U N I V E R S I D A D E D O V A L E D O I T A J A Í
CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS
DA TERRA E DO MAR
Curso de Engenharia Ambiental
AVALIAÇÃO DA QUALIDADE DE ÁGUA DO ESTUÁRIO DO RIO
ITAJAÍ-AÇU EM RELAÇÃO AO USO E OCUPAÇÃO DO SOLO NOS
ANOS DE 2004 A 2011
Ac: Cátia Milene Ehlert von-Ahn
Orientador: Jurandir Pereira Filho, Dr
Co-orientador: João Thadeu Menezes,Dr
U N I V E R S I D A D E D O V A L E D O I T A J A Í
CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS
DA TERRA E DO MAR
Curso de Engenharia Ambiental
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
AVALIAÇÃO DA QUALIDADE DE ÁGUA DO ESTUÁRIO DO RIO
ITAJAÍ-AÇU EM RELAÇÃO AO USO E OCUPAÇÃO DO SOLO NOS
ANOS DE 2004 E 2011
Cátia Milene Ehlert von-Ahn
Monografia apresentada à banca
examinadora
do
Trabalho
de
Conclusão de Curso de Engenharia
Ambiental como parte dos requisitos
necessários para a obtenção do
grau de Engenheiro Ambiental.
DEDICATÓRIA
“Dedico em especial a minha mãe, exemplo da minha vida, este e todo e qualquer sucesso que por ventura venha alcançar”
AGRADECIMENTOS
Agradeço a todas as pessoas que contribuíram direta ou indiretamente para que o objetivo deste projeto fosse alcançado.
Em especial,
- Ao meu orientador, Jurandir Pereira Filho, pela sua imensa ajuda, paciência, atenção e incentivo que me foram dados durante todo esse tempo que trabalhamos juntos, pois sem essa colaboração não seria possível a realização deste e de outros trabalhos. Pela amizade e companheirismo que se estabeleceu durante este período.
- Ao meu co-orientador, João Thadeu de Menezes, pelo apoio e pela ajuda nos diversos problemas encontrados no decorrer do projeto.
-A banca, prof. Katia Naomi Kuroshima e prof. Rafael Medeiros Sperb, pelas considerações feitas na primeira parte deste trabalho.
- A minha família pelo apoio em todos os momentos e por fazer acreditar que sou capaz de chegar onde eu desejar, a ser uma pessoa digna e humilde e principalmente a alcançar o sucesso.
- A todas as pessoas que passaram pelo Laboratório de Oceanografia Química durante o tempo que estive trabalhando nele, que por algum motivo colaboram para este e outros trabalhos desenvolvidos e que se tornam parceiros da vida.
-Aos meus amigos da faculdade (em especial a Jaque e o Mauricio que me acompanharam em todos os momentos nestes últimos 5 anos), que tornaram esta jornada acadêmica muito mais interessante, intelectual e divertida. Pela amizade, convivência, críticas, conselhos, diversão e presença nos momentos mais estressantes de uma vida acadêmica e dos momentos felizes que tivemos o privilégio de compartilhar.
-Aos meus “antigos” amigos que mesmo longe sempre me apoiaram, acreditaram no meu sucesso e que me deram muita força nos momentos de saudade. Sem vocês eu não estaria aqui.
-Aos meu professores, por me ensinar o que é amor pela profissão, por me transmitir conhecimento e por me ensinar a ser um profissional competente e ético
- A FAPESC pela ajuda financeira concedida a este projeto.
RESUMO
O presente estudo consistiu na avaliação espacial e temporal da qualidade de água ao longo do estuário do rio Itajaí-Açu entre os anos de 2004 a 2011 em relação ao uso e ocupação do solo nas áreas adjacentes ao estuário. Foram avaliados os parâmetros físico-químicos, nutrientes inorgânicos dissolvidos, COP, DBO5, Cla-a, MPS e Coliformes fecais de
dados de 2003 a 2011. A avaliação do uso e ocupação do solo foi realizada através do processamento digital de imagens e de dados socioeconômicos do IBGE. O estuário foi dividido em três segmentos (alto, médio e baixo). Na avaliação espacial os altos valores de MPS (82,7±114 mg/l), DBO (2,4 ± 0,9 mg/l) e COP (203,8 ± 230 µM) se associaram a regiões de maior população e área agrícola. O médio e baixo estuário apresentaram altos valores de amônio (22,9±11,9 µM) sugerindo que há entrada de material orgânico neste segmento. Na análise temporal foi percebível que a descarga fluvial (315 ± 343 m³/s) foi o principal agente das alterações das variáveis de qualidade de água. Ao comparar os valores de qualidade de água de toda a série de dados com a resolução CONAMA 357/05 observou-se que o alto estuário apresentou seus valores conforme o exigido. O médio e o baixo estuário apresentaram inconformidades. Esse fato é um sinal de alerta para que ocorra um melhor gerenciamento das atividades desenvolvidas na bacia.
ABSTRACT
The present study was to evaluate to the water quality of the Itajaí-Açu river estuary from 2004 to 2011 comparing with the use and occupation of the land in areas adjacent to the estuary. We evaluated physicochemical parameters, dissolved inorganic nutrients, POC, BOD, Cla-a, SPM and fecal coliform using data from 2003 to 2011. The evaluation of the use and occupation of land was made by processing images and socioeconomics datas from IBGE. The estuary was divided in three segments (high, medium and low). From the spatial analysis, high values of SPM (82,7±114 mg/l), POC (203,8 ± 230 µM), BOD (2,4 ± 0,9 mg/l) were associated with regions with high population and agricultural area. The middle and lower estuary showed high levels of NH4+ (22,9±11,9 µM)suggesting that is input of organic
material in this segment. In temporal analysis was verified the strong influence of the river discharge (315 ± 343 m³/s) in the system. By comparing the values of the water quality of the entire data set with CONAMA 357/05 Resolution it was observed that the high estuary presented their values as required. The middle and lower estuary showed their values, outside the standards required.This is an alert to take place a better management of activities in the drainage basin.
SUMÁRIO
Dedicatória ... i Agradecimentos ... ii Resumo ... iii Abstract ... iv Sumário ... vLista de Figuras ... vii
Lista de Tabelas ... ix 1 Introdução ... 1 1.1 Objetivos ... 3 1.1.1 Geral ... 3 1.1.2 Específicos ... 3 2 Fundamentação Teórica ... 4 2.1 Estuário ... 4 2.2 Qualidade de água ... 5
2.3 Uso e ocupação do Solo ... 6
3 Metodologia ... 10
3.1 Área de estudo ... 10
3.2 Métodos ... 11
3.2.1 Descrição dos trechos de amostragem ... 12
3.2.2 Uso e ocupação do solo ... 13
3.2.4 Tratamento dos dados ... 15
4 Resultados ... 17
4.1 Uso e ocupação do solo ... 17
4.2 Descarga Fluvial ... 23
4.3 Qualidade de água ... 23
4.3.1 Variáveis físico-químicas ... 25
4.3.2 Material Particulado em Suspensão ... 28
4.3.3 Material orgânico ... 29
4.3.4 Variável Biológica ... 31
4.3.5 Clorofila-a ... 33
4.3.6 Nutrientes dissolvidos inorgânicos ... 33
4.3.7 Análise Multivariada ... 38
4.3.8 Comparação com a legislação pertinente ... 44
5 Discussão ... 46
6 Considerações Finais ... 55
7 Referências ... 57
Apêndice 1 ... 61
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Área de estudo com as estações amostrais ... 11
Figura 2 - Fluxograma com etapas para elaboração do projeto ... 12
Figura 3 - Mapa de uso e ocupação do solo para o ano de 2004 ... 18
Figura 4 - Mapa de uso e ocupação para o ano de 2010 ... 19
Figura 5 - Gráfico com as respectivas áreas de uso e ocupação do solo para os anos de 2004 e 2010. ... 20
Figura 6 - Média do dia da coleta e os dois dias que antecederam a coleta dos dados da descarga fluvial dos anos de 2003 a 2011 na estação de Indaial. A linha horizontal indica a média histórica (280 m³/s)... 23
Figura 7 - Variação da temperatura para (A) Alto estuário (B) Médio estuário (C) Baixo estuário com as respectivas média, Desvio padrão, máximo e mínimo ... 25
Figura 8 - Variação da salinidade no médio e baixo estuário ... 26
Figura 9 - Variação do pH ao longo do período no (A) Alto estuário (B) Médio estuário (C) Baixo estuário com suas respectivas média, desvio padrão, máximo e mínimo. ... 27
Figura 10 - Variação da concentração de Oxigênio dissolvido para o (A) Alto estuário (B) Médio estuário (C) Baixo estuário com as respectivas média, desvio padrão, máximo e mínimo. ... 28
Figura 11 - Variação do Material Particulado em Suspensão no (A) Alto estuário (B) Médio estuário (C) Baixo estuário e suas respectivas média, desvio padrão, máximo e mínimo .... 29
Figura 12 - Variação do COP no (A) Alto estuário (B) Médio estuário (C) Baixo estuário ... 30
Figura 13 - Variação da DBO para (A) Alto estuário (B) Médio Estuário (C) Baixo Estuário e suas respectivas média, desvio padrão, máximo e mínimo. ... 31
Figura 14 - Variação dos coliformes fecais para (A) Alto estuário (B) Médio estuário (C) Baixo Estuário... 32
Figura 15 - Variação da Cla-a para (A) Alto estuário (B) Médio Estuário (C) Baixo Estuário 33 Figura 16 - Variação do nitrogênio amoniacal no (A) Alto estuário (B) Médio estuário (C) Baixo Estuário... 34 Figura 17 - Variação do nitrito para (A) Alto estuário (B) Médio estuário (C) Baixo Estuário 35
Figura 18 - Variação do nitrato para o (A) Alto estuário (B) Médio estuário (C) Baixo estuário. ... 36 Figura 19 - Variação do Fosfato no (A) Alto estuário (B) Médio estuário (C) Baixo Estuário 37 Figura 20 - Variação de Silício no (A) Alto estuário (B) Médio estuário (C) Baixo estuário ... 38 Figura 21 - Análise de agrupamento sobre a média padronizada para todas as variáveis ... 39 Figura 22 - Análise de agrupamento sobre a média padronizada das variáveis ... 39 Figura 23 - Plano formado pelos eixos 1 e 2 da ACP feita sobre a matriz de dados de qualidade de água originais do alto estuário mostrando as variáveis (modo R) ... 40 Figura 24 - Plano fatorial formado pelos eixos 1 e 2 da ACP sobre os dados do alto estuário mostrando os meses (Modo Q). ... 41 Figura 25 - Plano formado pelos eixos 1 e 2 da ACP feita sobre a matriz de dados do Baixo estuário mostrando as variáveis (modo R). ... 42 Figura 26 - Plano fatorial formado pelos eixos 1 e 2 da ACP sobre os dados do Baixo estuário mostrando os meses (Modo Q). ... 43
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Uso e ocupação do solo com imagens LANDSAT de 2002 para a porção final da Bacia do Rio Itajaí-Açu. Fonte: Pereira Filho et al, 2010. ... 8 Tabela 2 - Uso e ocupação do solo para a porção final da bacia hidrográfica do rio Itajaí-açu com imagem de LANDSAT de 1997. Fonte: SOPPA, 2004 ... 8 Tabela 3 - Metodologia para determinação dos parâmetros químicos em estudo com sua determinada referência ... 15 Tabela 4 - Dados de população, área do município e agricultura do Alto, Médio e Baixo estuário. FONTE: IBGE (2012) ... 21 Tabela 5 - Dados de população e área agrícola para bacia hidrográfica do rio Itajaí-Açu. FONTE: IBGE (2012) ... 22 Tabela 6 - Média, desvio padrão, máximo, mínimo e N amostral das variáveis de qualidade de água em estudo para superfície em cada segmento do estuário ... 24 Tabela 7 - Descrição dos grupos de meses formadas através da análise do PCA ... 43 Tabela 8 - Limites estabelecidos pela resolução CONAMA 357/2005 para as variáveis em estudo ... 44 Tabela 9 Porcentagem de inconformidade das variáveis que constam na resolução CONAMA 357/05 ... 45 Tabela 10 - Porcentagem de inconformidade das variáveis que constam na resolução CONAMA 357/05 em relação alta e baixa descarga ... 45
1 I
NTRODUÇÃOBacia hidrográfica é o conjunto da interação da água e de outros recursos naturais como: a topografia, geomorfologia, a vegetação e o clima. Ela corresponde a uma unidade natural, onde seus limites são criados pelo próprio escoamento das águas sobre a superfície (Bringante & Espíndola, 2005).
Os resultados dos fenômenos naturais e da atuação do homem no uso e ocupação do solo na bacia hidrográfica são refletidos diretamente na qualidade de água, pois o rio principal é eleito como representante de uma bacia hidrográfica. Seus principais fenômenos ecológicos são avaliados através dos níveis de interferência dos processos ocorridos em sua área de entorno (Bringante & Espíndola, 2005). A geração de despejos domésticos e industriais e o uso de defensivos agrícolas contribuem na introdução de substâncias estranhas na água afetando assim sua qualidade (Von Sperling, 2005).
O litoral do Estado de Santa Catarina é corpo receptor de diversos rios situados em diversas bacias hidrográficas como a do rio Araranguá, do rio Tijucas, do estuário da baia da Babitonga e do rio Itajaí-Açu. A bacia hidrográfica do rio Itajaí-Açu está localizada em um dos locais economicamente mais importantes do estado de Santa Catarina, o Vale do Itajaí, que se encontra em expansão econômica. Além disso compreende em torno de 50 municípios, com uma população de cerca de 1 milhão de habitantes.
A bacia do rio Itajaí-açu drena uma área de 15.500 km² e deságua no Oceano Atlântico, sendo considerada a maior bacia da Vertente Atlântica catarinense (Schettini, 2002) encontra-se dividida em três regiões: o alto, médio e baixo vale. O alto vale é representado por atividades agrícolas colaborando com uma grande quantidade de efluentes contendo defensivos agrícolas ou dejetos de animais, o médio vale compreende atividades industriais contribuindo com efluentes químicos (Silva e Pereira filho, 2010). Já o baixo vale, que além de receber a drenagem da bacia possui diversos terminais portuários e indústrias pesqueiras em suas margens e é onde está localizado o estuário do rio Itajaí-Açu.
Situados na interface entre oceano e continente, os estuário são caracterizados pela diluição da água do mar pela água fluvial. Estes rios costeiros fornecem um habitat ideal para diversos organismos, rotas de transporte de nutrientes provindos das bacias de drenagem e oportunidades de lazer para a população (Hobbie, 2000). Muitos destes ambientes contribuíram para o desenvolvimento de grandes municípios, com isso os estuários sofrem alterações nos processos de sedimentação e erosão, descarga fluvial e na qualidade de água em virtude de fenômenos naturais ou pela ação do homem ao decorrer do tempo (Miranda, 2002).
Em consequência destas alterações programas de monitoramento ambientais se tornaram um ponto de partida para elaboração de diagnósticos e avaliação dos ambientes estuarinos. No estuário do Rio Itajaí-Açu programas de monitoramento foram desenvolvidos e demonstraram que a qualidade química da água sofre deterioração principalmente na porção final do estuário, tendo como causa as ocupações de suas margens com destaque a agricultura e efluentes domésticos e industriais (Silva & Pereira filho, 2010)
A renovação de águas de um estuário e assimilação de substâncias nele introduzidas depende de uma série de processos físicos, químicos, geológicos e biológicos os quais interagem entre si de forma complexa. Portanto para evitar a degradação desses corpos hídricos é importante que toda a interferência externa seja planejada, monitorada e simulada (Miranda, 1984).
Para subsidiar o planejamento, monitoramento e a gestão ambiental são indispensáveis: conhecer a distribuição geográfica desses recursos, as intervenções humanas e a dinâmica de uso e cobertura da terra. Neste contexto pode-se dar a importância ao uso de técnicas de sensoriamento remoto, o qual consiste em obter informações sobre um objeto que não está em contato com este, através de câmeras fotográficas ou instrumentos imageadores a bordo de satélites (Bastistella, et al., 2008).
Diante da complexidade de um corpo hídrico, como o estuário do rio Itajaí-Açu, a análise do uso e ocupação do solo, principalmente nas porções contíguas ao sistema, associados aos dados de parâmetros ambientais apresenta-se como uma boa ferramenta para o entendimento das características do recurso e como ele vem se comportando diante das atividades que vem sendo realizadas em suas margens. Iniciativas de monitoramento procuram acompanhar a variação de parâmetros ambientais ao longo do tempo. Na detecção de mudanças as imagens são adquiridas em intervalos de tempo para que se possam caracterizar as modificações no ambiente (Gherardi & Carvalho,2005).
São poucos os locais que possuem uma série histórica de dados de qualidade de água como o caso do estuário Itajaí-Açu. Portanto este trabalho terá a oportunidade de avaliar a qualidade de água relacionando-a com o uso e ocupação do solo em um intervalo considerável de tempo, de forma a permitir a visualização e interpretação de como o ambiente responde aos principais problemas ambientais relacionados ao seu entorno.
1.1 O
BJETIVOS1.1.1 Geral
Avaliar a variação espaço-temporal da qualidade de água em relação ao uso e ocupação do solo no estuário Itajaí-açu entre os anos de 2004 a 2011.
1.1.2 Específicos
- Avaliar os parâmetros físico-químicos, nutrientes, clorofila-a, coliformes fecais, DBO5, COP, MPS dos anos de 2004 a 2011.
- Avaliar a evolução da qualidade de água dos anos de 2004 a 2011.
- Avaliar o uso e ocupação do solo, para área de influência que compreende a porção final da bacia hidrográfica do rio Itajaí-açu, para os anos de 2004 e 2010.
- Relacionar a evolução do uso e ocupação do solo com a variação da qualidade de água no período 2004 a 2011
2 F
UNDAMENTAÇÃOT
EÓRICA2.1 E
STUÁRIOA bacia hidrográfica pode ser considerada um sistema físico, sendo uma área de captação natural da água que faz convergir os escoamentos para um único ponto de saída, o exutório (Silveira, 2001). As bacias hidrográficas situadas em regiões costeiras são drenadas por rios que desembocam no mar, de modo que sua porção final corresponde ao estuário. Estuários estão situados na interface oceano continentes, são corpos de água semifechados diluídos pela água vinda do mar. Constituem um importante elo na ecologia, uma vez que por eles passa a maior parte da matéria originada da decomposição intempérica das bacias de drenagem dos continentes em direção ao oceano.
O termo estuário é utilizado para indicar a região interior de um ambiente costeiro, onde ocorre o encontro das águas fluviais com a água marinha transportada pelas correntes de maré se estendendo até o limite da influência da maré (Miranda, et. al, 2002). Este ambiente geralmente é dividido em três setores: o estuário inferior ou marinho com ligação livre para o oceano; estuário médio sujeito a intensa mistura da água do mar com a fluvial; e estuário superior ou fluvial caracterizado por água doce, porém sujeito a influência da maré (Dionne, 1963).
Estes ambientes tipicamente não são homogêneos, com suas propriedades variando em amplas escalas de espaço e tempo. Em escala temporal, as suas propriedades podem variar num intervalo menor que um ciclo de maré ou num intervalo maior a um ciclo sazonal ou anual. Essas variações dependem basicamente da influência da descarga fluvial, oscilações de maré, da circulação da região costeira adjacente, parâmetros meteorológicos, características geomorfológicas e geológicas do estuário (Miranda, 1984).
Os estuários são caracterizados pela diversidade biótica e alta produção primária (Hobbie, 2000). Sendo também a rota principal de entrada de nutrientes inorgânicos dissolvidos, provenientes do continente, no ambiente costeiro (Pereira Filho et al., 2001). O estuário do rio Itajaí-Açu, é o maior sistema fluvial entre o sistema lagunar dos patos-mirim no Rio Grande do Sul e o rio Ribeira do Iguape em São Paulo, recebe o aporte da maior bacia da vertente atlântica catarinense (Schettini, 2002).
A descarga fluvial é uma das principais forçantes que governam a hidrodinâmica do estuário do rio Itajaí-Açu. Tipicamente ela apresenta dois picos de máxima em fevereiro e outubro e de mínimas em abril e dezembro. Sendo notável a variação da descarga durante todo o ano (Schettini, 2002).
O terreno circundante dos estuários são na maioria das vezes planícies aluvias férteis aptas para agricultura ou para áreas urbanas (Eldson, et al., 2009). A bacia hidrográfica que
compreende o estuário do rio Itajaí-Açu está situada em um dos locais mais importantes do Estado de Santa Catarina. A área em estudo engloba os dois municípios mais populosos da bacia: Blumenau com mais de 300.000 habitantes e Itajaí com quase 200.000 habitantes no ano de 2010 (IBGE, 2012). Além destes municípios o estuário percorre também pelos municípios de Indaial e Gaspar com aproximadamente 50.000 habitantes e Ilhota com um pouco mais de 10.000 e Navegantes em torno 60.000 habitantes (IBGE, 2012).
2.2 Q
UALIDADE DE ÁGUACom o aumento da população é inevitável as mudanças de uso da terra nas regiões costeiras, local de grande concentração populacional, afetando assim o fluxo de águas, os sedimentos a matéria orgânica e os nutrientes inorgânicos no estuário (Hobbie, 2000). Com o resultado da crescente pressão sobre os ecossistemas costeiros de todo mundo, as cargas de sedimento em suspensão, nutrientes, produtos químicos oriundos de indústrias, pesticidas entre outros, causam declínios na qualidade de água dos rios e estuários, podendo exercer influência também sobre a região costeira (Schaffelke et al., 2001).
Consequentemente as alterações, tanto naturais ou de origem antrópica influenciam na hidrodinâmica, nos processo advectivos, dispersivos e de difusão turbulenta que misturam a água doce com a do mar e no transporte das substâncias e, portanto em suas concentrações (Bonetti Filho & Miranda, 1997). A renovação das águas dos estuários depende de interações físicas, químicas e biológicas ainda pouco compreendidas, portanto a introdução de substâncias ou de energia nas águas estuarinas podem acarretar diversas modificações neste sistema.
Vários são os exemplos de ambientes onde a qualidade dos corpos aquáticos mostra declínio em função do aumento das pressões exercidas pelo homem. No nordeste de Austrália a preocupação com os efeitos negativos causados pelos escoamentos terrestres levou a formulação de um Plano de proteção de água do Recife (Reef Plan) para as bacias adjacentes a lagoa costeira de barreiras de Recifes a fim de melhorar e ordenar o território e assim garantir a qualidade de água que entra na lagoa não comprometendo o ecossistema (Schaffelke, et al., 2011).
No estuário de Santos e São Vicente encontrou-se valores para os parâmetros ambientais fora dos padrões exigidos pela legislação no período do verão, isto porque nesta região está localizado o polo de indústrias de Cubatão e ao relacionar este estuário com o de Cananéia observou-se valores diferenciados, visto que o Cananéia está preservado em relação ao Santos - São Vicente (Azevedo & Braga, 2011).
No Rio Santana em Ilhéus, BA foi feito um levantamento de tensores de origem antrópica e seus possíveis impactos sobre o sistema estuarino, tendo como prejuízo na
qualidade de água os efluentes domésticos e resíduos sólidos e a remoção da cobertura vegetal (Azevedo & Braga, 2011). Valores elevados de amônio e silicato registrados no estuário Barra das Jangadas-PE são resultados dos aportes antrópicos diretos e indiretos através dos efluentes domésticos e industriais dos municípios adjacentes, descarga fluvial e lixiviação o que provoca deterioração na qualidade de água (Noriega, et. al., 2005).
No estuário do rio Itajaí-Açu houve um incremento das concentrações de NH4- e NO2- ao
longo do estuário. Visto que, em geral os nutrientes diminuem com a influência da salinidade, por serem de origem natural ou antrópica originados na bacia de drenagem e se diluem conforme seguem em direção a boca do estuário. Esse incremento evidência a influência da entrada do afluente Rio Itajaí Mirim no estuário e a presença de indústrias pesqueiras na porção final do estuário que tem como características efluentes contendo amônio. E o nitrito como resultado do processo de nitrificação (Pereira Filho, et. al, 2010).
O estuário do rio Itajaí-Açu corta o município de Blumenau, estando notável a diferença na química da água neste trecho. Detectou-se incremento da matéria orgânica, diminuição do oxigênio dissolvido, o qual pode ser provindo de efluentes industriais e domésticos, pois mesmo Blumenau sendo um importante município ainda é desprovido de tratamento de efluentes (Pereira Filho et al, 2010).
Em 37 km do estuário foi identificado 131 entradas de poluentes, sendo as principais entradas de fonte poluidora de origem industrial, doméstica e de culturas cultivadas ao longo do estuário (Espinoza & Abrahan, 2005). Portanto é de extrema importância realizar o constante monitoramento com a finalidade de diagnosticar a condição do corpo hídrico
O monitoramento de longo período é uma ferramenta importante para ser ter uma resposta das modificações ocorridas na qualidade de água em relação às mudanças no uso e ocupação das áreas adjacentes. Kuroshima & Belloto (2009) relataram um significativo aumento de todos os nutrientes no estuário rio Itajaí-Açu, os compostos nitrogenados aumentaram em média 102% e o fosfato em água superficial 130%. O oxigênio dissolvido diminuiu, em torno de 20% em relação a 10 anos anteriores.
2.3 U
SO E OCUPAÇÃO DOS
OLOA influência das atividades do homem nos estuários não foi reconhecida como importante até meados do século XIX, antes dessa época as atividades estavam limitadas a descarga de efluentes domésticos e mais remotamente a erosão nas áreas agrícolas que ocasionava transporte de sedimentos para o rio. A partir de meados deste século houve uma enorme expansão das atividades em complexos industriais instalados nas proximidades dos estuários, construção de barragens e indústrias pesqueiras, expansão populacional nas cidades próximas aumentando consideravelmente a influência do homem
nestes ambientes colocando em risco o desenvolvimento sustentável destes (Miranda, 1984).
As primeiras áreas ocupadas no processo de colonização da bacia do Rio Itajaí-açu foram aquelas localizadas no entorno da Foz do Itajaí-Açu, por volta dos anos de 1850, enquanto a industrialização desta região foi iniciada em 1880, com as primeiras indústrias têxteis, instaladas nos municípios de Blumenau e Brusque. Nesta mesma década as indústrias têxteis já haviam ganhado força, ocasionando um aumento de 8 vezes na exportação destes produtos, tornando o Vale do Itajaí como o segundo polo têxtil do país. Estes grupos econômicos ligados ao setor têxtil do Vale do Itajaí partiram então para diversificação de seus investimentos, entrando em diferentes ramos econômicos, como: alimentício, comercial e financeiro (Goularti Filho, 2002).
A porção final da bacia do Rio Itajaí-Açu constitui atualmente um dos mais importantes polos industrial e urbano do Estado, cujas atividades principais são a industrial têxtil, metal mecânico, de papel, além das indústrias de beneficiamento do pescado no município de Itajaí e Navegantes (Bellotto, et al., 2009). Nas margens do rio tem-se 70 industriais de pescado, tornando a cidade de Itajaí o maior porto pesqueiro do Brasil (Pereira filho et al, 2010). Próximo à foz encontra-se também um elevado grau de ocupação das margens por cais de atracação de embarcação de pesca, estaleiros, portos e orla urbana das cidades de Itajaí e Navegantes (Schettini & Truccolo, 2009).
Além das atividades industriais a agricultura vem crescendo bastante nesta região, principalmente o cultivo de arroz irrigado. A rizicultura é a principal atividade agrícola dos municípios situados na porção final da bacia do Itajaí, como Gaspar, Ilhota, Luiz Alves Navegantes e Itajaí correspondendo uma área plantada total de aproximadamente 8600 há (Silva & Pereira filho, 2010).
Em consequência, para evitar a degradação destes corpos é de fundamental importância que toda interferência externa seja planejada, simulada e monitorada com continuidade (Miranda, 1984). A disponibilização de informação físicas da área e o conhecimento dos processos dinâmicos que modelem a paisagem local, certamente servirão de subsídios para direcionar ações de preservação e uso e ocupação dos recursos naturais e renováveis deste estuário possibilitando a implantação de um desenvolvimento sustentável (Araújo & Freire, 2007).
Moura et al. (2010) demonstraram que toda alteração na ocupação de uma bacia é refletida na qualidade de água dos corpos hídricos nela presente. As áreas ocupadas por matas favorecem a vazão especifica, promovem a estabilidade e a infiltração do solo reduzindo a intensidade do escoamento superficial contribuindo também para melhoria na qualidade de água. Em contrapartida as áreas habitadas, plantadas e as matas degradadas contribuem para a redução da vazão especifica e da qualidade da água em função da
alteração do escoamento superficial. Portanto, a análise do uso e ocupação do solo é fundamental para se avaliar as modificações ocorridas no ambiente e relaciona-las com a influência na evolução da qualidade de água do corpo hídrico (Vanzela et al, 2009).
Esses reflexos podem ser avaliados a partir da associação de informações sobre parâmetros físico-químicos da água e com a descrição do uso e ocupação do solo, visíveis nas pesquisas em campo e imagens de satélite. Para ajudar na caracterização e interpretação dos resultados de qualidade de água Pereira Filho et al (2010) utilizaram mapas de uso e ocupação de solo da porção final da bacia a partir de imagens LANDSAT do ano de 2002, considerando 6 classes de ocupação (floresta nativa, área urbana, vegetação rasteira, solo exposto, área de reflorestamento, cursos da água) e obteve como principal resposta que o desenvolvimento urbano e a agricultura são os fatores que mais influenciam na qualidade dos recursos hídricos. A mata nativa está em maior porcentagem nesta região, porém ela se encontra apenas em topo de morros. A porcentagem de cada classe para toda porção final da bacia se encontra descrita na tabela 1.
Tabela 1 - Uso e ocupação do solo com imagens LANDSAT de 2002 para a porção final da Bacia do Rio Itajaí-Açu. Fonte: Pereira Filho et al, 2010.
Uso e ocupação do solo % Floresta Nativa 60,5 Área urbana 7,6 Vegetação rastejante 26,6 Solo exposto 14 Área de reflorestamento 2,1 Curso d’ água 0,7
Outra verificação do uso e ocupação do solo, porém apenas para a sub-bacia de Ilhota feita por Espinoza & Abrahan (2005) mostrou um alto grau de fragmentação e a pressão antrópica exercida pelos municípios de Ilhota, Navegantes e Itajaí dominada principalmente por pastagens, cultivo de arroz e mata nativa, também se verificou a inexistência de mata ciliar ao longo do curso do estuário, sendo perdido aproximadamente 8,4km² de mata nativa, causando alterações na qualidade de água (ESPINOZA & ABRAHAN, 2005).
Tabela 2 - Uso e ocupação do solo para a porção final da bacia hidrográfica do rio Itajaí-açu com imagem de LANDSAT de 1997. Fonte: SOPPA, 2004
Uso e ocupação do solo % Plantio (arroz e pastagem) 22
Área urbana e urbanização rural 17
Floresta nativa 25,6
Corpo da água 3
Mata 52
Uma das mais importantes ferramentas para o monitoramento ambiental é o uso de dados de sensores a bordo de aeronaves e satélites. Dados de sensores cobrem extensas aéreas, diminuindo custos e apresentam características repetitivas que permite acompanhar os processos ambientais (Epiphanio et al, 2008).
Os sistemas de sensoriamento remoto multiespectrais registram a energia em múltiplas bandas do aspecto eletromagnético. Por exemplo, nos anos 1970s e início dos 1980s, o Mutispectral Scanner do Landsat (MSS) registrou dados de sensoriamento remoto de grande parte da terra que ainda são de valor significativo para estudo de detecção de mudanças (Jensen, 2009).
Uma das principais ferramentas de análise de imagem multiespectrais refere-se a classificação das imagens, o qual consiste na identificação de determinados elementos presentes na imagem pela associação de cada um de seus pixels a uma determinada classe preestabelecida A partir da interpretação das imagens é possível classificar as principais atividades desenvolvidas na bacia de drenagem: como cobertura vegetal e urbanização (e.g. mata nativa, agricultura, área urbana, área rural, etc). A junção da disponibilidade de imagens de longos períodos com a disponibilidade de dados de longos monitoramentos de qualidade de água é de suma importância para quantificar as modificações ocorridas no uso do solo e relaciona-las com os índices de qualidade de água.
3 M
ETODOLOGIA3.1 Á
REA DE ESTUDOO Estado de Santa Catarina possui dois sistemas independentes de drenagem: O sistema integrado vertente interior que integram a bacia Paraná-Uruguai e o sistema da Vertente Atlântica que compreende 12 bacias que fluem em direção ao Oceano Atlântico. Para efeitos de gerenciamento o Estado foi subdividido em 10 regiões hidrográficas, sendo 5 localizadas na Vertente Interior e 5 na Vertente Atlântica (SANTA CATARIANA, 2007).
A Bacia hidrográfica do rio Itajaí-Açu compreende a região 7 (RH7) do Estado, sendo a maior bacia da Vertente Atlântica catarinense, drenando uma área de 15.000 Km². A bacia hidrográfica do Itajaí-Açu compreende cerca de 50 municípios, com uma população superior a 1 milhão de habitantes. Destacam-se os municípios de Blumenau, Brusque e Itajaí que representam um importante polo industrial para o Estado (Pereira filho, et.al, 2003).
O clima da região, segundo o sistema de classificação de Köpen é subtropical úmido sem déficit hídrico, com chuvas bem distribuídas o ano todo (Cfa). A precipitação média de um período de 91 anos para a região foi de 1.545,3 mm, com janeiro como o mês mais chuvoso e Junho menos chuvoso. A temperatura média para este mesmo período foi de 20,3°C e umidade relativa do ar de 83,73% (Araújo, et al, 2006).
A área de estudo corresponde as sub-bacias pertencentes aos municípios da margem do estuário do rio Itajaí-Açu (Itajaí, Navegantes, Ilhota, Gaspar, Blumenau e Indaial), que abrange uma área de aproximadamente 3.150 km² correspondendo a 21% do total da bacia hidrográfica do Rio Itajaí-Açu. Indaial foi determinada como limite superior por ser a primeira cidade que não sofre influência da maré e é também o local onde é feita a medição diária da descarga fluvial do rio Itajaí-Açu e o município de Itajaí por ser o mais próximo da desembocadura (Figura 1)
O rio Itajaí-Açu, o principal rio da bacia, representa 90% do aporte fluvial para o estuário. O restante (10%) é atribuído a afluentes menores, como o Itajaí Mirim que aporta na bacia estuarina a 9 km da desembocadura, que quando a partir da confluência o rio Itajaí-Açu passa a ser chamado de rio Itajaí, e os tributários menores como o rio Luiz Alves. O rio Itajaí-Açu é formado pela confluência do Itajaí do Sul com o Itajaí do Oeste na cidade de Rio do Sul recebendo ainda o aporte do Itajaí Norte ou Hercílio mais a jusante (Schettini, 2002)
O estuário do rio Itajaí-Açu está situado nas coordenadas 26° 54,7’ S e 048° 38,1’ W com extensão de aproximadamente 70 km e espelho da água de 14 km² (Shettiini, 2002). O estuário é classificado em relação a sua hidrodinâmica como altamente estratificado ou de tipo cunha salina.
A partir das definições propostas por Dione (1963) sobre as subdivisões para estuários, Schettini (2002) propôs subdivisões para o estuário do rio Itajaí-Açu: o alto estuário sendo a região compreendida entre os municípios de Indaial e Ilhota; médio estuário de Ilhota até o ponto próximo a confluência do estuário com o Rio Itajaí-Mirim e baixo estuário sendo deste ponto até a foz.
O principal agente que determina os processos estuários é a descarga fluvial, sendo a influência da maré um fator secundário. Em condições de descarga de 200 m³/s a penetração da cunha salina alcança 20 km, porém quando a descarga apresenta valores acima de 1000m³/s a cunha salina é totalmente expulsa do estuário. (Schettini & Carvalho, 1998). A descarga fluvial média, calculada com os dados diários de descarga de 1934 a 1998, foi de 228 ± 282 m³.s-¹ e a altura da maré astronômica regional é de 0,8 m (SchettinI &
Trucollo, 2009).
Figura 1 - Área de estudo com as estações amostrais
3.2 M
ÉTODOSA descrição da metodologia aplicada neste trabalho foi dividida por subitens, contemplando os temas: Descrição dos trechos de amostragem; Uso e Ocupação do Solo, Qualidade de água e Tratamento dos dados. O fluxograma abaixo (Figura 2) resume as etapas de elaboração do presente projeto.
Figura 2 - Fluxograma com etapas para elaboração do projeto
3.2.1 Descrição dos trechos de amostragem
A estratégia amostral foi baseada em 8 estações amostrais desde o município de Indaial até Itajaí, com cerca 90 Km de distância (Figura 1). As estações foram determinadas de forma aproximadamente equidistantes uma das outras com a finalidade de cobrir as diferentes características do estuário. Em 2003 e 2004 as coletas eram realizadas semanalmente através das pontes ao longo do estuário. Posteriormente, as coletas passaram a ser realizadas mensalmente e as estações #6, #7 e #8 passaram a ser realizadas por embarcações.
Devido a extensa carga de dados e as mudanças ocorridas na estratégia amostral durante o monitoramento, as variáveis de qualidade de água serão avaliadas pelos trechos: alto, médio e baixo estuário, conforme a subdivisão proposta por Schettini (2002).
Alto estuário: (26°53’32” S a 26°54’1” S e 49°14’14” W a 48°49’55” W) Região predominantemente de água doce, porém pode se sentir o efeito da maré. Abrange a cidade de Indaial, Blumenau, Gaspar e Ilhota. A estação localizada em Indaial (#1) representa o ponto de entrada do material para o estuário. Duas estações amostrais situadas no município de Blumenau uma delas a montante do centro do município com características de corredeira e com as margens preservadas (#2) e a outra estação situada após região
central (#3), o qual recebe a maior parte da carga poluidora do centro do município. Em Gaspar e Ilhota existem estações de amostragem, #4 e #5 respectivamente situadas no centro destes municípios. Neste trecho o rio não apresenta mais característica de corredeira e as margens continuam em parte preservadas.
Médio estuário: (26°54’1” S a 26°53’11,4” S e 48°49’55” W a 48°41’2,62” W) Onde ocorre a presença de água continental e marinha. Compreendendo a estação desde Ilhota até a confluência com o rio Itajaí-Mirim. Neste setor o estuário Itajaí-açu cursa entre dois municípios: Itajaí e Navegantes. Há apenas uma estação para os anos de 2003 e 2004 e duas estações para os anos de 2005 em diante neste trecho. Estas estações apresentam amostras da superfície e do fundo, devido o local apresentar grande influência da cunha salina. A estação em comum entre os dois anos situa-se antes do centro urbano do município de Itajaí (#6) e outra estação referente apenas ao ano de 2011 está situada na confluência do Itajaí Mirim com o estuário (#7) neste trecho o rio já apresenta suas margens fortemente impactadas.
Baixo estuário: (26°53’11,4” S a 26°54’31,07” S e 48°41’2,62” W a 48°39’4,68” W) Compreendendo desde a confluência do Itajaí Mirim com o estuário até a foz. Neste trecho está situada uma estação para o ano de 2003 e 2004 e uma para os anos de 2005 em diante, situada em frente ao CEPSUL (#8). Estas estações também apresentam amostras da superfície e do fundo devido à grande influência da cunha salina. Os municípios que cercam esta região são os mesmos do médio estuário (Itajaí e Navegantes). Porém a contribuição das cidades, dos portos e o efeito da dragagem acabam por interferir nas estações do baixo estuário por elas estarem situadas a jusante.
3.2.2 Uso e ocupação do solo
A área a ser estudada equivale à porção final da bacia hidrográfica do Itajaí-Açu, a partir de Indaial até a foz do estuário do Itajaí-Açu, compreendendo em torno de 21% da área total da bacia. A área foi dividida em alto, médio e baixo estuário, para assim facilitar o estudo e definir as principais atividades exercidas em cada região e determinar os fatores que agem sobre cada estação amostral.
A metodologia de classificação de uso e ocupação do solo foi realizada por sensoriamento remoto através do Software ArcGis e ENVI. As imagens de satélite foram obtidas gratuitamente do site do Instituto nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) do sensor TM satélite LANDSAT 5. Estas imagens possuem resolução espacial de 30 metros e são disponibilizadas em 7 diferentes bandas espectrais. O sistema de coordenadas utilizado foi em projeção Univeral Transverda Mercator (UTM) Datum horizontal SAD 69. A imagem do ano de 2004 é referente a passagem do satélite no dia 30/08/2004 e a imagem de 2010 é referente a passagem do dia 04/02/2010. Para ser possível realizar a interpretação das
imagens foi feita a composição de bandas sendo encontrado a combinação de bandas que melhor condiz para a realização da classificação.
Para prosseguir nas seguintes etapas foi necessário realizar o georreferenciamento da imagem, o qual foi feito a partir da base cartográfica 1:50.000 do município de Itajaí, Gaspar e Blumenau de código 28824, 28823, 28814 respectivamente disponível na mapoteca topográfica digital do Estado de Santa Catarina –EPAGRI/IBGE. Como a imagem obtida compreende uma área superior ao da área em estudo realizou-se o corte da imagem a partir das sub-bacias da bacia hidrográfica do Itajaí-Açu que pertenciam aos municípios que se encontram nas margens do estuário (Indaial, Blumenau, Gaspar, Ilhota, Itajaí e Navegantes).
Após o corte da área em interesse prossegue ao passo de classificação da imagem quanto ao uso e ocupação do solo. Existem dois métodos de Classificação de imagem: não supervisionada, quando o próprio software estabelece padrões específicos nos pixel que compõe a imagem; e supervisionada, quando a imagem é classificada a partir de parâmetros pré-determinados pelo interpretador (Fitz, 2008).
No presente trabalho realizou-se uma classificação supervisionada pelo método máxima verossimilhança através do Software ENVI, com validação através de imagens de alta resolução (e.g. Google Earth) e saída a campo. A partir da classificação foram elaboradas cartas de uso e ocupação do solo para os anos de 2004 e 2010 e posterior comparação da variação de cada ocupação neste intervalo de tempo através do cálculo da área de cada uso.
Para colaborar com a caracterização do uso e ocupação solo da região foram adquiridos dados do IBGE referentes a agricultura e a urbanização e estes dados organizados em planilha Excel e realizados gráficos e tabelas para avaliar a evolução neste período.
3.2.3 Qualidade de água
Desde 1999 um programa de monitoramento ambiental vem sendo realizado na porção final da bacia do rio Itajaí-Açu, dando subsídios para diversas publicações. O presente trabalho foi realizado a partir de dados secundários compilados de trabalhos já realizados no estuário (Soppa, 2004; Pereira filho, 2006; Pereira filho et al., 2010) e de dados do laboratório de oceanografia química ainda não publicados.
Durante as campanhas de monitoramento foram feitas as medições de variáveis físico-químicas (Temperatura, Salinidade, pH e oxigênio dissolvido), com sondas multiparamétricas (Sonda Horiba U10/Sonda Multiparâmetros YSI 6600).
Alíquotas de água foram coletadas na superfície das 8 estações amostrais. Nas estações #6, #7 e #8 além da coleta na superfície realizou-se se também coleta próximo ao fundo. Estas alíquotas foram levadas ao laboratório com a finalidade de se determinar as
concentrações de nutrientes inorgânicos dissolvidos (NH4+, NO2-, NO3-, PO43- e Si),
Carbono orgânico particulado (COP), material particulado em suspensão (MPS), Demanda Bioquímica de oxigênio (DBO5), Clorofila-a (Cla-a) e Coliformes fecais. A metodologia para
todos os parâmetros está descrita na Tabela 3.
Para determinar os nutrientes primeiramente a amostra é filtrada em filtro de membrana de éster de celulose de porosidade de 0,45 µM para que ocorra a separação do material particulado e dissolvido. Do filtrado são retiradas alíquotas e congeladas para assim serem determinados os nutrientes. Para determinar o COP também é necessário realizar primeiramente a filtração com filtro Whatman GF/F, porosidade 0,7 µM e estes lavados com Na2SO4 para remoção dos cloretos. A cla-a também depende primeiramente da filtração em
filtro de fibra de vidro com 25 mm de diâmetro e este é utilizado para realizar a extração.
Tabela 3 - Metodologia para determinação dos parâmetros químicos em estudo com sua determinada referência
Parâmetro Metodologia Referência
Nitrogênio Amoniacal
Método Colorimétrico. Determinado pela formação do complexo colorido azul de indofenol, corrigido pelo
efeito da salinidade Strickland & Parsons (1972)
Nitrito (NO2-)
Método Colorimétrico. Baseado na reação de Griess. Após reação com sulfanilamida formando íon diazóico
e posterior formação do complexo colorido. Strickland & Parsons (1972)
Nitrato (NO3-)
Método colorimétrico. Determinado como nitrito, após a passagem por uma coluna redutora preenchida por
grãos de Cádmio. Strickland & Parsons (1972)
Fosfato (PO43-)
Método colorimétrico. Os íons de ortofosfato reagem com o molibdato de amônio e depois com tártaro antimônio de potássio tendo como resultado um
complexo reduzido de cor azul Strickland & Parsons (1972)
Silício (Si)
Método Colorimétrico. Determinado como ácido ortosilícilico (H2SiO4), após a formação do complexo
colorido Sílico-molibdato Strickland & Parsons (1972)
Carbono orgânico Particulado
Método Titulométrico. Os filtros são digeridos com ácido sulfúrico e dicromato de potássio. Após a digestação o dicromato de potássio é titulado com uma solução de sulfato ferroso amoniacal.
Carmouze, 1994
Material Particulado em Suspensão (MPS)
Método Gravimétrico. Determinado a partir dos filtros de membrana de éster de celulose com porosidade de 0,45 µM
Strickland & Parsons (1972)
Demanda Bioquímica de oxigênio (DBO5)
Amostras incubadas a 20°C por 5 dias com leitura no inicio e no final do oxigênio dissolvido por um oxímetro
YSI, modelo 58. APHA-AWWA-WPCF, 1998
Clorofila-a (cla-a) Extração dos filtros com acetona 90% lidas no Fluorímetro Turner Designs® TD-700
Parsons et al, 1989.
Coliformes Fecais Colilert APHA-AWWA-WPCF
(1998).
3.2.4 Tratamento dos dados
Os dados adquiridos do monitoramento da qualidade de água foram dispostos e organizados em planilhas eletrônicas Excel, tornando possível a realização da primeira
etapa de tratamento dos dados que consistiu em realizar a média entre as estações de cada compartimento do estuário (alto, médio e baixo estuário). A partir desta nova matriz de dados foi realizada uma análise espacial descritiva do dados (média, desvio padrão, mínimo e máximo) para cada variável. O resultado desta análise foi disposto em tabelas com as variáveis e seus valores por compartimento do estuário. Através dos dados adquiridos do IBGE caracterizou-se cada compartimento do estuário com suas principais atividades agrícolas e índices de urbanização sendo assim possível a interpretação dos dados de qualidade de água juntamente com os dados socioeconômicos.
Para avaliação temporal os dados foram dispostos em gráficos que apresentam a evolução das variáveis de qualidade de água desde 2003 a 2011 para cada compartimento do estuário. As áreas de uso ocupação do solo foram dispostos em tabelas para comparação das áreas de 2004 e 2010, com os dados adquiridos do IBGE apresentou-se uma evolução mais especifica da urbanização e atividade agrícola neste período.
Em função da grande quantidade de dados obtidos e para auxiliar a interpretação os dados foram tratados através de análises multivariadas com ajuda de Software (Exce e, Statistica) através de duas técnicas: analise de agrupamento (cluster) e a técnica de ordenação por meio da análise de componentes principais (ACP).
A Análise de agrupamento foi aplicada sobre uma matriz de dados com média espacial padronizada considerando todas as estações ao longo do estuário. Nesta análise foi utilizada a distância Euclidiana como índice de dissimilaridade. A distância Euclidiana é um índice adequado, quando são incluídas variáveis biológicas e ambientais (Klarke & Warwick, 2001) para interpretação de dados ecológicos. O método de agrupamento usado foi o método de Ward ou método de agrupamento pela variância mínima. Este método é baseado no princípio de que em cada passo do agrupamento a variância intra-grupo é minimizada em relação à variância entre os grupos (Ludwig & Reynolds, 1988).
No padrão temporal realizou-se uma análise de componentes principais, sobre a matriz de dados com a média das variáveis de cada segmento do estuário. Está análise que ajudará a relacionar as variáveis entre si e encontrar períodos que possuem a mesma tendência, pois ela estabelece, a partir da matriz de correlações entre as variáveis, um conjunto de eixos perpendiculares que explicam uma parte da variância total dos dados. O comprimento desses eixos representa sua contribuição à variância total dos dados. Um plano fatorial é formado pelos eixos, no qual são plotadas as amostras ou variáveis.
Após a análise das variáveis de qualidade de água e dependendo do seu comportamento ao longo do tempo e suas correlações a avaliação do uso e ocupação do solo servirá de subsidio para explicar certas tendências. Além dos dados de uso e ocupação do solo na escala temporal a evolução da descarga fluvial e de extrema importância a ser
avaliada e esta foi disposta em forma de gráfico para se possível analisar o período conforme a descarga fluvial.
4 R
ESULTADOS4.1 U
SO E OCUPAÇÃO DO SOLOCom intuito de avaliar o uso e ocupação do solo na região em estudo e verificar se ocorreu modificações nos últimos oito anos que possam explicar as alterações nas variáveis de qualidade de água elaborou-se mapas de uso e ocupação do solo para os anos de 2004 e 2010 avaliando as classes de uso: urbanização, corpo da água, cultura, solo exposto, reflorestamento e mata nativa. Os mapas foram elaborados através das imagens LANDSAT 5 TM (Figura 3 Figura 4).
Os valores das áreas das respectivas classes para os anos de 2004 e 2010 estão apresentados no Figura 5.
Figura 5 - Gráfico com as respectivas áreas de uso e ocupação do solo para os anos de 2004 e 2010.
A partir dos mapas realizados (Figura 3 Figura 4) e o cálculo das respectivas porcentagens das áreas de cada classe para os dois anos em cada segmento do estuário (Figura 5) observa-se que a mata nativa é a classe de maior destaque, principalmente no alto estuário. O alto estuário representa cerca de 85% da área de estudo e tem mais de 50% da sua área ocupada por mata nativa (Figura 5), o qual pode estar relacionado a está região possuir maior quantidade de morrarias, tornando mais difícil o acesso do homem. Em contrapartida, o baixo estuário apresentou a menor área entre os três segmentos com a urbanização ocupando mais de 50% desta área. No médio estuário a cultura, solo exposto e o reflorestamento foram mais representativos, o qual pode ser devido as melhores condições de terreno para o plantio.
Comparando os dois anos em estudo observou-se que a porcentagem da área equivalente urbanização foi semelhante, porém o esperado seria que ocorresse um aumento desta classe. A classe corpo da água apresentou uma pequena diminuição da sua área, o qual pode ser devido a confusão desta classe com as demais, sendo que o estuário do rio Itajaí-Açu apresenta altas concentrações de MPS tornando a superfície do estuário com cor semelhante ao solo exposto.
A variação entre os dois anos foi mínima também em relação a mata nativa. O reflorestamento apresentou um pequeno aumento desta classe no médio e baixo estuário. A cultura e o solo exposto foram as classes que mais diferença apresentaram entre os dois anos. A cultura teve seus menores valores no ano de 2010, em contrapartida o solo exposto
teve os seus maiores valores neste ano. Isto pode ter sido causado devido aos diferentes meses que as imagens foram adquiridas (Agosto e Fevereiro). Nas margens do estuário há predominância de culturas temporárias e estas apresentam diferentes estágios ocasionando então as mudanças no uso do solo, como exemplo a rizicultura que inicia seu ciclo em agosto ou setembro e se prolonga até fevereiro.
Devido as variações ocorridas no uso e ocupação do solo serem pequenas no período em estudo, utilizou-se de dados de população e de área agrícola fornecidos pelo IBGE para assim ser possível analisar se ocorreu variação temporal entre os anos destas dois usos, sendo que são as que mais podem influenciar nos dados de qualidade de água. A Tabela 4 mostra os respectivos valores de área agrícola, população e área do município nos últimos anos.
Tabela 4 - Dados de população, área do município e agricultura do Alto, Médio e Baixo estuário. FONTE: IBGE (2012)
Ano População (hab.) Área agricultura (ha) Principal Cultura Área principal cultura (ha) Alto Médio Baixo Alto Médio Baixo Alto Médio Baixo Alto Médio Baixo 2000 358.990 186.811 2003 2004 9482 3371 Arroz Arroz 5855 3000 2005 10296 3493 Arroz Arroz 6490 3200 2006 10411 3938 Arroz Arroz 6690 3645 2007 404.638 215.856 11038 4039 Arroz Arroz 6890 3645 2008 10808 3920 Arroz Arroz 6890 3350 2009 8841 3411 Arroz Arroz 4920 2950 2010 434.201 243.929 7634 3994 Arroz Arroz 4970 3600 2011 9460 4095 Arroz Arroz 6890 3600
Os dados apresentados na Tabela 4 é o resultado da soma dos valores de população e área agrícola dos municípios do alto estuário (Indaial, Blumenau, Gaspar e Ilhota) e no caso do médio e baixo estuário eles foram considerados um só por conter os mesmos municípios em suas margens e se refere a soma dos municípios de Itajaí e Navegantes.
Em relação a urbanização o alto estuário possui o maior número de habitantes em sua margem, com destaque para o município de Blumenau com mais de 300 mil habitantes, Ilhota é o município com menor número de habitantes com um pouco mais de 10 mil pertencendo também ao alto estuário. No médio e baixo estuário está situado o município de Itajaí que possui quase 200 mil habitantes. Durante o período em estudo a população aumento em todos os municípios a uma taxa de 2% e 3% para o alto e médio/baixo estuário respectivamente.
A rizicultura é a cultura de maior destaque na área de estudo. A área total de rizicultura na região em estudo é cerca de 10.000 ha sendo o alto estuário em destaque nesta atividade. Observa-se um aumento em torno de 1000 ha no período de 2004 a 2011, porém se observar a área total da agricultura Tabela 4 percebe-se uma diminuição, mas com grandes oscilações chegando a 11000 ha em 2007 e 7634 em 2010. No médio/baixo estuário já ocorreu o aumento tanto na no cultivo de arroz como nas demais no período em estudo com menores oscilações.
Além das ocupações das margens do estuário, as ocupações na bacia hidrográfica também causam efeito direto na qualidade de água do estuário, pois o escoamento de toda bacia faz-se convergir para este local. Por isso na Tabela 5Erro! Fonte de referência não
encontrada. é apresentado os dados de população e área agrícola de toda a bacia
Tabela 5 - Dados de população e área agrícola para bacia hidrográfica do rio Itajaí-Açu. FONTE: IBGE (2012) Ano Agricultura Bacia (ha) População Bacia (hab.) 2000 996.443 2006 164.642 2007 157.383 1.120.350 2008 154.976 2009 150.268 2010 147.495 1.212.494
A população da bacia também se mostrou crescente durante o período em estudo há uma taxa de 2,1%. A agricultura apresentou um comportamento adverso da população, houve um decréscimo na área plantada na bacia, em 2006 a área era de aproximadamente 165.000 hectares e no ano de 2010 foi em torno de 147.000 hectares Tabela 5. Os cultivos de maior destaque na bacia são o cultivo de arroz e o cultivo de milho (RÖRIG, 2005).
4.2 D
ESCARGAF
LUVIALUma importante variável a ser considerada é a descarga fluvial já que em períodos de alta ou baixa descarga ela pode influenciar nos dados de qualidade da água. A medição ocorria diariamente na estação fluviométrica de Indaial (estação #1) onde não havia mais o efeito da maré. Realizou-se um gráfico (Figura 6) da descarga fluvial do período em estudo. A média de cada mês foi realizada através da média do dia da coleta e os dois que antecederam a coleta.
Figura 6 - Média do dia da coleta e os dois dias que antecederam a coleta dos dados da descarga fluvial dos anos de 2003 a 2011 na estação de Indaial. A linha horizontal indica a
média histórica (280 m³/s).
A escolha de usar a média dos 3 dias (dia da coleta mais os dois dias que antecederam o dia da coleta) foi devido a uma matriz de correlação (Apêndice 3) realizada entre as variáveis de qualidade da água com a média da vazão do dia da coleta e os dias que antecederam a coleta até o sétimo dia. A partir do resultado da correlação não se observou uma grande diferença dos resultados até o sétimo dia e então foi se escolhido o terceiro dia. A média da descarga fluvial para o período em estudo foi de 315 ± 343 m³/s a máxima foi de 1957 m³/s (Abr/10) e a mínima de 43 m³/s (Jun/06).
Em comparação com à média histórica (280 m³/s) dos dados da estação de Indaial, os anos de 2003 até 2009 apresentaram a descarga fluvial na maioria dos meses abaixo da média histórica. A partir do ano de 2010 observou-se a maior quantidade de meses com os valores de descarga fluvial acima da média histórica (Figura 6). Calculou-se uma média para estes diferentes momentos e obteve-se para o período de baixa descarga uma média de 236 ± 115 m³/s e para o período de alta descarga uma média de 453 ± 303 m³/s.
4.3 Q
UALIDADE DE ÁGUA 0 500 1000 1500 2000 o u t-0 3 d e z -0 3 fe v -0 4 a b r-0 4 ju n -0 4 a g o -0 4 o u t-0 4 d e z -0 4 m a r-0 6 a g o -0 6 d e z -0 6 a b r-0 7 ju l-07 s e t-0 7 d e z -0 7 a b r-0 8 ju n -0 8 a g o -0 8 d e z -0 8 fe v -0 9 a b r-0 9 ju n -0 9 a g o -0 9 n o v -0 9 fe v -1 0 a b r-1 0 ju n -1 0 ag o-1 0 o u t-1 0 d e z -1 0 fe v -1 1 a b r-1 1 ju n -1 1 a g o -1 1 o u t-1 1 d e z -1 1Com intuito de identificar as diferenças da qualidade da água em cada segmento ao longo do estuário foram calculadas a média, desvio padrão, máximo e mínimo de cada variável a partir da série de dados disponível (2003-2011). A Tabela 6 mostra os valores das variáveis encontrados para cada segmento do estuário.
Tabela 6 - Média, desvio padrão, máximo, mínimo e N amostral das variáveis de qualidade de água em estudo para superfície em cada segmento do estuário
Variável Média DV Máximo Mínimo N
Temperatura °C Alto 22,0 3,5 31,2 15,1 71 Médio 22,5 3,5 28,3 15,4 69 Baixo 22,5 3,4 28,0 15,3 70 Salinidade Alto 0 0 0 0 46 Médio 3 3 11 0 67 Baixo 6 5 30 0 68 Oxigênio Dissolvido mg/l Alto 7,8 1,2 10,5 4,3 71 Médio 6,6 1,6 10,9 3,8 68 Baixo 6,3 1,7 12,9 2,7 69 pH Alto 6,7 0,6 8,0 5,4 71 Médio 7,1 0,7 10,2 5,2 70 Baixo 7,3 0,7 9,7 5,2 71 MPS mg/l Alto 82,8 114,7 707,6 13,0 59 Médio 65,0 92,8 662,0 11,3 60 Baixo 49,6 78,3 486,0 4,4 59 Cla-a µg/l Alto 1,1 1,0 6,5 0,2 62 Médio 1,1 1,6 9,5 0,1 68 Baixo 1,1 1,3 6,1 0,0 69 DBO mg/l Alto 2,5 0,9 4,5 0,9 58 Médio 1,7 1,0 6,7 0,5 62 Baixo 1,5 1,2 7.6 0.0 64 Coliformes Fecais NmP/100ml Alto 3429 4753 30920 412 50 Médio 2448 2002 11190 186 54 Baixo 2605 1893 10360 0 55 COP µM Alto 203,8 230,3 1172,9 20,5 57 Médio 160,3 156,0 996,1 19,1 55 Baixo 154,0 169,4 934,0 4,4 55 NH4 µM Alto 22,9 11,6 67,7 4,4 71 Médio 29,5 12,6 78,7 10,1 69 Baixo 31,7 11,2 60,2 12,6 67 NO2 µM Alto 1,1 0,6 3,9 0,2 71 Médio 1,3 0,7 4,4 0,3 71 Baixo 1,3 0,7 4,3 0,0 68 NO3 µM Alto 49,3 14,2 89,6 10,9 62 Médio 38,4 13,6 77,9 9,8 63 Baixo 29,6 14,1 74,8 1,9 60 PO4 µM Alto 1,5 0,7 4,7 0,3 71 Médio 1,1 0,6 4,0 0,3 71 Baixo 1,1 0,8 6,0 0,0 68 Si µM Alto 77,5 57,6 408,2 3,7 83 Médio 86,0 52,0 238,8 9,1 81 Baixo 86,95 52,6 274,4 3,4 67
4.3.1 Variáveis físico-químicas
A temperatura mostrou o comportamento semelhante nos três segmentos do estuário com média de 22°C e mínima de 15°C (Tabela 6). A máxima foi de 31°C para o alto estuário e 28°C para o médio e baixo estuário. A máxima de 31°C (Jan-09) foi um caso isolado no alto estuário, pois o restante dos meses quentes apresentaram valores em torno de 25°C Temporalmente houve um claro padrão de sazonalidade durante o período em estudo (Figura 7), com as menores temperaturas nos meses de inverno e as maiores nos meses de verão. Em relação aos valores da superfície e fundo para o médio e baixo estuário não se observou diferença tendo os parâmetros média, máximo e mínimo semelhante nos dois compartimentos.
Figura 7 - Variação da temperatura para (A) Alto estuário (B) Médio estuário (C) Baixo estuário com as respectivas média, Desvio padrão, máximo e mínimo
A salinidade foi a variável físico-química que maior apresentou diferença entre os segmentos do estuário. No alto estuário todos os meses da série de dados foi igual a 0, não sendo necessário a plotagem deste gráfico. Isto é devido ao baixo estuário receber influência direta de água salgada e em contrapartida o alto estuário possuir forte dominância de descarga de água doce. O médio e o baixo estuário apresentaram também valores mínimos de 0 porém a máxima chegou a 35 (Tabela 6) sendo portanto notada a influência da salinidade nestes segmentos. Pelo gráfico (Figura 8) observa-se que o fundo apresenta valores muito superiores aos valores da superfície em todos os meses. Isto é devido a classificação do estuário do Rio Itajaí-açu ser do tipo cunha salina.
Figura 8 - Variação da salinidade (A) Médio estuário (B) Baixo estuário com as respectivas média, Desvio padrão, máximo e mínimo
O médio e o baixo estuário não apresentaram um padrão nos valores de salinidade ao longo tempo tendo apenas a presença de picos de baixos e altos valores. No baixo estuário observa-se que ocorreu maiores valores na superfície de em 2003 e 2004, porém ocorreu também menores valores no fundo em comparação ao restante da série Abr a Jun-2008 foi o período que apresentou os menores valores tanto na superfície como no fundo.
Os valores de pH tiveram um aumento em direção a boca do estuário, a máxima no alto estuário foi de 8 enquanto que no médio e baixo chegou a 10 (Tabela 6). Sendo isto uma consequência da entrada de água do mar, o qual apresenta maiores valores de pH. Ao longo da série de dados não foi evidenciado tendência temporal (Figura 9).
Figura 9 - Variação do pH ao longo do período no (A) Alto estuário (B) Médio estuário (C) Baixo estuário com suas respectivas média, desvio padrão, máximo e mínimo.
As concentrações de oxigênio dissolvido diminuíram em direção a boca do estuário, a média no alto estuário foi de 7,8 mg/l e no médio e baixo permaneceram em torno de 6,5 mg/l (Tabela 6). Durante a série de dados os valores de fundo foram inferiores (Figura 10), chegando a 2 mg/l enquanto que os valores de superfície chegaram a mais de 10 mg/l, esta tendência é devido a dinâmica do ambiente que apresenta a entrada de cunha salina aprisionando a água de fundo como também da deposição da matéria orgânica no fundo que necessita de OD para ser decomposta.
Figura 10 - Variação da concentração de Oxigênio dissolvido para o (A) Alto estuário (B) Médio estuário (C) Baixo estuário com as respectivas média, desvio padrão, máximo e mínimo.
Em uma análise temporal nota-se que maiores concentrações ocorreram nos meses de inverno, isto porque em altas temperaturas a solubilidade do oxigênio dissolvido diminui. Nota-se ainda através da Figura 10 que há um pequeno aumento dos valores de OD no final de série ao comparar com os valores iniciais.
4.3.2 Material Particulado em Suspensão
O MPS apresentou uma alta variabilidade em seus dados, com o desvio padrão nos 3 segmentos do estuário maior que a média, tendo mínimas em torno de 20 mg/l e máximas alcançando 700 mg/l (Tabela 6). Mesmo com esta alta variabilidade pode-se verificar uma tendência de maiores valores no alto estuário. Os valores não apresentaram sazonalidade ao longo do período (Figura 11). O fundo do estuário teve suas concentrações superiores comparando com a superfície com a máxima em torno de 950 mg/l.
Figura 11 - Variação do Material Particulado em Suspensão no (A) Alto estuário (B) Médio estuário (C) Baixo estuário e suas respectivas média, desvio padrão, máximo e mínimo
A maior concentração encontrada ocorreu no mês de Jan-10 para os três segmentos do estuário seguido de altas concentrações também em Ago-11 e Set-11 (Figura 11). O alto estuário teve a maior média e a maior quantidade de valores altos em relação ao médio e baixo estuário.
4.3.3 Material orgânico
Assim como o MPS o COP também apresentou o desvio padrão maior que a média com a mesma tendência de maiores valores no alto estuário como era o esperado, pois o COP tende a se agregar com o MPS. As mínimas ficaram em torno de 20 uM e as máximas foram superiores a 1000 uM (Tabela 6). O baixo estuário ainda apresentou a mínima de 4,4 uM, porém sendo este um valor isolado. Em geral o fundo apresentou maiores concentrações em relação a superfície (Figura 12).
