V-013 - AVALIAÇÃO DE CORRELAÇÃO ENTRE TURBIDEZ E
CONCENTRAÇÃO DE SÓLIDOS SUSPENSOS EM BACIAS HIDROGRÁFICAS
COM USO E OCUPAÇÃO DIFERENCIADA
Edmilson Costa Teixeira(1)
Engenheiro Civil pela Universidade Federal da Bahia. Ph.D. em Engenharia de Recursos Hídricos pela Universidade de Bradford, Inglaterra. Professor Adjunto do Departamento de Hidráulica e Saneamento. Professor do Programa de Mestrado em Engenharia Ambiental da Universidade Federal do Espírito Santo (UFES).
Adriano Pósse Senhorelo
Engenheiro Agrônomo pelo Centro Agropecuário da Universidade Federal do Espírito Santo (CA-UFES). M.Sc. em Engenharia Ambiental pelo Centro Tecnológico da Universidade Federal do Espírito Santo (CT-UFES). Consultor Técnico do Grupo de Estudos e Ações em Recursos Hídricos (GEARH).
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RESUMO
O presente trabalho teve como objetivo principal avaliar a correlação entre turbidez e concentração de sólidos suspensos. Para isto, foram utilizados dados obtidos através do monitoramento realizado em cinco bacias hidrográficas pertencentes à Bacia do Rio Jucu Braço Sul - ES. As análises para a determinação da concentração de sólido em suspensão e turbidez foram realizadas utilizando-se o método gravimétrico e o método nefelométrico, respectivamente. A existência de boa correlação entre dados de concentração de sólidos suspenso e turbidez, e erros relativamente baixos encontrados entre valores de sólidos suspensos monitorados e aqueles obtidos pela equação de regressão, tornam promissor o uso da turbidez para a determinação indireta de teores de sólidos em suspensão. Contudo necessitando-se de estudos mais detalhados e extensão dos mesmos para aumentar a abrangência de sua aplicação.
PALAVRAS-CHAVE: Correlação, Turbidez, Sólido Suspenso, Bacia Hidrográfica, Uso/Ocupação.
INTRODUÇÃO
Para a calibração de modelos de aporte de sedimentos, faz-se necessária a realização de campanhas de campo para a medição de cargas de sedimentos atravessando as seções de controle. Tendo em vista diversas razões que levam à escassez de dados de cargas de sedimentos em corpos d’água, incluindo-se os altos custos, iniciativas que busquem a minimização de tal problema é altamente justificável. A exemplo disso, pode-se citar o recente estudo desenvolvido por Piccolo et al. (1999), onde avaliou-se a correlação existente entre a concentração de sólidos em suspensão, cor e turbidez para o Rio Jucu – ES, concluindo que as melhores correlações foram entre a concentração de sólidos em suspensão e turbidez, evidenciando que o parâmetro turbidez é o mais indicado para determinação indireta da quantidade de sólidos em suspensão. Esses autores sugerem o desenvolvimento de outros estudos que venham confirmar a validação dessa boa correlação para situações diversas, o que seria muito benéfico para a área de recursos hídricos, uma vez que a aquisição de dados de turbidez é bastante facilitada, e possibilitaria a determinação indireta de concentrações de sólidos em suspensão.
A turbidez representa uma propriedade ótica que mede como a água dispersa a luz. Esta dispersão aumenta com a quantidade de material particulado em suspensão; logo, a turbidez aumenta com a carga de sedimento suspenso. Partindo-se dessa informação, procurou-se avaliar o nível de correlação existente entre turbidez e concentração de sólidos suspensos, já que os limites estabelecidos pela Portaria no 36 do Ministério da Saúde, quanto aos sólidos em suspensão, são feitos através dos valores da turbidez, e a análise deste parâmetro é feita de forma rotineira nas ETA’s (Senhorelo, 2000).
Por tanto, o monitoramento da turbidez mostra-se com alternativa interessante nos estudos hidro-sedimentológicos, pois sua determinação é muito mais rápida e prática do que a dos sólidos em suspensão, além de poderem ser aproveitados em locais que não apresentam dados de sólidos em suspensão mas sim de turbidez.
O principal objetivo deste trabalho foi:
! Avaliar a existência de correlação entre dados de monitoramento de concentrações de sólidos suspensos e de turbidez medidos nos exutórios das bacias em estudo.
MATERIAL E MÉTODOS
Foram realizadas oito campanhas de campo, em dias com e sem chuva, para o monitoramento da concentração de sólidos suspensos, vazão e turbidez em cinco bacias, Bacia do Córrego São Floriano, Boa Vista, Nova Almeida, Batatal e Rancho Alegre, pertencentes à Bacia do Rio Jucu Braço Sul (ES), que possui uma área de 344,38 km2, localizada na região serrana do Estado do Espírito Santo, abrangendo partes dos municípios de Domingos Martins, Marechal Floriano, Matilde e Conceição do Castelo, entre as coordenadas U.T.M. 7749904 (N) 327655 (E) e 7728256 (S) 289945 (W).
A Sub-bacia do Rio Jucu Braço Sul faz limite ao Norte e a Leste com a Sub-bacia do Rio Jucu Braço Norte, ao Sul com a Bacia do Rio Benevente e a Oeste com a Bacia do Rio Itapemirim.
A localização da área, assim como as cinco bacias utilizadas no desenvolvimento do estudo encontram-se apresentadas na figura 1.
Figura 1 – Localização da área de estudo.
S e rr a A r ac r uz Fu ndã o V ila Velh a G ua r a pa r i D om ingos Ma rt in s C a c ho e ir o de Ita pe m ir im M im oso do Sul M uqui A le gr e C onc . da B a rr a S . Ma teu s P inheir os B . Es pe ra nç a N ov a V e né cia E c opo ra nga M ina s G erais B ah ia R io d e Ja neiro Bacia Hidrográfica do Rio Jucu
Bacia do Rio Jucu
Braço Sul
Legenda
- documentos cartográficos: cartas topográficas do Brasil, confeccionadas pelo IBGE, onde a bacia do Rio Jucu Braço Sul está compreendida nas cartas de Domingos Martins, Araguaia, Matilde e Conceição do Castelo;
- equipamentos de medições de vazão e de coleta de sedimentos: medidor de velocidade fabricado pela Nixon Instrumentation; garrafas plásticas de um litro, devido à pequena seção dos cursos d’águas; - equipamentos laboratoriais: turbidímetro (COLE PARMER, NILES, ILLINOIS – 60714), membrana
filtrante, equipamento de sucção pela base, estufa, mufla, dessecador e balança de precisão;
- réguas graduadas, fita métrica, garrafas de amostras, etc., utilizadas nas medições diretas em campo. As coletas e análises das amostras seguiram as normas da ABNT e o “Standard Methods for Analysis of Water and Wastewater” (APHA, 1992).
As análises para a determinação da concentração de sedimento em suspensão foram realizadas no Laboratório de Hidráulica e Saneamento da Universidade Federal do Espírito Santo (UFES), utilizando-se o método gravimétrico, com o uso de filtro de microfibras com diâmetro de 47mm, que retém partículas de diâmetro de 1,2 µ ou maior. A secagem foi feita em estufa a 110° C e a pesagem em balança de precisão, após atingir a temperatura ambiente em dessecador.
Em laboratório também foi realizada a análise de turbidez, utilizando-se o método nefelométrico. Os dados de turbidez foram utilizados no presente estudo para avaliar a correlação com os dados de concentração de sólido em suspensão.
RESULTADOS
A verificação da existência de correlação entre os parâmetros considerados baseou-se na avaliação de coeficientes de determinação R2, resultantes de análises de regressão. Testou-se regressões do tipo linear, exponencial e potência.
A figura 2 mostra três gráficos relacionando a turbidez (uT) com os sólidos em suspensão (mg/l), para todos os dados e também separando-os pela ocorrência ou não de chuva. São plotados os dados analíticos e as respectivas curvas de regressão que apresentaram as melhores correlações, assim como a equação da curva e a correlação encontrada (R2).
A tabela 1 expõe os valores de R2, estes sendo obtidos utilizando-se regressões do tipo linear, potência e exponencial para os parâmetro considerados.
Tabela 1 – Valores obtidos para R2 a partir dos diferentes tipos de regressão.
REGRESSÃO TODOS OS DADOS DADOS C/ CHUVA DADOS S/ CHUVA
Linear 0,9821 0,9850 0,8211
Potência 0,9605 0,9734 0,8050
Exponencial 0,8042 0,8639 0,9169
Observando-se a figura 2 e/ou a tabela 1, pode-se notar que para todos os casos a correlação foi boa, principalmente para todos os dados e para dias com chuva.
Resultados semelhantes foram obtidos por Piccolo et al. (1999), num trabalho de avaliação da correlação entre sólidos em suspensão, cor e turbidez para a água captada no Rio Jucu. O que comprova, realmente existir uma boa correlação entre turbidez e concentração de sólidos suspensos.
Figura 2 – Correlação entre turbidez e sólido suspenso, para todos os dados e separando-os por valores com ou sem chuva.
TURBIDEZ X SÓLIDO SUSPENSO (Com Chuva)
SS = 1,0T+ 8,8
R
2= 0,9850
0
20
40
60
80
100
120
0
20
40
60
80
100
TURBIDEZ (T)
SÓLIDO SUSPENSO
(SS)
M ED IÇ Ã O
Regressão Li
near
TURBIDEZ X SÓLIDO SUSPENSO (Todos os Dados)
SS = 1,0T + 6,3
R
2= 0,9821
0
20
40
60
80
100
120
0
20
40
60
80
100
TU RBID EZ (T)
SÓLIDO SUSPENSO
(SS)
M ED IÇ Ã O
Regressão Li
near
TURBIDEZ X SÓLIDO SUSPENSO (Sem Chuva)
SS = 4,8e
0,1TR
2= 0,9169
0
5
10
15
20
0
5
10
15
TU RBID EZ (T)
SÓLIDO SUSPENSO
(SS)
M ED IÇ Ã O
Reg. Exponenci
al
Calculou-se, também, os erros mínimo, máximo e médio entre os valores medidos de sólido suspenso e os obtidos pela curva de regressão, chegando-se a valores de 0,5%, 18,1% e 13,6%, respectivamente. Para a engenharia, de um modo geral, esses valores apresentam-se como satisfatórios, necessitando-se, porém, dar continuidade às investigações de uma forma mais detalhada, ou seja, levando-se em consideração aspectos como: tamanho e arranjo das partículas em suspensão, concentração de sólidos suspensos, e outros fatores que influenciam a turbidez. Podendo-se comprovar ou não a metodologia e determinar até que limite de concentração de sólidos suspensos a correlação é válida.
Logo, há a necessidade de extensão dos estudos para que se possa confirmar os resultados obtidos no presente trabalho e por Piccolo et al. (1999).
Vários trabalhos estão sendo desenvolvidos em diversos países com o intuito de se desenvolver aparelhos que meçam a concentração de sólidos suspensos a partir de medidas de turbidez, já existindo alguns tipos e modelos de turbidímetros que realizam tal medição. Mostrando que os estudos relacionados com esse assunto devem ser também implementados aqui no Brasil, tendo em vista os benefícios à área ambiental e às outras áreas de um modo geral.
Com o intuito de contornar o problema de escassez de dados de sólidos suspensos procurou-se avaliar tal correlação. Pois, entre outros estudos, os dados de sólidos suspensos (gerados indiretamente a partir dos valores de turbidez) podem ser utilizados na calibração de modelos de aporte de sedimentos, o que se mostra altamente justificável tendo em vista os benefícios à área de recursos hídricos.
CONCLUSÃO
Depois da análise dos dados, chegou-se à seguinte conclusão:
• A existência de boa correlação entre os dados de turbidez e concentração de sólidos em suspensão observada no presente estudo e por Piccolo et al. (1999), e os relativamente baixos resultados dos erros entre valores de sólidos suspensos obtidos pelo monitoramento e pela curva de regressão, indicam ser promissora a determinação indireta de concentrações de sólidos suspensos a partir de valores de turbidez.
RECOMENDAÇÃO
• Existe a necessidade de se efetuar um estudo mais detalhado da correlação entre turbidez e a concentração de sólido suspenso, levando-se em consideração aspectos que influenciam a turbidez, como: tamanho e geometria da partícula, concentração de sólidos em suspensão, dentre outros. E extensão dos estudos, com o objetivo de aumentar a representatividade estatística da função de regressão e a abrangência de sua aplicação, contribuindo para reduzir alguns problemas relacionados a recursos hídricos.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem a FINEP (RECOPE/REHIDRO – Subrede 3), que viabilizou financeiramente a pesquisa que deu origem ao presente trabalho.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. APHA (American Public Health Association). Standard Methods for the Examination of Water and wastewater. 18.ed. Washington, 1992.
2. Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) – NBR 9898.
3. CARVALHO, Newton de Oliveira. Hidrossedimentologia prática. Rio de Janeiro : CPRM, 1994. p. 111-166. 4. Ministério da Saúde. Portaria n. 36. Brasília, 19/01/90.
5. PICCOLO, M., A., M., PINTO, C., A., TEIXEIRA, E., C. Correlação entre sólidos em suspensão, cor e turbidez para a água captada no Rio Jucu - ES. In : XX CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL, 1999, Rio de Janeiro.
6. SENHORELO, Adriano Pósse. Inter-relações entre bacias hidrográficas com diferenciados solos, características físicas, uso/ocupação da terra e perda de solos por erosão laminar e aporte de sedimentos.
