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  • ANLISE DOS IMPACTOS DA DINMICA DE SLIDOS E DE NUTRIENTES

    NA QUALIDADE DA GUA DE AMBIENTE LNTICO UTILIZADO NO

    ABASTECIMENTO DE COMUNIDADES AMAZNICAS

    Andr Luis de Lima Saraiva

    Tese de Doutorado apresentada ao Programa de

    Ps-Graduao em Engenharia de Recursos

    Naturais da Amaznia, PRODERNA/ITEC, da

    Universidade Federal do Par, como parte dos

    requisitos necessrios obteno do ttulo de

    Doutor em Engenharia de Recursos Naturais.

    Orientador: Jos Almir Rodrigues Pereira

    Belm

    Agosto de 2012

  • ANLISE DOS IMPACTOS DA DINMICA DE SLIDOS E DE NUTRIENTES NA

    QUALIDADE DA GUA DE AMBIENTE LNTICO UTILIZADO NO

    ABASTECIMENTO DE COMUNIDADES AMAZNICAS

    Andr Luis de Lima Saraiva

    TESE SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DO PROGRAMA DE PS-

    GRADUAO EM ENGENHARIA DE RECURSOS NATURAIS DA AMAZNIA

    (PRODERNA/ITEC) DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAR COMO PARTE

    DOS REQUISITOS NECESSRIOS PARA A OBTENO DO GRAU DE DOUTOR

    EM ENGENHARIA DE RECURSOS NATURAIS.

    Aprovada por:

    ________________________________________________

    Prof. Jos Almir Rodrigues Pereira, D. Eng.

    (FAESA /UFPA-Orientador)

    ________________________________________________

    Prof. Joo Nazareno Nonato Quaresma, D. Eng.

    (PRODERNA/UFPA-Membro)

    ________________________________________________

    Prof. Andr Augusto Azevedo Montenegro Duarte, D.Sc.

    (FEC/UFPA-Membro)

    ________________________________________________

    Profa. Maria de Lourdes Souza Santos, D.Sc.

    (ISARH/UFRA-Membro)

    ________________________________________________

    Prof. Alex Costa da Silva, Ph.D.

    (DOCEAN/UFPE-Membro)

    BELM, PA - BRASIL

    AGOSTO DE 2012

  • Dados Internacionais de Catalogao na Publicao (CIP)

    Instituto de Tecnologia/Programa de Ps-graduao em

    Engenharia de Recursos Naturais da Amaznia

    Saraiva, Andr Luis de Lima

    Anlise dos impactos da dinmica de slidos e de nutrientes na qualidade da gua de ambiente lntico utilizado no abastecimento de comunidades amaznicas/Andr Luis de Lima Saraiva; orientador, Jos Almir Rodrigues Pereira. Belm, 2012

    Tese (Doutorado) Universidade Federal do Par. Instituto de

    Tecnologia. Programa de Ps-Graduao em Engenharia de Recursos Naturais da Amaznia, 2012

    1. Reservatrio gua Preta 2. Parmetro abiticos e clorofila a

    3. Balano de massa 4. Modelagem hidrodinmica I. Ttulo CDD 22.ed. 628.16098115

  • iv

    DEDICATRIA

    Aos amores da minha vida, Ecilene pelo

    incentivo e perseverana, Mayane,

    Andrew e Las (filhos), Joo e Fernanda

    (pais), com amor, dedico.

  • v

    AGRADECIMENTOS

    A Deus pela vida, pela sade, pela famlia, pelos amigos, pelo conhecimento, enfim por

    tudo;

    Ao meu orientador Prof. Dr. Jos Almir pela orientao, incentivo e ajuda na elaborao

    e composio do trabalho.

    A amiga Profa. Dra. Maria de Lourdes pela valiosa orientao, ensinamentos, amizade,

    apoio, compreenso, incentivo e colaborao para o trabalho.

    Fundao de Amparo a Pesquisa do Estado do Par - FAPESPA pelo incentivo

    financeiro.

    Universidade Federal do Par atravs do Programa de Ps-Graduao em Engenharia

    de Recursos Naturais da Amaznia - PRODERNA do Instituto Tecnolgico pela

    oportunidade do doutoramento.

    Ao Prof. PhD. Alex Costa da Silva pelas orientaes e sugestes de trabalho, pelo

    convite que me levou Universidade Federal de Pernambuco onde pude aprender e a

    realizar a modelagem no lago gua Preta. Por todo o suporte e apoio que possibilitaram

    a execuo de uma parte trabalho.

    Ao Prof. Ph.D. Paulo Csar Rosman (COPPE/UFRJ), pela ateno dedicada e

    oportunidade de aprendizagem sobre o Programa SisBAHIA.

    Aos membros da banca julgadora da defesa de doutorado, Drs. Alex Costa, Andr

    Montenegro, Joo Nonato e, Maria de Lourdes e Jos Almir pelas indispensveis

    sugestes que contriburam consideravelmente para a execuo desta pesquisa;

    querida amiga Patrcia Faanha por toda a ajuda com o Programa SisBahia nas

    simulaes, sobretudo, pela ateno quando estive na cidade de Recife, tornando minha

    estadia muito mais agradvel e produtiva. Pelo passeio em Pombos e o jantar no

    restaurante do Tio Juca promovidos por ela e seu esposo Cristiano, agradeo aos dois;

  • vi

    Aos sogros da minha irm, Roberto e Dete pela acolhida em sua casa, pelo carinho e

    pelos alegres momentos.

    Aos colegas do Laboratrio de Oceanografia Fsica Estuarina e Costeira - LOFEC,

    Patrcia Faanha, Antnio e Cristiane.

    A Ecilene, pelo seu carinho, amizade, por sempre me apoiar, pela fora, e, sobretudo,

    por dar sentido minha vida, perdoa-me minha ausncia dentro de casa durante essa

    fase, como marido, amigo, companheiro e pai.

    Aos meus queridos enteados que considero como filhos Mayane, Andrew e Las por

    entenderem minha ausncia de no est presente nas horas que mais precisaram de mim.

    Aos meus pais Joo e Fernanda, incentivadores e sempre me apoiaram. Aos meus

    irmos Danielle, Adrianne e Joo Paulo, pela ajuda prestada em um ou outro momento e

    apoio.

    minha sogra Neusa, considerada uma segunda me para mim, obrigado de corao

    pelos ensinamentos que a senhora me passou, pois me fez abrir os olhos para vida, e ao

    meu sogro Raimundo pelo apoio e torcida, vocs ficaro sempre no meu corao.

    Aos queridos colegas e amigos do LQA: Igor, Saulo, Karina, Marcus, Amanda, Beatriz,

    Jean, Raimundo, Raquel, Caroline, Naiara, Edkeyse e Francianne, pela feliz convivncia

    durante todos esses anos no laboratrio e a voc Francianne obrigado pela amizade,

    pelas conversas e pelo apoio que voc me deu.

    A Patrcia Holanda colega do doutorado pela ajuda prestada e apoio.

    Muito obrigado.

  • vii

    Resumo da Tese apresentada ao PRODERNA/UFPA como parte dos requisitos

    necessrios para a obteno do grau de Doutor em Engenharia de Recursos Naturais

    (D.Eng.)

    ANLISE DOS IMPACTOS DA DINMICA DE SLIDOS E DE NUTRIENTES

    NA QUALIDADE DA GUA DE AMBIENTE LNTICO UTILIZADO NO

    ABASTECIMENTO DE COMUNIDADES AMAZNICAS

    Andr Luis de Lima Saraiva

    Agosto/2012

    Orientador: Jos Almir Rodrigues Pereira

    rea de Concentrao: Uso e Transformao de Recursos Naturais

    Os mananciais do Utinga, formados pelos lagos Bolonha e gua Preta, esto

    contidos em uma rea de Proteo Ambiental - APA e so utilizados pela Companhia

    de Saneamento do Par COSANPA, para o abastecimento da populao da Regio

    Metropolitana de Belm - RMB. Esses mananciais so constitudos pelo rio Guam,

    onde a gua captada e enviada por recalque ao lago gua Preta, que por um canal

    artificial com escoamento por gravidade, alimenta o lago Bolonha, e bombeado para a

    Estao de Tratamento de gua - ETA. Os principais problemas de

    poluio/contaminao desses mananciais surgiram com o avano urbanstico

    desordenado, que ocasionam o lanamento indevido de esgoto e resduos slidos dos

    bairros, favelas e conjuntos residenciais prximos s principais nascentes.

    O objetivo deste estudo foi de utilizar ferramentas para subsidiar o

    monitoramento e conhecimento da qualidade da gua no lago gua Preta, visando

    prevenir e/ou corrigir processos de degradao, tais ferramentas so as anlises

    multivariadas de parmetros abiticos e clorofila a, balano de nutrientes e modelagem

    hidrodinmica com intuito de observar a disperso do transporte de sedimentos.

    Foram realizadas coletas de guas superficiais em 3 pontos escolhidos

    estrategicamente para avaliar a influncia antrpica no lago gua Preta, bem como dos

    sedimentos suspensos que so carreados para dentro do lago. Os pontos de coleta de

  • viii

    amostras foram georreferenciados com GPS (modelo GARMIN) e as coletas de guas

    superficiais foram realizadas com a garrafa de Van Dorn de 2,5 L e transportadas para o

    Laboratrio de Qumica Ambiental (LQA), localizado na Universidade Federal Rural da

    Amaznia, para posteriores anlises. As coletas foram realizadas durante os meses de

    maro, maio, junho, agosto, setembro e outubro do ano de 2010, coincidindo com os

    perodos de maior e de menor precipitao pluviomtrica. Os dados dos parmetros

    abiticos e de clorofila a foram analisados por mtodos de estatstica descritiva e de

    anlises de componentes principais.

    Tambm foram realizadas anlises do balano de massa de gua e de nutrientes e

    adotou-se o uso do modelo hidrodinmico do programa de modelagem SisBAHIA

    (Sistema Base de Hidrodinmica Ambiental), visando simular as condies

    hidrodinmicas do lago gua Preta durante um ano. Atravs dessas simulaes foram

    gerados mapas superficiais de correntes para observar os diferentes padres de

    circulao, pois o uso de modelos tm tido um papel relevante no planejamento e na

    elaborao de cenrios alternativos, que englobam o diagnstico adequado dos sistemas

    hdricos em sua estruturao, processo e dinmica.

    Os parmetros estudados mostraram variaes durante os perodos de menor e

    de maior precipitao pluviomtrica, sendo encontrados maiores contribuio no ponto

    2 em relao a turbidez, a cor, o oxignio dissolvido, nitrato, nitrognio total, clorofila a

    e slidos suspensos. Os demais parmetros (N-amoniacal, demanda bioqumica de

    oxignio e fsforo total) tiveram contribuio nos pontos 1 e 3, indicando fonte de

    poluio orgnica, decorrente de efluentes domsticos, j que nas proximidades ocorre

    lanamento de esgotos. No balano de massa foi constatado que tanto o fsforo total

    quanto nitrognio inorgnico dissolvido foram influenciados pela carga de gua do rio

    Guam durante o perodo seco. Enquanto que com altos ndices de pluviosidade, o

    fsforo total teve carga maior devido a maior contribuio da drenagem de gua de

    esgotos lanados para dentro do reservatrio. O tempo de reteno para o fsforo total

    foi de 180 dias e o nitrognio inorgnico dissolvido foi de 536 dias. Atravs desse

    balano foi possvel quantificar a entrada, reteno e exportao de nutrientes como

    tambm avaliar o potencial de eutrofizao desse reservatrio.

    No modelo hidrodinmico mostrou que a distribuio do mdulo da velocidade

    foi idntica para cada ms do ano, independente da direo do vento, tendo a mata ciliar

    em torno desse ambiente hdrico importante papel na diminuio da velocidade modular

    na superfcie da gua. Porm prximo ao canal de sada de gua do lago foi observada

  • ix

    variao da velocidade de 0,32 m/s no perodo chuvoso e de 0,28 m/s no perodo seco, o

    que pode estar relacionada com as precipitaes. Alm disso, a entrada de gua no

    reservatrio forma vrtice tendendo ao processo de assoreamento, fato esse verificado

    na batimetria. Os processos de assoreamento nesse ponto se do principalmente nos

    perodos com menores precipitaes, pois a COSANPA aumenta as vazes de entrada

    de gua para manter o nvel do reservatrio para o abastecimento da Regio

    Metropolitana de Belm, propiciando o maior aporte de sedimentos suspensos, fato esse

    observado atravs dos parmetros de turbidez, cor e slidos suspensos, os quais tiveram

    maiores concentraes nesse ponto e uma diminuio medida que se afastava para o

    ponto 3 (sada de gua para o canal de ligao).

    Essas ferramentas so de grande importncia para preservao do manancial,

    pois possibilitaro diagnosticar a capacidade que o lago tende a reter e eliminarem os

    nutrientes, bem como ao processo de circulao hidrodinmica permitindo verificar

    locais que podem ter uma maior e menor deposio de materiais suspensos na coluna

    dgua. Esse estudo permitir fornecer dados que subsidie as autoridades competentes e

    ajudar na conservao de outros mananciais utilizados para o abastecimento de gua

    para as cidades.

  • x

    Abstract of Thesis presented to PRODERNA/UFPA as a partial fulfillment of the

    requirements for the degree of Doctor of Natural Resources Engineering (D.Eng.)

    ANALYSIS OF THE IMPACTS OF SOLID DYNAMICS OF NUTRIENTS AND

    WATER QUALITY OF THE ENVIRONMENT LENTIC USED IN SUPPLY

    COMMUNITIES AMAZON

    Andr Luis de Lima Saraiva

    August/2012

    Advisor: Jos Almir Rodrigues Pereira

    Research Area: Use and Transformation of Natural Resources

    The springs of Utinga, formed by the Bolonha and gua Preta lakes, are

    contained in an rea de Proteo Ambiental - APA and are used by the Companhia de

    Saneamento do Par - COSANPA, to supply the population of the Regio Metropolitana

    de Belm - RMB. These springs are formed by Guam River, where water is captured

    and sent to the gua Preta lake by pumping, which in an artificial channel with gravity

    flow, feeds the Bolonha lake, and since it is pumped to the Estao de Tratamento de

    gua - ETA. The main problems of pollution / contamination of water sources appeared

    to advancing urban disordered, giving rise to the improper release of sewage and solid

    waste from neighborhoods, slums and housing estates close to the main springs.

    The objective of this study was to use tools to support monitoring and

    knowledge of water quality in the gua Preta lake, to prevent and / or correct

    degradation processes. These tools are multivariate analysis of abiotic parameters and

    chlorophyll a, nutrient balance and hydrodynamic modeling aiming to observe the

    dispersion of sediment transport.

    Samples were collected in surface water at three points strategically chosen to

    assess the anthropogenic influence in the gua Preta lake and sediments that are

    suspended matter carried into the lake. The sampling points were georeferenced using

    GPS (GARMIN Model) and the sampling of surface water were performed with the

    Van Dorn bottle 2.5 L and transported to the Laboratrio de Qumica Ambiental (LQA),

  • xi

    located at the Universidade Federal Rural da Amaznia, for further analysis. Samples

    were collected during the months of March, May, June, August, September and October

    in 2010, coinciding with periods of higher and lower rainfall. The data of abiotic

    parameters and chlorophyll a were analyzed by methods of descriptive statistics and

    principal component analysis.

    Analyses were also carried out analysis of the mass balance of water and

    nutrients and adopted the use of hydrodynamic model of the modeling program

    SisBAHIA (Sistema Base de Hidrodinmica Ambiental), aimed to mimic the

    hydrodynamic conditions of the gua Preta lake during a year. Through these

    simulations were generated maps of surface currents to observe the different patterns of

    movement, since the use of models have played an important role in planning and

    development of alternative scenarios that include the proper diagnosis of the water

    systems in its structure, process and dynamics.

    The parameters studied showed variations during periods of lower and higher

    rainfall, higher contribution being found in point 2 in respect of turbidity, color, DO,

    nitrate, NT, chlorophyll a and suspended solids were found larger contribution in points

    2. The other parameters (N -ammonia, BOD and PT) had contribution in points 1 and 3,

    indicating a source of organic pollution, due to domestic sewage, since there are nearby

    dumping of sewage. In the mass balance was found that both the PT and NID were

    influenced by the load of water river Guam during the lower rainfall. While with high

    rainfall total phosphorus load was higher due to higher contribution from dewatering of

    sewage released into the reservoir. The retention time for the PT was 180 days and 536

    days was NID. Through this balance could quantify the entry, retention and export of

    nutrients as well as to evaluate the potential for eutrophication of reservoirs.

    In the hydrodynamic model showed that the distribution of the module speed

    was identical for each month of the year, regardless of wind direction, with the riparian

    vegetation around that water environment this important role in reducing the speed

    modular surface of the water. However near the output channel of pond water was

    observed a change of speed 0.32 m /s in the rainy season and 0.28 m / s during the dry

    period that can be related to the precipitation. Furthermore, the input of water in the

    tank forms a vortex tending to sedimentation process, a fact observed in the bathymetry.

    The sedimentation at this point be given especially in periods with lower precipitation,

    because COSANPA increases the flow of water intake to maintain the level of the

    reservoir to supply the Regio Metropolitana de Belm, providing the greatest

  • xii

    contribution of suspended sediment, a fact observed with the parameters of turbidity,

    color and suspended solids, which have higher concentrations at this point and a

    decrease as they move away to step 3 (water outlet channel for the connection).

    These tools are of great importance for maintenance of the spring, since they

    will allow diagnosing the lake capacity tends of retain and remove nutrients as well as

    the process of the hydrodynamic circulation allowing check sites that can have a major

    and minor deposition of materials suspended in water column. Through this study will

    provide data that subsidizes the competent authorities the future and help in the

    conservation of other sources used to supply water to cities.

  • xiii

    SUMRIO

    CAPTULO 1- INTRODUO ................................................................................. 1

    1.1 MOTIVAO ................................................................................................ 1

    1.2 OBJETIVOS ................................................................................................... 3

    1.2.1 Objetivo Geral ............................................................................................. 3

    1.2.2 Objetivos Especficos .................................................................................. 4

    1.3 ORGANIZAO DO TRABALHO ............................................................... 4

    CAPTULO 2 - JUSTIFICATIVA ............................................................................. 6

    2.1 A QUESTO AMBIENTAL NO MANANCIAL UTINGA ........................... 6

    CAPTULO 3 - REA DE ESTUDO ....................................................................... 11

    3.1 INTRODUO ............................................................................................ 11

    3.2 ASPECTOS FISIOGRFICOS DA REA .................................................. 14

    3.2.1 Clima .................................................................................................... 14

    3.2.2 Aspectos Geomorfolgicos ................................................................... 15

    3.2.3 Solo ....................................................................................................... 17

    3.2.4 Cobertura Vegetal................................................................................ 19

    3.2.5 Aspectos Geolgicos ............................................................................. 20

    3.2.6 Recursos Hdricos ................................................................................ 22

    3.3 HISTRICO DOS MANANCIAIS DO UTINGA ........................................ 23

    CAPTULO 4 - REVISO DA LITERATURA ...................................................... 26

    4.1 SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE GUA ........................................... 26

    4.2 LAGOS ........................................................................................................ 31

    4.2.1 Fenmenos Lacustres ........................................................................... 35

    4.2.1.1 Estratificao da coluna dgua .......................................................... 35

    4.2.1.2 Importncia dos Sedimentos Lacustres ............................................... 38

    4.3 EUTROFIZAO ........................................................................................ 40

    4.4 PARMETROS DE QUALIDADE DE GUA............................................ 43

    4.4.1 Turbidez ............................................................................................... 43

  • xiv

    4.4.2 Cor ........................................................................................................ 44

    4.4.3 Slidos suspensos ................................................................................. 44

    4.4.4 Oxignio dissolvido .............................................................................. 45

    4.4.5 Demanda Bioqumica de Oxignio ...................................................... 46

    4.4.6 Fsforo total ......................................................................................... 46

    4.4.7 Formas nitrogenadas ........................................................................... 48

    4.4.8 Clorofila a............................................................................................. 51

    4.5 BALANO DE MASSA .............................................................................. 51

    4.5.1 Balano hdrico .................................................................................... 52

    4.5.2 Balano das substncias ....................................................................... 54

    4.6 MODELAGEM EM RECURSOS HDRICOS.............................................. 57

    4.6.1 Tipos de modelos .................................................................................. 64

    4.6.1.1 Modelos estticos e dinmicos............................................................ 64

    4.6.1.2 Modelos discretos e contnuos ............................................................ 64

    4.6.1.3 Modelos determinsticos e estocsticos ............................................... 65

    4.6.1.4 Modelos mecanicistas e empricos ...................................................... 65

    4.6.1.5 Nmeros de variveis independentes .................................................. 67

    4.7 DESCRIO DO MODELO SisBAHIA ...................................................... 71

    4.8 MDULO HIDRODINMICO DO SisBAHIA ........................................... 73

    4.9 EQUAES GOVERNANTES PARA O MDULO 2DH DO MODELO

    HIDRODINMICO E SIGNIFICADO DOS TERMOS .......................................... 74

    CAPTULO 5 MATERIAIS E METDOS .......................................................... 78

    5.1 ETAPA 1 ...................................................................................................... 79

    5.1.1 Coleta de Dados ................................................................................... 79

    5.1.2 Anlise Laboratorial ............................................................................ 82

    5.1.3 Anlise estatstica ................................................................................. 84

    5.1.4 Balano de massa ................................................................................. 85

    5.2 ETAPA 2 ...................................................................................................... 87

    5.2.1 Coleta de dados .................................................................................... 87

    5.2.2 Anlise laboratorial ............................................................................. 88

    5.2.3 Modelagem hidrodinmica .................................................................. 89

    5.2.4 Balano de massa ................................................................................. 94

  • xv

    CAPTULO 6 - AVALIAO FSICA E QUMICA DA GUA DO

    RESERVATRIO DA REGIO AMAZNICA: UTILIZAO DE ANLISE

    MULTIVARIADA E BALANO DE NUTRIENTES NO RESERVATRIO

    GUA PRETA .......................................................................................................... 95

    6.1 INTRODUO ............................................................................................ 95

    6.2 MATERIAL E MTODOS........................................................................... 97

    6.2.1 Parmetros abiticos e clorofila a ....................................................... 99

    6.2.2 Tratamento dos dados e balano de massa ......................................... 99

    6.3 RESULTADOS E DISCUSSO ................................................................... 99

    6.3.1 Anlises de componentes ..................................................................... 99

    6.3.2 Anlises dos dados ............................................................................. 102

    6.3.3 Balano de massa ............................................................................... 107

    6.4 CONCLUSO ............................................................................................ 110

    CAPTULO 7 - APLICAO DO MODELO HIDRODINMICO

    BIDIMENSIONAL E DISTRIBUIO DE SEDIMENTOS SUSPENSOS NO

    RESERVATRIO GUA PRETA ........................................................................ 112

    7.1 INTRODUO .......................................................................................... 112

    7.2 MATERIAL E MTODOS......................................................................... 113

    7.3 RESULTADOS E DISCUSSO ................................................................. 114

    7.3.1 Circulao hidrodinmica ................................................................. 114

    7.3.2 Parmetros fsicos coletados in situ ................................................... 119

    7.4 CONCLUSO ............................................................................................ 122

    CAPTULO 8 - CONSIDERAES FINAIS ....................................................... 124

    8.1 CONCLUSES GERAIS ........................................................................... 124

    8.2 SUGESTES ............................................................................................. 126

    REFERNCIAS ...................................................................................................... 127

  • xvi

    LISTA DE FIGURAS

    CAPTULO 3

    Figura 3.1 Localizao do Lago Bolonha e gua Preta. Fonte: Modificado do

    Google Earth (2010). ............................................................................ 12

    Figura 3.2 Canal de ligao dos lagos Bolonha e gua Preta. Fonte: Modificado do

    Google Earth (2010). ............................................................................ 13

    Figura 3.3 Sistema de captao e armazenamento de gua superficial. Fonte:

    PEREIRA (2006). ................................................................................ 13

    Figura 3.4 Distribuio da Precipitao Mdia Mensal da Regio de Belm e

    Adjacncias. Perodo entre 1987 e 1996. Fonte : INMET (2010). ......... 15

    Figura 3.5 Geomorfolgia da rea no entorno dos lagos. Fonte: IMBIRIBA JUNIOR

    e COSTA (2003). ................................................................................. 16

    Figura 3.6 Solos da bacia do Utinga. Fonte: IMBIRIBA JUNIOR e COSTA

    (2003). ................................................................................................. 17

    Figura 3.7 Distribuio da vegetao na rea em estudo. Fonte: IMBIRIBA

    JUNIOR e COSTA (2003).................................................................... 20

    Figura 3.8 Geologia da Regio Metropolitana de Belm. Fonte: MATTA (2004). . 21

    Figura 3.9 Bacia hidrogrfica dos lagos Bolonha e gua Preta. Fonte: BARBOSA e

    SILVA (2002). ..................................................................................... 22

    CAPTULO 4

    Figura 4.1 Lago gua Preta, Manancial que abastece a cidade de Belm-PA. ....... 28

    Figura 4.2 Captao, tratamento, elevao e reservao de gua subterrnea.. ....... 29

    Figura 4.3 Lagos de vrzea ao longo da plancie de inundao do rio Solimes.. ... 34

    Figura 4.4 Lagos de meandros abandonados, formados ao longo do rio Juru.. ...... 34

    Figura 4.5 Representao esquemtica da estratificao trmica em um lago.. ....... 36

    Figura 4.6 Eutrofizao artificial e natural.. ........................................................... 41

    Figura 4.7 Ciclo do fsforo.. ................................................................................. 48

  • xvii

    Figura 4.8 Ciclo do nitrognio em guas continentais.. .......................................... 50

    Figura 4.9 Representao de um processo de modelagem computacional.. ............ 59

    Figura 4.10 Balano de massa para um lago completamente misturado.. ................. 69

    Figura 4.11 Sistema de coordenadas do sistema de modelagem (3D e 2DH), onde NR

    o nvel de referncia. No caso 2DH, Ui , representa a velocidade

    integrada na vertical. Note que as coordenadas e velocidades horizontais

    so representadas como (x,y) (x1,x2) e (u,v) (u1,u2) utilizando o ndice

    i = 1,2. .................................................................................................. 74

    CAPTULO 5

    Figura 5.1 Fluxograma representativo dos materiais e mtodos. ............................ 78

    Figura 5.2 Mapas dos pontos de amostragens hidrolgicas do ano de 2010.. .......... 79

    Figura 5.3 Garrafa hidrolgica. ............................................................................. 80

    Figura 5.4 Distribuio da Precipitao Mdia Mensal da Regio de Belm e

    Adjacncias do ano de 2010 e normal climatolgica do perodo de 1987 e

    1996. .................................................................................................... 82

    Figura 5.5 Mapa dos pontos de amostragens hidrolgicas do projeto Avaliao da

    Influncia da Salinidade e Eutrofizao na Qualidade da gua dos

    Mananciais (Lagos gua Preta e Bolonha) de Abastecimento da Regio

    Metropolitana de Belm RMB. ........................................................ 87

    Figura 5.6 Carta batimtrica do lago gua Preta.................................................... 88

    Figura 5.7 Imagem obtida no Google earth utilizada como principal base para

    delimitao dos contornos do domnio de modelagem (Coordenadas:

    Universal Transverse Mercator UTM). .............................................. 90

    Figura 5.8 Mapa base (*.srf) gerado no programa Surfer onde sero apresentados os

    cenrios de simulao (Coordenadas UTM). ......................................... 91

    Figura 5.9 Domnio modelado do lago gua Preta, indicando a malha de

    discretizao em elementos e ns. Os eixos representam distncias em

    UTM (Universal Transverse Mercator). ............................................ 93

  • xviii

    CAPTULO 6

    Figura 6.1 Mapa de localizao da rea e dos pontos de amostragem de gua. ....... 98

    Figura 6.2 Parmetros abiticos e clorofila a em relao sazonalidade. ............. 101

    Figura 6.3 Balano hdrico anual (m3.ano

    -1), desenho esquemtico do

    reservatrio. ....................................................................................... 107

    Figura 6.4 Balano de massa anual do PT (t.ano-1

    ) e do NID (t.ano-1

    ),

    desenho esquemtico do reservatrio. Perodo chuvoso P.C. Perodo

    Seco P.S. ......................................................................................... 109

    CAPTULO 7

    Figura 7.1 Localizao do Lago Bolonha e gua Preta.. ...................................... 114

    Figura 7.2 Vetores velocidade do escoamento do lago gua Preta nos meses de

    janeiro, maro, maio e julho. .............................................................. 116

    Figura 7.3 Vetores velocidade do escoamento do lago gua Preta nos meses de

    agosto, setembro, novembro e dezembro. ........................................... 117

    Figura 7.4 Detalhes dos vetores de velocidades no lago gua Preta no ms de

    setembro............................................................................................. 118

    Figura 7.5 Distribuio superficial das mdias dos slidos suspensos (mg.L-1

    ), cor

    (mg.L-1

    PtCo) e superficial de turbidez (mg.L-1

    ). Fonte: Modificado de

    Sodr (2007). ..................................................................................... 120

    Figura 7.6 Balano de massa anual do slidos suspensos (t.ano-1

    ), desenho

    esquemtico do reservatrio. Perodo chuvoso P.C. Perodo Seco

    P.S. .................................................................................................... 121

  • xix

    LISTA DE TABELAS

    CAPTULO 4

    Tabela 4.1 Relao entre quantidade e qualidade de gua em funo do tipo de

    manancial.. ........................................................................................... 30

    Tabela 4.2 Significado dos termos das equaes governantes do mdulo 2DH. ...... 77

    CAPTULO 5

    Tabela 5.1 Dados das mdias das vazes de entrada e sada do lago gua Preta.. .. 81

    Tabela 5.2 Mdias da direo e velocidade dos ventos na cidade de Belm no

    perodo 1987 1996.. ........................................................................... 81

    Tabela 5.3 Quantidade de parmetros analisados. .................................................. 84

    Tabela 5.4 Quantidade de parmetros analisados. .................................................. 89

    Tabela 5.5 Valores recomendados para a rugosidade equivalente do fundo, , para

    uso do modelo 2DH.. ............................................................................ 94

    CAPTULO 6

    Tabela 6.1 Pesos e varincia explicada pelas duas primeiras componentes principais

    da anlise das variveis com dados obtidos durante os perodos de menor

    e maior precipitao. .......................................................................... 101

  • xx

    NOMECLATURA

    LISTA DE ABREVIATURA E SIGLAS

    CETESB COMPANHIA DE TECNOLOGIA DE SANEAMENTO

    AMBIENTAL DO ESTADO DE SO PAULO

    COPPE COORDENAO DE PROGRAMAS DE PS GRADUAO

    EM ENGENHARIA

    CODEM COMPANHIA DE DESENVOLVIMENTO E

    ADMINISTRAO DA REA METROPOLITANA DE

    BELM

    COSANPA COMPANHIA DE SANEAMENTO DO PAR

    DBO DEMANDA BIOQUMICA DE OXIGNIO

    ETA ESTAO DE TRATAMENTO DE GUA

    FUNASA FUNDAO NACIONAL DE SADE

    IBGE INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATSTICA

    IET NDICE DO ESTADO TRFICO

    INMET INSTITUTO NACIONAL DE METROLOGIA

    IQA NDICE DE QUALIDADE DE GUA

    OD OXIGNIO DISSOLVIDO

  • xxi

    SECTAM SECRETRIA EXECUTIVA DE CINCIA, TECNOLOGIA E

    MEIO AMBIENTE

    RMB REGIO METROPOLITANA DE BELM

    Lista de Smbolos

    abs Absorbncia

    As rea da superfcie dos sedimentos

    AR rea do reservatrio (m3)

    AS Sada anual (kg.ms-1

    )

    BM Balano de massa (t.ano-1

    )

    C Concentrao mdia do sistema

    Cin Concentrao de entrada de substncia

    CN Concentrao de nutrientes (g.L-1

    ).

    Cl-a Concentrao da clorofila a

    co Caminho ptico da cubeta

    Cout Concentrao de sada substncia

    DBO Demanda Bioqumica de Oxignio

    E Evaporao

    EAN Entrada anual de todos os nutrientes para um afluente (kg.dia-1

    )

    (E/S) Estimativas mensais de entrada e sada

    h Profundidade da gua

    IA Input anual de cada afluente (kg.ms-1

    )

    IM Soma das entradas mensais

  • xxii

    K Taxa de sedimentao (l/tempo)

    k Coeficiente de reao de primeira ordem

    MEC Mdia da estao chuvosa (kg.ms-1

    )

    MES Mdia da estao seca (kg.ms-1

    )

    NT Nitrognio total

    P Precipitao

    PT Fsforo total

    Q Escoamento

    Qin Vazo de entrada

    Qout Vazo de sada

    RN Nutrientes no reservatrio (kg)

    RR Estimativa de precipitao direta no reservatrio (m3.ano

    -1)

    T Tempo de reteno

    t Tempo

    TR Tempo de reteno (dias)

    v Velocidade da sedimentao

    V Volume do lago

    VA Volume de gua no reservatrio (m3)

    Vac Volume de acetona (ml)

    VMC Valores mensais da estao chuvosa (de dezembro a junho) em

    kg.ms-1

    VMS Valores mensais da estao seca (de julho a novembro) em

    kg.ms-1

    Vs Velocidade aparente de sedimentao

    V Variao de armazenamento

  • xxiii

    Ui Velocidade integrada na vertical

    (x,y) (x1,x2) e

    (u,v) (u1,u2) Coordenadas e velocidades horizontais

    x,y Coordenadas

    (x,y,t) Elevao da superfcie (m)

    U(x, y, t) e V(x, y, t) Velocidades mdias na vertical, na direo x e y

    u, v e w Componentes da velocidade do escoamento respectivamente nas

    direes x, y e z

    g Acelerao da gravidade

    Densidade local do fluido

    0 Densidade constante de referncia

    Velocidade angular de rotao da terra no sistema de coordenadas

    local. os termos com so as foras de coriolis, no qual o

    ngulo de latitude

  • 1

    CAPTULO 1

    INTRODUO

    1.1 MOTIVAO

    A degradao dos recursos hdricos um dos mais evidentes reflexos da crise

    ambiental da sociedade contempornea, a qual est alicerada no crescimento

    populacional, na mudana dos hbitos de consumo, na gerao da poluio pelos

    processos produtivos e na falta de saneamento bsico. Tal degradao tem levado a um

    quadro de escassez de gua em importantes bacias hidrogrficas brasileiras, mesmo

    naquelas com um regime pluviomtrico favorvel (MADRUGA et al., 2008).

    Nesse contexto, uma das grandes metas mundiais, sem dvida alguma, a

    utilizao racional dos corpos dgua, sejam eles lticos (rios e/ou crregos) ou lnticos

    (lagos e/ou reservatrios) e sua conservao com relao qualidade de gua para

    atender aos diversos usos de seus recursos. Porm, para a perfeita relao entre uso e

    conservao, preciso conhecer os processos fsicos, qumicos e biolgicos que

    interagem dentro desses ecossistemas, gerando informaes, em estudos mais

    aprofundados, de sua estrutura e funcionamento para a posterior implantao de planos

    de manejo mais adequados (LEITE, 1998).

    Entre os sistemas aquticos esto os reservatrios de importncia fundamental

    pela sua prpria caracterstica de usos mltiplos. No entanto, a disposio de resduos

    (nutrientes e poluentes) provenientes de despejos industriais e domsticos, tem gerado

    diversos problemas, ocasionando a eutrofizao, bem como a concentrao de metais

    pesados e outros elementos txicos.

    A concentrao de oxignio dissolvido em sistemas aquticos naturais tambm

    considerada uma varivel altamente informativa, pois representa o comportamento e a

  • 2

    funcionalidade do ecossistema (DAUTILIA et al., 2004). O oxignio dissolvido,

    juntamente com o ciclo de nutrientes e a produtividade biolgica so alguns parmetros

    de qualidade de gua severamente controlados por mudanas na temperatura (STEFAN

    et al., 1993). Em meio s variaes observadas em reservatrios, destaca-se tambm a

    entrada e deposio de sedimentos (assoreamento), fato este relacionado basicamente

    com o uso e ocupao da bacia hidrogrfica e do seu entorno.

    O material sedimentado contribui para o processo de eutrofizao de lagos e

    reservatrios, pois na decomposio de material orgnico transportado para dentro

    desses ambientes ocorre o consumo de oxignio disponvel e a liberao de nutrientes.

    Dessa forma, o conhecimento das interaes entre o sedimento e a massa lquida

    essencial para o gerenciamento e manejo da qualidade da gua de reservatrios

    eutrficos, pois mesmo depois de reduzir a entrada externa de efluentes, h sempre

    dificuldades causadas pela liberao dos nutrientes proveniente do sedimento para a

    coluna dgua (DRISCOLI, 1993).

    A taxa de reciclagem dos nutrientes depende das inter-relaes entre as misturas

    horizontal e vertical da coluna de gua, as quais determinam as distribuies temporal e

    espacial, e tambm da atividade e da biomassa de organismos presentes. As variveis

    importantes a considerar nesses processos so o tempo de residncia da massa de gua,

    as taxas de transferncia dos elementos entre as massas de gua e as taxas de reciclagem

    dos elementos entre os vrios compartimentos (TUNDISI e MATSUMURA-TUNDISI,

    2008).

    Os principais nutrientes so aqueles importantes para todas as plantas (carbono,

    nitrognio e fsforo), os quais, em vrias combinaes com hidrognio e oxignio,

    constituem a base dos processos de metabolismo e estrutura das clulas. Enxofre e slica

    tambm podem ser adicionados a essa lista, uma vez que a slica faz parte das frstulas

  • 3

    das diatomceas e o enxofre um elemento essencial como componentes das protenas

    (TUNDISI e MATSUMURA-TUNDISI, 2008).

    Os ciclos desses elementos nas guas continentais esto inter-relacionados,

    portanto, com os processos biolgicos, qumicos e geolgicos no sistema aqutico, que

    afetam de forma direta a distribuio desses elementos nos sedimentos. Essa ciclagem

    dos nutrientes entre o sedimento e a coluna dgua influenciada pelas condies

    hidrolgicas, pela morfologia do lago, pelo tempo de residncia da gua e pelo tamanho

    e densidade das partculas (FORSBERG, 1989).

    Entretanto, a quantidade de sedimentos depositada dentro de um sistema varia

    muito entre reservatrios devido variabilidade espacial e temporal da quantidade e das

    caractersticas do sedimento carreado pelos cursos dgua, bem como das circunstncias

    que causam sua deposio (LEITE, 1998).

    Neste contexto, o presente estudo assume fundamental importncia, atravs do

    balano de massa utilizado para verificar o aporte de nutrientes e das simulaes

    hidrodinmica dentro do lago gua Preta, o qual faz parte do manancial Utinga

    utilizados para abastecimento de gua da Regio Metropolitana de Belm. Com essas

    anlises possvel prevenir e/ou corrigir processos degradantes nesse tipo de ambiente,

    provendo subsdios a aes governamentais e do poder pblico, para uma correta gesto

    desse ecossistema, pois possibilitar melhorar a qualidade da gua de ambientes

    aquticos.

    1.2 OBJETIVOS

    1.2.1 Objetivo Geral

    Desenvolver ferramentas de avaliao da qualidade da gua de ambiente lacustre

    na regio amaznica, com base na sedimentao de slidos e na distribuio de

  • 4

    nutrientes, com a finalidade a proteo do recurso hdrico e sua utilizao no

    abastecimento pblico de gua potvel.

    1.2.2 Objetivos Especficos

    Utilizar anlise de componentes principais para relacionar os parmetros

    abiticos (oxignio dissolvido, demanda bioqumica de oxignio, nitrato, nitrito,

    N-amoniacal, nitrognio total, fsforo total, slidos em suspenso, cor aparente

    e turbidez) e clorofila a.

    Estudar o balano de massa dos nutrientes (nitrognio inorgnico dissolvido e

    fsforo total) responsveis pelo processo de eutrofizao no reservatrio gua

    Preta, visando subsidiar informaes para implantao de mecanismos de

    gerenciamento da qualidade de gua.

    Aplicar um modelo hidrodinmico na avaliao do potencial de transporte

    longitudinais de sedimentos no lago gua Preta, para a determinao das reas

    de maior assoreamento.

    1.3 ORGANIZAO DO TRABALHO

    O presente captulo apresenta as motivaes e os objetivos que levaram ao

    desenvolvimento de ferramentas de avaliao da qualidade da gua de ambiente

    lacustre.

    O Captulo 2 apresenta a reviso bibliogrfica, onde so abordados os trabalhos

    que foram realizados no manancial Utinga.

    O Captulo 3 mostra a rea de estudo, as suas caractersticas fisiogrficas e o

    histrico dos mananciais do Utinga.

  • 5

    O Captulo 4 apresenta uma reviso da literatura. Enfatiza-se ainda, uma

    abordagem sobre especificaes do balano de massa e modelagem hidrodinmica.

    O Captulo 5 trata dos materiais e das metodologias empregada para elaborao

    dos artigos cientficos.

    As anlises dos resultados e suas discusses so apresentadas no Captulo 6 no

    que diz respeito aos parmetros abiticos e biticos estudados no lago gua Preta, bem

    como o balano de nutrientes.

    Similarmente ao Captulo 6, as anlises dos resultados e discusses so mostradas

    no Captulo 7 no que diz respeito ao emprego do modelo hidrodinmico no lago gua

    Preta e ao aporte de sedimentos.

    Finalmente, no Captulo 8 so apresentadas as Concluses Gerais do trabalho

    desenvolvido e as sugestes das principais atividades que podem ser realizadas em

    trabalhos futuros.

  • 6

    CAPTULO 2

    JUSTIFICATIVA

    2.1 A QUESTO AMBIENTAL NO MANANCIAL UTINGA

    No Brasil, mais de 14 milhes de pessoas no tm acesso a redes de distribuio

    de gua, e o processo de contaminao dos mananciais algo crescente. O acesso

    gua de boa qualidade e em quantidade adequada uma prioridade, em especial em

    reas urbanas, e est diretamente ligada sade da populao. importante frisar que

    diversas doenas tm sua origem na gua contaminada e respondem por mais da metade

    das internaes hospitalares na rede pblica de sade (DE OLHO NOS MANANCIAIS,

    2011).

    Segundo o Atlas de Saneamento do IBGE, apenas 2% dos municpios brasileiros

    (que equivalem a 116 municpios) no contavam, em 2000, com qualquer servio de

    abastecimento de gua por rede geral. A maior parte dos municpios sem qualquer tipo

    de rede de distribuio de gua est situada nas Regies Norte e Nordeste. Apesar de ter

    havido uma reduo, nestas regies, do nmero de municpios sem abastecimento,

    houve, na ltima dcada, um aumento de seu peso proporcional: passando de 50% para

    56% no Nordeste e de 21,7% para 23,3% na Regio Norte, indicando que o

    investimento a realizado na expanso da rede geral de abastecimento de gua no

    ocorreu na mesma proporo que nas demais regies (DE OLHO NOS MANANCIAIS,

    2011).

    No Par na Regio Metropolitana de Belm os lagos Bolonha e gua Preta

    constituem os principais mananciais de gua superficial para o abastecimento pblico de

    cerca de 1,2 milhes de pessoas (COSANPA, 2010). Contudo, nesses reservatrios

    ocorrem diversas presses, seja pelas constantes invases de suas cabeceiras, por

  • 7

    moradias sem esgotamento sanitrio, como por conjuntos habitacionais construdos na

    regio.

    Segundo SECTAM (1992), os lagos gua Preta e Bolonha vm servindo

    tambm como receptores finais de esgotos domsticos e industriais e das guas lanadas

    em suas bacias.

    Os problemas atuais que atingem os ecossistemas dos mananciais surgiram pelo

    avano urbanstico desordenado, e provocaram o surgimento de bairros, favelas e

    conjuntos residenciais prximos s principais nascentes dos lagos gua Preta e Bolonha

    que ficam, portanto, sujeitas degradao ambiental. Dessa forma, vrios estudos tm

    sido realizados e aprimorados nos ltimos anos para identificar e solucionar os

    problemas que ocorrem nesses lagos.

    DIAS (1991), realizou um estudo ambiental do Utinga visando anlise da vida

    til do sistema de abastecimento de Belm. O estudo realizado por RIBEIRO (1992)

    descreveu a situao da qualidade das guas superficiais dos lagos Bolonha e gua

    Preta, correlacionando os dados fsicos, fsico-qumicos, qumicos, bioqumicos,

    hidrobiolgicos e geoqumicos. Esse autor verificou que os aportes de guas recalcadas

    do rio Guam aumentam os efeitos de turbidez das guas e provocam maior

    assoreamento nesses reservatrios.

    GERALDO e CARNEIRO (2000) caracterizaram os lagos Bolonha e gua Preta

    como eutrficos com base na estimativa da biomassa fitoplanctnica e quantificao de

    clorofila a (829 g.L-1

    a 1.397 g.L-1

    ). CUNHA (2003) encontrou valores de clorofila a

    entre 1 g.L-1

    e 85 g.L-1

    , no lago gua Preta, e classificou o lago como mesotrfico

    eutrfico.

    CARVALHO (2001) coletou amostras de sedimentos de fundo do lago gua

    Preta, desde as ramificaes prximas rodovia BR 316 at as imediaes da barragem,

  • 8

    para reconhecimento da distribuio das razes isotpicas do chumbo (Pb206

    /Pb207

    ) e da

    concentrao de metais pesados (Ni, Fe, Co, Cu, Cr, Cd, Mn, Zn, Pb, Al)

    biodisponveis; e amostras de gua no ponto de captao de gua do rio Guam pela

    adutora da COSANPA para determinar a composio isotpica do chumbo nos

    sedimentos em suspenso. Os resultados permitiram verificar a contribuio das rochas

    da regio, a influncia do material em suspenso do rio Guam e o efeito da ao

    antrpica, na distribuio desses elementos no referido lago.

    SOUZA e LIMA (2002) em estudo realizado no lago Bolonha, no perodo de

    estiagem, encontraram em um ponto a 50 m da entrada da ETA valor mximo DBO de

    24,0 mg.L-1

    , o que confirma a depreciao na qualidade da gua dentro desse lago.

    SANTOS et al. (2005) descreveram parmetros limnolgicos bsicos (pH, cor

    aparente, turbidez, condutividade eltrica) das guas do Lago gua Preta, em uma

    pesquisa feita durante seis dias consecutivos no ms de maro de 2005, onde foi descrita

    a influncia das guas do rio Guam e da precipitao nas distribuies da turbidez e da

    cor. Foi tambm destacada a importncia de um monitoramento na rea, levando-se em

    considerao a questo da sazonalidade da regio (perodos de maior e menor

    precipitao) nas distribuies dos parmetros abiticos e biticos.

    Na tentativa de compor um quadro ao longo dos anos (1980 a 2004) das

    distribuies das variveis fsicas (cor, turbidez e temperatura) e qumicas (oxignio

    dissolvido, pH, cloreto, nitrato e N-amoniacal) das guas dos mananciais do Utinga,

    SARAIVA (2005) verificou que no houve uma mudana significativa nos valores das

    variveis estudadas ao longo desses anos. SANTOS et al. (2006) mediram a

    concentrao de slidos e turbidez em suspenso ao longo do sistema de captao, e

    detectaram os maiores valores no ponto de captao do rio Guam (slidos em

    suspenso de 84,8 mg.L-1

    e turbidez de 88 UNT) com uma diminuio ao longo do

  • 9

    percurso, alcanando o valor mnimo (slidos em suspenso de 2 mg.L-1

    e turbidez de 4

    UNT) na entrada da Estao de Tratamento de gua - ETA do Bolonha.

    Os reservatrios tendem ao processo de eutrofizao, conforme estudos

    desenvolvidos por SOUSA (2007) e ALVES (2007), a concentrao do elemento

    fsforo (elemento limitante no fenmeno da eutrofizao) na coluna dgua aumentou e

    dependendo das suas caractersticas fsico-qumicas, poder se depositar nos

    sedimentos. Vale ressaltar o trabalho de SODR (2007), que alm de avaliar a

    distribuio dos parmetros abiticos (transparncia, cor aparente, turbidez, oxignio

    dissolvido, temperatura, pH, slidos suspensos, nitrato, N-amoniacal e fosfato) durante

    um ano de pesquisa tambm gerou carta batimtrica do lago gua Preta, e constatou a

    diminuio do volume de armazenamento do lago devido ao assoreamento

    (sedimentao) oriundos de materiais em suspenso do rio Guam, o que acelera o

    processo de diminuio da vida til do lago.

    SANTOS et al. (2007) realizam pesquisas para calcular o ndice de Estado

    Trfico, dos lagos Bolonha e gua Preta, tendo encontrado condies eutrficas nesse

    ambiente. Esses autores identificaram que no perodo de maior precipitao

    pluviomtrica aumenta o teor de clorofila a, o que pode ser relacionado ao aumento das

    formas de fsforo nos mananciais, enquanto as formas nitrogenadas encontram-se

    disponveis durante o ano todo.

    A diferena granulomtrica estudada por SOUSA (2010) indicou uma

    sedimentao no uniforme no lago gua Preta, com a menor frao granulomtrica

    para areia e maior para a frao fina. SILVA (2010) implantou nos dois lagos o ndice

    de Qualidade de gua-IQA e o ndice de Estado Trfico - IET. O IQA foi desenvolvido

    para avaliar a qualidade das guas, tendo como determinante principal a sua utilizao

    para o abastecimento pblico, considerando aspectos relativos ao tratamento dessas

  • 10

    guas. Entre as vantagens do ndice esto facilidade de comunicao com o publico

    leigo e o fato de representar uma mdia de diversos parmetros em um nico nmero,

    combinando unidades de medidas diferentes em uma nica unidade. No entanto, sua

    principal desvantagem est na perda de informao dos parmetros individuais e da sua

    interao (CETESB, 2006).

    HOLANDA et al. (2011) fizeram um estudo sobre a modelagem hidrodinmica

    e a morfologia do lago gua Preta, a anlise morfolgica, determinou uma taxa de

    sedimentao anual mdia de 23.065 a 29.081 m3/ano entre 1975 e 2009. Atravs deste

    resultado, pode ser calculado o tempo de sedimentao do lago gua Preta, a partir de

    2009, a qual varia entre 295 e 381 anos, mantendo a mesma taxa de sedimentao. Por

    sua vez, LIMA et al. (2012) estudaram a modelagem hidrodinmica e a anlise

    morfolgica do lago Bolonha.

    Com base nessas informaes, o presente estudo assume fundamental

    importncia para fornecer um diagnstico de suas condies limnolgicas, assim como,

    auxiliar no entendimento da dinmica dos nutrientes e levantar questes relevantes

    quanto aos mecanismos de respostas do sistema aos estmulos internos e externos,

    naturais ou antrpicos e tambm pela constatao da carncia de informaes sobre

    estudos de modelos matemticos para avaliar o potencial de transporte de sedimentos no

    reservatrio e principalmente procurando obter parmetros, que possam subsidiar uma

    melhor gesto dos recursos hdricos que abastecem a cidade de Belm. As informaes

    cientificas obtidas nesse trabalho podero representar uma ferramenta de suporte s

    aes que visam o melhoramento das condies da vida til dos reservatrios e que

    fomentam a integrao de aes governamentais e do poder pblico para prevenir ou

    corrigir processos degradantes na rea estudada que de grande importncia social,

    ambiental e econmica.

  • 11

    CAPTULO 3

    REA DE ESTUDO

    3.1 INTRODUO

    A rea de estudo definida na pesquisa o Lago gua Preta, que um dos

    mananciais superficiais utilizados no sistema de abastecimento de gua dos municpios

    de Belm e Ananindeua, o outro manancial o lago Bolonha, juntos so dois grandes

    reservatrios de gua superficial que abastecem a Regio Metropolitana de Belm

    (RMB), tendo rea total de 8.989.500 m, que, atualmente, sofre processo de degradao

    decorrente da crescente e desordenada urbanizao dos municpios de Belm e

    Ananindeua.

    Na Figura 3.1 possvel observar que o processo de urbanizao desordenada

    mais acentuado ao longo da Av. Joo Paulo II e da BR-316, com o surgimento de

    conjuntos residenciais e invases que torna esses mananciais mais vulnerveis ao

    poluidora oriunda dos efluentes domsticos. Atualmente, a rua do Utinga, a estrada

    Moa Bonita e a estrada guas Lindas so os principais acessos aos lagos gua Preta e

    Bolonha.

  • 12

    Figura 3.1 Localizao do Lago Bolonha e gua Preta. Fonte: Modificado do Google

    Earth (2010).

    O sistema de abastecimento da Companhia de Saneamento do Par (COSANPA)

    tem incio com a captao de gua atravs da estao elevatria de produo de gua

    bruta margem do rio Guam1, formada por 4 conjuntos moto-bomba (modelo

    24QL19A) com vazo de 5.400 m/h, 550 CV de potncia e 24 mca. Quando esses

    equipamentos funcionam 24 horas por dia a produo da ordem de 21.600 m3/h,

    aduzidas por meio de duas adutoras de ao com dimetro de 1.500 mm e 1.750 mm e

    uma de concreto com dimetro de 800 mm. Essa gua lanada no lago gua Preta, e

    este por sua vez esta ligado ao lago Bolonha atravs do canal gua Preta Bolonha

    (Figura 3.2), de concreto armado com extenso de 1.052 m (COSANPA, 2010).

    1 O rio Guam, segundo SIOLI (1951) um rio de gua clara na parte alta do seu curso,

    tendo em suas cabeceiras pouca quantidade de sedimentos em suspenso. Enquanto que

    no seu baixo curso, porm, as mars empurram a gua turva e barrenta da baa de

    Guajar para dentro do rio Guam, enquadrado como um rio de gua branca.

  • 13

    Figura 3.2 Canal de ligao dos lagos Bolonha e gua Preta. Fonte: Modificado do

    Google Earth (2010).

    No lago Bolonha existe uma tomada dgua, cuja funo controlar o fluxo de

    gua para o canal a cu aberto denominado Yuna, que por sua vez, conduz a gua por

    gravidade, at a estao elevatria do Utinga (AGUIAR, 2004).

    Na Figura 3.3 representado o fluxograma do sistema de captao de gua da

    RMB.

    Figura 3.3 Sistema de captao e armazenamento de gua superficial. Fonte:

    PEREIRA (2006).

  • 14

    A primeira Estao de Tratamento de gua So Braz a mais antiga,

    localizada na sede da COSANPA, e responsvel pelo tratamento e distribuio de

    gua populao dos bairros de So Braz, Umarizal, Comrcio e Batista Campos. Tem

    capacidade para tratar at 1,200 litros por segundo (COSANPA, 2004).

    A segunda ETA funciona no 5 Setor Operacional, no bairro do Marco, sendo

    responsvel pelo tratamento e distribuio de gua para a populao dos bairros do

    Marco e parte do Souza, e produz 700 litros por segundo (COSANPA, 2004).

    A terceira, a ETA Bolonha, fica localizada prximo ao lago Bolonha, no

    Utinga, e responsvel tanto pelo tratamento quanto pela distribuio de gua

    populao das adjacncias da Marambaia, So Braz, Cidade Nova, Pedreira, Terra

    Firme, Jurunas e Guam, produzindo atualmente cerca de 6,400 mil litros por segundo

    (COSANPA, 2010).

    O volume captado, que antes era de cinco mil hoje de nove mil litros por

    segundo de gua. Com isso, espera-se garantir o abastecimento de gua para os

    prximos 20 anos e beneficiar at 1,2 milhes de pessoas (COSANPA, 2010).

    3.2 ASPECTOS FISIOGRFICOS DA REA

    3.2.1 Clima

    O clima da rea fisiogrfica do Utinga corresponde ao tipo equatorial mido,

    classificado de acordo com Kppen na categoria Af. Caracteriza-se, sobretudo, por

    apresentar precipitaes frequentes, oscilando entre 1500 a 3000 mm/ano, temperaturas

    acima de 18C com pequenas amplitudes entre mximas e mnimas anuais (DIAS,

    1991).

    A umidade ar, no transcorrer do ano, acompanha de perto o regime

    pluviomtrico, ocorrendo os maiores valores no perodo de dezembro a junho, atingindo

  • 15

    marcas de at 90%, e valores mdios anuais de 70% (DIAS, 1991). A precipitao

    (Figura 3.4) na regio equatorial o elemento meteorolgico que mais define o clima, j

    que a temperatura e a presso atmosfrica, no possuem variaes marcantes para

    mostrar mudanas sazonais.

    Figura 3.4 Distribuio da Precipitao Mdia Mensal da Regio de Belm e

    Adjacncias. Perodo entre 1987 e 1996. Fonte : INMET (2010).

    3.2.2 Aspectos Geomorfolgicos

    A rea que compreende o Sistema Ambiental nos mananciais do Utinga (Figura

    3.5) apresenta (em sua morfologia) Baixos Plats Amaznicos (Terra Firme)

    denominado de Planalto Rebaixado da Amaznia e Plancies Fluviais sujeitas

    inundao, denominadas de Plancie Amaznica (vrzea e igap).

    0

    50

    100

    150

    200

    250

    300

    350

    400

    450

    500

    Pre

    cip

    ita

    o (m

    m)

    Meses

  • 16

    Figura 3.5 Geomorfolgia da rea no entorno dos lagos. Fonte: IMBIRIBA JUNIOR

    e COSTA (2003).

    Segundo DIAS (1991), no conjunto dos lagos do Utinga, pode-se distinguir

    vrios elementos que participam da estrutura morfolgica da regio dos baixos plats:

    a) Plataformas intermedirias, correspondendo ao nvel altimtrico de 10 a 15 m do

    patamar tercirio, representando os rebordos das cabeceiras dos cursos de gua.

    Contornadas por encostas e escarpas, tem cimo aplainado tabuliforme e solos

    predominantemente arenosos e concrecionrios caractersticos da Formao Barreiras.

    Apresentam pontos de estrangulamento, provenientes dos processos de eroso,

    remontando s nascentes dos aquferos, de superfcie;

    b) Nveis de terraos escalonados em altitudes inferiores com cotas variando de 5 a 10

    m - baixos patamares;

    c) Baixadas inundveis correspondentes ao 4 nvel geral do terraceamento, apresentam-

    se esculpidas sobre terrenos recentes, em sedimentos do Quaternrio.

  • 17

    3.2.3 Solo

    Os solos da rea da bacia so descritas de acordo com cada unidade

    geomorfolgica (Figura 3.6)

    Figura 3.6 Solos da bacia do Utinga. Fonte: IMBIRIBA JUNIOR e COSTA (2003).

    A caracterstica dos solos da vrzea alta e baixa so marcadas pelo domnio do

    Hidromorfico Gleizado, onde encontra-se o Gley pouco Hmico, com textura fraca e

    argilosa; so maus drenados, com perfil mediamente profundo apresentando seqncias

    de horizonte A e Cg ou A, Bg e Cg com indicaes de processos de gleizao. As cores

    so marcadas pelos processos de mosqueamento tpico (IMBIRIBA JUNIOR e COSTA,

    2003).

    Nas reas de terraos e tabuleiro, encontramos segundo o DIAS (1991), no solo,

    associaes do Latossolo Amarelo com o Concrecionrio Latertico medianamente

    profunda formada por uma mistura de partculas finas e concrees ferruginosas de

    vrios dimetros, que podem ocupar a maior parte do volume do solo. Apresenta uma

    seqncia no perfil de Acn (horizonte com presena de concrees), Bcn e Cen com os

  • 18

    dois primeiros apresentando uma espessura mdia de 50 cm cada um tm caractersticas

    qumicas semelhantes ao Latossolo Amarelo, com uma composio de xido de ferro e

    alumnio, argila 1:1 e minerais altamente resistentes ao intemperismo. A saturao em

    alumnio alta, a fertilidade natural, o pH e a saturao de bases so baixas. O horizonte

    superficial tem estrutura moderada, pequena, subangular, por vezes mascarada pela

    laterita. As anlises realizadas indicam teores de argila menores do que 30% neste

    horizonte. No subsuperficial a textura pouco mais argilosa, com textura subangular,

    pequena a mdia e de fraca a moderada.

    E as Areias Quartzosas associadas ao Latossolo Amarelo, em relevo plano a

    suavemente ondulado, se originam de sedimentos arenosos do Quaternrio. So pouco

    desenvolvidas, com textura arenosa, fortemente, drenada e bastante permevel.

    Apresentam baixa fertilidade e baixa soma de bases trocveis. O horizonte superficial

    tem espessura mdia de 50 cm, estrutura muito fraca, pequena, granular ou mais

    frequentemente macia. O horizonte B tem espessura de cerca de 80 cm, com estrutura

    macia (IMBIRIBA JUNIOR e COSTA, 2003).

    O Podzol Hidromrfico encontrado em pequenas manchas ao norte do lago

    gua Preta, possuindo uma textura arenosa em todo o perfil, com presena de horizonte

    A2 de colorao branca ou cinza clara com profundidade de 20 cm, e o horizonte B de

    acmulo de hmus e de sesquixidos, com acidez elevada e baixo contedo de bases

    trocveis, e com profundidade mdia de 150 cm. Estes solos tm como material

    originrio de sedimentos arenosos do Quaternrio e encontram-se associados, na rea,

    com o Latossolo Amarelo (IMBIRIBA JUNIOR e COSTA, 2003).

  • 19

    3.2.4 Cobertura Vegetal

    A tipologia vegetal predominante na rea dos lagos do Utinga foi originalmente

    a Floresta Tropical mida Perenefolia, apresentando alta heterogeneidade na

    composio de espcies dicotiledneas de porte mdio alto e grandes variaes na

    densidade. A variao do porte e da frequncia de determinadas espcies decorre da

    inundao de reas florestais provocadas pelos barramentos dos cursos de gua do

    Bolonha e gua Preta e pelos desmatamentos para ocupao agrcola e urbana. Estas

    condies so determinantes da principal diviso fito-tipolgica da rea do Utinga:

    floresta densa de terra firme, floresta de reas inundadas ou sujeitas inundao,

    floresta secundria, cultivos agrcolas, campos graminosos e rea urbana (DIAS, 1991).

    Segundo este autor, em consequncia dos processos modificadores do solo, como

    inundao e desmatamento, a floresta primitiva foi sendo alterada na sua cobertura

    original.

    Onde houve interferncia humana (ao antrpica) ou qualquer derrubada

    causada por agente natural, a floresta reaparece, com uma composio parcialmente

    diferente da floresta primitiva, recebendo a denominao de floresta secundria ou

    capoeira (DIAS, 1991).

    Atualmente as reas desmatadas ou alteradas diretamente pela ao antrpica

    existem em maior proporo, comparadas s reas contendo florestas primitivas. A

    Figura 3.7 mostra a distribuio da vegetao na rea em estudo no ano de 2003

    (IMBIRIBA JUNIOR e COSTA, 2003).

  • 20

    Figura 3.7 Distribuio da vegetao na rea em estudo. Fonte: IMBIRIBA JUNIOR

    e COSTA (2003).

    3.2.5 Aspectos Geolgicos

    A Bacia do Murutucum, onde se encontram os lagos Bolonha e gua Preta, tem

    seu contexto geolgico representado principalmente por unidades cenozicas, estudadas

    em afloramentos naturais e por perfis litoestratigrficos de poos tubulares perfurados

    na regio (IMBIRIBA JUNIOR e COSTA, 2003).

    Faz parte desse contexto, a Formao Pirabas, de idade Oligo-Miocnica, situada

    em Belm a partir de uma profundidade mdia de 100 metros; o Grupo Barreiras, de

    idade Mioceno-Pliocnica, que ocorre principalmente na forma de falsias nas ilhas de

    Caratateua e Mosqueiro; os Sedimentos Ps-Barreiras e os Sedimentos Holocnicos

    (IMBIRIBA JUNIOR e COSTA, 2003).

    O sedimento do grupo Barreiras (Figura 3.8), depositado em ambiente continental

    durante o Plioceno e parte do Pleistoceno, est assentado sobre os calcrios e arenitos da

    Formao Pirabas, cujo topo encontra-se a cerca de 80 m de profundidade. Est

  • 21

    representado pela interdigitao de sedimentos arenosos e areno-argiloso e ocorrendo

    em pequenas reas entre os lagos gua Preta e Bolonha e o curso superior do rio Aur.

    Figura 3.8 Geologia da Regio Metropolitana de Belm. Fonte: MATTA (2004).

    Sobreposta ao Grupo Barreiras, a Cobertura Detrtica Pleistocnica, apesar da

    reduzida espessura, a unidade geolgica de maior expresso territorial e sobre a qual

    so assentadas as zonas urbanas. So sedimentos detrticos pleistocnicos de

    caractersticas alvio-coluvial e, tambm, fluvial, representados por uma fcies arenosa

    e outro areno-argilosa (IMBIRIBA JUNIOR e COSTA, 2003).

    Os depsitos cuja deposio se processa desde o incio do Holoceno, so

    constitudos por sedimentos argilosos cinza, ricos em matria orgnica. So sedimentos

  • 22

    dispostos ao longo da plancie de inundao do rio Guam, constituindo a Aluvio

    Recente (CONCEIO, 1995).

    3.2.6 Recursos Hdricos

    A RMB possui caractersticas hidrogrficas peculiares, entrecortadas por furos,

    rios, igaraps, lagos e baas, seguindo aspectos estuarinos amaznicos. Os igaraps se

    destacam em sua importncia, quando se relacionam com a topografia e com a formao

    e evoluo dos vales, que modelam os diferentes nveis de relevos existentes. Na Figura

    3.9 observa a bacia de Murutucum onde os lagos esto inseridos. Os elementos hdricos

    de maior expresso, devido suas relaes diretas e imediatas com a cidade de Belm,

    so a baa de Guajar e o rio Guam, alm de inmeros igaraps que cortam a cidade.

    Figura 3.9 Bacia hidrogrfica dos lagos Bolonha e gua Preta. Fonte: BARBOSA e

    SILVA (2002).

  • 23

    A baa de Guajar est localizada em frente cidade de Belm, prosseguindo at

    a Ilha do Mosqueiro, tem continuidade na baa de Maraj, com influncia direta das

    mars ocenicas e formada na confluncia dos rios Acar e Guam, onde se encontra

    com a baa de Maraj, no rio Par. Sua margem esquerda composta por ilhas, dentre

    as principais destaca-se; ilha das Onas, Jararaca, Mirim, Paquet Au, Jutub e canais,

    enquanto na margem direita est a cidade de Belm, as ilhas de Caratateua (Outeiro) e

    do Mosqueiro, separadas pelos furos do Maguari e das Marinhas, respectivamente

    (MATTA, 2004).

    O rio Guam margeia a cidade de Belm ao sul e desgua na baa de Guajar,

    possui guas pouco transparentes, com grande quantidade de material argiloso em

    suspenso, proveniente de atividades erosivas em suas margens, tornando suas guas

    turvas de colorao amarelada. Sua importncia se encontra no fato de que a

    COSANPA posicionou em seu leito uma adutora (agora duplicada), que direciona a

    gua deste rio para seus lagos naturais, compostos pelos lagos Bolonha e gua Preta

    (BAHIA et al., 2004).

    3.3 HISTRICO DOS MANANCIAIS DO UTINGA

    Em 1872 os mananciais j haviam sido pesquisados e aprovados para servirem

    de abastecimento de gua para a cidade de Belm (DIAS, 1991). Em 1881, com a

    criao da Companhia das guas do Gro Par, os terrenos que foram demarcados

    deveriam ser desapropriados no Utinga para a conservao dos mananciais (FEITOSA,

    1994). Aps estudos realizados pela comisso de engenheiros nomeada pelo presidente

    Dr. Gama Malcher, ficou reconhecido que esta fonte (Utinga) poderia suprir a

    necessidade atual de gua, por isso foi aceito como principal manancial da empresa

    (CRUZ, 1944).

  • 24

    Entre 1901-1907, o manancial do Utinga j se mostrava insuficiente para atender

    a demanda de gua potvel na cidade de Belm, foi determinada a captao de suas

    guas, por meio de galerias subterrneas filtrantes e a construo de uma represa em

    toda a sua bacia. Nesta ocasio, foi tambm determinada a construo de muros ao

    longo de um pequeno canal (rego), que conduzia as guas de trs nascentes (Utinga,

    Buiussuquara e Catu) para um poo de acumulao, evitando assim o seu contato com

    as guas de reas inundveis que so os igaps (CODEM, 1987, FEITOSA, 1994,

    SILVA, 1999).

    Os lagos foram criados na dcada de 30, a partir de barragens de cursos dgua.

    Os primeiros a serem represados foram o rio Catu e os igaraps Buiussuquara e Utinga

    e, o segundo foi o rio gua Preta (SILVA, 1999).

    Em 1932, houve a construo do Canal Yuna, pelo quais as guas dos rios gua

    Preta e Catu eram desviadas para o Buiussuquara para que juntas chegassem at as

    bombas do Utinga (SILVA, 1999).

    Em 1945, aconteceu a reconstruo da barragem do lago gua Preta, elevando

    sua altura em aproximadamente 0,8 m e tambm da barragem do lago Bolonha, elevada

    em aproximadamente 2,3 m. Deu-se tambm o incio da construo de um novo canal

    que remanejava as guas do canal Yuna e do igarap Buiussuquara, finalizado em 1949

    (FEITOSA, 1994, SILVA, 1999).

    Em 1955, iniciou-se a construo da Estao de Tratamento de gua e a

    estabilizao da barragem do lago gua Preta. Aps a concluso destas obras, em 1957,

    foi instalada uma bomba de recalque para captar gua do rio Guam e, assim,

    complementar o abastecimento de gua potvel para cidade de Belm, pois os sistemas

    de lagos do Utinga no atendiam a demanda da cidade durante o perodo de estiagem.

  • 25

    Em 1968, procedeu-se a ampliao da capacidade de bombeamento (CODEM, 1987,

    FEITOSA, 1994).

    Na dcada de 80 houve a construo do atual canal de interligao entre os lagos

    gua Preta e Bolonha, como forma de manuteno de seus nveis. Apesar de receber as

    guas drenadas de suas bacias, o volume destes lagos mantido pela captao de gua

    do rio Guam (SILVA, 1999).

    As obras de grande porte no sistema de captao do Utinga que tiveram incio

    1980 garantem o abastecimento de gua at o ano 2000. Em 2004 o sistema contou com

    mais um projeto de ampliao para garantir gua para os prximos 12 anos tendo em

    vista o crescimento populacional na regio metropolitana de Belm (AGUIAR, 2004).

    No ano de 2010, foi efetuada a construo de uma estao de captao de gua

    bruta, localizada no rio Guam, no Parque Estadual do Utinga, uma subestao eltrica

    de 69 kv e a duplicao da Estao de Tratamento de gua do Bolonha (ETA Bolonha),

    garantindo um mais eficiente abastecimento dgua para a Regio Metropolitana de

    Belm pelos prximos 20 anos.

  • 26

    CAPTULO 4

    REVISO DA LITERATURA

    4.1 SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE GUA

    O abastecimento de gua caracterizado pela retirada da gua da natureza,

    adequao de sua qualidade, transporte at os aglomerados humanos e fornecimento

    populao em quantidade compatvel com suas necessidades, ou seja, representa o

    conjunto de obras, equipamentos e servios destinados ao abastecimento de gua

    potvel de uma comunidade, para fins de consumo domstico, servios pblicos,

    consumo industrial e outros usos (HELLER e CASSEB, 1995).

    Segundo a FUNASA (2009), a qualidade da gua depende da concepo do

    projeto implantado e, consequentemente, do manancial utilizado. fundamental estar

    atento para algumas questes relativas escolha do manancial. Alm da quantidade e

    qualidade da gua disponvel, deve ser observado o acesso, disponibilidade de energia

    eltrica para o funcionamento dos equipamentos necessrios, desnvel e distncia ao

    ponto de tratamento e de consumo.

    Um sistema de abastecimento pblico de gua geralmente compreende as

    seguintes unidades: captao, aduo, estaes elevatrias ou de recalque, tratamento,

    reserva e distribuio.

    Sob o ponto de vista das instalaes, a unidade de captao a primeira

    providncia de um sistema de abastecimento. Redestinada a recolher a gua, seja ela

    proveniente da chuva, de rios, de lagos, de fontes, ou do subsolo, tendo por finalidade

    dar condies para que a gua seja retirada do manancial em quantidade capaz de

    atender ao consumo (GALVO et al., 2006).

  • 27

    A aduo destinada a conduo da gua desde a captao at a comunidade

    abastecida. As adutoras, tubulaes normalmente sem derivaes, ligam a captao ao

    tratamento ou o tratamento rede de distribuio (GALVO et al., 2006).

    As estaes elevatrias ou de recalque so instalaes de bombeamento

    destinado a transportar gua para os pontos mais distantes ou elevados, ou para

    aumentar a vazo de linhas adutoras (HELLER e CASSEB, 1995).

    O tratamento visa eliminar impurezas e/ou corrigir impropriedades que tornam a

    gua inadequada para determinados fins, ou seja, melhora as caractersticas qualitativas

    da gua, dos pontos de vista fsicos, qumicos, bacteriolgicos e organolptico, a fim de

    que se torne prpria para o consumo (GALVO et al., 2006).

    A reserva, segundo GALVO et al. (2006), tem como objetivo o acmulo da

    gua com propsitos de:

    Atender variao de consumo nas horas em que este for maior;

    Manter presso mnima ou constante na rede;

    Atender s demandas de emergncia, no caso de incndio, ruptura da rede e

    outros imprevistos.

    A distribuio constitui a etapa final do sistema de abastecimento de gua, com

    destino de conduzir a gua para edifcios e pontos de consumo, por meio de tubulaes

    instaladas nas vias pblicas (GALVO et al., 2006).

    Para a gua utilizada nas reas urbanas ser disponibilizada aos consumidores,

    importante o conhecimento das caractersticas do manancial e do consumo previsto para

    a comunidade (PEREIRA et al., 2007).

    De acordo com a Associao Brasileira de Normas Tcnicas (1992), na NBR

    12211, so recomendados mananciais que tenham condies sanitrias satisfatrias e

    que, isolados ou agrupados, apresentam vazo suficiente para atender demanda

  • 28

    mxima prevista para o abastecimento de gua no alcance do plano (PEREIRA et al.,

    2007).

    Normalmente nas reas urbanas so utilizados mananciais superficiais e

    subterrneos. Na Figura 4.1 mostrado manancial superficial, ou seja, que escoa na

    superfcie terrestre e apresenta espelho dgua na superfcie.

    Figura 4.1 Lago gua Preta, Manancial que abastece a cidade

    de Belm-PA.

    Os mananciais subterrneos ocorrem nos poros e interstcios do solo e do

    subsolo, sendo muito comum o uso de poos artesianos em sistemas individuais e

    coletivos de abastecimento de gua (PEREIRA et al., 2007). Na Figura 4.2

    apresentada a configurao das unidades de captao, tratamento, elevao e reserva de

    gua subterrnea.

  • 29

    Figura 4.2 Captao, tratamento, elevao e reservao de gua subterrnea. Fonte:

    PEREIRA et al. (2007).

    Em locais de grande precipitao pluviomtrica e de pequena densidade

    populacional podem ser tambm aproveitadas guas da chuva. Aps o conhecimento da

    demanda prevista de gua, preciso avaliar o volume disponvel e a qualidade da gua

    bruta do manancial, as quais podem variar de acordo com a sazonalidade (PEREIRA et

    al., 2007). As principais caractersticas dos mananciais de abastecimento de gua esto

    na Tabela 4.1.

  • 30

    Tabela 4.1 Relao entre quantidade e qualidade de gua em funo do tipo de

    manancial. Fonte: HELLER e CASSEB (1995).

    Manancial Quantidade de gua Qualidade de gua

    Superficial

    Depende de fatores como:

    rea e bacia de contribuio;

    Relevo da bacia;

    Condies da superfcie do solo;

    Constituio geolgica do subsolo;

    Clima;

    Existncia de obras de controle e utilizao da gua a montante do

    local de captao.

    Depende de fatores como:

    Grau de ocupao da bacia de contribuio;

    Prtica de atividades potencialmente poluidoras na

    rea da bacia;

    Existncia de pontos de lanamento de esgoto a

    montante.

    Subterrneo

    Fretico

    Geralmente capaz de atender a uma famlia ou a um pequeno

    grupo de famlias.

    gua sofre infiltrao natural pelas camadas do

    solo;

    Grande exposio contaminao por

    organismos patognicos,

    devido principalmente

    proximidade de fossas, falta

    de higiene no manuseio ou

    entrada de gua de chuva.

    Subterrneo

    Confinado

    Pode atender a cidades de pequeno, mdio ou grande

    porte, dependendo das

    caractersticas geolgicas do

    subsolo, entre outros fatores.

    Pouca exposio contaminao por atividades

    humanas podendo haver

    presena de substncias

    qumicas nocivas ao homem;

    gua da

    chuva

    Depende da pluviosidade do local.

    Por no possuir sais dissolvidos inspida e

    pouco digestiva;

    Pode sofrer contaminao nos telhados por partculas

    ou por fezes de pequenos

    animais.

    Na avaliao dos mananciais superficiais como os ambientes lacutres

    importante o conhecimento das condies sanitrias na rea da bacia, o que requer a

    coleta e realizao de anlises fsica, qumica e biolgica em pontos significativos.

  • 31

    Estas anlises podem fornecer um diagnstico de suas condies ecolgicas,

    assim como, auxiliarem no entendimento da dinmica das comunidades e levantar

    questes relevantes quanto aos mecanismos de respostas do sistema aos estmulos

    internos e externos, naturais ou antrpicos.

    4.2 LAGOS

    Os lagos so corpos dgua interiores sem comunicao direta com o mar tendo,

    em geral, guas com baixos teores de ons dissolvidos, quando em comparao com as

    guas ocenicas. Exceo deve ser feita a aqueles lagos localizados em regies ridas ou

    submetidas a longos perodos de seca, nos quais os teores de ons dissolvidos podem ser

    altos, pois a intensa evaporao no compensada pela precipitao. Nestas condies

    os teores de sais dissolvidos podem ser muitas vezes superiores aos da gua do mar

    (ESTEVES, 1998).

    Os lagos no so elementos permanentes das paisagens da terra, pois eles so

    fenmenos de curta durabilidade na escala geolgica, portanto surgem e desaparecem

    no decorrer do tempo (ODUM, 2001). O seu desaparecimento est ligado a vrios

    fenmenos, dentre os quais o mais importante : o seu prprio metabolismo, como por

    exemplo, o acmulo de matria orgnica e a deposio de sedimentos transportados

    principalmente por afluentes (ESTEVES, 1998).

    O surgimento de lagos tem sido objeto de estudo de vrios ramos da cincia,

    especialmente a Geologia e Geografia. Na Limnologia este assunto foi abordado no

    incio do sculo por Halbfass em 1923 e de forma mais ampla por Hutchinson em 1957

    (ESTEVES, 1998).

    Na formao de lagos, so de grande importncia os fenmenos endgenos, que

    so fenmenos originrios do interior da crosta terrestre e exgenos, que so fenmenos

  • 32

    originrios a partir de causas exteriores crosta. Como exemplos dos primeiros, podem

    ser citados os movimentos tectnicos e vulcnicos, e dos segundos, as glaciaes, a

    eroso e a sedimentao (ESTEVES, 1998).

    Raramente os limnlogos no encontram muita dificuldade para diferenciar um

    lago de uma lagoa. Como ponto de partida para esta diferenciao, pode-se tomar a

    profundidade da bacia lacustre e o alcance da regio iluminada na coluna dgua. Como

    lagoa, pode-se considerar os corpos dgua rasos, de gua doce, salobra ou salgada, em

    que a radiao solar pode alcanar o sedimento, possibilitando conseqentemente, o

    crescimento de macrfitas aquticas em toda a sua extenso, vale ressaltar que a maioria

    das lagoas costeiras, so na realidade, lagunas (ESTEVES, 1998). Enquanto que os

    lagos tm uma extenso considervel de gua cercada de terra. Segundo ODUM (2001),

    uma distino ntida entre lagos e lagoas feita por importantes diferenas ecolgicas

    alm do tamanho destes ambientes lnticos.

    Adotando como critrio os aspectos genticos das depresses lacustres,

    HUTCHINSON apud ESTEVES (1998), classificou os lagos do globo em 11 grupos

    entre os quais se destacam: lagos tectnicos, vulcnicos, glaciais, de dissoluo e

    eroso, oriundos da atividade elica e de processos fluviais. A classificao dos lagos,

    conforme o seu nvel trfico, baseando-se na tipologia do Thienemann e Ruttner, de

    maior interesse para os limnlogos e foram vrias vezes discutida e aperfeioada nos

    ltimos anos (JUNK, 1980).

    Os lagos brasileiros (muitos deles so lagoas) podem se agrupar em pelo menos

    5 grupos bem diferenciados: (i) Lagos amaznicos, onde devem ser distinguidos os

    lagos de vrzea e os de terras firme; (ii) Lagos do Pantanal Matogrossense, como lagos

    de gua doce (baas) que periodicamente (durante as cheias) se conectam com os rios, e

    lagos de gua salobra (salinas), que se encontram geralmente fora do alcance das cheias

  • 33

    e permanecem, portanto, isolados; (iii) Lagunas costeiras que se estendem desde o

    Nordeste at o Rio Grande do Sul, com grandes ecossistemas como a dos Patos; (iv)

    Lagos formados ao longo de rios de mdio e grande porte, por barragem natural de

    tributrios de maior porte ou por processos de eroso e sedimentao de meandros, que

    resultam no seu isolamento; e (v) Lagos artificiais como as represas e audes

    (ESTEVES, 1998).

    Os lagos de inundao ou vrzeas se concentram principalmente na regio

    amaznica, nas plancies de inundao do rio Solimes-Amazonas (Figura 4.3). Esses

    lagos apresentam como caracterstica principal a grande variao no nvel da gua. Nas

    pocas de cheia as guas do rio Solimes/Amazonas inundam as plancies, enchendo os

    lagos, o que resulta no transbordamento de suas guas, ocasionando a intercomunicao

    entre rios e lagos formando muitas vezes um nico sistema, onde alguns lagos

    temporariamente adquirem caractersticas lticas (JUNK, 1980).

    Esse tipo de lago pode tambm ser encontrado em outras regies fora da bacia

    amaznica, como no Pantanal de Mato Grosso (baas), na plancie do rio So Francisco

    e na regio da Baixada Maranhense, nas vrzeas dos rios Turiau, Pericum e Pindar.

    Esses trs ltimos rios so bem pequenos quando comparados aos demais rios

    amaznicos; todavia, possuem comportamento semelhante a estes no que diz respeito

    aos padres de inundao e formao de vrzeas (IBANEZ et al. 2000).

  • 34

    Figura 4.3 Lagos de vrzea ao longo da plancie de inundao do rio

    Solimes. Fonte: Google Earth.

    Os lagos de meandro ou ferradura ou ainda sacados como so popularmente

    conhecidos na regio amaznica, ocorrem ao longo dos rios de canal meandrante. So

    formados a partir do isolamento de meandros por processos de eroso e sedimentao

    das margens. So encontrados em grande nmero ao longo de rios como o Madeira,

    Juru (Figura 4.4) e Purus (Amaznia), Paraguai (pantanal mato-grossense), entre

    outros.

    Figura 4.4 Lagos de meandros abandonados, formados ao longo do rio Juru.

    Fonte: Google Earth.

    Lagos de vrzeas

    Rio Solimes

    Lagos de meandros

  • 35

    As represas e audes considerados lagos artificiais so formados principalmente

    pelo represamento de rios para atender os seguintes objetivos: abastecimento de guas,

    regularizao de cursos, obteno de energia eltrica, irrigao, navegao, recreao,

    entre outros.

    4.2.1 Fenmenos Lacustres

    Os principais compartimentos dos ambientes aquticos so: coluna d'gua e

    sedimento. Nos lagos tpicos podem ainda ser delimitados trs compartimentos:

    litorneo (rea de contato com o ambiente terrestre), pelgico ou limntico (gua aberta)

    e profundo (ESTEVES, 1998). Entretanto, podem ocorrer muitas diferenas entre esses

    ambientes que podem ser explicadas a partir dos contornos de profundidade das bacias,

    formato dos lagos e seus aspectos genticos (LERMAN, 1978).

    4.2.1.1 Estratificao da coluna dgua

    Os lagos podem apresentar gradientes verticais e em alguns casos laterais, que se

    tornam evidentes, atravs da distribuio desigual da luz, temperatura, nutrientes e gases

    (oxignio, gs carbnico etc.). A desigual distribuio destas variveis no ambiente

    lacustre tem grandes consequncias na distribuio dos organismos (ESTEVES, 1998).

    Em funo da distribuio desigual da radiao luminosa, os lagos podem sofrer

    uma zonao vertical da coluna d'gua. De acordo com BARROSO e SANTOS (1995),

    o padro de distribuio dessa radiao, ir determinar a separao das massas de gua

    em funo de diferenas de densidade. J a distribuio da radiao fotossinttica ativa,

    a qual pode ser absorvida pela clorofila, ir determinar as profundidades das zonas de

    sntese de matria orgnica (zona euftica) e de decomposio (zona aftica). Outro

    fenmeno muito importante na dinmica dos sistemas lacustres a estratificao

  • 36

    trmica da coluna dgua. Como resultado da m distribuio do calor solar absorvido

    pelas camadas superficiais para o restante da massa dgua, se desenvolve uma camada

    superficial de guas menos densas e temperatura relativamente uniforme e quente

    (epilmnio), uma poro intermediria (metalmnio) caracterizada por uma marcante

    queda de temperatura com a profundidade (termoclina), e uma camada de guas mais

    densas com temperaturas relativamente uniformes e mais frias (hipolmnio) (Figura

    4.5).

    Figura 4.5 Representao esquemtica da estratificao trmica em um lago. Fonte:

    MENESES (2006).

    A persistncia da estratificao trmica dos lagos depende de diversos fatores

    como clima, temperatura e salinidade da gua, rea e profundidade do lago, e regime de

    ventos. Nos lagos situados em regies temperadas, o aquecimento das guas superficiais

    durante o vero provoca a estratificao da coluna dgua, enquanto a diminuio da

    radiao solar no outono, resfria o epilmnio, homogeneizando a temperatura e

    provocando a circulao da massa dgua (BERNER e BERNER, 1996).

    Em lago de regies tropicais, os fenmenos de estratificao da massa dgua

    ocorrem de maneira diferenciada daquelas de regies temperadas. Nesses lagos o mais

    comum a ocorrncia de estratificao e desestratificao diria, ou estratificao

    durante a primavera, vero e outono, com desestratificao no inverno.

  • 37

    A grande maioria dos lagos tropicais apresenta profundidades reduzidas, em

    funo dos processos geolgicos que os originam. Alm disso, nessas regies a variao

    sazonal da temperatura pouco acentuada em relao variao diria. Na regio

    amaznica, por exemplo, a amplitude de variao diria da temperatura atmosfrica

    maior do que a amplitude sazonal. Estes fatores contribuem para a estratificao e

    desestratificao diria da coluna dgua nestes lagos. Segundo ESTEVES (1998), a

    estratificao se desenvolve durante o perodo do dia, culminando por volta das 16 - 17

    horas e desestratificao noturna, devido perda de calor para a atmosfera. No entanto,

    nos lagos tropicais de maiores profundidades, em especial aqueles que so pouco

    influenciados pelo vento, observa-se padro diferenciado de estratificao, ou seja, estes

    lagos permanecem estratificados na maior parte do ano, desestratificando-se somente no

    inverno. Nesta poca do ano ocorre inicialmente o resfriamento do eplminio,

    posteriormente do metalmnio e finalmente toda a coluna d`gua apresenta-se

    homotrmica e desestratificada. Esse padro de estratificao trmica ocorre em alguns

    lagos brasileiros, como constataram TUNDISI et al. (1997) ao estudarem 15 lagos do

    sistema lacustre do rio Doce, entre eles o lago Dom Helvcio (31 m de profundidade).

    Segundo estes autores os lagos permanecem estratificados durante 10 meses no ano.

    Em relao ao padro de estratificao/circulao de gua, os lagos so

    classificados como holomticos quando a circulao envolve toda a coluna dgua, ou

    meromticos nos casos em que apenas parte da coluna dgua renovada. Neste ltimo

    tipo de lago, a termoclina separa uma parte da coluna dgua que regularmente

    submetida renovao (mixolmnio) de outra parte mais profunda que se mantm

    isolada (monimolmnio). Alguns lagos so muito rasos, tornando a ao do vento

    bastante eficaz na movimentao de suas guas e por isso no sofrem estratificao e

    no desenvolvem um hipolmnio (LERMAN, 1978).

  • 38

    Nos lagos onde ocorre estratificao trmica tambm se desenvolve

    estratificao qumica, isto , os gases e compostos orgnicos e inorgnicos presentes na

    gua podem apresentar distribuio no homognea na coluna dgua. Em lagos

    temperados, a estratificao trmica condiciona a estratificao qumica. Em lagos

    tropicais, a estratificao qumica, especialmente do oxignio pode ocorrer

    independentemente desse processo, pois outros fatores como a concentrao de matria

    orgnica dissolvida e particulada na gua do lago pode controlar a disponibilidade desse

    gs na gua. Em lagos onde h pouco fornecimento de nutrientes e, por consequncia,

    baixas taxas de produo fotossinttica, as guas costumam ser bem oxigenadas at as

    regies mais profundas. Por outro lado, em lagos onde h uma farta disponibilidade de

    nutrientes e altas taxas de produtividade primria, o oxignio pode decrescer em direo

    ao hipolmnio, tornando-o muitas vezes anaerbico (MENESES, 2006).

    4.2.1.2 Importncia dos Sedimentos Lacustres

    De acordo com ALLEN e COLLINSON (1986), os lagos podem ser

    considerados como verdadeiros laboratrios naturais por possibilitarem um refinamento

    do conhecimento j adquirido a respeito dos processos fsicos, qumicos e biolgicos

    relevantes no s para o ambiente lacustre como tambm para vrios outros ambientes.

    Muito do que se conhece hoje sobre deltas, processos litorneos, correntes de turbidez,

    sedimentao em ambientes profundos e eventos anxicos ocenicos foram derivados

    de estudos realizados em lagos, tendo por base principal a anlise de seus sedimentos.

    O sedimento pode ser considerado como o resultado da integrao de todos os

    processos que ocorrem em um ecossistema aqutico. Do ponto de vista de ciclagem de

    matria e fluxo de energia, o sedimento um dos compartimentos mais importantes dos

    ecossistemas aquticos continentais. Nele ocorrem processos biolgicos, fsicos e

  • 39

    qumicos, que influenciam o metabolismo de todo o sistema. Alm disso, o sedimento,

    atravs de sua composio qumica e biolgica, de fundamental importncia no estudo

    da evoluo histrica de ecossistemas aquticos e dos ecossistemas terrestres adjacentes

    (ESTEVES, 1998).

    A textura do sedimento fornece informaes muito diversas sobre a

    sedimentao ambiente. Dependendo dos objetivos de pesquisa, diferentes mtodos so

    usados para descrever textura do sedimento. Por exemplo, a investigao microscpica

    de eltrons permite fixar a estrutura tridimensional de partculas ou agregados (KIM et

    al., 2005).

    Assim como as partculas minerais em suspenso tendem associar com a matria

    orgnica, os micros e macronutrientes tm essas funes, um exemplo disso so

    partculas individuais que formam complexos com metais (geralmente ferro) xidos

    sobre a superfcie das partculas, tornam-se agregados e so depositados no fundo do

    lago (GU et al., 1996).

    Outra importncia do sedimento so os estudos de carter paleolimnolgico, que

    reside no fato de que neste compartimento do ecossistema lacustre que se depositam

    todos os compostos e estruturas de animais e vegetais, que no foram totalmente

    decompostos. Desta maneira, ao longo da evoluo de um sistema aqutico, formam-se

    camadas no sedimento, contendo compostos qumicos e estruturas biolgicas que

    representam as diferentes fases do processo. Assim, a partir desses depsitos, torna-se

    possvel interpretar o desenvolvimento histrico e alteraes tanto do ambiente como de

    suas comunidades. Devido a estas propriedades, os sedimentos lacustres funcionam

    como verdadeiros bancos de dados sobre os ecossistemas. Essa capacidade do

    sedimento em acumular compostos tambm responsvel por tornar este

  • 40

    compartimento um dos mais importantes na avaliao do nvel de contaminao dos

    ambientes aquticos (MENESES, 2006).

    4.3 EUTROFIZAO

    O conceito de nutriente limitante baseado na premissa de que a uma dada

    estequiometria celular das plantas aquticas, o nutriente que ir controlar a mxima

    quantidade de biomassa vegetal o nutriente que ser exaurido primeiramente, ou

    aquele que atinge um valor mnimo antes dos outros (SALAS; MARTINO, 2001).

    Como as reaes qumicas deixam de se processar quando um reagente limitante

    totalmente consumido, o crescimento de algas limitado pela disponibilidade desses

    nutrientes na gua (GRASSI, 2001).

    Por outro lado, o aporte excessivo de nutrientes, tais como fsforo e nitrognio,

    provoca o crescimento descontrolado de algas. Gera-se ento uma biomassa superior

    quela que o sistema poderia naturalmente controlar. O aumento excessivo na

    populao e sua posterior degradao no corpo aqutico geram uma demanda de

    oxignio grande, a qual pode ento provocar a morte de animais aquticos (peixes) e

    tambm a proliferao de organismos anaerbios (GRASSI, 2001).

    Nesse sentido, a eutrofizao um processo onde um corpo dgua (lago, rio etc..)

    enriquecido por nutrientes, tanto por processos naturais ou provocados pelo homem,

    sendo que no segundo caso alguns autores (LAMPARELLI, 2004; ESTEVES 1998)

    denominam eutrofizao cultural ou artificial (Figura 4.6).

  • 41

    Figura 4.6 Eutrofizao artificial e natural. Fonte:

    www.dern.ufes.br/limnol/main.html.

    A eutrofizao natural um processo lento e contnuo que resulta do aporte de

    nutrientes trazidos pelas chuvas e pelas guas superficiais que erodem e lavam a

    superfcie terrestre. A eutrofizao natural corresponde ao que pode ser chamado de

    envelhecimento natural do lago. Quando ocorre artificialmente, ou seja, quando

    induzida pelo homem, a eutrofizao denominada de artificial, cultural ou antrpica.

    Atualmente, as alteraes no uso do solo na bacia de drenagem dos ecossistemas

    aquticos tm aumentado os fluxos de sedimentos e de nutrientes devido remoo da

    vegetao nativa, agricultura, pecuria, urbanizao e lanamento de efluentes

    domsticos e industriais. Como consequncia do incremento dos fluxos de sedimentos e

    http://www.dern.ufes.br/limnol/main.html

  • 42

    nutrientes, o processo de envelhecimento acelerado causando alteraes indesejveis

    no ambiente aqutico, como por exemplo, as floraes de algas nocivas, capazes de

    produzir toxinas, e o rpido assoreamento (enchimento do corpo d'gua por

    sedimentos). O envelhecimento precoce dos lagos devido s atividades humanas

    conhecido como eutrofizao artificial (BERNER e BERNER, 1996).

    De acordo com alguns pesquisadores possvel determinar o grau de

    eutrofizao dos lagos atravs da anlise de seus sedimentos. Segundo NAUMANN

    (1931) os componentes do sedimento, em especial a concentrao de matria orgnica,

    refletem o nvel de produo do sistema. Em lagos oligotrficos, por exemplo, o

    sedimento caracteriza-se pelo baixo teor de matria orgnica (o que lhe confere cor

    clara), e baixa concentrao de nutrientes. Por outro lado, em lagos mesotrficos e

    especialmente em lagos eutrficos, o teor de matria orgnica aumenta

    consideravelmente. O sedimento de lagos eutrficos facilmente reconhecido pela cor

    preta causada pela alta concentrao de matria orgnica, que uma de suas principais

    caractersticas. Entretanto, em regies tropicais, a relao entre a concentrao da

    matria orgnica no sedimento e o estado trfico dos lagos, raramente se confirma, uma

    vez que nessas regies, a reciclagem da matria orgnica processa-se de maneira muito

    mais rpida do que em lagos de regies temperadas, no permitindo o seu acmulo no

    sedimento por longos perodos. Essa alta decomposio decorre das altas temperaturas

    (geralmente maiores que 20 C), que normalmente so observadas nestes ecossistemas.

    Outro fator que tambm contribui para a rpida decomposio da matria orgnica a

    alta turbulncia dos lagos tropicais, facilitada pelo fato de que a maioria destes lagos

    pouco profunda.

    A sedimentao tambm contribui para o processo de eutrofizao de lagos e

    reservatrios, uma vez que o material orgnico transportado para dentro do lago

  • 43

    decomposto e durante este processo o oxignio disponvel utilizado, e ao mesmo

    tempo, os nutrientes so liberados. Estes e outros nutrientes transportados pelos

    sedimentos promovem uma acelerao da atividade biolgica e uma superproduo de

    plantas e animais. Estas plantas e animais, por sua vez, morrem e acumulam-se no

    fundo do reservatrio, contribuindo para a parcela de sedimentos de origem autctone

    (BONDURANT e LIVESEY, 1973).

    4.4 PARMETROS DE QUALIDADE DE GUA

    Para caracterizar uma gua, so determinados diversos parmetros, os quais

    representam as suas caractersticas fsicas, qumicas e biolgicas. Esses parmetros so

    indicadores importantes para o monitoramento da qualidade de gua e constituem

    impurezas quando alcanam valores superiores aos estabelecidos para determinado uso,

    pois consiste no emprego de variveis que se respondem s alteraes ocorridas em

    ambientes aquticos, sejam de origem antrpica ou natural. Os principais indicadores de

    qualidade da gua so discutidos a seguir.

    4.4.1 Turbidez

    A turbidez da gua devida matria em suspenso, como argila, silte,

    substncias orgnicas finamente divididas, organismos microscpicos e partculas

    similares, alterando a penetrao da luz atravs da difuso e absoro, dando gua

    uma aparncia turva, esteticamente indesejvel e potencialmente perigosa. A medida de

    turbidez baseia-se numa comparao entre a interferncia passagem de raios

    luminosos atravs da amostra e de suspenses adotadas como padres de medida.

    As argilas apresentam grande capacidade de adsoro de fosfato, principalmente

    aquelas que tm, na sua constituio, ferro e alumnio, como hematita e gipsita, esse

  • 44

    fenmeno de adsoro de fosfatos s argilas assume grande importncia em guas

    continentais tropicais pelo fato de a maioria destes corpos dgua receber considerveis

    aportes de argilas de suas bacias de drenagem, outro efeito a reduo da transparncia

    da gua, que se constitui em mais um importante fator na diminuio da produtividade

    do ecossistema (ESTEVES, 1998).

    4.4.2 Cor

    Dois conceitos so bastante utilizados nos estudos limnolgicos: cor aparente e

    cor real da gua. De acordo com COSTA (1991), a cor aparente dos corpos lmnicos

    resultante da disperso da luz que retorna atravs da superfcie depois que sofreu

    absoro, transformao e difuso no seu percurso de ida e volta atravs das vrias

    profundidades. Entretanto, a cor aparente depende da natureza psicofsica das reaes

    visuais humanas, da relao entre as incidncias direta e indireta dos raios solares, da

    hora solar, da perturbao mecnica da superfcie das guas, do material dissolvido e

    em suspenso, notadamente argilas e matria orgnica. Quando se torna grande a

    densidade da matria particulada, sua cor pode influir a despeito das suas propriedades

    de disperso. Em algumas situaes a influencia cromtica das algas do fitoplncton

    pode predominar sobre as demais.

    Por outro lado, a cor real da gua no pode pelas razes expostas, ser examinada

    in situ. As amostras devem ser colhidas e, depois de retirados seus materiais suspensos

    mediantes filtragem, comparadas com uma escala padro (COSTA, 1991).

    4.4.3 Slidos suspensos

    Slidos suspensos totais so todos os slidos presentes nas guas residurias,

    exceto os solveis e em estado coloidal. Nas guas correspondem a toda matria que

  • 45

    permanece como resduo, aps evaporao e secagem da amostra a uma temperatura

    entre 103 e 105C durante um tempo fixado (SILVA e SAVI, 2002). Em linhas gerais,

    as operaes de secagem, calcinao e filtrao so as que definem as diversas fraes

    de slidos presentes na gua (slidos totais, em suspenso, dissolvidos, fixos e volteis).

    guas com teor elevado de slidos no so convenientes para usos domsticos.

    4.4.4 Oxignio dissolvido

    O oxignio e o gs carbnico so os nicos gases que desempenham papel

    relevante em processos biolgicos, tais como a fotossntese, a respirao e a

    decomposio da matria orgnica detrtica (BAUMGARTEN et al., 1996).

    O oxignio participa de vrias reaes qumicas e biolgicas importantes, e

    tornou-se uma varivel frequentemente medida pelos limnologistas. As variaes do

    oxignio na gua podem constituir uma estimativa de seu estado trfico, mas devem ser

    acompanhadas por outros parmetros como fsforo, nitrognio e clorofila

    (FERNANDES et al., 2005).

    As principais fontes de oxignio para a gua so a atmosfera e a fotossntese. Por

    outro lado, as perdas so provocadas pelo consumo na decomposio de matria

    orgnica (oxidao), perdas para a atmosfera, respirao de organismos aquticos e

    oxidao de ons metlicos como, por exemplo, o ferro e o mangans (ESTEVES,

    1998).

    A concentrao de oxignio em guas naturais varia com a temperatura,

    salinidade, turbulncia, atividade fotossinttica de algas e plantas e presso atmosfrica.

    As variaes nos nveis de oxignio dissolvido podem ocorrer sazonalmente ou mesmo

    em perodos de 24 horas, em funo de variaes de temperatura e atividade biolgica.

    A determinao da concentrao de oxignio dissolvido nos corpos de gua de

  • 46

    fundamental importncia uma vez que o oxignio est envolvido ou influencia

    praticamente todos os processos qumicos e biolgicos (NIEWEGLOWSKI, 2006).

    4.4.5 Demanda Bioqumica de Oxignio

    A Demanda Bioqumica de Oxignio (DBO5) sempre foi caracterizada como um

    dos principais parmetros para se saber a qualidade de uma gua. definida como a

    quantidade de oxignio necessria para oxidar a matria orgnica biodegradvel sob

    condies aerbicas, ou seja, avalia a quantidade de oxignio dissolvido em mg.L-1

    de

    O2, que ser consumido pelos organismos aerbios ao degradarem a matria orgnica

    (LIMA et al., 2006).

    Define-se como matria biodegradvel, aquela que pode ser consumida e

    assimilada como alimento e fonte de energia pela populao de microorganismos

    decompositores do ambiente aqutico. Sua utilizao como alimento energtico implica

    na oxidao ou degradao com a finalidade de reduzir suas molculas complexas a

    espcies mais simples, com liberao de energia (LIMA et al., 2006).

    Portanto, a DBO uma varivel da qualidade da gua que, de certa forma,

    quantifica a poluio orgnica pela depleo do oxignio, que poder conferir condio

    anaerbica ao ecossistema aqutico (MACEDO, 2002).

    4.4.6 Fsforo total

    A disponibilidade do fsforo na gua depende da interao qualitativa e

    quantitativa entre os sedimentos e a gua, no espao e no tempo (REYNOLDS e

    DAVIES, 2001). A sua dinmica interfere na qualidade da gua e interferida por ela.

    As formas e as quantidades de fsforo no escoamento e no deflvio superficial dos

    ecossistemas so dependentes, entre outros fatores, (a) das fontes de poluio; (b) dos

  • 47

    mecanismos de transferncia de sedimento e fsforo e; (c) das transformaes que

    ocorrem durante a trajetria (SHARPLEY et al., 1992).

    O ciclo do fsforo relativamente simples quando comparado ao do nitrognio.

    As principais formas de fsforo so: fosfato, o qual assimilado pelas algas e bactrias

    dentro da matria orgnica celular; fsforo orgnico particulado, excretado na forma de

    fosfato ou como fsforo orgnico dissolvido, este ltimo pode ser decomposto pela ao

    da bactria liberando fosfato (ESTEVES 1998). As formas de fsforo podem estar nas

    guas como fosfato particulado (orgnico e inorgnico), fosfato dissolvido (orgnico e

    inorgnico), a soma deste dois fsforo total.

    Na Figura 4.7 representado o ciclo do fsforo sem a influncia da cadeia

    alimentar segundo SILVA (2006) fica resumido aos seguintes processos:

    1) Absoro: nutrientes inorgnicos dissolvidos so utilizados pelos produtores

    primrios para formao de sua biomassa; 2) Adsoro: fsforo dissolvido adsorvido

    pelos slidos suspensos; 3) Excreo: processo de excreo pelo fitoplncton; 4) Morte:

    nutrientes tornam-se disponveis aps a morte dos produtores primrios (autlise e

    decomposio da matria orgnica morta); 5) Decomposio: a decomposio da

    matria orgnica morta (particulada e dissolvida) libera nutriente inorgnico dissolvido;

    6) Sedimentao: matria orgnica particulada e slidos suspensos podem sedimentar;

    7) Ressuspenso: retorno do fsforo do sedimento para a coluna de gua.

  • 48

    Figura 4.7 Ciclo do fsforo. Fonte: SILVA (2006).

    4.4.7 Formas nitrogenadas

    So diversas as fontes de nitrognio nas guas naturais podem ser: a chuva,

    material orgnico e inorgnico de origem alctone e a fixao de nitrognio molecular

    dentro do prprio lago. O nitrognio est presente nos ambientes aquticos em varias

    formas, por exemplo: nitrato, nitrito, amnia, on amnio, xido nitroso, nitrognio

    molecular, nitrognio orgnico dissolvido, nitrognio orgnico particulado (ESTEVES,

    1998).

    Os esgotos sanitrios constituem em geral a principal fonte, lanando nas guas

    nitrognio orgnico devido presena de protenas e nitrognio amoniacal, devido

    hidrlise sofrida pela uria na gua. Alguns efluentes industriais tambm concorrem

    para as descargas de nitrognio orgnico e amoniacal nas guas. A atmosfera outra

    fonte importante devido a diversos mecanismos: fixao biolgica desempenhada por

    bactrias e algas, que incorporam o nitrognio atmosfrico em seus tecidos, a fixao

    qumica, reao que depende da luz presente, concorre para as presenas de amnia e

    nitratos nas guas, as lavagens da atmosfera poluda pelas guas pluviais concorrem

  • 49

    para as presenas de partculas contendo nitrognio orgnico bem como para a

    dissoluo de amnia e nitratos. Nas reas agrcolas, o escoamento das guas pluviais

    pelos solos fertilizados tambm contribui para diversas formas de nitrognio presente.

    Tambm nas reas urbanas, as drenagens de guas pluviais associadas s

    deficincias do sistema de limpeza pblica, constituem fonte difusa de difcil

    caracterizao (ESTEVES, 1998).

    O ciclo do nitrognio em guas continentais mostrado na Figura 4.8, destacam-

    se as formas de nitrognio orgnico, amoniacal, nitrito e nitrato. As duas primeiras

    chamam-se formas reduzidas e as duas ltimas formas oxidadas. Pode-se associar a

    idade da poluio com a relao entre as formas de nitrognio (ESTEVES, 1998). Ou

    seja, se for coletada uma amostra de gua de um rio poludo e as anlises demonstrarem

    predominncia das formas reduzidas significa que o foco de poluio se encontra

    prximo. Se prevalecer nitrito e nitrato, ao contrrio, significa que as descargas de

    esgotos se encontram distantes. Nas zonas de autodepurao natural em rios,

    distinguem-se as presenas de nitrognio orgnico na zona de degradao, N-amoniacal

    na zona de decomposio ativa, nitrito na zona de recuperao e nitrato na zona de

    guas limpas (CETESB, 2005).

  • 50

    Figura 4.8 Ciclo do nitrognio em guas continentais. Fonte: ESTEVES

    (1998).

    Os compostos de nitrognio so nutrientes para processos biolgicos. So tidos

    como macronutrientes, pois depois do carbono, o nitrognio o elemento exigido em

    maior quantidade pelas clulas vivas. Quando descarregados nas guas naturais

    conjuntamente com o fsforo e outros nutrientes presentes nos despejos, provocam o

    enriquecimento do meio tornando-o mais frtil e possibilita o crescimento em maior

    extenso dos seres vivos que os utilizam, especialmente as algas, o que chamado de

    eutrofizao (CETESB, 2005).

  • 51

    4.4.8 Clorofila a

    A clorofila a um tipo de pigmento encontrado em parte dos cloroplastos nas

    clulas vegetais que captam seletivamente ftons de comprimento de onda definidos e

    utilizam essa energia para desencadear o processo fotossinttico (BRANCO, 1993).

    As concentraes de clorofila tm sido medidas em ecossistemas aquticos, pois

    permitem abordagem sobre a ocorrncia de microorganismos fitoplanctnicos e

    fornecem informaes teis sobre a qualidade da gua, principalmente em processos de

    eutrofizao. A determinao da clorofila nas guas pode avaliar a capacidade de

    reoxigenao do corpo dgua e tambm de sua populao de algas (ESTEVES, 1998).

    4.5 BALANO DE MASSA

    O balano de massa baseado no princpio da conservao da massa, isso , a

    quantidade de um poluente que entrar em um sistema deve ser igual a quantidade de

    poluente que sair, preso, ou quimicamente alterado no sistema. A expresso bsica do

    balano de massa deve ser desenvolvida num determinado volume, que pode ser tanto

    um compartimento do rio ou lago, como todo, ou qualquer volume elementar dos

    mesmos (SPERLING, 2007).

    Segundo VOLLENWEIDER (2000), a base para qualquer considerao, prtica

    ou terica, pertinente ao gerenciamento do lago um balano de massas confivel. Isso

    se aplica tanto s guas no papel de solvente como no caso dos solutos. Isso implica

    conhecer tudo aquilo que entra no lago proveniente de sua rea de mananciais, bem

    como o tamanho, distribuio e taxas de liberao dessas fontes.

    No que concerne aos processos dentro do lago, resume-se um modelo de

    entradas e sadas (caixa preta). Entradas no lago so todos os volumes que nele chegam

    proveniente de fora tanto por descargas diretas como por indiretas. As sadas podem ser

  • 52

    as descargas feitas por meio dos mecanismos apropriados, infiltraes nos sedimentos

    ou perdas para atmosfera. Dentro deste contexto, uma fonte que requer ateno especial

    so os sedimentos que no representam somente um local de destino de materiais, mas,

    em determinadas condies, tambm funcionam como fonte interna

    (VOLLENWEIDER, 2000).

    J quantidade de poluentes que entram em um lago atravs do ar e dos rios, e

    entender como eles se movem atravs do lago, como montar um complexo quebra-

    cabea. A soluo para este enigma obtida atravs de coleta de amostras ambientais e

    em seguida, usando modelos matemticos para desenvolver as ligaes entre as

    amostras.

    Desta forma, o balano de massa uma ferramenta valiosa permitindo que os

    gerentes de recursos para projetar estratgias custo-efetivas para a reduo das cargas

    txicas e minimizar riscos sade humana e dos ecossistemas. Atravs desse

    prembulo, as abordagens prticas para um balano de massa vinculam-se a dois

    aspectos principais como a avaliao do balano hdrico e a avaliao de todas as

    substncias de interesse (por exemplo, fsforo, nitrognio, etc.).

    4.5.1 Balano hdrico

    A determinao de um balano hdrico confivel pode ser mais complicada do

    que parece. Para um ambiente lacustre, h muitas medies bsicas que so

    absolutamente necessrias como a morfometria, volume do lago e a descarga fluvial

    (VOLLENWEIDER, 2000).

    Os elementos anteriores representam as informaes bsicas necessrias

    elaborao de um balano hdrico, porm, ainda no so suficientes. As principais

    variveis que fazem parte do ciclo hidrolgico so a precipitao, a infiltrao de gua

  • 53

    no solo, o escoamento superficial, o escoamento subterrneo, a evaporao direta de

    superfcies liquidas e a transpirao das plantas. O ciclo pode ser definido segundo a

    equao abaixo.

    Onde:

    P = Precipitao;

    Q = Escoamento;

    E = Evaporao;

    V = Variao de armazenamento;

    A variao de armazenamento expressa as diferenas entre a gua armazenada

    em aquferos no inicio e no final de um determinado intervalo de tempo. O regime

    hidrolgico da bacia determinado pela variabilidade climtica, que modula a

    precipitao, principal varivel do ciclo hidrolgico.

    De acordo com VESTENA e KOBIYAMA (2007), a variao do

    armazenamento total para perodos de tempos mais longos pode ser desprezada, pois o

    balano hdrico um ciclo e a variao de armazenamento de gua no solo tende a zero,

    pois h um equilbrio da gua armazenada no solo. O que permite avaliar os elementos

    do balano hdrico que caracteriza o regime hidrolgico da bacia hidrogrfica.

    A partir disso, com os dados de pluviosidade e descarga lquida a

    evapotranspirao real pode ser quantificada, admitindo-se que o V para longos

    perodos de tempo se anula a equao (4.1), pode ser simplificada na equao (4.2):

  • 54

    Trabalhos com a utilizao do balano hdrico tm sido realizados, como o

    VESTENA e FILHO (2008), que analisaram o balano hdrico na bacia hidrogrfica do

    rio Ernesto, localizada no municpio de Pitanga PR, o mtodo utilizado foi o do

    balano hdrico simplificado, a partir da identificao da precipitao, vazo e

    evapotranspirao. Destaca-se tambm o trabalho de MACHADO (2007), que apresenta

    uma anlise da demanda e da disponibilidade hdrica na rea do sistema Lagoa Mirim-

    Canal So Gonalo, localizado no Rio Grande do Sul, tendo em vista que esta

    caracterizao importante para a compreenso do comportamento da qualidade destas

    guas e para o planejamento das atividades econmicas e sociais futuras desta regio.

    Assim dessa forma, o balano hdrico pode ser utilizado para resolver inmeros

    problemas, tais como o intervalo de irrigao, o planejamento dos recursos hdricos, a

    classificao climtica, entre outros (VESTENA e FILHO, 2008).

    4.5.2 Balano das substncias

    A determinao do balano de qualquer substncia (por exemplo, fsforo,

    nitrognio, etc.) est fortemente ligada ao balano hdrico, porm, no se confunde com

    o mesmo. Solutos so normalmente medidos como concentraes (por exemplo, g/m3);

    entretanto, algumas substncias, como o nitrognio e o carbono, podem apresentar fase

    gasosa; consequentemente, seus traos devem ser determinados diferentemente. Dentro

    do atual contexto, este problema no deve ser tratado em grau desnecessrio

    (VOLLENWEIDER, 2000).

    O passo mais importante na elaborao de um de balano de substncias e obter

    uma estimativa precisa da carga total presente em um determinado corpo hdrico.

    A carga de cada uma das substncias do lago funo das vrias fontes

    localizadas em uma bacia, seu tamanho, coeficiente de liberao e seu caminho

  • 55

    especifico. Basicamente, as fontes podem ser classificadas como pontuais ou no

    pontuais (fontes difusas). No que concerne aos caminhos principais, fontes pontuais

    podem ser tanto de fontes diretas, por exemplo, por meio de descargas efetuadas em um

    lago atravs de tubulaes quanto indiretas como descargas a montante no curso

    principal do rio ou em seus tributrios At determinado ponto, pode-se aplicar essa

    distribuio tambm s fontes difusas (so mais difceis de ser identificadas)

    (VOLLENWEIDER, 2000).

    Segundo HAKANSON e PETERS (1995), para qualquer substncia ou elemento

    que entra em um lago ou reservatrio obtm-se a taxa de entrada, a taxa de sada e a

    taxa de sedimentao, de acordo com a seguinte.

    Onde:

    Vdc/dt - alteraes na concentrao de substncia ou elemento no lago

    Qin = vazo de entrada e Cin = concentrao de entrada de substncia;

    Qout = vazo de sada e Cout = concentrao de sada substncia;

    KT.vC taxa de sedimentao

    K taxa de sedimentao (l/tempo)

    v velocidade da sedimentao

    V volume do lago

    T tempo de reteno, que a relao volume/descarga = V/Q

    A diferena bsica entre essa equao e aquela do balano hdrico,

    resumidamente, que as perdas por sedimentao ou (caso negativo) carregamento

    interno so estimadas (VOLLENWEIDER, 2000).

  • 56

    O balano de massa uma abordagem muito utilizada no controle de

    eutrofizao ou nas tecnologias para recuperao de lagos e reservatrios. Ele inclui

    uma srie de componentes:

    Fontes pontuais de substncias e elementos;

    Fontes no-pontuais de substncias e elementos;

    Interaes sedimento-gua;

    Tempo de reteno;

    Acmulo de substncias ou elementos no hipolimnio (quando ocorre

    estratificao);

    Taxa de reciclagem interna de nutrientes.

    A determinao do balano de massa, atravs das estimativas de entradas, sadas

    e reteno de nutrientes no corpo dgua segundo SALAH et al. (2005), so importantes

    para a definio de estratgias de recuperao, conservao e manejo da bacia

    hidrogrfica.

    O balano de massa uma ferramenta importante para administrao de

    procedimentos operacional em reservatrios, alm de avaliar como as bacias

    hidrogrficas influenciam na qualidade de gua. O balano de massa foi levado como

    um padro em vrios estudos para quantificar a entrada, reteno e exportao de

    nutrientes como tambm para avaliar o potencial de eutrofizao de reservatrio

    (BRIGAULT e RUBAN, 2000; MATZINGER et al., 2007) de acordo com

    NRNBERG (1984), o equilbrio pode contribuir com a manipulao destes

    ecossistemas, tornando isto possvel, predizer eventos. De acordo com RECKHOW et

    al. (1980), os padres que descrevem a carga de fsforo e a reao trfica do lago

    podem ser muito teis para planejar a gesto da bacia hidrogrfica.

  • 57

    4.6 MODELAGEM EM RECURSOS HDRICOS

    A necessidade da aplicao de modelos para estudo, projetos e auxlios gesto

    de recursos hdricos inquestionvel, face complexidade do ambiente em corpos

    dgua, especialmente em lagos, reservatrios, esturios e zonas costeiras adjacentes.

    Modelos so ferramentas integradoras, sem as quais dificilmente se consegue uma viso

    dinmica dos fenmenos inerentes aos sistemas hdricos (HOLANDA, 2010).

    Eles tambm permitem integrar informaes espacialmente dispersas interpolar

    informaes para regies nas quais no h medies, ajudando a interpretar medidas

    pontuais, propiciando o entendimento da dinmica de processos e a prever situaes

    simulando cenrios futuros (HOLANDA, 2010).

    Um modelo pode ser considerado como uma representao simplificada da

    realidade, auxiliando no entendimento dos processos que a envolvem. Os modelos esto

    sendo cada vez mais utilizados em estudos ambientais, pois ajudam a entender o

    impacto das aes antrpicas e a prever alteraes futuras nas bacias hidrogrficas

    (HOLANDA, 2010).

    Inicialmente, necessrio o conhecimento e a beneficncia da atividade de

    modelagem, que pode ser uma construo terica, que procura descrever e explicar o

    funcionamento de um determinado sistema atravs da representao de um fenmeno

    ou conjunto de fenmenos do mundo real e eventualmente fazer a previso de novos

    fenmenos ou propriedades, tomando como base certas hipteses. O principal produto

    da modelagem o modelo (HOLANDA, 2010).

    Em virtude da grande versatilidade e aplicabilidade, os modelos computacionais

    so comuns nas mais diversas reas. Eles fornecem predies, a partir de um conjunto

    de informaes de entrada, que permitem examinar as consequncias de diversos

    cenrios de um sistema existente ou de um sistema em projeto (HOLANDA, 2010).

  • 58

    A modelagem dos sistemas hdricos pode ser empregada no intuito de fornecer um

    importante subsdio tcnico aos processos de tomadas de deciso referentes ao

    planejamento e operao dos mesmos, alm de proporcionar condies para

    elaborao de vrios estudos sobre os processos naturais e antrpicos de uma regio

    (MAGALHES, 2005). Destacam-se as modelagens hidrodinmica, as quais esto

    inseridas na modelagem de sistemas hdricos. ROSMAN (2001) descreve os diversos

    quadros e rotas do fluxograma do processo de modelagem presente na Figura 4.9.

  • 59

    Figura 4.9 Representao de um processo de modelagem computacional. Fonte:

    Adaptado de ROSMAN (2001).

    Fenmeno de Interesse: No caso de corpos dgua, em geral, os fenmenos de

    interesse esto relacionados aos movimentos ou transportes de substncias e

    propriedades que se quer estudar (ROSMAN, 2001).

  • 60

    Observao e medio: Em geral, as observaes iniciais de um dado fenmeno so

    qualitativas, tendo por intuito propiciar um entendimento das causas, efeitos e

    agentes intervenientes. Em uma segunda etapa, parte-se para observaes

    quantitativas, fazendo-se medies de grandezas das causas e efeitos e agentes

    intervenientes inferidos na etapa de observao qualitativa. Atravs das

    observaes e medies desenvolvem-se modelos conceptuais dos fenmenos de

    interesse (ROSMAN, 2001).

    Modelo conceptual: de fundamental importncia, pois a modelagem conceptual

    corresponde a formar a concepo do fenmeno observado, conhecer suas causas e

    efeitos, compreender as interaes e relevncia dos agentes intervenientes na sua

    ocorrncia. Neste caso, comum os modelos conceptuais serem chamados de

    Leis ou Princpios (ROSMAN, 2001).

    Modelo matemtico: A modelagem matemtica consiste na traduo para a

    linguagem matemtica do modelo conceptual do fenmeno de interesse. Os

    modelos matemticos so instrumentos originalmente desenvolvidos para auxiliar

    na soluo de problemas. No obstante, alm de serem utilizados para ajudar na

    minimizao de problemas de poluio, eles possibilitam compreender o meio

    ambiente e visualiz-lo integrado, pois os modelos matemticos associam as

    informaes fsicas, qumicas e biolgicas (CHAPRA, 1997). O modelo

    matemtico a grande encruzilhada do processo de modelagem, pois dependendo

    da possibilidade de resolv-lo, quatro rotas so possveis, levando respectivamente

    aos modelos fsico, numrico, analtico e analgico.

    Modelo analtico: As equaes diferenciais que regem o escoamento e o transporte

    de escalares em corpos dgua s propiciam solues gerais para situaes bastante

    simplificadas e idealizadas. Nas situaes que compreendem a grande maioria das

  • 61

    de interesse prtico, no h soluo geral conhecida. Neste caso recorre-se aos

    modelos fsicos e aos modelos numricos (ROSMAN, 2001).

    Modelo analgico: Este modelo s utilizado em situaes muito peculiares e em

    geral de cunho mais acadmico do que prtico. Por exemplo, fazendo-se analogia

    entre o fluxo das correntes eltricas e o fluxo das correntes hidrulicas pode-se

    desenvolver alguns modelos de circuito hidrulico em analogia a modelos de

    circuitos eltricos (ROSMAN, 2001).

    Modelo fsico: so modelos que reproduzem em escala reduzida, modelos

    conceptuais de fenmenos de interesse, chamados de prottipos, se construdos de

    maneira apropriada, os modelos reduzidos apresenta, uma boa correlao com o

    ambiente real (PEREIRA, 2006). Uma etapa de modelagem matemtica prvia

    necessria, j que a modelagem conceptual por trs do modelo fsico reduzido a

    hiptese de semelhana entre os fenmenos em diferentes escalas. Assim, atravs

    de um modelo matemtico de semelhana, define-se a escala de semelhana entre o

    prottipo e o modelo fsico reduzido. Tal necessidade est no fluxograma pela rota

    ligando o modelo matemtico ao modelo fsico.

    Modelo numrico: os modelos numricos so tradues dos modelos matemticos

    adaptados para diferentes mtodos de clculo, como, por exemplo, diferenas

    finitas, volumes finitos e elementos finitos (ROSMAN, 2001). Com a viabilizao

    de se fazer um grande nmero de clculos rapidamente atravs dos computadores,

    esta se tornou a rota mais comum para aproximar os modelos matemticos.

    Praticamente qualquer modelo matemtico pode ser atravs de um modelo

    numrico e, em geral, h relativamente pouca perda de informao de um para

    outro.

  • 62

    Montagem, pr-processamento, definio de parmetros e similares: uma etapa

    comum a qualquer tipo de modelo usado para obter informaes quantitativas do

    modelo conceptual e do modelo matemtico (ROSMAN, 2001). De fato, qualquer

    que seja o modelo usado para se obter informaes quantitativas, antes de obt-las,

    ser necessrio preparar o modelo e organizar os dados de entrada. O tipo de pr-

    processamento a ser feito depende do modelo adotado.

    Rotas para obteno de informaes quantitativas: aps a etapa de pr-

    processamento, para cada tipo de modelo haver uma rota de modelo para se obter

    os resultados quantitativos desejados. Para os modelos fsicos, as informaes

    quantitativas so obtidas atravs de medio direta, atravs de diversos

    equipamentos especficos. Para os modelos numricos, os resultados quantitativos

    desejados sero obtidos via um modelo computacional, que a traduo de um

    modelo numrico para a linguagem computacional que possa ser compilada e

    executada em um computador por um operador (ROSMAN, 2001).

    Calibrao e Validao: so capazes de reproduzir corretamente o comportamento

    do reservatrio. Em particular, o procedimento de validao realizado para

    assegurar que os modelos com xito pode caracterizar o comportamento do

    reservatrio ao longo de um intervalo de diferentes condies ambientais. Por

    conseguinte, os dados experimentais utilizados na validao devem apresentar

    condies que diferem daqueles usados na calibrao (FONTES, 2010). nesta

    etapa que se pode de fato verificar e validar um dado modelo atravs de uma

    pergunta: os resultados obtidos conferem com o que se observa e se mede a respeito

    do fenmeno de interesse? No: neste caso o modelo no est validado e entra-se

    no processo de calibrao efetivamente, com duas rotas possveis. A mais comum

    a rota circular curta que leva caixa do pr-processamento, o que corresponde ao

  • 63

    usual procedimento de calibrao, via ajuste de montagem e parmetros, acertos de

    dados de entrada a qualquer tipo de modelo. A outra rota a circular longa, que

    leva novamente para o modelo conceptual. A rota longa seguida apenas no caso

    de repetidos insucessos de validao do modelo com a rota curta. Neste caso,

    questiona-se mais fundamentalmente a modelagem e verifica-se se no existem

    erros de concepo.

    Mapas, grficos e tabelas: tradicionalmente na etapa de ps-processamento os

    resultados quantitativos dos modelos so transformados em mapas, grficos e

    tabelas. Mais recentemente, resultados de modelos computacionais tm sido

    apresentados atravs de animaes. Dependendo do fenmeno sendo modelado,

    uma animao ajuda na compreenso da dinmica do fenmeno. Sim: neste caso o

    modelo est validado o processo de modelagem termina na efetiva incorporao

    dos resultados do modelo ao acervo de informaes a serem consideradas no

    processo de tomada de deciso (ROSMAN, 2001).

    Ps-processamento: esta etapa do processo de modelagem tambm comum a

    todos os modelos. O fato e que o crebro humano incapaz de assimilar um grande

    nmero de informaes quantitativas, se esta no for organizada ou modelada de

    maneira adequada. Por isso, a etapa de ps-processamento uma importantssima

    etapa de modelagem na qual se faz a traduo da massa de informaes

    quantitativas sadas dos modelos em formas que possam mais facilmente ser

    assimiladas (ROSMAN, 2001).

    Relatrio para o auxlio no processo de deciso: objetivo final do processo de

    modelagem, ou seja, produzir informaes organizadas para auxiliar um processo

    de tomada de decises (ROSMAN, 2001).

  • 64

    4.6.1 Tipos de modelos

    Os modelos podem ser classificados segundo diversos critrios, como o tipo do

    corpo dgua ou poluente modelado. Outro tipo de classificao realizado com base na

    descrio matemtica do modelo e nas tcnicas utilizadas para solucionar as equaes

    matemticas, pois freqentemente impossvel obter solues analticas exatas de

    equaes diferenciais no lineares (DAHL e WILSON, 2001; MONTEIRO, 2002;

    JRGENSEN e VOLLENWEIDER, 1989). Seria impossvel tentar descrever todos os

    tipos de modelos matemticos; a seguir, mencionam-se alguns dos tipos mais comuns.

    4.6.1.1 Modelos estticos e dinmicos

    Os modelos estticos relacionam variveis sem quantificar sua dependncia

    temporal. Se a evoluo temporal de um sistema desejada, modelos dinmicos devem

    ser usados. Modelos estticos so normalmente descritos por equaes algbricas, ao

    passo que modelos dinmicos so compostos por equaes diferenciais. s vezes, os

    modelos dinmicos utilizam equaes algbricas para simplificar o procedimento de

    soluo. A opo por descrever um sistema real por um modelo esttico vivel quando

    a sua dinmica (variao no tempo) no relevante. Esse o caso quando a dinmica

    muito rpida ou muito lenta, se comparada com a escala de tempo de interesse

    (AGUIRRE, 2000).

    4.6.1.2 Modelos discretos e contnuos

    Neste tipo de modelo, o termo discreto e contnuo se refere ao tempo. Modelos

    dinmicos contnuos so descritos por equaes diferenciais e representam a evoluo

    do sistema continuamente no tempo. Em contraste, modelos dinmicos discretos no

  • 65

    tempo representam a evoluo do sistema em instantes discretos e so descritos por

    equaes a diferenas (AGUIRRE, 2000).

    Os modelos contnuos so uma maneira natural de descrever a maioria dos

    fenmenos importantes na modelagem da qualidade da gua, pois as equaes de

    conservao da massa, quantidade de movimento e energia so melhores descritas como

    equaes diferenciais. O uso de equaes discretas melhor aplicvel em situaes

    onde os dados so obtidos em intervalos regulares, ou o tempo absoluto menos

    importante que a sequencia de eventos (DAHL e WILSON, 2001).

    4.6.1.3 Modelos determinsticos e estocsticos

    Modelos determinsticos so aqueles nos quais as incertezas esto representadas

    no contexto de um problema real. Por outro lado, os modelos estocsticos incluem

    incertezas. Consequentemente, a sada de um modelo estocstico no , a rigor, um

    nmero determinstico, e sim uma varivel aleatria. Em outras palavras, um sistema

    (ou modelo) estocstico se sua sada no instante t no pode ser exatamente

    determinada a partir de dados referentes ao passado, tp < t (AGUIRRE, 2000).

    4.6.1.4 Modelos mecanicistas e empricos

    Os modelos mecanicistas, tambm denominados modelos causais ou fsicos,

    baseiam-se em regras fundamentais da lgica e nas leis da fsica e da qumica.

    Consistem de um conjunto de equaes fundamentais que representam a conservao da

    massa, energia e momentum, reaes cinticas, etc. Frequentemente, estas equaes so

    diferenciais e devem ter condies iniciais e de fronteira, e podem ser resolvidas

    numericamente (DAHL e WILSON, 2001).

  • 66

    A determinao das condies de fronteira e dos valores de parmetros requer

    conhecimento emprico, com boa resoluo de detalhes espacial e temporal. Alm disso,

    muitos componentes das equaes governantes so empricos. As tcnicas numricas

    utilizadas para resolver as equaes governantes envolvem algumas simplificaes da

    geometria e dinmica do sistema, que pode induzir a erros nos resultados do modelo.

    Assim, essa a dificuldade de se ter um modelo puramente mecanicista (DAHL e

    WILSON, 2001).

    As equaes e calibraes de modelos empricos baseiam-se em dados e

    observaes de campo ou laboratrio. As teorias da fsica, qumica e biologia so menos

    importantes que os dados e observaes adquiridos. Os modelos empricos podem

    algumas vezes se ajustar bem s condies atuais, mas so menos confiveis quando o

    sistema altera o seu comportamento. Apesar disso, os modelos empricos so

    comumente utilizados na modelagem de processos biolgicos, qumicos e at fsicos.

    Esses modelos geralmente so compostos por equaes estimadas estatisticamente

    (DAHL e WILSON, 2001).

    A maioria dos modelos utilizados no gerenciamento de problemas ambientais e

    de recursos hdricos uma mistura de modelos mecanicistas e empricos. As partes mais

    conhecidas do problema de modelagem (como a conservao da massa) so comumente

    mecanicistas, enquanto que os processos menos conhecidos, como a viscosidade, so

    modelados baseados em relaes empricas (como a equao de Manning) (DAHL e

    WILSON, 2001).

    Os modelos conceituais quantificados so um termo comum entre os modelos

    causais e empricos. Os modelos conceituais geralmente se iniciam como uma

    representao qualitativa de como os componentes de um modelo interage, baseados em

  • 67

    relaes tericas, empricas ou hipotticas. Esses modelos podem desenvolver

    modelos quase-mecanicistas, quase-empricos (DAHL e WILSON, 2001).

    4.6.1.5 Nmeros de variveis independentes

    Os modelos de qualidade da gua geralmente possuem quatro variveis

    independentes: trs dimenses espaciais (x, y e z), e o tempo. Normalmente, a dimenso

    x paralela ao escoamento, a dimenso y a transversal, e a z representa a

    profundidade.

    Modelos com apenas uma varivel independente podem ser descritos a partir de

    equaes diferenciais ordinrias, enquanto que os modelos com mais variveis

    independentes so descritos por equaes diferenciais parciais.

    Regime permanente

    Segundo CHAPRA (1997), na contabilizao de dimenses de um determinado

    modelo de qualidade da gua, no includa a dimenso temporal. Essa simplificao

    adotada para os sistemas considerados estticos, em equilbrio dinmico ou em regime

    permanente. Se um dado sistema recebe uma carga de poluentes constante por um

    tempo suficiente, ele ir atingir uma condio de equilbrio chamada estado estvel, ou

    equilbrio dinmico. Em termos matemticos, o equilbrio dinmico significa acmulo

    nulo, ou seja:

  • 68

    Transiente homogneo

    Os modelos transientes homogneos um dos tipos mais simples de

    representao de um corpo dgua, apropriada a sistemas bem misturados ou

    completamente misturados. Esses modelos geralmente so utilizados em lagos e

    reservatrios rasos (DAHL e WILSON, 2001).

    A Figura 4.10 ilustra o balano de massa de sistema hipottico completamente

    misturado. Para um perodo de tempo finito, o balano de massa desse sistema pode ser

    expresso como (CHAPRA, 1997):

    Acmulo = entradas sadas reao sedimentao

    ou, em representao matemtica.

    Onde:

    V o volume do sistema

    C a concentrao mdia do sistema

    t o tempo

    Qin a vazo volumtrica mdia de todas as entradas do sistema

    Cin a concentraes mdias de entradas

    Qout a vazo volumtrica de sada do sistema

    Cout a concentrao de sada, que igual concentrao do sistema, pois est

    considerando sistema completamente misturado.

    k um coeficiente de reao de primeira ordem

    Vs a velocidade aparente de sedimentao

    As a rea da superfcie dos sedimentos.

  • 69

    Os rios podem ser representados como um conjunto de sistemas ou volumes de

    controle completamente misturados em sries, transformando o problema de transiente

    unidimensional para transiente homogneo (DAHL e WILSON, 2001).

    Figura 4.10 Balano de massa para um lago completamente misturado. Fonte:

    SPERLING (2007).

    Transiente Unidimensional (1D)

    Este modelo e aplicvel a corpos dgua longitudinais com seo transversal

    homognea, como canais. Considerando o eixo x como longitudinal, tm-se somente as

    dimenses (x, t).

    A adoo do modelo tridimensional geral e possvel para todos os casos.

    Entretanto, os custos relacionados sua utilizao (tempo de preparao do modelo ou

    das simulaes) so maiores, oferecendo um resultado que pode muitas vezes ser obtido

    com modelos mais simplificados, dependendo das caractersticas do corpo dgua a ser

    estudado e da qualidade dos resultados requeridos (ROSMAN, 1997).

    Devido ao rpido avano da dinmica dos fluidos computacional, tornou-se

    possvel a soluo numrica das equaes tridimensionais de Navier-Stokes completas,

    incluindo os vrios tipos de modelos de turbulncia. Os modelos tridimensionais j

    foram aplicados com sucesso a diferentes problemas. No entanto, os modelos

    unidimensionais ainda so muito utilizados (JOEHNK e UMLAUF, 2001),

  • 70

    principalmente no estudo de rios e lagos estreitos e profundos (DAHL e WILSON.,

    2001).

    O modelo tridimensional, apesar de ser capaz de descrever muitos efeitos

    hidrodinmicos interessantes, necessita de um tempo de processamento muito maior que

    o unidimensional, alm de nem sempre existirem dados tridimensionais disponveis para

    a calibrao e verificao desse tipo de modelo. Portanto, considera-se que os modelos

    unidimensionais ainda so apropriados para a anlise de alguns problemas de qualidade

    da gua (JOEHNK e UMLAUF, 2001).

    Em lagos profundos e estratificados, onde a circulao horizontal no representa

    grande importncia na qualidade da gua, o uso de um modelo unidimensional vertical

    adequado (DAHL e WILSON., 2001). Exemplos desse tipo de aplicao so os

    trabalhos de FANG et al. (1999), GAL et al. (2003) e JOEHNK e UMLAUF (2001).

    Transiente bidimensional (2D)

    Estes modelos so subdivididos em 2 tipos, modelo bidimensional na horizontal

    ou modelo em planta (2DH) e modelo bidimensional na vertical (2DV). No modelo

    2DH utilizam-se como variveis as velocidades medias na vertical, ou seja, possuem

    somente as dimenses (x, y, t). So aplicveis a corpos dgua pouco estratificados,

    tendendo a verticalmente homogneos. No modelo 2DV as variveis so medias

    lateralmente, restando s dimenses (x, z, t). So aplicveis a corpos dgua com

    estratificao vertical de densidade, mas com pouca variao lateral. Normalmente so

    corpos dgua estreitos (ROSMAN, 1997).

    Os modelos 2D de qualidade da gua podem ser de dois tipos: os que

    consideram duas dimenses horizontais, ou seja, admitem que a qualidade da gua

    homognea na direo da profundidade; e os consideram uma dimenso horizontal e a

  • 71

    vertical. Os primeiros so utilizados em guas rasas, como esturios, e os segundos

    geralmente so utilizados em reservatrios (DAHL e WILSON, 2001).

    Transiente tridimensional (3D)

    So modelos que possuem todas as dimenses (x, y, z, t), sendo z a dimenso

    vertical. Os modelos 3Dg, ou gerais, incluem forantes baroclnicas e barotrpicas.

    Sendo assim, se aplicam a qualquer caso. J o modelo 3D sem termos baroclnicos

    possui hidrodinmica mais simples, pois no se incluem gradientes de densidades. So

    aplicveis a corpos dgua com coluna dgua homognea ou pouco estratificada, com o

    objetivo de se obter perfis verticais das variveis (ROSMAN, 1997).

    A modelagem tridimensional a ltima tendncia dos modelos de qualidade da

    gua, pois capaz de modelar o escoamento e os padres de temperaturas em corpos

    d'gua onde os movimentos horizontais e verticais so significantes na qualidade da

    gua (DAHL e WILSON, 2001).

    4.7 DESCRIO DO MODELO SisBAHIA

    Para descrever o modelo de circulao 2D utilizado neste estudo foram

    consultados, principalmente, a Referncia Tcnica do SisBaHiA (ROSMAN, 2011), o

    captulo 1 do livro Mtodos Numricos, volume 5, coleo ABRH (ROSMAN, 2001) e

    o Manual do Usurio do SisBaHiA (COPPE, 2011). Sendo assim, para esta seo, estas

    so as trs publicaes indicadas como referncia para maior aprofundamento da base

    terica e desenvolvimento numrico.

    O SisBaHiA um sistema profissional de modelos computacionais para estudos

    e projetos em uma vasta gama de corpos de gua naturais. Desde 1986, novas verses

    deste sistema vm sendo continuamente implementadas no COPPE/UFRJ. Dissertaes

  • 72

    e teses (JUNIOR, 2011; CABRAL, 2009; TRENTO, 2005; SOTO, 2004), bem como

    publicaes em peridicos (CUNHA et al., 2006; GABIOUX et al., 2005; MARTINS et

    al., 2002), tm sido desenvolvidas, desde ento, utilizando este sistema.

    Este sistema computacional se divide em diversos mdulos, dentre eles o

    hidrodinmico, o de transporte Lagrangeano (probabilstico e determinstico), o de

    transporte Euleriano, o de transporte de sedimento, o de qualidade de gua e o de

    gerao de ondas. Ainda, este disponibiliza diversas ferramentas (gerenciador de

    animaes, conversor de tempo entre dados, e cpia de malhas e modelos) que so

    integradas em uma interface de trabalho amigvel e tambm interage diretamente com

    os programas de pr- e ps-tratamento de dados. Neste estudo, apenas os mdulos

    hidrodinmico foi utilizado.

    O modelo hidrodinmico um mdulo de circulao hidrodinmica 3D ou 2DH

    dominado por forantes barotrpicos e otimizado para corpos de gua naturais onde

    possam ser desprezados os efeitos de densidade varivel.

    O mdulo de transporte Lagrangeano utilizado para simulao de transporte

    advectivo-difusivo com reaes cinticas, como, por exemplo, lanamento de efluentes

    e derrame de leo, para camadas selecionadas de escoamentos 3D ou 2DH

    (determinstico). Acoplado a este possvel obter resultados probabilsticos computados

    a partir de vrios eventos ou de resultados ao longo de um determinado perodo.

    Exemplo: probabilidade de passagem de manchas ou plumas com concentrao acima

    de um valor limite e probabilidade de toque no litoral. O padro de fluxo de um fluido

    considerado Lagrangeano, segundo POND e PICKARD (1983), quando descrita a

    trajetria de cada partcula fluida, especificando quando cada partcula alcana cada

    ponto no seu caminho.

  • 73

    O mdulo de transporte Euleriano um mdulo de uso geral para simulao de

    transporte advectivo-difusivo com reaes cinticas, para escoamentos 2DH, ou em

    camadas selecionadas de escoamentos 3D. O padro de fluxo de um fluido

    considerado Euleriano quando descrita a velocidade (intensidade e direo) em cada

    ponto no fluido a cada instante de tempo.

    4.8 MDULO HIDRODINMICO DO SisBAHIA

    Em qualquer sistema de modelos usado para analisar a circulao hidrodinmica,

    a qualidade de gua e transporte de sedimentos em corpos de gua naturais, a base

    fundamental o modelo hidrodinmico. Segundo ROSMAN (2001), o SisBAHIA

    possui um modelo de linhagem FIST (Filtered in Space and Time), otimizado para

    corpos de gua naturais, que representa um sistema de modelagem de corpos de gua

    com superfcie livre composta por uma srie de modelos hidrodinmicos, nos quais a

    modelagem da turbulncia baseada em tcnicas de filtragem.

    O sistema de discretizao espacial otimizado para corpos de guas naturais,

    pois permite tima representao de contornos recortados e batimetria complexas como

    usual em tais corpos de gua. A discretizao espacial preferencialmente feita via

    elementos finitos quadrangulares biquadrticos, mas pode igualmente ser feita via

    elementos finitos triangulares biquadrticos ou combinao de ambos. O esquema de

    discretizao temporal via um esquema implcito de diferenas finitas.

    O FIST3D utiliza uma eficiente tcnica numrica em dois mdulos, calculando,

    primeiramente, os valores de elevao da superfcie livre atravs de um modelamento

    bidimensional integrado na vertical (2DH) e, em seguida, o campo de velocidades.

    Dependendo dos dados de entrada, o campo de velocidade pode ser computado de

    forma tridimensional (3D) ou apenas bidimensional (2DH) (Figura 4.11). Com o

  • 74

    FIST3D pode simular a circulao hidrodinmica em corpos de gua naturais com

    diferentes cenrios meteorolgicos, oceanogrficos, fluviais e lacustres.

    Figura 4.11 Sistema de coordenadas do sistema de modelagem (3D e 2DH), onde NR

    o nvel de referncia. No caso 2DH, Ui , representa a velocidade integrada na vertical.

    Note que as coordenadas e velocidades horizontais so representadas como (x,y)

    (x1,x2) e (u,v) (u1,u2) utilizando o ndice i = 1,2.

    Fonte: ROSMAN (2001).

    4.9 EQUAES GOVERNANTES PARA O MDULO 2DH DO MODELO

    HIDRODINMICO E SIGNIFICADO DOS TERMOS

    Neste item descrevem-se em detalhes aspectos relativos ao mdulo integrado na

    vertical (2DH) do modelo hidrodinmico FIST3D.

    Equaes da quantidade de movimento e continuidade para o mdulo 2DH

    Para cada intervalo de tempo, o mdulo 2DH determina as componentes das

    velocidades mdias na vertical, na direo x e y, U(x, y, t) e V(x, y, t), respectivamente, e

    as elevaes da superfcie livre, z = (x, y, t). As componentes da velocidade resolvvel,

    mdia na vertical, podem ser definidas como:

  • 75

    Considerando esta definio e supondo uma batimetria permanente durante o

    perodo de simulao, i.e. z = -h(x,y), a equao da continuidade, ou imposio da

    condio de escoamento incompressvel, dada por:

    Pode ser reescrita para um escoamento 2DH integrado ao longo da vertical,

    como:

    Usando a regra de Liebniz e as condies de contorno cinemticas dadas em:

    Pode-se integrar as equaes da quantidade de movimento 3D:

  • 76

    Para obter as trs equaes necessrias para determinar as trs incgnitas de

    circulao hidrodinmica em um escoamento 2DH integrado na vertical, (, U, V) so

    descritas abaixo:

    1. Equao de quantidade de movimento 2DH para um escoamento integrado na

    vertical, na direo x:

    (4.12)

    2. Equao de quantidade de movimento 2DH para um escoamento integrado na

    vertical, na direo y:

    (4.13)

    3. Equao da continuidade (do volume):

    Onde:

    u, v e w so as componentes da velocidade do escoamento respectivamente nas

    direes x, y e z

    (x,y,z) a elevao da superfcie livre;

    g a acelerao da gravidade;

    a densidade local do fluido;

    0 uma densidade constante de referncia;

    +

    +

    =

    +

    1

    0

    +

    +

    1

    0

    + 2

    +

    +

    =

    +

    1

    0

    +

    +

    1

    0

    + 2

  • 77

    a velocidade angular de rotao da Terra no sistema de coordenadas local e os

    termos com so as foras de Coriolis, no qual o ngulo de latitude.

    A seguir mostrado a Tabela 4.2 com os termos das equaes governantes do

    mdulo 2DH.

    Tabela 4.2 Significado dos termos das equaes governantes do mdulo 2DH.

    Termo da equao do mdulo

    2DH Definio

    Representa a acelerao local do escoamento;

    Representa a acelerao advectiva do

    escoamento;

    Representa a presso hidrosttica resultante

    na direo x (gradiente de presso), devido

    declividade da superfcie dgua na direo x;

    Representa a resultante das tenses dinmicas

    turbulentas 2DH no escoamento;

    Representa a fora de Coriolis devido ao fato

    do referencial estar em movimento na superfcie da

    Terra;

    Representa a tenso do vento na superfcie livre por unidade de massa;

    Representa a tenso de atrito no fundo atuante no escoamento por unidade de massa.

  • 78

    CAPTULO 5

    MATERIAIS E METDOS

    Os materiais e mtodos foram divididos em duas etapas, a etapa 1 e a etapa 2

    corresponde a metodologia do Captulo 6 e Captulo 7, respectivamente, conforme a

    Figura 5.1.

    Figura 5.1 - Fluxograma representativo dos materiais e mtodos.

  • 79

    5.1 ETAPA 1

    5.1.1 Coleta de Dados

    Os pontos de coletas foram distribudos espacialmente em 3 pontos no Lago

    gua Preta (Figura 5.2), que ocorre pela contribuio dos efluentes domsticos - ponto

    1 (prof. 2,4 m), do sistema de aduo de gua do rio Guam - ponto 2 (prof. 1,6 m) e da

    sada de gua do Lago gua Preta para o Lago Bolonha - ponto 3 (prof. 3,6 m) que

    tambm tem contribuio dos efluentes domsticos.

    Figura 5.2 Mapas dos pontos de amostragens hidrolgicas do ano de 2010. Fonte:

    Modificado do Google Earth (2010).

    Os pontos de amostragem foram georeferenciados em coordenadas geogrficas

    com o auxlio do GPS (Sistema de Posicionamento Global) da marca GARMIN PLUS.

    As coletas de gua superficial foram realizadas com a garrafa de Van Dorn de 2,5 L

    (Figura 5.3) durante os meses de maro, maio, junho, agosto, setembro e outubro no ano

    de 2010, de maneira que coincidiram com o perodo de maior e menor precipitao

    pluviomtrica. As amostras foram acondicionadas em frascos de polietileno e

  • 80

    transportadas para o Laboratrio de Qumica Ambiental (LQA), localizado na

    Universidade Federal Rural da Amaznia, para posteriores anlises.

    Figura 5.3 Garrafa hidrolgica.

    As vazes de entrada (Tabela 5.1) foram obtidas do clculo baseado em

    planilhas operacionais, das horas dirias trabalhadas das 04 bombas modelo 24QL19

    com vazo de 5.400 m/h, 550 CV de potncia e 24 MCA, que realizam o bombeamento

    das guas do rio Guam para o lago gua Preta o qual mantm o nvel do lago Bolonha

    por gravidade atravs de um canal de ligao. Assim, de certa forma, a variao sazonal

    tambm regulada por este abastecimento artificial. Todas as informaes hidrulicas

    foram obtidas na COSANPA (2010).

  • 81

    Tabela 5.1 Dados das mdias das vazes de entrada e sada do lago gua Preta.

    Fonte: COSANPA (2010).

    Meses Vazo de entrada (m3/s) Vazo de sada (m

    3/s)

    Janeiro 4,45 3,88

    Fevereiro 4,18 4,11

    Maro 4,60 3,94

    Abril 2,93 3,94

    Maio 3,14 3,95

    Junho 5,02 3,95

    Julho 5,33 3,89

    Agosto 6,01 4,04

    Setembro 6,10 3,91

    Outubro 5,49 3,86

    Novembro 5,24 3,90

    Dezembro 4,67 3,90

    O regime de ventos observado na regio o N/NE e estes ventos ocorrem de

    forma espordica. Na Tabela 5.2 so apresentadas as mdias da direo e a velocidade

    dos ventos e a Figura 5.4 mostra a precipitao mdia mensal da regio de Belm e

    Adjacncias do ano de 2010.

    Tabela 5.2 Mdias da direo e velocidade dos ventos na cidade de Belm no perodo

    1987 1996. Fonte: INMET.

    Ms Direo dos ventos Intensidade dos

    ventos (m/s)

    Janeiro N 3,2

    Fevereiro N/NE 3,4

    Maro NE 2,8

    Abril E/NE 2,6

    Maio E/NE 2,2

    Junho E/SE 2

    Julho SE/E 2,1

    Agosto SE/E 2,9

    Setembro E 2,4

    Outubro E/NE 3,2

    Novembro N/NE 3,8

    Dezembro N/NE 3,5

  • 82

    Figura 5.4 Distribuio da Precipitao Mdia Mensal da Regio de Belm e

    Adjacncias do ano de 2010 e normal climatolgica do perodo de 1987 e 1996.

    5.1.2 Anlise Laboratorial

    As amostras para oxignio dissolvido (OD) foram preservadas em campo e

    levadas ao laboratrio para anlise imediata, segundo o mtodo de Winkler

    (STRICKLAND e PARSONS, 1972). Para determinaes das concentraes da

    demanda bioqumica de oxignio (DBO), as amostras foram levadas ao laboratrio,

    mantidas em incubadora e aps 5 dias, foram analisadas de acordo com o mtodo de

    Winkler.

    Os valores de turbidez foram medidos com turbidmetro da marca Hach 2100P e

    os valores da cor aparente utilizou-se um colormetro da marca Hach DR890.

    Para a determinao da concentrao de nutrientes totais (fsforo total) as

    amostras no foram filtradas. Enquanto que os demais nutrientes dissolvidos (nitrato,

    nitrito, N-amoniacal) as amostras foram filtradas em membranas do tipo GF/C

    Whatman de abertura de 45m. O mtodo empregado para os nutrientes (total e

    0

    50

    100

    150

    200

    250

    300

    350

    400

    450

    500

    Pre

    cip

    ita

    o (m

    m)

    Meses

  • 83

    dissolvido) foram o descrito em APHA (1976). O nitrognio inorgnico dissolvido foi

    estimado pela soma das concentraes de N-amoniacal, nitrato e nitrito.

    A concentrao de slido suspenso foi empregada o mtodo descrito em

    Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (APHA, 1976). Para a

    obteno de clorofila a, as amostras foram analisadas segundo a tcnica descrita em

    TEIXEIRA (1973).

    A anlise de clorofila a, os filtros de celulose de 47 mm de dimetro, contendo o

    material filtrado foram colocados em tubos de ensaio de 10 ml com acetona a 90%,

    macerados e deixados durante 24 horas em refrigerador, para extrao dos pigmentos

    (este manuseio deve ser feito sob pouca luz). Aps este perodo a leitura foi feita em

    absorbncia (abs) no espectrofotmetro nos seguintes comprimentos de onda de: 750,

    665, 645 e 630 nm.

    Clculo da concentrao da clorofila a:

    (Cl-a) = 11,85(abs665 abs750) 1,54(abs645 abs750) 0,08(abs630 abs750) (5.1)

    Onde:

    (Cl-a) = concentrao da clorofila a

    Vac = volume de acetona (ml)

    V = volume da amostra filtrada (ml)

    co = caminho ptico da cubeta

    O total de anlises dos parmetros foi de 288, conforme a Tabela 5.3.

  • 84

    Tabela 5.3 Quantidade de parmetros analisados.

    Parmetros Unid.

    Mar.

    Mai.

    Ju

    n.

    Ago.

    Set

    .

    Ou

    t.

    Total de

    amostra

    O.D. mg.L-1

    6 3 3 6 3 3 24

    D.B.O. mg.L-1

    6 3 3 6 3 3 24

    Cor aparente uH 6 3 3 6 3 3 24

    Turbidez UNT 6 3 3 6 3 3 24

    Nitrito mg.L-1

    6 3 3 6 3 3 24

    Nitrato mg.L-1

    6 3 3 6 3 3 24

    Silicato mg.L-1

    6 3 3 6 3 3 24

    fosfato mg.L-1

    6 3 3 6 3 3 24

    N-amoniacal mg.L-1

    6 3 3 6 3 3 24

    Fsforo total mg.L-1

    6 3 3 6 3 3 24

    Clorofila a mg.m-3

    6 3 3 6 3 3 24

    Sl. em susp. mg.L-1

    6 3 3 6 3 3 24

    Total de anlises 72 36 36 72 36 36 288

    5.1.3 Anlise estatstica

    Os dados foram analisados por mtodos de estatstica descritiva e da anlise de

    componentes principais.

    Na anlise de componentes principais (ACP) as variveis originais so

    linearmente combinadas com o objetivo de projetar o mximo de informao no menor

    nmero de dimenses. A informao total contida no conjunto de dados de partida

    quantificada pela matriz de covarincia. A primeira componente principal (PC1) a

    direo de mxima varincia e, portanto, de mxima informao no espao

    multidimensional original. A segunda componente (PC2) ortogonal a PC1 e

    corresponde ao eixo que explica o mximo possvel da informao que no pde ser

    representada pela primeira componente. Juntas, PC1 e PC2 definem o plano de mxima

    informao no espao multidimensional. Se as variveis apresentarem muitas

    correlaes significativas, possvel que esse plano j contenha informao suficiente

    para permitir inferir os padres de associao existentes nos dados de partida

    (MASSART et al., 1998).

  • 85

    5.1.4 Balano de massa

    Para a estimativa do balano de massa foram realizados segundo TORRES et al.

    (2007). As estimativas mensais da carga de entrada e sada (E/S, kg.ms-1

    ) foram

    obtidas pela multiplicao dos afluentes (Q, m3.s

    -1) pela concentrao de nutrientes (C,

    g.m-3

    ) em cada ponto de coleta.

    O input anual de cada afluente (IA, t.ano-1

    ) foi estimado a partir da soma das

    entradas mensais (IM, kg.ms-1

    ) dos afluentes e os resultados foram convertidos em

    toneladas:

    O ano foi dividido em duas estaes principais, chamadas: estao chuvosa e

    seca. As mdias dos meses chuvoso e dos meses seco foram, como se segue:

    Onde:

    MEC= mdia da estao chuvosa (kg.ms-1

    )

    VMC= valores mensais da estao chuvosa (de dezembro a junho) em kg.ms-1

    MES= mdia da estao seca (kg.ms-1

    )

    VMS= valores mensais da estao seca (de julho a novembro) em kg.ms-1

    O balano de massa (BM, t.ano-1

    ) foi estimado pela diferena entre input anual

    (IA, kg.ms-1

    ) e a sada anual (SA, kg.ms-1

    ). A entrada de nutrientes e slidos pelas

    guas subterrneas, escoamento superficial, e a sua perda para biota e/ou sedimentos

    no foram considerados.

  • 86

    A estimativa de precipitao direta no reservatrio (RR, m3.ano

    -1) foi feita a

    partir da multiplicao entre a rea do reservatrio (AR, m3) pela precipitao anual total

    (mm.ms-1

    ). A entrada de gua atravs das guas subterrneas, escoamento superficial e

    sua perda por evaporao no foram includas.

    A gua, nutrientes e reteno de slidos foram medidos como se segue: Etapa 1:

    A reserva de disponibilidade de nutrientes no reservatrio (RN, kg) foi estimado pela

    multiplicao do volume de gua no reservatrio (VA, m3) pela concentrao de

    nutrientes (CN, g.L-1

    ).

    Etapa 2: A entrada anual de todos os nutrientes para um afluente (EAN, kg.dia-1

    ) foi

    estimada pela adio da entrada de nutrientes de diferentes estaes do ano (MEC e

    MES, kg.dia-1

    ) em cada afluente e o resultado final expresso em quilogramas por dia:

    O tempo de reteno (TR, dias) foi determinado pela razo entre a

    disponibilidade de nutrientes no reservatrio (RN, kg) e a entrada de afluentes (EAN,

    kg.dia-1

    ).

    Todos os resultados foram convertidos em toneladas.

  • 87

    5.2 ETAPA 2

    5.2.1 Coleta de dados

    Os dados foram obtidos pelo projeto Avaliao da Influncia da Salinidade e

    Eutrofizao na Qualidade da gua dos Mananciais (Lagos gua Preta e Bolonha) de

    Abastecimento da Regio Metropolitana de Belm RMB, que teve o incio no ms de

    fevereiro de 2006 e o trmino no ms de janeiro de 2007, com coletas realizadas

    mensalmente e no total de 10 pontos de amostragens distribudas no lago gua Preta

    (Figura 5.5). Os dados utilizados foram os slidos em suspenso, a turbidez e a cor

    aparente.

    Figura 5.5 - Mapa dos pontos de amostragens hidrolgicas do projeto Avaliao da

    Influncia da Salinidade e Eutrofizao na Qualidade da gua dos Mananciais (Lagos

    gua Preta e Bolonha) de Abastecimento da Regio Metropolitana de Belm RMB.

    As vazes de entrada e sada de gua do Lago gua Preta, bem como as mdias

    dos dados meteorolgicos de precipitao, intensidade dos ventos e direo dos ventos,

    so os mesmos observados na 1 Fase da Etapa 1. Para a batimetria foi utilizada carta

    batimtrica (Figura 5.6) descrita em SODR (2007), utilizadas nas simulaes.

  • 88

    Figura 5.6 Carta batimtrica do lago gua Preta. Fonte: Modificado de SODR

    (2007).

    5.2.2 Anlise laboratorial

    Os mtodos empregados para cor aparente, turbidez e slidos em suspenso

    foram os mesmos empregados na 2 Fase da Etapa1.

    O total de dados de dados analisados foi de 360, conforme a Tabela 5.4.

  • 89

    Tabela 5.4 Quantidade de parmetros analisados.

    Parmetros

    Fev

    .

    Mar.

    Ab

    r.

    Mai.

    Ju

    n.

    Ju

    l.

    Ago.

    Set

    .

    Ou

    t.

    Nov.

    Dez

    .

    Jan

    .

    Tota

    l

    Cor

    aparente

    10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 120

    Turbidez 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 120

    Sl. em

    susp.

    10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 120

    Total de

    anlises

    30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 360

    5.2.3 Modelagem hidrodinmica

    O modelo utilizado nesse trabalho o modelo de circulao hidrodinmica 2DH

    que e otimizado para corpos de guas naturais nos quais efeitos de densidade varivel

    podem ser desprezados, pertencentes ao SisBAHIA. Nesta seo, foi apresentada uma

    descrio do modelo hidrodinmico no domnio de modelagem, fazendo referncia a

    batimetria, s principais forantes, vazo de entrada, vazo de sada e os ventos.

    Primeiramente se introduz no modelo dados da malha numrica, confeccionada

    no programa para gerao de malha (Argus ONE), alm de batimetria, condies

    iniciais e de contorno. Uma vez concludas essas etapas, que sero descritas a seguir,

    conveniente efetuar uma anlise de sensibilidade do modelo referente aos seus

    parmetros fsicos e numricos para depois se efetuar a calibrao. Concluda a

    calibrao, possvel efetuar diferentes simulaes.

    Definio dos Contornos e Mapa Base

    Os contornos do lago gua Preta foram definidos utilizando como base principal

    uma imagem do Google Earth (Figura 5.7). Atravs da digitalizao mediante o

  • 90

    software Surfer (verso 8.0) da rea georeferenciada criou-se o mapa base (*.srf) onde

    foram apresentados como resultados os cenrios de simulao (Figura 5.8).

    Figura 5.7 Imagem obtida no Google earth utilizada como principal base para

    delimitao dos contornos do domnio de modelagem (Coordenadas: Universal

    Transverse Mercator UTM).

  • 91

    Figura 5.8 Mapa base (*.srf) gerado no programa Surfer onde sero apresentados os

    cenrios de simulao (Coordenadas UTM).

    Os dados de sada do modelo hidrodinmico, como velocidades das correntes,

    so apresentados tendo o mapa base como referncia. Com esse mapa (imagem) foi

    realizada a definio dos contornos do corpo dgua, de acordo com o domnio de

    modelagem de interesse. Os contornos definidos foram os contornos fechados,

    chamados contornos de terra, e os contornos abertos, que representam um limite de

    convenincia demarcando o domnio em gua. Os contornos de terra, em geral,

    representam as margens do corpo de gua e possveis pontos com afluxo ou efluxo,

    como por exemplo, rios e esturios. Contornos abertos geralmente representam os

    limites do domnio de gua modelado, e no uma fronteira fsica.

    786500 787000 787500 788000 788500 789000 789500

    9841500

    9842000

    9842500

    9843000

    9843500

    9844000

    9844500

    9845000

    Entrada de guado rio Guam

    Sada de gua dolago gua Preta

    0 m 500 m 1000 m

    Lamina d'gua

    Acumulo de macrofitas aquticas

    rea adjacentes do lago

  • 92

    Confeco da Malha de Elementos Finitos

    Para se obter resultados satisfatrios no modelo hidrodinmico, a confeco da

    malha foi realizada de tal forma a se respeitar os contornos dos limites do domnio a ser

    estudado, tendo a densidade de elementos definida de acordo com o grau de

    detalhamento dos resultados esperados.

    O SisBAHIA um modelo numrico de elementos finitos, o que permite a

    utilizao de grades numricas que acompanham o contorno fsico da regio modelada.

    No processo de confeco da malha optou-se por adotar elementos finitos

    quadrangulares de 9 ns em uma formulao Lagrangeana sub-paramtricos, pois

    obtm-se melhores resultados com a malha quadrtica, pois tem maior estabilidade e

    acurcia segundo ROSMAN (2011).

    A confeco da malha foi realizada levando em considerao os contornos, de

    modo que se obtivessem bons resultados do modelo hidrodinmico. A densidade dos

    elementos, bem como suas dimenses, est de acordo com o grau de detalhamento

    esperado para alcanar os resultados, visualizando de maneira satisfatria suas escalas e

    fenmenos de interesse.

    A malha foi construda (Figura 5.9), mediante o programa gerador de malhas

    Argus ONE e mdulos do SisBAHIA. O domnio foi discretizado utilizando um total de

    591 elementos e 2643 ns, dentre os quais 556 fazem parte do contorno de terra e

    nenhum fronteira aberta.

  • 93

    Figura 5.9 Domnio modelado do lago gua Preta, indicando a malha de

    discretizao em elementos e ns. Os eixos representam distncias em UTM

    (Universal Transverse Mercator).

    Rugosidade de fundo

    Durante o processo de modelagem, foram realizados pequenos ajustes no

    coeficiente de rugosidade de fundo para melhor representar as simulaes. Para tais

    ajustes utilizaram-se valores de amplitude de rugosidade (Tabela 5.5) recomendado por

    ROSMAN (2011). A granulometria de grande predominncia encontrada no lago gua

    Preta por SOUSA (2010) foi a frao silte (2 62 m).

    786500 787000 787500 788000 788500 789000 789500

    9841500

    9842000

    9842500

    9843000

    9843500

    9844000

    9844500

    9845000

    Entrada de guado rio Guam

    Sada de gua dolago gua Preta

    0 m 500 m 1000 m

  • 94

    Tabela 5.5 Valores recomendados para a rugosidade equivalente do fundo, , para uso

    do modelo 2DH. Fonte: (Modificado por ROSMAN, 2011).

    Terreno ou leito de terra (areia, terra, vasa, etc.)

    Leito com transporte de sedimentos 0.0070 m < < 0.0500 m

    Leito com vegetao 0.0500 m < < 0.1500 m

    Leito com obstculos 0.1500 m < < 0.4000 m Fundo de pedra rochoso:

    Fundo de alvenaria 0.0003 m < < 0.0010 m

    Fundo de pedra lisa 0.0010 m < < 0.0030 m

    Fundo de asfalto 0.0030 m < < 0.0070 m

    Fundo de pedregulho 0.0070 m < < 0.0150 m

    Fundo de com pedras mdias 0.0150 m < < 0.0400 m

    Fundo com pedras 0.0400 m < < 0.1000 m

    Fundo com rochas 0.1000 m < < 0.2000 m

    O arquivo contendo os pontos da batimetria e suas respectivas profundidades

    foram importadas pelo modelo e este faz a interpolao dos valores de profundidade

    para cada ponto pertencente malha de elementos finitos, a partir das coordenadas (x, y,

    z) fornecidas. Para evitar que o nvel de gua durante o processamento do modelo

    alcance valor negativo, o que denominado secagem, foi preciso impor valores

    mnimos de profundidade aos registros batimtricos. A interpolao batimtrica foi feita

    mediante a tcnica de kriging, que o mtodo mais recomendvel para uso geral, j que

    interpola e extrapola at os limites Xmin, Ymin, Xmax, Ymax. Esse mtodo gera

    resultados realistas com variaes semelhantes s naturais.

    5.2.4 Balano de massa

    Para o estimativa do balano de massa de sedimentos suspensos foram

    realizados segundo TORRES et al. (2007), conforme descrito na 4 Fase da Etapa 1.

  • 95

    CAPTULO 6

    AVALIAO FSICA E QUMICA DA GUA DO RESERVATRIO DA

    REGIO AMAZNICA: UTILIZAO DE ANLISE MULTIVARIADA E

    BALANO DE NUTRIENTES NO RESERVATRIO GUA PRETA

    6.1 INTRODUO

    Os ecossistemas aquticos continentais so utilizados no Brasil e no mundo

    como recursos disponveis para a sociedade, com significado ecolgico, econmico e

    social (TUNDISI et al., 2006). As finalidades de uso so mltiplas, entre as quais se

    destacam o abastecimento pblico de gua, a gerao de energia eltrica, a irrigao e a

    aquicultura. Nos ltimos anos os recursos hdricos vm sendo modificados por ao

    antrpica, resultando em prejuzo na qualidade e disponibilidade de gua, sendo notria

    a necessidade crescente do monitoramento das alteraes na qualidade de gua, de

    forma a no comprometer seu aproveitamento mltiplo e minimizar os impactos

    negativos do ambiente (BRAGA et al., 2006).

    Dentre as aes antrpicas est disposio de resduos (nutrientes e poluentes)

    provenientes de despejos industriais e domsticos, que tem gerado diversos problemas,

    ocasionando a eutrofizao, bem como a concentrao de metais pesados e outros

    elementos txicos. Muitas pesquisas tm sido realizadas para um gerenciamento de um

    lago ou reservatrio, como a utilizao de balano de massa, que se torna uma

    ferramenta importante para revelar suas origens. A determinao do balano de massa

    permitiu as estimativas de entradas, sadas e reteno de nutrientes no corpo dgua

    (SPERLING, 2007). As quais so importantes para a definio de estratgias de

    recuperao, conservao e qualidade de gua da bacia hidrogrfica (COPE et al.,

    2011).

  • 96

    O balano de massa foi utilizado como um padro em vrios estudos para

    quantificar a entrada, reteno e exportao de nutrientes como tambm para avaliar o

    potencial de eutrofizao de reservatrio (BRIGAULT e RUBAN, 2007; MATZINGER

    et al., 2007). O balano de massa segue os padres que descrevem a carga de nutrientes,

    carga de despejos orgnicos e poluio difusa do lago, isso pode ser muito til para

    planejar a gesto do mesmo (JRGENSEN e VOLLENWEIDER, 2000). No que

    concerne aos processos dentro do lago, resume-se um modelo de entradas e sadas

    (caixa preta). Entradas no lago so todos os volumes que nele chegam proveniente de

    fora tanto por descargas diretas como por indiretas. As sadas podem ser as descargas

    feitas por meio dos mecanismos apropriados, infiltraes nos sedimentos ou perdas para

    atmosfera. Dentro deste contexto, uma fonte que requer ateno especial so os

    sedimentos que no representam somente um local de destino de materiais, mas, em

    determinadas condies, tambm funcionam como fonte interna (VOLLENWEIDER,

    2000).

    O conhecimento das interaes entre o sedimento e a massa lquida essencial

    para o gerenciamento e manejo da qualidade da gua de reservatrios eutrficos, pois

    mesmo depois de reduzir a entrada externa de efluentes, h sempre dificuldades

    causadas pela liberao dos nutrientes proveniente do sedimento para a coluna dgua

    (DRISCOLI et al., 1993).

    O presente artigo compreende a utilizao de anlise multivariada dos

    parmetros abitico e clorofila a, bem como o balano de massa anual das partculas

    dos nutrientes (nitrognio inorgnico dissolvido e fsforo total) e do volume de gua, e

    o tempo de reteno desses nutrientes no reservatrio gua Preta, ambas as ferramentas

    podero subsidiar informaes da qualidade da gua, para prevenir e/ou corrigir

  • 97

    processos degradantes neste ambiente aqutico, para uma correta gesto desse

    ecossistema.

    6.2 MATERIAL E MTODOS

    O sistema de abastecimento de gua superficial para a populao residente na

    Regio Metropolitana de Belm-RMB realizado por meio dos sistemas de captao,

    aduo, armazenamento de gua bruta e elevao, composto por: (a) tomada dgua e

    elevatria de gua bruta do rio Guam; (b) adutora de gua bruta do rio Guam at o

    lago gua Preta, com passagem por um canal retilneo; (c) lago gua Preta; (d) canal de

    ligao do lago gua Preta para o lago Bolonha, por gravidade, isto , desnvel de um

    lago para o outro; (e) lago Bolonha; (f) estao elevatria de gua bruta do lago

    Bolonha; (g) estao elevatria do Utinga (lago Bolonha) para a Estao de Tratamento

    de gua - ETA do 5 setor; (h) estao elevatria do Utinga (lago Bolonha) para a ETA

    So Braz (COSANPA, 2010).

    Os pontos de coletas foram escolhidos para avaliar a influncia antrpica dos

    parmetros abiticos no lago gua Preta (Figura 6.1), que ocorre pela contribuio dos

    efluentes domsticos - ponto 1 (prof. 2,4 m), do sistema de aduo de gua do rio

    Guam - ponto 2 (prof. 1,6 m) e da sada de gua do Lago gua Preta para o Lago

    Bolonha - ponto 3 (prof. 3,6 m) que tambm tem contribuio dos efluentes domsticos.

  • 98

    Figura 6.1 Mapa de localizao da rea e dos pontos de amostragem de gua.

    O clima na rea de estudo quente e mido, apresentando um elevado ndice

    pluviomtrico, com chuvas frequentes a tarde e incio da noite, principalmente nos

    quatro primeiros meses do ano, que so os mais chuvosos. A regio no apresenta

    meses secos bem definidos. O menor valor pluviomtrico foi em setembro (94,6 mm) de

    2010 e os maiores em janeiro (455,2 mm) e abril (453,3 mm) de 2010 pelo INMET

    (2010).

    Os pontos foram georeferenciados com GPS (modelo GARMIN) e as coletas de

    gua superficial foram realizadas com a garrafa de Van Dorn de 2,5 L durante os meses

    de maro, maio, junho, agosto, setembro e outubro no ano de 2010, de maneira que

    coincidiram com o perodo de maior e menor precipitao pluviomtrica. As amostras

    foram acondicionadas em frascos de polietileno e transportadas para o Laboratrio de

    Qumica Ambiental (LQA), localizado na Universidade Federal Rural da Amaznia,

    para posteriores anlises.

    -48.435 -48.425 -48.415 -48.405 -48.395 -48.385

    -1.46

    -1.45

    -1.44

    -1.43

    -1.42

    -1.41

    ETA

    LagoBolonha

    Lago gua Preta

    P1

    P2

    P3

    Rio Guam

    Captao de gua do rio Guam

    Canal d

    e

    liga

    o

    Par

    0 1 km

  • 99

    6.2.1 Parmetros abiticos e clorofila a

    A metodologia empregada em laboratrio encontra-se descrita no captulo 5,

    conforme a etapa 1.

    6.2.2 Tratamento dos dados e balano de massa

    A descrio geral da metodologia utilizada no tratamento dos dados e no balano

    de massa encontra-se no captulo 5, conforme a etapa 1.

    6.3 RESULTADOS E DISCUSSO

    6.3.1 Anlises de componentes

    A anlise de componentes principais com os parmetros abiticos e clorofila a

    obtidos durante o perodo de menor precipitao mostrou que as duas primeiras

    componentes (PC1 e PC2) juntas descrevem 79% da varincia original (Tabela 6.1).

    PC1 explicou 60% da varincia total e pode ser interpretada como um contraste, de um

    lado, a cor (0,88), o NT (0,86), o nitrato (0,82), a turbidez (0,81) e o PT (0,76), do outro

    lado a clorofila a (-0,80), os slidos suspensos (-0,75), o nitrito (-0,74), o oxignio

    dissolvido (-0,60) e a DBO (-0,60). Esses sinais contrrios indicam uma correlao

    negativa ao longo da PC1 entre esses dois grupos, que so a principal fonte de variao

    no conjunto de amostras. A cor, o nitrato, NT, turbidez e PT foram altos nesse perodo,

    isso indica que a concentrao foi favorecida quando houve uma entrada na

    concentrao desses parmetros.

    A turbidez uma medida da capacidade de disperso da radiao e

    consequncia das partculas em suspenso (silte, areia, bactrias, fitoplncton, detritos

    orgnicos, entre outros) que podem ou no ser coloridas (ESTEVES, 1998). Em guas

    naturais, a cor geralmente devida a produtos de decomposio de matria orgnica do

  • 100

    prprio manancial ou do hmus dos solos adjacentes (MUCCI et al., 2004). No

    reservatrio esse aumento desses parmetros (a cor, o nitrato, NT, turbidez e a PT) foi

    verificado no ponto 2, devido a contribuio de gua do rio Guam, que carreia material

    para dentro do reservatrio.

    Na primeira componente (PC1) a DBO e o OD no apresentaram uma forte

    influncia, mas destacou-se na segunda (PC2), que explicou 19% da varincia total, a

    matria orgnica retratado de forma direta da DBO nos ambientes aquticos, o que

    um potencial do consumo de oxignio dissolvido. Essa segunda componente pode ser

    explicada como um contraste entre, de um lado, oxignio dissolvido (0,65), turbidez

    (0,47), slidos suspensos (0,44) e, do outro lado, N-amoniacal (-0,56), DBO (-0,49),

    nitrito (-0,41). A DBO retrata de forma indireta, o teor de matria orgnica nos corpos

    dgua que pode ser uma indicao do potencial do consumo de oxignio dissolvido

    (SPERLING, 2007).

    No perodo de maior precipitao, as duas primeiras componentes (PC1 e PC2)

    explicaram 62% da varincia original (Tabela 6.1). Na primeira componente, que

    explica 35% da varincia total, foi observado um contraste entre o N-amoniacal (0,85),

    NT (0,66) e, do outro lado, o oxignio dissolvido (-0,80), turbidez (-0,74), nitrito (-0,68)

    e DBO (-0,66). As formas de nitrognio foram coerentes, em que se observa o ciclo do

    nitrognio nos processos bioqumicos de converso da amnia para o nitrito e deste para

    o nitrato, atravs do consumo de oxignio.

    A segunda componente explicou 27% da varincia total, foi observado um

    contraste entre a cor (0,71), slidos suspensos (0,64) e clorofila a (0,53) e, de outro

    lado, PT (-0,71), NT (-0,62) e DBO (-0,49).

    Comparando-se os dois perodos foi possvel observar que no perodo de menor

    precipitao teve mais correlao entre os parmetros em comparao ao chuvoso.

  • 101

    Tabela 6.1 Pesos e varincia explicada pelas duas primeiras componentes principais

    da anlise das variveis com dados obtidos durante os perodos de menor e maior

    precipitao.

    Varivel Menor precipitao Maior precipitao

    PC 1 PC 2 PC 1 PC 2

    Turbidez (NTU)

    Cor (mg.L-1

    PtCo)

    0,81

    0,88

    0,47

    0,38

    -0,74

    0,20

    -0,19

    0,71

    Slidos em suspenso (mg.L-1

    ) -0,75 0,44 0,21 0,64

    OD (mg.L-1

    ) -0,60 0,65 -0,80 0,35

    Clorofila a (mg.m-3

    ) -0,80 0,21 -0,06 0,53

    DBO (mg.L-1

    ) -0,60 -0,49 -0,66 -0,49

    N-amoniacal (mg.L-1

    ) 0,30 -0,56 0,85 -0,25

    Nitrito (mg.L-1

    ) -0,74 -0,41 -0,68 -0,35

    Nitrato (mg.L-1

    ) 0,82 0,11 0,37 -0,07

    NT (mg.L-1

    ) 0,86 -0,05 0,66 -0,62

    PT (mg.L-1

    ) 0,76 -0,39 0,01 -0,71

    Varincia explicada (%) 60,0 19,0 35 27

    Os escores para os dados dos parmetros abiticos e clorofila a na gua em PC1

    e PC2, estratificados de acordo com a sazonalidade da regio (

    Figura 6.2), perodo de menor e de maior precipitao. Pode-se observar uma

    ntida separao entre os perodos estudados.

    MENOR PRECIP.

    MAIOR PRECIP.-3,0 -2,5 -2,0 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5

    PC 1

    -2,0

    -1,5

    -1,0

    -0,5

    0,0

    0,5

    1,0

    1,5

    2,0

    2,5

    3,0

    PC

    2

    Figura 6.2 Parmetros abiticos e clorofila a em relao sazonalidade.

  • 102

    6.3.2 Anlises dos dados

    A turbidez no reservatrio gua Preta obteve a maior concentrao de 255 UNT

    no ponto 2 no perodo chuvoso e o mnimo de 1 UNT no ponto 1 no mesmo perodo,

    com a mdia de 53,472,8 UNT. Em relao ao clima, a turbidez teve uma distribuio

    mais elevada no perodo chuvoso do que no seco. Os valores baixos so consequncias

    das caractersticas do lago que favorecem a sedimentao das partculas em suspenso,

    reduzindo a turbidez (MUCCI et al., 2004).

    A cor aparente encontrado no reservatrio gua Preta apresentou valores que

    variaram entre 330 mg.L-1

    PtCo e 5,5 mg.L-1

    PtCo, com a mdia de 106,289,8 mg.L-1

    PtCo. Os valores mximos apresentados no trabalho foram encontrados no perodo seco,

    devido maior contribuio da captao do rio Guam para manter o nvel do

    reservatrio, com isso proporciona o aumento do material argiloso em suspenso

    proveniente do rio. Tanto a turbidez quanto a cor apresentaram valores altos no ponto 2.

    Da mesma forma que a turbidez, a cor torna a gua esteticamente inaceitvel para uso

    domstico e mesmo industrial, em alguns casos. A outra caracterstica de gua

    continental a presena de partculas suspensas que contribuem para turvao na gua

    em reservatrio.

    A distribuio dos slidos suspensos no trabalho teve maiores valores

    encontrado no ponto 2 o mesmo encontrado para a turbidez e a cor, com o valor

    mximo de 66,5 mg.L-1

    no ponto 2 e o mnimo de 4 mg.L-1

    , com a mdia de 16,116,1

    mg.L-1

    e com uma maior concentrao no perodo chuvoso. Comparando com um

    ambiente mais dinmico da regio os slidos suspensos esto na faixa de 100 mg.L-1

    encontrado na Baa de Guajar (MONTES et al., 2010), essa faixa semelhante a

    encontrada no rio Guam. interessante notar que a partir da entrada do rio Guam para

    o reservatrio gua Preta ocorre diminuio na concentrao desse parmetro, devido

  • 103

    ao processo de sedimentao. As partculas em suspenso podem interferir na

    distribuio do oxignio, isso diminui a penetrao de luz na gua o que dificulta o

    processo fotossinttico.

    Na presente pesquisa foi observado o teor mnimo de OD foi de 2,4 mg.L-1

    no

    ponto 1, o que demonstra o consumo desse gs provavelmente pelo aumento da

    decomposio da matria orgnica, respirao dos organismos, oxidao dos ons

    metlicos, alm da perda para atmosfera. J o valor mximo de OD foi de 12,7 mg.L-1

    no ponto 2, a explicao que antes da entrada para o reservatrio gua Preta, a gua

    passa por um processo de aerao no momento que sai da tubulao de aduo e passa

    para uma calha que leva essa gua at o lago e a mdia desse gs foi de 6,82,6 mg.L-1

    ,

    com maior teor no perodo seco.

    No rio Tiet em So Paulo verifica-se um contraste em relao ao OD nas

    represas Promisso (7 mg.L-1

    ), Barra Bonita (6,77 mg.L-1

    ) e Billings (3,1 mg.L-1

    ), esta

    ultima tem maior contribuio de esgotos domsticos e industriais (SOARES e

    MOZETO, 2006). Os padres OD sazonais em reservatrios tropicais diferem dos

    encontrados em regies temperadas, s guas quentes tropicais so mais sensveis a

    diminuio do oxignio. Por outro lado, alta produtividade fitoplanctonica, geralmente

    observada nos trpicos, tende a favorecer supersaturao na zona euftica

    (TOWNSEND, 1999).

    A clorofila a nas guas pode avaliar a capacidade de reoxigenao do corpo

    dgua e tambm de sua populao de algas. Assim, a determinao do pigmento

    fotossinttico (clorofila a), tem sido utilizada amplamente na ecologia aqutica como

    um dos mais importantes ndices de biomassa do fitoplncton (ESTEVES, 1998). No

    trabalho os valores de clorofila a oscilaram de 41,9 mg.m-3

    (ponto 3) a 6,3 mg.m-3

    (ponto2) e a mdia de 17,98,7 mg.m-3

    , teve uma contribuio maior no periodo

  • 104

    chuvoso, j a distribuio dos pontos foi obsevada maior concentrao no ponto 3.

    Esses valores foram superiores ao ambiente mais dinmico da regio com valores de

    1,49 mg.m-3

    a 23,33 mg.m-3

    , encontrado na Baa de Guajar (PAIVA et al., 2004).

    Alm do oxignio dissolvido a DBO, tambm um parmetro de fundamental

    importncia na caracterizao do grau de poluio de um corpo dgua (SPERLING,

    2007). No presente estudo os valores mnimos da DBO foi de 0,7 mg.L-1

    no ponto 2 e

    mximos de 11,2 mg.L-1

    no ponto 1, com a media de 4,52,6 mg.L-1

    . Nos rios que tem

    contribuio de lanamento de esgotos observa-se uma maior concentrao da DBO de

    2,0 a 9,21 mg.L-1

    na bacia do rio Pirap, principal fonte de abastecimento do municpio

    de Maring, Estado do Paran (ALVES et al., 2008). Ao limite estabelecido pela

    Resoluo Conama n 357/2005 para corpos de gua doce de Classe II (at 5 mg.L-1

    de

    O2). Assim como a DBO que considerada um parmetro de grande importncia para

    ambiente aqutico o N-amoniacal tambm importante, por ser uma indicao do

    potencial do consumo do oxignio, pela oxidao da amnia a nitrito.

    A distribuio do N-amoniacal no reservatrio gua Preta variou de 1,0 e 0,3

    mg.L-1

    , com a mdia de 0,40,2 mg.L-1

    . Os dados no apresentaram grandes varies

    em relao aos periodos chuvoso e seco, mas em relao aos pontos, esse parmentro

    teve maiores teores no ponto 1 e 3, o que indica uma fonte de poluio orgnica, j que

    nas proximidades existem lanamento de esgotos domsticos. Em So Paulo ao longo

    do rio Tiet verifica-se um contraste, com valores de N-amoniacal nas represas

    Promisso (0,56 mg.L-1

    ), Barra Bonita (0,055 mg.L-1

    ) e Billings (8,5 mg.L-1

    ), os altos

    valores encontrados so devido as atividades domestica, industriais e agrcolas (Soares;

    MOZETO, 2006). Segundo ESTEVES (1998), as concentraes de 0,25 mg.L-1

    ou

    superiores a essa, afetam o crescimento de peixes, embora a concentrao letal de

    amnia (que mata 50% dos indivduos) seja consideravelmente superior 0,5mg.L-1

    .

  • 105

    J em relao ao nitrito que a fase intermediria entre a amnia e nitrato,

    encontrado em baixas concentraes notadamente em ambientes oxigenados. No lago

    gua Preta o nitrito no teve variaes em relao aos pontos, com a mdia de

    0,0070,007 mg.L-1

    , o mximo de 0,021 mg.L-1

    e o mnimo 0,000 mg.L-1

    . No

    reservatrio Ira-PR (PERBICHE-NEVES et al., 2007), foi encontrado o mximo de

    nitrito de 0,5 mg.L-1

    , o mnimo de 0,0 mg.L-1

    e a mdia de 0,170,17 mg.L-1

    , esse

    valores foram superiores ao encontrado no lago gua Preta. O nitrito extremamente

    txico em altas concentraes maioria dos organismos aquticos (ESTEVES, 1998).

    O nitrognio, nos processos bioqumicos de converso da amnia para o nitrito e

    deste para o nitrato implica no consumo de oxignio dissolvido, o nitrato pode fornecer

    informaes sobre o estgio da poluio, isso , uma poluio mais remota

    (SPERLING, 2007). O nitrato encontrado no presente trabalho variou de 0,40 mg.L1

    no

    ponto 2 a 0,01 mg.L1

    , com a mdia de 0,070,08 mg.L1

    . Os valores no perodo

    chuvoso no tiveram variaes significativas em comparao ao perodo seco, onde se

    verificou um aumento, j em relao aos pontos, verificou-se que no ponto 2 teve maior

    contribuio desse parmetro, provavelmente pela oxigenao da gua antes de entrar

    nesse ponto, o que favorece oxidao da amnia para nitrito e deste para nitrato.

    Comparando com regies impactadas, como o rio Tiet em So Paulo nas represas

    Promisso (0,3 mg.L-1

    ), Barra Bonita (1,7 mg.L-1

    ) e Billings (0,95 mg.L-1

    ) (Soares;

    Mozeto, 2006), observa-se uma similaridade dos dados com a represa Promisso. Pode-

    se dizer que o teor de nitrato no trabalho est associado tanto a origem natural quanto

    antropognica. O nitrato no ambiente aqutico superficial de reas urbanas e industriais

    provm dominantemente da decomposio da matria orgnica.

    O nitrato, o nitrito, N-amoniacal e N-orgnico so as formas de nitrognio em

    guas continentais (SPERLING, 2007). O nitrognio um dos elementos mais

  • 106

    importantes no metabolismo de ecossistemas aquticos. Esta importncia deve-se

    principalmente sua participao na formao de protenas, um dos componentes

    bsicos da biomassa. As duas primeiras chamam-se formas reduzidas e as duas ltimas

    formas oxidadas. Pode-se associar a idade da poluio com a relao entre as formas de

    nitrognio (ESTEVES, 1998).

    No trabalho o NT variou de 0,67 mg.L1

    e 0,04 mg.L1

    , com a mdia de

    0,140,17 mg.L1

    , assim como o nitrato os valores NT no perodo chuvoso no tiveram

    variaes significativas em comparao ao perodo seco, onde foi verificado um

    aumento. Em relao aos pontos, verificou-se o mesmo encontrado para nitrato, onde o

    ponto 2 teve maior contribuio do NT. No lago Bigus localizado no campus da

    FURG-RS (TRINDADE et al., 2009) considerado como um ambiente que foi

    modificado durante os ltimos 35 anos, foi encontrado altos valores de nitrognio total

    em comparao aos dados do trabalho, onde variou de 7 mg.L1

    a 2,8 mg.L1

    , com a

    mdia de 4,981,5 mg.L1

    . A elevada concentrao do nitrognio total em lagos e

    represas podem conduzir a um crescimento exagerado de algas (processo de

    eutrofizao) (SPERLING, 2007).

    Assim como nitrognio que considerado como um dos principais causadores

    da eutrofizao em ecossistemas aquticos, o fsforo tambm pode ser considerado um

    importante parmetro para ambiente aqutico eutrofizado. No reservatrio gua Preta o

    PT variou de 0,23 mg.L1

    no ponto 1 a 0,01 mg.L1

    no ponto 2, com a mdia de

    0,090,06 mg.L1

    , observa-se que os dados tiveram maiores teores nos pontos 1 e 3,

    devido ao lanamento de esgotos nessas proximidades, que tiveram maiores

    contribuio no perodo chuvoso. No lago Bigus localizado no campus da FURG-RS

    (TRINDADE et al., 2009), valores de PT oscilando de 3,1 mg.L1

    a 0,1 mg.L1

    , com a

    mdia de 2,40,9 mg.L1

    , esses valores foram superiores ao encontrado no reservatrio

  • 107

    gua Preta. Por outro lado comparando com o lago Parque Guaraciaba em Santo

    Andr-SP, considerado um ambiente natural, os valores mximo e mnimo foram 0,075

    mg.L1

    e 0,00 mg.L1

    , respectivamente (MUCCI et al., 2004), esse valores foram

    inferiores ao encontrado no trabalho.

    6.3.3 Balano de massa

    O balano hdrico anual do reservatrio gua Preta recebe mais gua da

    captao do rio Guam do que as exportaes, com uma reteno de 233 dias (Figura

    6.3) e esta contribuio de gua do rio Guam maior durante o periodo seco do que no

    chuvoso, pois a COSANPA aumentam o fluxo de entrada de gua para manter o nivel

    do reservatrio. Os reservatrios com essas caractersticas so classificados na classe B,

    tempo de reteno intermediria, entre 2 semanas e 1 ano (STRAKRABA, 1999).

    Ent rada = 20,8.10 m .ano

    6 3 - 1

    (12,5.10 m .ano )6 3 - 1

    (10,3.10 m .ano )6 3 - 1

    Entrada de guado rio Guam

    Sada de gua para o lago Bolonha

    ndice pluviomtrico

    (8,2.10 m .ano )6 3 - 1

    Tempo de reteno

    (233 dias)

    Figura 6.3 Balano hdrico anual (m

    3.ano

    -1), desenho esquemtico do

    reservatrio.

  • 108

    O reservatrio gua Preta teve diferentes padres sazonais para exportao e

    reteno de acordo com as variveis (PT e NID) consideradas (Figura 6.4). Estes

    padres foram fortemente influenciados pelos os perodos de menor e maior

    precipitao. O PT e o NID tiveram uma maior concentrao no perodo seco na entrada

    de 6,5 t.ano-1

    e 28,3 t.ano-1

    respectivamente, devido ao aporte de nutrientes que

    carreado para dentro do reservatrio proveniente do rio Guam. Durante o perodo de

    maior precipitao o NID no teve variaes na entrada e na sada. J PT verificou um

    aumento da carga na sada, devido ao lanamento de esgotos nessas proximidades que

    tiveram maiores descargas com a chuva.

    PT (1,4 t.ano ) P. C.-1

    PT (6,5 t.ano ) P. S.-1

    Entrada de guado rio Guam

    PT (1,8 t.ano ) P. C-1.

    PT (3,3 t.ano ) P. S-1.

    Sada de gua para o lago Bolonha

    Reteno

    (2,8 t.ano )- 1

    Ent rada = 7,9 t.ano

    -1

  • 109

    Figura 6.4 Balano de massa anual do PT (t.ano-1

    ) e do NID (t.ano-1

    ), desenho

    esquemtico do reservatrio. Perodo chuvoso P.C. Perodo Seco P.S.

    A carga de nitrognio total e fsforo total de principais tributrio dos

    reservatrios de Paraitinga e Biritiba foram elevadas durante a estao chuvosa

    comparada com a seca, indicando assim que material de origem difusa de fluxo de

    superficial pode influenciar os resultados (COPE et al., 2011).

    A carga de nutrientes normalmente depende de fatores, como chuvas, gesto das

    bacias, bem como atividades antrpicas na bacia hidrogrfica tais como agricultura,

    indstria e habitao (WETZEL, 2001).

    A capacidade de reteno maior em condies de baixa vazo ou em reas

    onde h uma abundncia de plantas aquticas (SVENDSEN e KRONVANG, 1993), e

    tem uma influncia na dinmica de nutrientes em sistemas aquticos (SVENDSEN e

    KRONVANG, 1993).

    No reservatrio gua Preta o tempo de reteno do PT foi de 180 dias inferior a

    o tempo de reteno da gua que foi 233 dias, j NID foi de 536 dias, maior que o da

    gua.

    NID (10,5 t.ano ) P. C.NID

    -1

    (28,3 t.ano ) P. S.-1

    Entrada de guado rio Guam

    NID (10,5 t.ano ) P. CNID

    -1.

    (16,5 t.ano ) P. S-1.

    Sada de gua para o lago Bolonha

    Reteno

    (11,8 t .ano )-1

    Ent rada = 38,8 t.ano

    -1

  • 110

    No entanto, o sistema de capacidade de reteno pode variar de ano para ano,

    dependendo das condies hidrolgicas e do influxo. A capacidade de assimilao

    limitada e problemas podem ocorrer em um perodo relativamente curto como uma

    conseqncia da introduo de poluentes que podem durar um longo tempo,

    dependendo do uso e ocupao do solo na bacia de contribuio (FRIEDL e WEST,

    2002).

    6.4 CONCLUSO

    Com base na anlise de componentes principais foi possvel verificar que no

    perodo de menor precipitao apenas o nitrato, NT e PT tiveram relao positiva com a

    turbidez e a cor, provavelmente sugere esse aumento na sada da captao do rio Guam

    para o reservatrio gua Preta, para manter o nvel do mesmo. No maior ndice

    pluviomtrico observou-se um contraste entre o oxignio dissolvido e o N-amoniacal o

    que pode ser verificado um maior consumo desse gs

    Os parmetros estudados mostraram variaes durante os perodos de menor e

    maior precipitao e em relao aos pontos, a turbidez, a cor, o OD, nitrato, NT,

    clorofila a e slidos suspensos, foram encontrados maiores contribuio no ponto 2 e os

    demais parmetros (N-amoniacal, DBO e PT) tiveram contribuio nos pontos 1 e 3,

    que indica uma fonte de poluio orgnica, decorrente efluentes domsticos, j que nas

    proximidades existem lanamento de esgotos.

    O balano de massa mostrou que tanto o PT quanto NID foram influenciados

    pela carga de gua do rio Guam durante o perodo seco. Enquanto que com altos

    ndices de pluviosidade o fsforo total teve uma carga maior desse nutriente

    consequentemente se deve pela maior drenagem de gua de esgotos lanados para

    dentro do reservatrio. O tempo de reteno para o PT foi de 180 dias e de NID foi de

  • 111

    536 dias. Atravs desse balano pde quantificar a entrada, reteno e exportao de

    nutrientes como tambm para avaliar o potencial de eutrofizao de reservatrio.

    O equilbrio de massa do reservatrio aqui analisado foi influenciado pela

    variao sazonal, com a diferena de fluxo durante estaes seca e chuvosa, pelos

    procedimentos operacionais no reservatrio, e pela variao do fluxo causada pela

    demanda de gua. Devido s suas caractersticas, lagos e reservatrios apresentam uma

    capacidade de absoro para apoiar certas cargas de nutrientes.

    Essas ferramentas so de grande importncia, pois possibilitar preservar a

    qualidade da gua do lago gua Preta e permitir garantir a disponibilidade de gua no

    futuro.

  • 112

    CAPTULO 7

    APLICAO DO MODELO HIDRODINMICO BIDIMENSIONAL E

    DISTRIBUIO DE SEDIMENTOS SUSPENSOS NO RESERVATRIO GUA

    PRETA

    7.1 INTRODUO

    A utilizao de modelos para avaliar as mudanas na qualidade dos recursos

    hdricos serve para ampliar a capacidade preditiva dos pesquisadores, e permite

    responder a uma demanda permanente dos gerentes de recursos hdricos e da sociedade.

    Uma srie de pesquisas sobre os fluxos em lagos profundos tem sido conduzida por

    varios estudiosos, mas o estudo de simulao em lagos raso ainda no maduro

    (WANG et al., 2005).

    Ao longo dos ltimos anos, modelagem hidrodinmica dos lagos, lagoas e rios

    tornou-se uma importante ferramenta para o gerenciamento de recursos hdricos,

    especialmente na modelagem de qualidade de gua, disperso de leo e sedimentos.

    Neste sentido, destacam-se alguns trabalhos como de CUNHA et al. (2006) que

    aplicaram um modelo hidrodinmico e de qualidade de gua na Baa Sepetiba

    localizado na costa do Brasil prximo do Rio de Janeiro; o de MACHADO et al. (2008)

    que descreveram um modelo dinmico de fluido computacional tridimensional para

    simular a disperso de efluentes em rios; o de MACHADO e VETTORAZZI (2003) que

    simularam a produo de sedimentos para a microbacia hidrogrfica do Ribeiro dos

    Marins (SP); e JI et al. (2007) que fizeram uma anlise da qualidade da gua em lagos

    rasos com um modelo de fluxo de sedimentos bidimensional.

    Alm de modelo hidrodinmico, tem-se tambm o balano de massa, que uma

    importante ferramenta para a gesto operacional dos procedimentos em ambientes

    hdricos (COPE et al., 2011). O balano de massa (ou equilbrio material) uma

  • 113

    descrio quantitativa de todos os materiais de entrada, sadas e acumulo em um sistema

    com fronteiras delimitadas.

    Assim a gesto dos recursos hdricos requer o desenvolvimento de instrumentos

    tecnolgicos e de sistemas de informao que sejam capazes de conhecer o sistema

    hdrico, alm de criar condies tcnicas que possam apoiar as decises relacionadas a

    diversos setores. Programas de monitoramento e controle de poluio nos sistemas

    hdricos so instrumentos capazes de reduzir a degradao da qualidade da gua

    (CUNHA et al., 2003). Com o monitoramento, possvel conhecer como atuam os

    agentes causadores da degradao ambiental e minimizar seus efeitos, criando

    instrumentos de gesto integrada (DEMUYNCK et al., 1997).

    Nesse contexto, foi realizado o estudo do comportamento hidrodinmico do lago

    gua Preta (PA), com o objetivo de obter simulaes hidrodinmicas durante um ano

    para verificar o comportamento nos perodos de menor e maior precipitao

    pluviomtrica, e a analisar a distribuio do transporte de sedimentos suspensos, cor e

    turbidez, e observar quanto de sedimento entra, sai e fica retido no lago.

    7.2 MATERIAL E MTODOS

    A rea de estudo definida na pesquisa o lago gua Preta (Figura 7.1),

    considerados um dos mananciais superficiais utilizados no sistema de abastecimento de

    gua dos municpios de Belm e Ananindeua, o outro manancial o lago Bolonha,

    juntos so dois grandes reservatrios de gua superficial que abastecem a Regio

    Metropolitana de Belm (RMB).

  • 114

    Figura 7.1 - Localizao do Lago Bolonha e gua Preta. Fonte: Modificado do

    Google Earth (2010).

    Para esse trabalho foram obtidos dados fsicos pelo projeto Avaliao da

    Influncia da Salinidade e Eutrofizao na Qualidade da gua dos Mananciais (Lagos

    gua Preta e Bolonha) de Abastecimento da Regio Metropolitana de Belm RMB.

    Para a aplicao do modelo hidrodinmico, determinao do balano de

    sedimento e determinao dos parmetros abiticos (cor aparente, turbidez e slidos

    suspensos) esto descritos no Captulo 5 na Etapa2.

    7.3 RESULTADOS E DISCUSSO

    7.3.1 Circulao hidrodinmica

    Os resultados das simulaes foram obtidos a partir dos dados de topografia,

    precipitao, intensidade e direo do vento, vazo de sada e vazo entrada, que

    compem as condies de contorno atribudas ao modelo. O tempo de simulao foi de

    28908000 segundos. Na regio localizada prxima a sada de gua do lago gua Preta

    foi verificado maior velocidade do fluxo de gua 0,32 m.s-1

    nos meses de janeiro e

  • 115

    fevereiro, e menor velocidade do fluxo de gua 0,28 m.s-1

    nesse mesmo local para os

    meses de junho a dezembro, com uma mdia de 0,29 m.s-1

    . Essas variaes no fluxo de

    velocidades podem estar relacionadas com as precipitaes, pois coincidiram com a

    maior e menor precipitao. Holanda et al. (2011), utilizaram o software Modeleur e

    encontraram no mesmo local uma velocidade de 0,33 m.s-1

    , sendo que no adotaram

    dados de ventos e de precipitao.

    A distribuio espacial do mdulo da velocidade do escoamento de cada ms foi

    praticamente idntica em instantes de tempo distintos, independente da direo do vento

    no instante considerado. Observam-se nas Figura 7.2 e Figura 7.3 os mapas que

    mostram os vetores velocidades para os meses foram muito semelhantes. Os

    comprimentos dos vetores no so proporcionais s magnitudes das velocidades.

    A ao do vento no teve papel de destaque no padro de circulao da gua no

    lago gua Preta, provavelmente mata ciliar nas margens do lago pode estar

    diminuindo a intensidade dos ventos, predominando assim a influncia da vazo de

    entrada e sada do lago. Em regies costeiras as aes dos ventos so bastante atuantes

    em modelos hidrodinmicos como pode ser visto no trabalho de COPELAND et al.

    (2003), onde aplicaram um modelo hidrodinmico na Baia de Sepetiba em conjunto

    com uma espcie disperso de poluentes, os ventos na Baia tiveram um papel decisivo;

    o mesmo foi verificado na Baa do Guajar, onde BARROS et al. (2011), aplicaram um

    modelo hidrodinmico, onde o vento tambm teve uma participao importante.

  • 116

    Figura 7.2 - Vetores velocidade do escoamento do lago gua Preta nos meses de

    janeiro, maro, maio e julho.

  • 117

    Figura 7.3 - Vetores velocidade do escoamento do lago gua Preta nos meses de

    agosto, setembro, novembro e dezembro.

    Durante as simulaes, vrias observaes foram realizadas acerca do padro de

    circulao da gua no lago, para as condies consideradas, onde prximo sada de

    gua do lago para o canal de ligao o escoamento dos vetores de velocidade, observa-

    se a formao de um pequeno vrtice (Figura 7.4 a), isso tende a depositar sedimentos

    finos e partculas orgnicas.

  • 118

    Figura 7.4 Detalhes dos vetores de velocidades no lago gua Preta no ms de

    setembro.

    No Lado esquerdo do lago ocorre o escoamento dos vetores do fluxo de

    velocidade no sentido sul- norte, com uma pequena velocidade (Figura 7.4 b). J o lado

    direito do lago mostra um escoamento dos vetores de velocidade no sentindo norte - sul,

    o qual mostra um escoamento quase estagnado (Figura 7.4 c). rea com nenhuma

    c)

    d)

    b)

    a)

  • 119

    dinmica tende a depositar sedimentos finos, como ocorre nas margens do lago. Na

    entrada de gua do rio Guam para o lago, onde mostra um vrtice tendendo a

    deposio de sedimento (Figura 7.4 d), na batimetria verificado que essa rea tende ao

    processo de assoreamento. Durante os perodos com menores precipitaes a entrada de

    gua para dentro do lago so maiores, propiciando ao maior aporte de sedimentos

    suspensos. Os sedimentos so considerados como poluentes, dependendo de sua

    concentrao na gua, seus impactos esto relacionados ao uso da gua e seus efeitos no

    transporte de outros poluentes no ecossistema aqutico (BROOKS et al. 1991).

    De modo geral, com as simulaes realizadas observou-se que ocorreu um

    escoamento preferencial desde a entrada de gua do rio Guam percorrendo o lado

    esquerdo do lago gua Preta at a sada de gua para o canal de ligao, j o lado

    direito do lago observa-se uma regio mais estagnada.

    7.3.2 Parmetros fsicos coletados in situ

    Atravs dos dados estudados de turbidez, cor e slidos suspensos no lago,

    observou-se uma distribuio semelhante para estes parmetros, no qual a maior

    concentrao foi encontrada no ponto 4, e uma diminuio dessas concentraes em

    direo ao canal de sada do reservatrio.

    A turbidez no lago gua Preta variou de 35,4 UNT, no ponto 4, a 6 UNT, no

    ponto 10. O maior valor da cor aparente oscilou foi de 371 mg.L-1

    PtCo, tambm

    detectado no ponto 4, e o menor de 58 mg.L-1

    PtCo, no ponto 10. Para os slidos

    suspensos o mximo foi de 81 mg.L-1

    no ponto 4, e o mnimo de 1 mg.L-1

    , nos pontos

    10, 9, 6 e 2.

    Os responsveis pela turbidez da gua so principalmente as partculas

    suspensas (bactrias, fitoplncton, detritos orgnicos e inorgnicos) e em menor

  • 120

    proporo os compostos dissolvidos. Estes so responsveis pela cor verdadeira da gua

    e o material em suspenso pela cor aparente (ESTEVES, 1998).

    interessante notar que a partir da entrada do rio Guam para o reservatrio

    gua Preta ocorre diminuio nas concentraes desse parmetro, devido ao processo

    de sedimentao. A Figura 7.5 mostra a mdia das concentraes em cada ponto da

    Turbidez, cor e slidos suspensos.

    Figura 7.5 - Distribuio superficial das mdias dos slidos suspensos (mg.L-

    1), cor (mg.L

    -1 PtCo) e superficial de turbidez (mg.L

    -1). Fonte: Modificado de

    Sodr (2007).

  • 121

    O Balano de massa no reservatrio gua Preta tiveram diferentes padres

    sazonais para exportao e reteno dos slidos suspensos considerados (Figura 7.6).

    Estes padres foram fortemente influenciados pelos os perodos de menor e maior

    precipitao pluviomtrica. Os slidos suspensos tiveram uma maior concentrao no

    perodo seco na entrada de 1298,2 t.ano-1

    e na sada 251,4 t.ano-1

    devido ao aporte da

    carga de sedimento que carreado para dentro do reservatrio, pois durante esse

    perodo ocorre um maior aumento de gua proveniente do rio Guam para manter o

    nvel do reservatrio. Durante um ano o reservatrio retm 1370,1 t.ano-1

    de slidos

    suspensos, esse material aos poucos vai assoreando o reservatrio, diminuindo assim a

    sua capacidade de volume.

    Figura 7.6 - Balano de massa anual do slidos suspensos (t.ano-1

    ), desenho

    esquemtico do reservatrio. Perodo chuvoso P.C. Perodo Seco P.S.

    CHOE et al. (2002) analisaram a taxa de carga poluente de slidos suspensos no

    escoamento superficial de reas residenciais e industriais, localizadas em Chongju, na

    Coria. Obtiveram para reas residenciais, 2.130 kg/ha/ano. Estes valores foram

    inferiores aos encontrados para o lago gua Preta.

  • 122

    No lago gua Preta o fator que mais associou a entrada de carga de slidos e

    atravs da captao de gua bruta do rio Guam, principalmente durante o perodo de

    menor precipitao pluviomtrica, pois esse bombeamento feito para manter o nvel

    do lago para o abastecimento da Regio Metropolitana de Belm.

    7.4 CONCLUSO

    O uso de modelos tm tido um papel relevante no planejamento e na elaborao

    de cenrios alternativos, que englobam o diagnstico adequado dos sistemas hdricos

    em sua estruturao, processo e dinmica. No caso do reservatrio gua Preta o modelo

    hidrodinmico mostrou que distribuio do mdulo da velocidade foi idntica para cada

    ms do ano, independente da direo do vento, pois a mata ciliar em torno desse

    ambiente hdrico teve um papel de diminuir a velocidade modular na superfcie da gua,

    fato esse observado no lado direito do reservatrio, a ponto de que a gua superficial

    ficasse estagnada. Porm a dinmica do reservatrio tem influncia com a vazo de

    entrada de gua e a vazo de sada pelo canal de ligao para o lago Bolonha. Prximo a

    esse canal foi observado uma variao da velocidade 0,32 m.s-1

    no perodo chuvoso e

    0,28 m.s-1

    no perodo seco que pode estar relacionadas com as precipitaes.

    Nas proximidades da entrada de gua no reservatrio forma um vrtice tendendo

    a deposio de sedimentos suspensos, fato esse verificado na batimetria. Durante os

    perodos com menores precipitaes a entrada de gua para dentro do manancial so

    maiores, isso para manter o nvel do reservatrio para o abastecimento da Regio

    Metropolitana de Belm, propiciando ao maior aporte de sedimentos suspensos, fato

    esse observado com os parmetros de turbidez, cor e slidos suspensos, o qual tiveram

    maiores concentraes no ponto 4 (entrada de gua) e uma diminuio a medida que se

    afastava para o ponto 10 (sada de gua para o canal de ligao). Com o uso do balano

  • 123

    de massa de sedimento pde verificar o quanto de material entra no reservatrio e o que

    fica retido, e pde observar que durante o perodo seco ocorre a maior deposio de

    material.

    Esse estudo servir para avaliar as mudanas na qualidade dos recursos hdricos

    servindo para ampliar a capacidade preditiva a uma demanda permanente dos gerentes

    de recursos hdricos no caso a Companhia de Saneamento do Par.

  • 124

    CAPTULO 8

    CONSIDERAES FINAIS

    8.1 CONCLUSES GERAIS

    O lago gua Preta considerado uns dos mananciais com grande importncia para

    a Regio Metropolitana de Belm, vem sofrendo processo de poluio, como se observa

    nesse estudo, onde foi realizado aplicaes de ferramentas para a avaliar a qualidade de

    gua e o transporte de sedimento. Por meio da anlise de componentes principais

    permitiu verificar que o lago tem dois tipos de comportamentos em relao ao perodo

    pluviomtrico, pois durante o perodo de menor precipitao mostrou-se 79 % de

    varincia em comparao ao perodo de maior precipitao com 62% de varincia, isso

    mostra que tanto ao aporte de chuva quanto a quantidade de gua captada do rio gua

    para dentro do lago altera os parmetros estudados.

    Atravs da anlise de cada parmetro nos pontos estudados, observou-se que no

    ponto de entrada de gua para o lago ocorrem as maiores contribuies do OD, do

    nitrato, do NT, da clorofila a, da cor, da turbidez e dos slidos suspensos, esses trs

    ltimos parmetros apresentam uma diminuio da concentrao a medida que se

    afastava do ponto de entrada. Enquanto que nos pontos prximos a cabeceira do lago

    tem grande contribuio de fonte de poluio orgnica, decorrente de efluentes

    domsticos, j que nas proximidades se observa o lanamento de esgotos, fato

    observado pelos os parmetros N-amoniacal, DBO e PT.

    Com o balano de massa no reservatrio, as anlises foram influenciadas pela

    variao sazonal, com a diferena de fluxo durante estaes seca e chuvosa, e pelos

    procedimentos operacionais no reservatrio para maior e menor captao de gua.

  • 125

    Devido s suas caractersticas, o lago apresenta uma capacidade de absoro para apoiar

    certas cargas de nutrientes, como foi verificado para o PT, NID e slidos suspensos que

    foram influenciados pela carga de gua do rio Guam durante o perodo seco. Enquanto

    que com altos ndices pluviomtricos o fsforo total teve uma carga maior desse

    nutriente consequentemente devido a maior drenagem de gua de esgotos lanado para

    dentro do reservatrio.

    O modelo hidrodinmico no lago mostrou que distribuio do mdulo da

    velocidade foi idntica para cada ms do ano, independente da direo do vento, fato

    esse foi observado no lado direito do lago a ponto de que a gua superficial ficasse

    estagnada, esse tipo de gua tende a demorar a fluir para a sada do lago atravs do

    canal de ligao com o lago Bolonha, porm a dinmica do lago estudado sofre

    influncia da vazo de entrada de gua e a vazo de sada. Prximo ao canal foi

    observado uma variao da velocidade 0,32 m/s no perodo chuvoso e 0,28 m/s no

    perodo seco que pode estar relacionada com as precipitaes.

    Na entrada de gua no lago forma um vrtice tendendo ao processo de

    assoreamento, fato esse verificado na batimetria, e durante os perodos com menores

    precipitaes a entrada de gua para dentro do manancial maior, isso para manter o

    nvel do reservatrio para o abastecimento da Regio Metropolitana de Belm,

    propiciando ao maior aporte de sedimentos suspensos e uma diminuio medida que

    se afastava para o ponto 3 (sada de gua para o canal de ligao).

    As utilizaes dessas ferramentas mostraram que apesar dos fortes problemas de

    impactos ambientais que ocorrem no lago, observa-se que o lago mantm sua

    capacidade de autodepurao e renovao, essa renovao se dar pela entrada de gua e

    sada de gua para o canal de ligao. No entanto, em relao modelagem

    hidrodinmica o brao direito do lago tende futuramente a ter um acumulo maior de

  • 126

    macrfitas aquticas devido a sua pouca circulao, e na entrada de gua tende a um

    assoreamento maior no lago, devido carga de sedimentos suspensos que proveniente

    do rio Guam, esse assoreamento maior durante o perodo de menor precipitao

    pluviomtrica, pois a COSANPA aumenta o bombeamento de gua do rio Guam para

    manter o nvel do lago para o abastecimento pblico da Regio Metropolitana de Belm.

    Esse estudo servir para ampliar a capacidade preditiva a uma demanda permanente dos

    gerentes de recursos hdricos no caso a Companhia de Saneamento do Par. Uma

    importante medida que ajudaria a melhorar a qualidade gua na rea de estudo seria

    tratar o esgoto das reas adjacentes que so drenados para dentro do lago.

    8.2 SUGESTES

    Como sugestes de trabalhos que podem ser feitos para promoverem uma

    preservao do lago:

    Detalhar o balano dos nutrientes, considerando as entradas de esgotos que so

    lanadas diretamente no lago.

    Realizar campanhas batimtricas para verificar o tempo de vida til do lago em

    relao ao assoreamento.

    Aplicar um modelo de qualidade de gua para o Lago gua Preta, pois esse tipo

    de modelo imprescindvel para garantir a preservao da rea de Proteo

    Ambiental do Utinga, que abastecem a cidade de gua potvel, j que a

    ocupao desordenada ameaa esse meio aqutico.

  • 127

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