS ÁGUAS
Os materiais contidos nos fluxos de ambientes lóticos podem ser de várias origens, tamanhos e formas, sendo a maior parte proveniente da ação erosiva da água sobre as rochas e sedimentos (CALLISTO e ESTEVES, 1996). Segundo Cristofoletti (1981), vários fatores podem influenciar na origem destes materiais e nas condições físico-químicas da água, como o regime pluvial, as diferentes estruturas geológicas, as condições topográficas e a cobertura vegetal.
Em ambientes naturais preservados a composição química das águas dos rios apresenta uma boa relação com as características litológicas da área drenada. Essa relação ocorre em função do intemperismo no ambiente natural (GIBBS, 1970; STALLARD e EDMOND, 1987; e HREN et. al., 2007).
Os elementos encontrados em grande quantidade nas rochas são os mesmos da composição química das águas naturais e são chamados "elementos maiores", sendo eles: Sódio (Na+), Potássio (K+), Cálcio (Ca2+), Magnésio (Mg2+), Sulfato (SO42-), Bicarbonato (HCO3-), e Cloreto (Cl-) (CUSTODIO e LLAMAS, 1983; e HEM, 1985).
Os recursos hídricos são reabastecidos pela chuva, de tal modo que a taxa de precipitação, o escoamento e a evaporação também são fatores importantes no controle da composição da água natural. A disponibilidade de água em todas as bacias hidrográficas depende da atuação dos elementos climáticos de maneira integrada, nas diversas escalas temporais (MARENGO et al, 2010). As mudanças no clima, sejam naturais, sejam de origem antrópica, podem afetar os ciclos hidrológicos e gerar anomalias climáticas, excesso de chuvas ou secas, com maior frequência.
Os processos de intemperismo das rochas são fortemente influenciados pela temperatura, quantidade e distribuição da precipitação. Essa interação da rocha com os fatores climáticos (temperatura e umidade) provoca reações diversas na solubilidade e na taxa de dissolução da maioria dos minerais da rocha (HEM, 1985). Quanto maior a temperatura das águas, maiores são a solubilidade e a taxa de dissolução da maioria dos minerais de rocha (SZIKSZAY, 1993).
A qualidade das águas é influenciada direta ou indiretamente por processos biológicos, o clima é um forte atuante na degradação da matéria vegetal, ao qual altera o comportamento da água. Em climas quentes e úmidos, a degradação da matéria orgânica
adiciona grandes quantidades de CO2 na água aumentando seu poder de dissolução, já em regiões de clima frio, a degradação lenta da matéria orgânica adiciona compostos complexantes (ácidos fúlvicos, húmicos, etc.) que modificam o comportamento de outros elementos (SZIKSZAY, 1993).
Eventos como chuvas intensas ou secas prolongadas que exercem influência sobre o funcionamento dos rios podem levar a uma repentina ou gradual modificação do habitat natural (HYNES 1970; e CHAPMAN 1996). A análise de eventos hidrológicos passa a ser um fator norteador dos parâmetros físicos, químicos e biológicos de um curso hídrico.
As características físicas e bióticas de uma bacia possuem importante papel nos processos do ciclo hidrológico. A variação de altitude associa-se com a precipitação, evaporação e transpiração, influenciando, consequentemente, o escoamento superficial. Grandes variações de altitude numa bacia acarretam diferenças significativas na temperatura média, a qual, por sua vez, causa variações na evapotranspiração e na precipitação anual (TEODORO et al, 2007).
O escoamento difuso das águas ocorre em função das características do microrrelevo e rugosidade da superfície. Assim, o comportamento da velocidade das águas e seu fluxo (turbulento ou laminar) relacionam-se com a corrente fluvial (ou trabalho) que o rio executa, possibilitando o transporte da carga sedimentar nas suas mais variadas formas (suspensão, saltação e rolamento), de acordo com a granulação das partículas (tamanho e forma) e das características da própria corrente, elaborando uma forma de relevo fluvial em função destas variáveis (BIGARELLA, 2003; CUNHA, 2001a; SUGUIO e BIGARELLA, 1990; e CHRISTOFOLETTI, 1981 e 1980).
Os solos mais expostos como campo e pastagem com declividade acentuada e destinados a práticas agropecuárias, juntamente com áreas urbanas, tendem a ter maior potencial a processos erosivos, escoamento superficial e transporte de materiais e poluentes para os corpos d’água (EMBRAPA, 1999).
Águas cuja composição química é influenciada pelas águas de precipitações podem ser consideradas águas rasas. A dissociação do ácido carbônico no processo de carbonatação impõe um caráter ácido à água favorecendo a dissolução de minerais formadores de rochas. Assim, é produzida uma carga residual que resulta na formação de minerais de argila e uma carga solúvel que contribui no enriquecimento das águas em cálcio, magnésio, ferro, sílica e bicarbonato (HEM, 1985).
No Pantanal na sub-região da Nhecolândia, a concentração das águas das lagoas salinas pela evaporação produz acumulações de elementos químicos (BARBIERO et al., 2007). Rios e Córregos são sistemas abertos com constante inter-relação com o ambiente terrestre do entorno, o qual exerce forte influência sobre estes sistemas, especialmente a vegetação ciliar que regula a entrada de luz, a temperatura da água e a entrada de material alóctone, os quais influenciam na concentração de íons, material orgânico, particulado e nutrientes dissolvidos (ALLAN, 2004; e TUNDISI, 2000).
Observado por Gonçalves et al. (2005) a baixa cobertura de vegetação nativa trás consequências como o carreamento de grandes quantidades de solo, coliformes, matéria orgânica e insumos agrícolas para o leito dos cursos d’água no período chuvoso, contribuindo significativamente com o aumento da concentração de sólidos e nutrientes na água dos mananciais.
Nas águas superficiais, efeitos relacionados com a remoção da cobertura vegetal tornam as encostas e os solos mais expostos, desagregando material que fica disponível para ser levado pelo escoamento superficial. A água, ao entrar em contato com o minério e as rochas associadas, possui a capacidade de carregar consigo o material particulado. Caso estas águas atinjam rios ou lagos, efeitos indesejáveis na turbidez e assoreamento do corpo receptor podem ocorrer, causando alterações nos parâmetros de qualidade e efeitos tóxicos nos organismos aquáticos (RIPLEY et al., 1996).
Existem numerosos estudos que demonstram haver uma alta correlação entre a distribuição espacial das atividades humanas, o estado de conservação da cobertura vegetal na bacia hidrográfica e o nível de degradação dos recursos hídricos (THORTON et al., 1990; KIRA e SAZANAMI, 1995; e TUFFORD et al., 1998).
De acordo com Souza et al (2014) alterações de ordem física, química e biológica nos ecossistemas aquáticos provem de intervenções diretas, como as barragens, reservatórios e canais, do uso inadequado do solo e da água e das fontes não pontuais e pontuais. Donadio et al. (2005), avaliando a influência da vegetação natural remanescente e de atividades agrícolas na qualidade da água de quatro nascentes, concluíram que, assim como as características do solo, seus diferentes usos influenciam na qualidade da água das sub-bacias.
1.3. TRATAMENTOS ESTATÍSTICOS
Tratamentos estatísticos calcados nos métodos de análises multivariadas têm sido muito empregados (CORNIELES, 1997). A análise multivariada surgiu como uma ferramenta importante permitindo a extração de uma quantidade maior de informações, objetivando a redução de um grande número de variáveis a poucas dimensões com o mínimo de perda de informação, permitindo a detecção dos principais padrões de similaridade, de associação e de correlação entre as variáveis (BEEBE, et al, 1998; e PRADO et al, 2002).
Considerando o número e a complexidade de reações possíveis resultantes da interação da água com fatores ambientais diversos, torna-se necessário recorrer a ferramentas adequadas que possam melhor discriminar os processos e quantificar suas influências na variabilidade química da amostragem (REZENDE-FILHO, 2011).
Uma das análises indicadas é a Análise em Componentes Principais (ACP), utilizada para conjuntos de dados correlacionados linearmente, permitindo reduzí-los a poucas variáveis sintéticas, denominadas componentes principais (PIELOU, 1984; e MANLY, 1994). A ACP é um método que permite interpretar a estrutura de um conjunto de dados multivariados a partir das respectivas matrizes de variâncias-covariâncias ou de correlações entre os parâmetros considerados (GOMES, 1985; LUDWIG e REYNOLDS, 1988; LANDIM, 2000; e ODDEN e KVALHEIM, 2000). Um dos principais usos da ACP ocorre quando as variáveis são originárias de processos em que diversas características devem ser observadas ao mesmo tempo. Esta técnica vem sendo estudada por autores como Morrison (1976), Seber (1984), Reinsel (1993), e Johnson e Wichern (1992 e 1998).
Esse tipo de estudo poder ser realizado em várias escalas. Andrade et. al. (2007), caracterizaram a Bacia Hidrográfica do Baixo Acaraú sendo que das 25 variáveis analisadas, 18 mostraram-se significativas na definição do modelo da análise em componente principal.
França (2009) utilizou análise estatística multivariada para monitorar a qualidade de água da Bacia do Alto Iguaçu. A mesma explica que o fato de haver agrupamentos de amostras indica que as mesmas são semelhantes, sugerindo uma mesma característica de parâmetros de qualidade de água para as respectivas condições de amostragem, implicando do ponto de vista estatístico um mesmo retrato da condição da água analisada.
Com a mesma metodologia, Finkler et. al. (2015) verificaram por meio da ACP que os parâmetros mais significativos na variação da qualidade da água nas bacias hidrográficas de Caxias do Sul estão relacionados às atividades de caráter antrópico.
Utilizando método semelhante ao do presente projeto, Análise em Componentes Principais (ACP), Chaves et al. (2008) e Neill et al. (2011) quantificaram as alterações do balanço hídrico de uma micro-bacia da Amazônia resultantes de mudanças no uso e ocupação das terras durante o desmatamento da floresta para pastagem.
Na Bacia do Alto Paraguai (BAP), Rezende-Filho et al. (2012) discriminaram principalmente três polos químicos nas águas que abastecem a planície de Pantanal. A discriminação desses polos foi baseada numa análise multivariada (ACP, Análise em Componentes Principais), combinada a uma decovolução em polos de influência para cada amostra de água (EMMA, End-Member Mixing Analysis). Esse estudo permitiu quantificar o papel da geologia (60% da variabilidade total), e do uso e ocupação das terras (15% da variabilidade total) na composição químicas dessas águas.
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CAPÍTULO II
CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO
2. CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO
2.1 ÁREA DE ESTUDOSA área de estudo está localizada no município de Rio Verde Mato Grosso – MS (Figura 1), entre as coordenadas geográficas: latitude 18° 58’ 53” e 19° 10’ 12” S, longitude 54° 50’ 24” e 54° 56’ 36” W, na margem esquerda da sub-bacia do Rio Negrinho, afluente da margem direita do Rio Negro que compõe a Bacia do Alto Paraguai (BAP). Ela é composta por 3 (três) microbacias, a saber, dos Córregos: Negrinho I, ao norte, com área de drenagem correspondente a 63,24 km2; do Brejão, ao centro, com área de drenagem de 24,38 km2 e a do Lageado, ao sul, possuindo, aproximadamente, 37,1 km2 de área de drenagem (Figura 2).
2.2. ASPECTOS FÍSICOS DA ÁREA 2.2.1. Geologia
O arcabouço geológico regional em que a área de estudo está inserida compreende uma variação litológica do Pré-cambriano ao Período Quaternário. Essas litologias estão representadas pelo Grupo Cuiabá (sedimentação antiga) do período Pré-cambriano e os Granitos Coxim e Rio Negro (Rochas Intrusivas Ácidas), o Grupo Paraná com as Formações Furnas e Ponta Grossa e ainda, o Super Grupo Tubarão com o Grupo Itararé, com a formação Aquidauana no Período Paleozóico e Grupo Paraná, no Mesozóico, com a Formação Botucatu (rochas sedimentares) e os Depósitos Detríticos, no Período Quaternário (SEMAC/SEPLAN 2011, SEPLAN-MS, 1990, PCBAP, 1987; e RADAMBRASIL; 1982).
A geologia da área de estudo, de acordo com o mapeamento elaborado pelo Projeto RADAMBRASIL (1982), apresenta três formações geológicas sedimentares da Era Paleozóica, mais especificamente, entre os Períodos Siluriano – Devoniano – Carbonífero, com as seguintes Formações: Formação Furnas, Formação Ponta Grossa e Formação Aquidauana (Figura 3).
A Formação Furnas ocupa uma porção no extremo norte-noroeste e sudoeste da área de estudo e é composta por arenito grosseiro muito uniforme, geralmente branco ou levemente amarelado, muito duro e resistente, caracterizada por granito quartzoso, arcósio grosso imaturo, arenito conglomerático e conglomerado oligomítico, com intercalações de camadas de arenito fino, extremamente micaceo e arenito fino, interdigitado com argilito e siltito com estratificação cruzada (RADAMBRASIL; 1982). Esses arenitos representam os litotipos desta formação, com uma distribuição uniforme em toda a área. Almeida (1954) considera que o ambiente gerador dos sedimentos dessa formação, pela sua constituição mineralógica e fosseis encontrados, retrataria depósitos litorâneos e neiticos típicos de ambiente fluvial a transicional com depósitos de deltas de rios entrelaçados e litorâneos do mar devoniano, em fase transgressiva.
A Formação Ponta Grossa, iniciando na porção sudeste e ocupando quase toda porção oeste da área de estudo, é composta por um pacote de folhelho com lentes de arenito fino e folhelho siltico e argiloso, cinza escuro, micáceos, finamente estratificados, de cores geralmente esverdeado a amarelado, intercalados com siltitos cinza-esverdeado, siltico-argilosos, siltito, arenito síltico e arenitos finos a muito finos, muito argilosos. Localmente esses pacotes sedimentares são betuminosos, com finas
intercalações arenosas nas partes superior e inferior, ricos em estruturas orgânicas e abundantes fósseis de idade devoniana, divididos em (a) macrofósseis: trilobitas, traquiópodos e tentaculites e (b) microfósseis: acritarcas e quitinozoários. Baseados nessas evidencias litológicas e fossilíferas, conclui-se que a Formação Ponta Grossa se Sobrepõe à Formação Furnas, em contato geralmente concordante e gradual e é recoberta, quase sempre, pela Formação Aquidauana, em marcante discordância erosiva (RADAMBRASIL; 1982).
Na Formação Aquidauana, localizada ao norte e na borda leste da área de estudo, predominam arenitos, vermelho a róseo, médio a grosso, intercalados de arenitos de granulação fina e siltitos, passando a siltitos argilosos, diamictitos, arenitos esbranquiçados, conglomerados, siltitos, folhelhos cinza-esverdeados e arenitos finos laminados vermelhos a róseos, com relativa continuidade nos planos vertical e horizontal. Essas características evidenciam ambiente de deposição continental, fluvial, lacustre e de planícies aluviais e, em direção ao sul da bacia, ambientes com depósitos glaciais. Os limites da formação Aquidauana geralmente são escarpados, tais como a Serra de Maracaju, sendo que as escarpas configuram frentes de cuestas em cujo reverso ocorrem topos planos e drenagem dentritica (RADAMBRASIL; 1982).
2.2.2. Geomorfologia
Regionalmente a área de estudo está inserida no compartimento geomorfológico denominado como Grande Região dos Planaltos da Borda Ocidental da Bacia do Paraná, formado pelo Planalto Maracaju-Campo Grande, constituída morfologicamente por uma extensa superfície suavemente dissecada, onde predominam relevo desdobrado, formas tabulares e formas de dessecação de topo convexo com uma sequência de patamares cuestiformes continua e por vezes festonada. As altitudes variam de 600 a 300 metros, decrescendo de oeste para leste, com interflúvios amplos e aplanados, em suas porções mais rebaixadas aparecem colinas e interflúvios tabulares, geralmente elaborado por várias fases de retomada erosiva pela ação fluvial. O relevo é reflexo dos movimentos epirogênicos e dos processos erosivos que caracterizaram a evolução da bacia do Paraná (SEPLAN-MS, 1990; e PCBAP, 1987).
A Grande Região dos Planaltos da Borda Ocidental da Bacia do Paraná foi dividido em 5 unidades geomorfológicas: (a) Primeiro Patamar da Borda Ocidental; (b) Depressão Interpatamares; (c) Segundo Patamar da Borda Ocidental; (d) Terceiro Patamar da Borda Ocidental; e (e) Planalto de Maracaju (SEPLAN-MS, 1990)
A área de estudo está inserida em duas unidades da Grande Região dos Planaltos da Borda Ocidental da Bacia do Paraná, que corresponde ao Primeiro Patamar da Borda Ocidental e a Depressão Interpatamares (Figura 4).
A unidade geomorfológica do Primeiro Patamar da Borda Ocidental é representada por uma faixa continua estendendo-se desde as proximidades da cidade de Aquidauana até o chapadão do Rio Corrente. Sua borda oeste é marcada por uma frente de cuestas continuas por vezes fetionada, e formada por relevos modelados de dissecação do tipo tabular e secundariamente os convexos. No reverso da cuestas, as altitudes decrescem de oeste para leste, acompanhando a inclinação das camadas, passando de 600 a 300 metros, quando coalesce com a superfície da Depressão Interpatamares, esculpidos em arenitos da Formação Furnas, constituintes dos sedimentos mais antigos da Bacia do Paraná.
(SEPLAN-MS, 1990; e FERNANDES et al., 2009).
A Depressão Interpatamares, está localizada entre o Primeiro Patamar da Borda Ocidental (a oeste) e o Segundo Patamar (a sudoeste), apresentando altitudes que variam de 200 a 300 metros e localmente chegam a 500 metros. Com o Primeiro Patamar o limite não possui ressalto topográfico e é definido pelo contato litológico entre as Formações
Furnas e Ponta Grossa, onde predominam formas tabulares, sendo que com o segundo patamar o plano de contato é definido por relevo escarpado. O relevo é esculpido a oeste da unidade, em rochas sedimentares da Formação Ponta Grossa, onde predominam formas tabulares, a leste é esculpido em rochas também sedimentares da Formação Aquidauana, onde predominam formas convexas (SEPLAN-MS, 1990; FERNANDES et al., 2009; e PIRAJÁ, 2018).
2.2.3 Clima
O Estado de Mato Grosso do Sul está em uma área de transição climática, numa zona de encontro de diversas massas, resultando em contrastes térmicos acentuados.
O clima regional possuí características do clima úmido a sub-úmido, apresentando índice de umidade com valores anuais variando de 20 a 40% tendo a precipitação pluviométrica valores entre 1.500 a 1.750 mm (ANA, 2004).
Segundo critério de Köppen, a classificação climática do município de Rio Verde de Mato Grosso - MS, no qual está localizada a área de estudo, é do tipo “Aw”, ou seja, clima tropical, com inverno seco. Apresenta estação chuvosa no verão, de novembro a abril, e nítida estação seca no inverno, de maio a outubro. A temperatura média do ar do mês mais frio é superior a 18ºC. As precipitações pluviométricas são superiores a 750 mm anuais, podendo atingir até 1.800 mm. Já na estação seca, os totais pluviométricos médios são inferiores a 50 mm (GONÇALVES et al., 2005)
2.2.4 Hidrografia
A Bacia Hidrográfica do Alto Paraguai (BAP) compreende uma área de 1.095.000 km² situando-se no Brasil, Argentina, Bolívia e Paraguai. Em Mato Grosso do Sul ela ocupa uma área de 187.636,301 km², que representa 52,54% da área total do Estado de Mato Grosso do Sul. Nesta porção, destacam-se nesta Região os rios Taquari, Negro, Miranda e Apa (ANA, 2005).
A bacia do rio Negro está localizada na região central do Estado de Mato Grosso do Sul, sua área de drenagem corresponde a 36.832,59 Km2. As nascentes do Rio Negro se encontram na Serra de Maracaju e Serra Negra, a uma altitude de 400 metros, com 527 km de extensão, classificado como rio de planalto no trecho que corre paralelo às escarpas dessas serras, e como rio de planície, quando adentra na depressão do Pantanal (BACHEGA ET al, 2009; e ANA, 2005).
A área de estudo, composta pela rede de drenagem de 3 microbacias comandada pelos córregos: Negrinho I (15,1 Km); Brejão (7,6 Km); e Lageado (11,2 Km) de extensão, estão localizados na margem esquerda do Rio Negrinho, afluente da margem direita do Rio Negro. A configuração dessa rede de drenagem apresenta similaridade, tanto na forma, como no padrão de drenagem, apresentando as mesmas características de escoamento (Figura 5).
2.2.5. Solos
A área de estudo apresenta 3 (três) tipos de solo (Figura 6), que podem ser agrupados em 2 (duas) classes: Latossolos e Neossolo (BHERING et. al, 2013).
Os Latossolos são, em geral, solos altamente intemperizados, que apresentam horizonte A moderado, textura variada, com baixa saturação por bases, fortemente ácidos, distróficos ou alumínicos. São provenientes a partir da alteração dos mais diversos tipos de rochas, normalmente em relevo plano e suave ondulado, embora possam ocorrer em áreas mais acidentadas, inclusive em relevo montanhoso. (EMBRAPA, 2006). Na área de estudo os Latossolos são representados pelas classes de solo Latossolo Vermelho e Latossolo Vermelho-Amarelo.
A classe dos Latossolos Vermelhos aparece a noroeste, a oeste no centro e a sudoeste da área de estudo. Enquanto os Latossolos Vermelhos-Amarelos estão localizados na faixa oeste e em uma pequena faixa que corta a área de estudo de noroeste para nordeste.
Os Neossolos são solos pouco evoluídos, constituídos por material mineral, ou por material orgânico pouco espesso, que não apresentam alterações expressivas em relação ao material originário devido à baixa intensidade de atuação dos processos pedogenéticos, seja em razão de características inerentes ao próprio material de origem, como maior resistência ao intemperismo ou composição químico-mineralógica, ou por influência dos demais fatores de formação (clima, relevo ou tempo), que podem impedir ou limitar a evolução dos solos (EMBRAPA, 2006). Na área de estudo, Neossolos é representado pela classe de solo Neossolo Litólico em uma porção ao norte e uma faixa continua a leste da área de estudo.
2.2.6 Vegetação
A área de estudo apresenta 1 (um) tipo predominante de vegetação a Savana formada por um tipo de vegetação xeromórfica, denominada como Cerrado, que se caracteriza por uma grande variação fisionômica. Este tipo de vegetação, na área de estudo, encontra-se dividida em: Savana Arbórea Densa e Savana Arbórea Aberta (Figura 7) (RADAMBRASIL, 1982; SEPLAN-MS, 1990; PEREIRA et. al., 2004; PEREIRA, 2009; e IBGE, 2012).
A Savana Arbórea Densa (Cerradão) é caracterizada pelo agrupamento de espécies vegetais arbóreas, xeromorfas, tem folhas perenes, troncos finos e tortuosos revestidos por casca grossa e rugosa, raramente ultrapassam 1m de circunferência, com uma altura média em torno de 10m, copas irregulares se se localizam na borda noroeste a sudeste, cobrindo uma extensa faixa da área de estudo (RADAMBRASIL, 1982; PEREIRA, 2009 e IBGE, 2012).
A Savana Arbórea Aberta (Cerrado) recobre a área de estudo na borda nordeste e apresenta como principais características árvores baixas, inclinadas, tortuosas, com ramificações irregulares e retorcidas, os troncos possuem uma casca com cortiça grossa fendida ou sulcada, com distribuição esparsa e um estrato graminóide contínuo que reveste o solo, secando durante o período de estiagem (RADAMBRASIL, 1982; PEREIRA, 2009; e IBGE, 2012).
2.2.7. Uso e Ocupação das Terras
A área do município de Rio Verde de Mato Grosso (MS) apresenta um elevado grau de ação antrópica das terras, onde mais de 92% delas estão sendo utilizadas, principalmente com pastagens e/ou agricultura (EMBRAPA, 2011). Considerando levantamentos da cobertura vegetal natural e do uso das terras em 2014 com o auxílio do Google Earth® foi possível delimitar na área de estudo as seguintes classes: (a) vegetação nativa e (b) uso antrópico. A área total do levantamento na área de estudo foi de 12.472 hectares, da qual apenas 4.403,81 ha é com vegetação nativa, ou seja, 35,31% do total da área, sendo o restante de uso antrópico 64,69% (Figura 8).
A área da microbacia do Córrego Negrinho I apresenta 2.354,85 ha de vegetação nativa, estimados em 36,78% do total da área. A área correspondente a microbacia do Córrego Brejão apresenta 478,39 ha de vegetação nativa, estimado em 19,62% do total da área, e por último a área da microbacia do Córrego Lageado, com 1.570,57 ha de Vegetação nativa, totalizando 42,33% da área.
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CAPÍTULO III
MATERIAIS
E MÉTODOS
3. MATERIAIS E MÉTODOS
Os materiais e os métodos empregados foram divididos em três grupos. O primeiro, voltado a aquisição de dados, ao qual contém: confecções de cartas e trabalhos de campo com coletas de amostras de águas e medidas de parâmetros físico-químicos. O segundo refere-se às analises químicas de água em laboratório. A terceira refere-se aos tratamentos dos dados, por métodos estatísticos como análises em componentes principais (ACP) e suas expressões cartográficas.
3.1 AQUISIÇÃO DE DADOS 3.1.1 Documentos de base
A primeira etapa de trabalho consistiu em elaborar cartas digitais da drenagem e da litologia, partindo dos documentos de base pré-existentes, e auxilio de softwares. Para obter-se um banco de dados foram utilizados arquivos digitais da rede drenagem (IBGE, 2012; escala 1:250.000); cartas geológicas Folhas: SE 21 Corumbá; (CPRM, 2004; escala 1: 1.000.000). Os Softwares utilizados para a organização desse banco de dados e elaboração dos mapas foram: Google Earth, Global Mapper, Qgis e Surfer.
Após a organização do banco de dados, foram feitas a digitalização e retificação da rede de drenagem por meio de imagens de satélite disponíveis no Google Earth. Posteriormente, foram inseridos rodovias e acessos, completando uma base digital organizada para que as informações pudessem ser disponibilizadas e cruzadas, sobrepostas, quando necessário.
3.1.2 Escolha dos pontos de amostragens
A partir das informações obtidas nessa documentação de base, foram identificados os cursos d’águas na região e traçadas as rotas para coletas de amostras aproveitando os cruzamentos dos cursos d’água com as estradas. Ao longo dessa rota foram selecionados 24 pontos georreferenciados com GPS portátil.
Dos 24 pontos, selecionados para medidas dos parâmetros físico-químicos (Condutividade Elétrica, pH, Temperatura e Turbidez) e coleta de água, 8 (oito) são localizados na microbacia do Rio Negrinho I, 8 (oito) na microbacia do Córrego Brejão, 7
(sete) na microbacia do Córrego Lageado e por fim 1 (um) ponto de controle no Rio Negrinho a jusante da área de estudo (Tabela 1 e Figura 8).
Tabela 1: Localização dos pontos de coletas.
N° amostra Descrição Coordenadas (UTM)
X Y
P01 Rio Negrinho - Nascente 724217.47 7896055.29
P02 Rio Negrinho - Ponte MS-080 719904.47 7890980.61
P03 Corr Brejão - Ponte MS-080 718718.04 7888055.38
P04 Corr. Brejão - Afluente-Direita 719276.92 7888242.67
P05 Corr. Brejão 719130.78 7887991.29
P06 Corr. Lageado - Afluente-Direita 718621.34 7883201.92
P07 Corr. Lageado - Ponte MS-080 718407.32 7882920.04
P08 Rio Negrinho - Ponto Final 716019.40 7881508.57
P09 Corr. Lageado - Afluente-Esquerda 718905.53 7882451.49
P10 Corr. Brejão 719484.91 7887584.32
P13 Corr. Brejao - Afluente-Esquerda 720599.18 7886530.62 P14 Corr. Lageado - Afluente-Direita 721465.67 7884056.41
P15 Corr. Brejão 722292.58 7887517.59
P16 Corr. Brejão - Afluente-Direita 722249.59 7888116.89 P17 Rio Negrinho - Afluente-Esquerda 721557.02 7888433.49
P18 Corr. Brejão - Y 721930.71 7887470.92
P19 Rio Negrinho - Afluente-Esquerda 720200.18 7890822.29 P20 Corr. Lageado - Afluente-Esquerda 720867.36 7881612.51 P21 Corr. Lageado - Afluente-Esquerda 720114.80 7881934.13 P22 Corr. Lageado - Afluente-Esquerda 719631.32 7880801.09
P23 Rio Negrinho - Cachoeira 723528.46 7894387.11
P24 Rio Negrinho - Ponte Fazenda 721447.58 7891306.33
P25 Rio Negrinho - Açude 721789.59 7890870.67
3.1.3 Coletas e análises de águas no campo
Foram realizadas duas saídas de campo. O campo I foi concentrado em três dias, sendo realizado no mês de agosto de 2017 no período seco e a saída de campo II foi concentrada em dois dias, sendo realizada no mês de abril de 2018 no período úmido.
Durante esses trabalhos de campo foram realizados: 1) Medidas in situ de parâmetros físico-químicos; 2) Coleta de amostra de água para análise química; 3) Filtração de amostras.
Os parâmetros físico-químicos, como Condutividade Elétrica (CE), Potencial Hidrogeniônico (pH), Temperatura da água (ºC) e Turbidez, foram diretamente medidos no campo com um pHmetro, um condutivímetro e um turbidímetro, ambos da marca HANNA, modelos HI 98150, HI 9835 e HI 98703, respectivamente (Foto 1).
Foto 1: pHmetro; Condutivímetro e Turbidímetro utilizados na aquisição dos parâmetros
físico-químicos das águas
As amostras de água destinadas a análise química foram coletadas em todos os pontos selecionados (Foto 2). As amostras foram identificadas com uma numeração correspondente ao local e acondicionadas em frascos de 250 ml, a todo o momento sendo alocadas em uma bolsa térmica para manter a temperatura.
Foto 2: Coleta de amostra de água no Córrego Lageado.
Algumas amostras foram filtradas no mesmo dia com bomba à vácuo manual (modelo VPS2, UMS). Outras amostras foram filtradas chegando ao laboratório, com uma bomba à vácuo elétrica (modelo 121, Prismatec). As bombas foram acopladas ao sistema de filtração de policarbonato (Sartorius Stedim Biotech), com filtros de acetato de celulose (0,42 μm) (Foto 3).
Foto 3: Filtragem das amostras com bomba a vácuo manual e elétrica.
Após o procedimento de filtragem todas as amostras foram armazenadas em frascos High Density Poly Ethylen (HDPE) Nalgene® de 250 ml, identificadas e preservadas ao abrigo da luz, a uma temperatura de 4º C, até suas análises em laboratório.
3.2 ANÁLISES DE LABORATÓRIO 3.2.1. Elementos maiores
As amostras de água foram enviadas ao Laboratório LP5 do Instituto de Química da Universidade Federal de Mato Grosso do Sul (UFMS) para análises dos elementos maiores (F-, Ca2+, K+, Mg2+, Na+, Cl-, SO42-, NO3-). A Alcalinidade foi determinada no Laboratório H2O-SOLO da Faculdade de Engenharia e Arquitetura e Urbanismo e Geografia (UFMS). Os elementos Cálcio (Ca2+), Potássio (K+), Magnésio (Mg2+), Sódio (Na+), Fluoreto (F-), Cloreto (Cl-), Sulfato (SO42-) e o Nitrato (NO3-) foram analisados por Cromatografia Iônica modelo 930 Compact IC Flex, marca Metrohm (Foto 4).
Foto 4: Cromatografia Iônica modelo 930 Compact IC Flex, marca Metrohm
Cromatografia Iônica (IC) é uma técnica vastamente empregada por oferecer uma série de vantagens, incluindo sensibilidade, seletividade, possibilidade de determinação multielementar, estabilidade e confiabilidade (USEPA, 2000). A cromatografia é um método para a classificação de compostos químicos de acordo com suas características básicas comuns. Ela é dividida de acordo com suas técnicas e fases móvel e estacionária. A cromatografia iônica se insere nas técnicas por coluna, a qual possui como intuito a determinação de íons em matrizes líquidas. Através de uma série de componentes do cromatógrafo é possível definir os compostos presentes na amostra e suas
3.2.2. Alcalinidade
A alcalinidade das águas foi obtida por titulação ácida (HCl, 0,01N) com um titulador modelo HI 901, marca Hanna (Foto 5) e com um volume de solução de 35 ml. A alcalinidade carbonatada (Alcc) das águas corresponde à soma iônica (HCO3-) + (CO32-). A sonda de pH foi calibrada precisamente com buffer de pH 7 e 4 e esses valores foram verificados regularmente.
Foto 5. Titulador usado para determinação da Alcalinidade
Conforme o caso, o ponto de equivalência foi determinado pela forma da curva de calibração (em pH ~ 4,7) ou pelo estudo da função de Gran (1952). Os dados resultantes da titulação (Vi – pHi), o volume inicial da solução titulada (V0) e o pH do ácido utilizado (com pelo menos 3 dígitos) foram introduzidos em uma planilha macro Excel desenvolvida em 2003 pela Célula Franco-Indiana de Pesquisa em Ciência da Água do Instituto Indiano de Ciência, Bangalore (Estado de Karnataka, Índia). Esse macro permite a elaboração da função de Gran (1952) e o cálculo do ponto de equivalência (Figura 10).
G = (V0 + Vi 10-pHi) eq (1) Onde:
G é a função de Gran;
V0 é o volume titulado da solução; Vi é o volume de ácido adicionado; e pHi é o pH correspondente a Vi.
Figura 10: Exemplo de curva de titulação e função de Gran (Amostra P03, Córrego
Brejão)
3.2.3. Elementos traços
Um conjunto de águas de 2013 do quadro projeto Fapesp nº 2011/12770-0 foi usado. Esta amostragem consiste nas águas dos principais rios, ao norte e sul no mesmo contexto geológico, assim como na saída das três microbacias estudadas, isto é Rio Verde 1, Riacho Claro, Córrego Fundo, Rio Verde 2, Rio Verde 3, Rio Negrinho II e Córrego Mumbuca assim como os pontos P02 – Córrego Negrinho I, P03 – Córrego Brejão e P07 – Córrego Lageado. As águas foram filtradas no local e acidificadas com HNO3 ultrapura e bi-destilada. As análises dos elementos traços foram realizadas por ICPMS no laboratório Géoscience Environnement Toulouse (GET) da Universidade Paul Sabatier (França).
3.3 TRATAMENTOS ESTATÍSTICOS
O tratamento estatístico será realizado a partir da Análise de Componentes Principais (ACP) é uma abordagem multivariada de modelagem. A ACP é uma técnica estatística que transforma linearmente um conjunto original de variáveis, inicialmente
correlacionadas entre si, num conjunto substancialmente menor de variáveis que contém a maior parte da informação do conjunto original (HONGYU, 2016).
Um dos principais usos da ACP ocorre quando as variáveis são originárias de processos em que diversas características devem ser observadas ao mesmo tempo. Esta técnica vem sendo estudada por autores como MORRISON (1976), SEBER (1984), REINSEL (1993), JACKSON (1980, 1981) e JOHNSON & WICHERN (1992, 1998).
A ACP tem sido um tratamento clássico de dados hidroquímicos, pois permite discriminar e hierarquizar, no tempo e/ou no espaço, processos responsáveis pela variabilidade desses dados. Esta análise coloca em evidência eixos fatoriais, sendo que cada eixo representa determinada porcentagem, ou fonte, de variabilidade química da amostragem. A contribuição de cada fonte na variabilidade total da amostragem é representada pelo valor próprio de cada eixo fatorial. O estudo desses valores permite hierarquizar fontes de variabilidade, bem como identificar processos a elas associados. Assim, o primeiro eixo fatorial é aquele que tem maior peso e valor próprio mais elevado, seguido pelo segundo e terceiro eixos, com valores próprios respectivamente menores. Por sua vez, os eixos fatoriais 1 e 2 formam o primeiro plano fatorial, e os eixos 1 e 3 formam o segundo plano fatorial (REZENDE FILHO, 2011).
O método da ACP mais pertinente para nossos estudos é aquele baseado em matrizes de correlações, onde as variáveis são normalizadas em função da média e do desvio padrão. Duas características fundamentais podem ser destacadas:
1. Cada variável apresenta o mesmo peso, independentemente do tipo de unidade escolhida mol/L, mmol/L, Meq/L, μS/m, μS/cm. Consequentemente, é possível tratar e comparar variáveis com unidades diferentes, sejam parâmetros físico-químicos (Ca2+, Na+ dentre outros, condutividade elétrica, temperatura), sejam parâmetros sem unidade de medida, como o pH.
2. Os eixos são ortogonais em um multiespaço, e isto traduz, teoricamente, processos independentes entre si. A hierarquização é feita em função do valor próprio associado a cada eixo. Em geral, nas ciências da terra, é delicado, e mesmo difícil, interpretar eixos fatoriais que representam menos de 10% da variabilidade total.
3.3.1. Espacialização dos Resultados
Os resultados da análise em componentes principais (ACP) aparecem, de forma condensada, em eixos fatoriais. Considerando que cada ponto de amostragem tem uma coordenada, os principais eixos fatoriais, classificados de acordo com seu valor próprio, podem ser distribuídos espacialmente na área de estudo e representados cartograficamente (ALMEIDA, 2015). A extrapolação dos dados foi realizada por krigagem automática a partir de um variograma linear com auxílio do software Surfer.
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CAPÍTULO 4
RESULTADOS E DISCUSSÕES
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.1 RESULTADOS
4.1.1 As características químicas das águas 4.1.1.2 Os Parâmetros físico-químicos
Os parâmetros físico-químicos (CE, pH, Temperatura e Turbidez) das duas (2) coletas de campo (período seco e período úmido) foram medidos in situ. A diferença temporal reside no fato dos rios durante a estação seca serem alimentados pelo escoamento de base, e, na estação úmida, ao contrário, eles recebem mais contribuições dos escoamentos superficiais. Os resultados são apresentados na Tabela 2.
Tabela 2: Parâmetros físico-químicos medidos no Campo Nº das
Amostra
Período Seco - 08/2017 Período Úmido - 04/2018
CE (µS/cm) pH Temp. (°C) Turb (NTU) CE (µS/cm) pH Temp. (°C) Turb (NTU)
Mi cr ob ac ia d o Có rr eg o Ne gr in h o I P01 5.73 6.05 22.8 6.78 15.9 6.72 24 22.1 P02 30.05 6.91 22.5 11.4 52.8 6.86 25.1 23.5 P17 15.69 6.4 25.4 34.8 19.94 6.72 25.2 11.7 P19 48.8 7.1 23.7 25.3 36.6 6.88 25.3 16 P23 11.96 6.2 21.7 31.5 20.6 6.85 22.4 13.5 P24 20.25 6.51 21.6 19.8 42.2 6.93 25.8 14.7 P25 77.2 6.78 23.4 14 104.2 7.15 32.2 21.3 P26 13.7 6.75 21.7 19.2 30.7 6.89 25.8 13.5 Mi cr ob ac ia d o Có rr eg o Br ejã o P03 190 6.11 21.8 4.09 143 6.54 24.8 18.2 P04 164 6.34 23.1 5.04 160.4 6.75 27.3 17 P05 86.2 6.79 24.7 16.5 150.7 6.58 27.7 23.9 P10 84.5 6.42 21.8 22.1 156.75 6.85 27.4 21.9 P13 109 7.07 22.5 38.5 106.5 6.81 25.8 19.8 P15 97 6.98 23.3 5.27 196.8 6.8 22.4 17.7 P16 15.63 6.7 24.2 5.9 17.75 6.5 22.9 6.49 P18 98.7 6.67 23.8 20.12 179 6.5 22.8 18.4 Mi cr ob ac ia d o Có rr eg o La ge ad o P06 61.4 7.05 22.8 22.7 76.3 7.17 25.2 17.6 P07 45.5 7.08 23.2 22.7 57.6 7.12 25.2 11 P09 44.7 7.56 23.5 10.3 44.1 6.75 25.5 8.57 P14 87.4 7.3 23.6 30 158.3 6.65 25.3 9.43 P20 40.6 6.79 23.6 3.05 42.3 6.35 25.4 4.3 P21 34.1 6.93 23.6 8.11 38.3 6.25 24.9 11.1 P22 59.9 6.27 24.1 19.3 -- -- -- -- P. Final P08 25.6 6.34 22.8 18.8 26 5.1 24.9 15.5
Observando a Tabela 2, vemos que as águas, em geral, estão próximas da neutralidade com valores de pH entre 5,1 e 7,56. Em contraste, a faixa de condutividade elétrica é bastante ampla variando de 5,73 a 190 µS/cm. As águas menos carregadas têm valores de CE muito baixos, perto da água da chuva. O valor de CE mais alto é observado no exutório do Córrego Brejão. A temperatura depende principalmente da hora de coleta
