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CARACTERIZAÇÃO DAS BACIAS DOS RIOS
COLÔNIA E SALGADO E SUAS
CONTRIBUIÇÕES PARA ESTUDOS DE
CONFLUÊNCIAS
, ILHÉUS - BAHIA
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE SANTA CRUZ
MESTRADO EM DESENVOLVIMENTO REGIONAL E MEIO AMBIENTE -
MDR&MA
ILHÉUS - BAHIA
2016
KAIQUE BRITO SILVA
CARACTERIZAÇÃO DAS BACIAS DOS RIOS COLÔNIA, SALGADO E CACHOEIRA E SUAS CONTRIBUIÇÕES PARA ESTUDOS DE
CONFLUÊNCIAS
ILHÉUS – BAHIA
2016
Dissertação de Mestrado do Programa de Mestrado em Desenvolvimento Regional e Meio Ambiente – PRODEMA como um dos requisitos para obtenção do título de Mestre.
Orientador: Neylor Alves Calasans Rego
S586 Silva, Kaique Brito. Caracterização das bacias dos Rios Colônia, Salgado e Cachoeira e suas contribuições para es- tudos de confluências / Kaique Brito Silva. – Ilhéus, BA: UESC, 2016. 67f. : il. Orientadora: Neylor Alves Calasans Rego. Dissertação (Mestrado) – Universidade Estadu- al de Santa Cruz. Programa de Pós-Graduação em Desenvolvimento Regional e Meio Ambiente. Inclui referências.
1. Água – Análise. 2. Bacias hidrográficas. 3. Recursos hídricos – Aspectos ambientais. I. Título. CDD 628.161
[...] Eu posso estar completamente enganado, eu posso estar correndo pro lado
errado. Mas a dúvida é o preço da pureza, e é inútil ter certeza.
Agradecimentos
Isabel, Edivaldo, Ana, Meire, João, Neylor, Wildes, Jonatas, Marjore, Maria, Jorge,
William Gama, Pollyanna, Franklin, Karine, Giovanna, Anderson, João B., Sandra,
Daniela, Fábio Allan, Luciano, Mayara, Landim, Maurício, Marcos Vilanova, Marcos
Lavigne, Thalita, Augusto, Victor Dill, Gabriel, Marlessom, Leo, Aninha, Tatiana
Alves, Vanessa Paim, Rafael, Pedro, Tássio, S.João, Adilson, Schumarcher.
Lista de Figuras
1 Processo de formação da vazão ............................................................... 8
2 Entrada e saída de água do sistema......................................................... 10
3 Exemplo de confluência: Rio Negro e Solimões e Amazonas................ 11
4 Esquema de inozação do pontencial Hidrogeniônico................................ 15
5 Esquema gráfico do Flow Direction com direção e profundidade............. 24
6 Esquema de leitura de fluxos do Flow Analisys......................................... 24
7 Esquema cartografado do Flow Analisys................................................. 25
8 Esquema de análise de fluxo de efluentes no Qual2K............................. 28
9
10
Bacia e sub-bacias hidrográficas do rio Cachoeira – BA...........................
Local da confluência no município de Itapé – BA....................................
30
31
11 Imagem do ponto de confluência dos rios Colônia e Salgado................... 32
12 Esquema de Coleta nos rios em estudo.................................................... 37
13 Equação de mistura ambientada em MS-DOS.......................................... 40
14 Áreas das bacias do rio Colônia (2339km²) e Salgado (1020km²)......... 41
15 Tipologia Climática da Bacia Hidrográfica do Rio Cachoeira – BA....... 43
16 Geologia da Bacia Hidrográfica do Rio Cachoeira – BA............................ 44
17 Geomorfologia da Bacia Hidrográfica do Rio Cachoeira........................ 45
18 Pedologia da Bacia Hidrográfica do rio Cachoeira.................................... 46
19 Classes da paisagem da Bacia Hidrográfica do rio Cachoeira.................. 47
20 Hidrografia e Hidrogeologia da Bacia hidrográfica do Rio Cachoeira.. 49
21 Batimetria da confluência dos Rios Salgado, Colônia e Cachoeira...... 51
22 Modelo Tridimensional da confluência dos rios em estudo....................... 52
23 Vazão e Concentração Total no rio Colônia............................................ 57
24 Vazão e Concentração Total no rio Salgado............................................. 57
25 Vazão e Concentração Total no rio Cachoeira.......................................... 58
26 Comparação entre os valores observados e reais para Alcalinidade........ 59
27
28
Comparação entre os valores observados e reais para Cálcio.................
Comparação entre os valores observados e reais para Cloretos..............
60
61
29 Comparação entre os valores observados e reais para Sílica.................. 62
30 Comparação entre os valores observados e reais para Fosfato.............. 63
31 Comparação entre os valores observados e reais para Sódio................ 64
32 Comparação entre os valores observados e reais para Potássio.............. 65
33 Comparação entre os valores observados e reais para OD..................... 66
34 Comparação entre os valores observados e reais para Nitrito.................. 67
35 Comparação entre os valores observados e reais para Nitrato................ 68
36 Comparação entre os valores observados e reais para Amônia............... 69
Quadros e Tabelas
Quadro 1 Valores do ponto 1 da coleta realizada por Barbosa (2005).................. 8
Quadro 2 Valores do ponto 1 da coleta realizada por Lúcio (2010).................... 8
Quadro 3 Elaboração dos perfis ambientais e ferramentas utilizadas................... 33
Quadro 4 Índices Fisiográficos e suas aplicabilidades.......................................... 35
Quadro 5 Índices Fisiográficos da Bacia do rio Cachoeira.................................... 50
Tabela 1 Aparelhos medidores de qualidade de água in situ e suas funções... 38
Tabela 2 Dados da 1ª coleta de amostras de água.............................................. 53
Tabela 3 Dados da 2ª coleta de amostras de água.............................................. 54
Tabela 4 Dados da 3ª coleta de amostras de água.............................................. 55
Tabela 5 Dados da 4ª coleta de amostras de água.............................................. 56
Sumário
- RESUMO.................................................................................................. I
- ABSTRACT.............................................................................................. II
1. INTRODUÇÃO.......................................................................................... 1
1.1 Água, Bacia Hidrográfica e Confluência............................................... 1
1.2 Escopo tecnológico................................................................................ 3
2. OBJETIVOS............................................................................................. 4
2.1 Objetivo Geral ........................................................................................ 4
2.2 Objetivos específicos............................................................................. 4
3. REFERENCIAL TEÓRICO....................................................................... 5
3.1 Trabalhos da Bacia Hidrográfica do Rio Cachoeira............................ 5
3.2 Relações Precipitação-Vazão................................................................ 9
3.3 Confluências de Rios............................................................................. 12
3.4 Variáveis Qualitativas da água.............................................................. 14
3.4.1 Parâmetros Físicos................................................................................... 14
3.4.1.1 Temperatura............................................................................................. 14
3.4.1.2 pH............................................................................................................. 14
3.4.1.3 Condutividade Elétrica.............................................................................. 15
3.4.2 Parâmetros Biogeoquímicos.................................................................... 16
3.4.2.1 Oxigênio Dissolvido.................................................................................. 16
3.4.2.2 Cálcio........................................................................................................ 17
3.4.2.3 Cloretos.................................................................................................... 17
3.4.2.4 Amônia, Nitrito e Nitrato........................................................................... 18
3.4.2.5 Sílica........................................................................................................ 19
3.4.2.6 Sódio........................................................................................................ 19
3.4.2.7 Potássio.................................................................................................... 20
3.5 Modelos Hidrológicos............................................................................ 21
3.5.1 O modelo Streeter Phelps......................................................................... 22
3.5.2 A ferramenta Flow Analisys...................................................................... 23
3.5.3 QUAL2E.................................................................................................... 25
3.5.4 QUAL2K.................................................................................................... 28
4. ÁREA DE ESTUDO.................................................................................. 30
4.1 Bacia Hidrográfica do Rio Cachoeira.................................................... 30
4.2 Confluência dos rios Salgado e Colônia.............................................. 31
5 METODOLOGIA....................................................................................... 33
5.1 Caracterização Geoambiental................................................................ 33
5.2 Indicies Fisiográficos ............................................................................ 35
5.3 Parâmetros de Qualidade da água........................................................ 37
5.4 Balanço de massa................................................................................... 40
5.4.1 Normalização dos dados.......................................................................... 41
5.5 Comparação real/observado.................................................................. 42
6 RESULTADOS E DISCUSSÕES............................................................. 43
6.1 Caracterização Geoambiental................................................................ 43
6.1.1 Clima......................................................................................................... 43
6.1.2 Geologia.................................................................................................... 44
6.1.3 Geomorfologia.......................................................................................... 45
6.1.4 Pedologia.................................................................................................. 46
6.1.5 Paisagem da Bacia Hidrográfica.............................................................. 47
6.1.6 Hidrogeologia e Índices Fisiográficos....................................................... 48
6.2 Morfologia da Confluência..................................................................... 51
6.3 Parâmetros Analisados.......................................................................... 53
6.3.1 Coleta1...................................................................................................... 53
6.3.2 Coleta 2..................................................................................................... 54
6.3.3 Coleta 3..................................................................................................... 55
6.3.4 Coleta 4..................................................................................................... 56
6.3.5 Relação vazão/concentração................................................................... 57
6.4 Validação do Modelo.............................................................................. 59
7 CONCLUSÕES......................................................................................... 70
8 REFERÊNCIAS........................................................................................ 72
RESUMO
A forma sistêmica de uma bacia hidrográfica forja o percurso de corpos d’água para
um ponto em comum, trazendo para o exutório toda uma gama de componentes
presentes na Litosfera, como elementos e compostos químicos, sedimentos e
efluentes.Essa visão sistemica sustenta a abordagem Geoambiental no estudo dos
recursos hídricos. Entretanto, antes do exutório, os rios de uma BH se conectaram
através de diversos pontos de tributação e confluências, condicionando diversos
tipos de mistura e modificando característica da água antes de depois de cada ponto
de encontro. Entender e comprender a mistura das água apresenta-se como tarefa
complexa: dessa forma, a utilização do modelos hidrológicos auxiliam na
visualização do comporamento das águas em estudo. É nessa concepção que um
dos objetivos deste trabalho foi visualizar concentrações de parâmetros de qualidade
da água em coletas nos rios Colônia e Salgado e submetê-las a mecanismos de
mistura que estão inseridos nos modelos hidrológicos. Esse processo gerou um
valor que é esperado no rio Cachoeira (rio a jusante da confluência), e
posteriormente foi comparado com valores reais de coleta in lócus. Foram
determinados 11 parâmetros químicos (Alcalinidade, Ca, Cl, NO2-, NO3-, NH4, SiO2,
PO4, Na, K, OD) e 4 parâmetros físicos (Temperatura, CE, pH e vazão) nas águas
dos rios Colônia, Salgado e Cachoeira. Submetidos os parâmetros químicos a
equação de mistura, o modelo se aproximou de forma satisfatória dos valores reais
em 9 dos 11 atributos testados. Apenas o Cálcio e Alcalinidade foram modeladas de
forma mediada devido a processos biogeoquímicos presentes na confluência. A
abordagem geoambiental permitiu visualizar os atributos (Geologia e uso do solo)
que moldam de forma majoritária as características das águas que chegam até o
ponto de confluência. A diferença na composição da paisagem das bacias dos rios
Salgado e Colônia influência diretamente nas características hidrológicas estudadas.
Para uma leitura de ambientes em confluências, a abordagem geoambiental de uma
bacia é estritamente necessária no sentido de identificar os processos naturais que
moldam as características.
ABSTRACT
The systemic form of a basin forge the route of water bodies to a common point,
bringing the exutório whole range of components present in the lithosphere, as
chemical elements and compounds, sediments and efluentes.Essa systemic vision
supports the approach Geoambinetal in the study of water resources. However,
before the exutório, rivers of BH is connected through various points of taxation and
confluences, conditioning various types of mixing and modifying characteristic of
water before and after each meeting. Understanding and comprender the mixture of
water presents a complex task: thus, the use of hydrologic models assist in the
visualization of water comporamento study. It is this conception that one of the
objectives of this study was to see concentrations of water quality parameters in
collections in Cologne and Salt rivers and subjecting them to mixing mechanisms that
are inserted into hydrological models. This process generated a value that is
expected in the Cachoeira River (river downstream of the confluence), and was later
compared with actuals collection in locus. Chemical parameters were determined 11
(Alkalinity, Ca, Cl, NO2-, NO3-, NH4, SiO 2 PO4, Na, K, RE) and 4 physical
parameters (temperature, EC, pH and flow rate) in the waters of the rivers Cologne,
Salt and waterfall. Undergoing chemical parameters mixing equation, the model
approached satisfactorily the real values in 9 of the 11 attributes tested. Only the
calcium and alkalinity were modeled mediated form due to biogeochemical
processes present at the confluence. The geo-environmental approach enabled to
view attributes (Geology and land use) that shape the majority form the
characteristics of the water that reaches the point of confluence. The difference in
landscape composition of river basins Salgado and Cologne directly influence the
hydrological characteristics studied. For a reading environments confluences, the
geo-environmental approach to a basin is strictly necessary to identify the natural
processes that shape characteristics.
1
1. INTRODUÇÃO
1.1 Água, Bacia Hidrográfica e Confluência
Atualmente, a ciência moderna tem permeado caminhos interdisciplinares que
congregam os mais diversos tipos de ferramentas a fim de desenvolver métodos e
técnicas que possibilitem a prevenção e resolução de problemas de caráter
ambiental. Entender como os processos antrópicos influenciam, talvez
negativamente, nos sistemas naturais tem se mostrado uma tarefa complexa de
difícil resolução, e que sugere um aumento no entendimento das relações
sociedade-natureza. Esse novo modelo de conduzir o conhecimento é derivado
principalmente de problemáticas relacionadas à manutenção de diversos recursos
naturais.
Dentro desse escopo, há algumas décadas surgiu uma preocupação
majoritária em relação à água, no que concerne o seu uso e disponibilidade.
Classificada como um bem de sobrevivência (consumo) primordial para a
sustentação da vida, atualmente tem sido questionada e analisada a sua qualidade
no abastecimento das populações e se discutido um possível esgotamento de sua
forma potável em determinadas regiões do planeta. É de longe o maior plano de
fundo de trabalho das ciências ambientais atuais (SILVA et al, 2015).
Essa complexidade surge a partir do momento que se percebe que a
qualidade e quantidade da água são condicionadas por diversos fatores
socioambientais que modelam os territórios: Atividades de uso do solo distintas,
urbanização, padrões culturais do uso da água, regime pluviométrico, riqueza
hidrográfica e aqüífera, são alguns dos vetores com pesos distintos fundamentais
para a manutenção hídrica de determinada região.
Compreender e analisar o estado atual desse recurso requerem um esforço
que sugere a interdisciplinaridade citada: As Ciências Ambientais, Humanas, Exatas
e Ciências da Terra estão, em algum ponto de abordagem, contribuindo para uma
melhor gestão da água nas regiões do planeta, principalmente através das
tecnologias atuais que simulam diversas situações hídricas, seja em rios ou
reservatórios (naturais ou artificiais).
Para tais análises, surgem as Bacias Hidrográficas (BH’s) como notadamente
os melhores recortes espaciais no que concernem estudos de qualidade e
quantidade de água (CHRISTOFOLETTI, 1980; PIRES, 2002). Delimitadas entre
2
interflúvios e vales, apresentam Clima, Geologia, Geomorfologia e o arranjo
Hidrológico específicos em cada região, determinando características peculiares à
água super e sub superficial. Além disso, visualizar as BH’s é acompanhar os
diferentes caminhos que a água percorre no ambiente, agregando ou diluindo
parâmetros que condicionam sua qualidade. É essa complexidade que reforça a
necessidade de também haver caracterizações Geoambientais da bacia em estudo
(GUERRA, 1995).
A forma sistêmica de uma BH (se não fractal) forja o percurso de corpos
d’água para um ponto em comum, trazendo para o exutório toda a gama de
componentes presentes na Litosfera, como elementos e compostos químicos,
sedimentos e efluentes. Entretanto, antes do exutório, os rios se conectaram através
de diversos pontos de tributação e confluências, condicionando diversos tipos de
mistura e modificando característica da água antes de depois de cada ponto de
encontro. Guerra e Guerra (2011) ainda apontam que, para estudos em bacias
acima de 50 km², é importante uma compartimentação da mesma em sub-bacias a
partir dos maiores rios tributários, pois os pontos de confluência podem revelar
comportamentos mais detalhados de cada porção da BH, contribuindo para gestões
ambientais mais detalhadas.
Nessa concepção, os estudos em confluência estão basicamente voltados
para a mistura e balanço de parâmetros de qualidade que ocorre em seu bojo. Os
poucos trabalhos que utilizaram metodologias para analisar confluências como os de
Boyer et al. (2010) e Yuanfeng et al (2015), determinam parâmetros em rios
formadores e modelam (simulam) situações no rio receptor, utilizando equações de
mistura (ou adaptações) e balanço qualiquantitativo de massa. Geralmente, o
objetivo desses trabalhos são as análises de diluição de efluentes e contaminantes
em rios de importância regional ou estuários que sofrem perturbações antrópicas.
Mas segundo Mosley (1976), analisar confluências serve também para identificar
processos naturais, como dissolução de minerais das rochas, deposição de
elementos químicos no fundo da coluna d’água, morfologia de canais fluviais e limite
biogeográfico de organismos vivos. Ou seja, identificar misturas de diversos tipos é
perceber o quanto conservativo ou não o sistema confluente no que concerne a
potencializar ou mitigar degradações ao estado natural da água.
Um dos objetivos desse trabalho é compreender o deslocamento e mistura de
determinados parâmetros na confluência dos rios Colônia, Salgado e Cachoeira, sul
3
da Bahia. Além de contribuir para os estudos nesse tipo de entroncamento
hidrográfico, as informações levantadas podem abrir leques para estudos
qualiquantitativo nas bacias dos rios Colônia e Salgado (rios a montante).
1.2 Escopo tecnológico
Para estudos sobre a água em BH’s, há algumas décadas têm sido criadas
ferramentas computacionais (softwares) definidas como modelos hidrológicos.
Construídos através de linguagem matemática, os modelos são produzidos no intuito
de representar simplificadamente uma realidade hídrica, alimentados por
informações como: Precipitação, Vegetação, Geologia e Uso do Solo. São aplicados
geralmente em estudos de sistemas lóticos, como estimativas do potencial de
autodepuração dos rios, simulação de cenários futuros e processos de
gerenciamento da qualidade da água (ORFEO e STEUVAX, 2002).
Considerando que tais ferramentas são empregadas em bacias hidrográficas,
concebe-se também que de alguma forma as confluências são introduzidas e
retrabalhadas nessas equações. Entretanto, em meio a inúmeras equações que
alimentam esses softwares, observa-se que os pontos de tributação são tratados de
forma unidimensional, isto é, são interpolados através de dados coletados nos rios
que antecedem a confluência e não revela a mistura real dos parâmetros analisados
no rio a jusante (BEZERRA et al., 2009).
Considerando esse mecanismo dos modelos, observa-se que apesar da
preocupação em demonstrar valores próximos à realidade, as equações globais
inseridas nos modelos nunca concebem realidades mais detalhadas. Ou seja: o
valor observado no modelo hidrológico para o rio após a confluência naturalmente
difere do real.
É nessa concepção que um dos objetivos deste trabalho foi visualizar
concentrações de parâmetros em coletas de água nos rios Colônia e Salgado e
submetê-las a mecanismos de mistura que estão inseridos nos modelos
hidrológicos. Esse processo gerou um valor que é esperado no rio Cachoeira (rio a
jusante da confluência), e posteriormente foi comparado com valores reais de coleta
in lócus. Assim, esse mecanismo geral de modelar o encontro das águas superficiais
pôde ser retrabalhado para a realidade hidrológica da área de estudo, em Itapé.
4
2. Objetivos
2.1.Objetivo Geral
Modelar e analisar o comportamento dos parâmetros fisicoquímicos das
águas dos rios Colônia, Salgado e Cachoeira em sua confluência,
considerando as feições geoambientais das bacias hidrográficas em estudo.
2.2. Objetivos Específicos
- Caracterizar os componentes geoambientais das bacias de
contribuição do rio Cachoeira e obtenção dos Índices Fisiográficos;
- Determinar concentrações de parâmetros Biogeoquímicos e medir as
vazões nos rios Colônia e Salgado e Cachoeira;
- Utilizar a equação de mistura para simular concentrações no rio
Cachoeira e comparar os dados simulados com os coletados.
5
3. REFERENCIAL TEÓRICO
3.1 Trabalhos na Bacia Hidrográfica do Rio Cachoeira
A Bacia Hidrográfica do Rio Cachoeira hoje concentra cerca de 500.000
habitantes (IBGE 2012). É notável a sua importância perante o desenvolvimento
sócio-econômica na região, onde seus corpos hídricos subsidiam atividades como
pesca, irrigação e abastecimento para consumo populacional em todas os 11
municípios integrantes da mesma.
Nota-se um anseio por parte de órgãos públicos e civis pela restituição da
qualidade ambiental da BH, considerando principalmente o papel que o rio
Cachoeira (principal) desempenha nas diversas paisagens da microrregião Ilhéus-
Itabuna. A Universidade Estadual de Santa Cruz - UESC subsidia ações de cunho
científico que vão, desde tentar mapear o rio e sua bacia, até projetos que analisam
a qualidade das águas nos Rios Salgado, Colônia e Cachoeira.
Observam-se trabalhos como o de Paula e Silva (2012), que disponibiliza
informações sobre as diversas fácies ambientais que compõe toda a Bacia.
Observando características como a Fisiografia e Geologia, por exemplo, o autor
explica que é possível acompanhamento das diferentes tipologias fluviais presentes
nos distintos usos da terra. Já o trabalho realizado por Lucio et al (2012) retrata as
variações no espaço e no tempo acerca da química das águas superficiais do Rio
Cachoeira, com a finalidade de atribuir os efeitos diversos das atividades antrópicas
sob a qualidade da água de forma a incentivar políticas públicas de revitalização e
preservação do mesmo. No entanto, a maioria dos trabalhos produzidos na BH do
rio Cachoeira e seus formadores são multidisciplinares, a exemplo dos estudos de
Pinho (2001) com IQA, Queiroz et al. (2012) com Biogeoquímica do rio Cachoeira,
Araújo et al. (2015) com a cadeia de Nitrogênio, Rego et al. (2010) Salinidade e
perda de solo na Bacia Hidrográfica do Rio Colônia e Barbosa et al. (2008) com a
Tipologia Fluvial da Bacia Hidrográfica do Rio Salgado .
Na primeira década do presente século, foram desenvolvidas
majoritariamente pesquisas de cunho hidrológico, visando disponibilizar as
características qualitativas das águas dos princirpais rios da BH e as implicações de
seu uso e consumo. Visualizar os resultados obtidos nessas pesquisas revela-se
como necessário para um enquadramento científico de cunho histórico-comparativo
com os dados levantados nessa dissertação.
6
Pinho (2001) em sua dissertação de mestrado avaliou a qualidade da água ao
longo do rio Cachoeira, em oito pontos de coleta desde a cidade de Itapé até o
estuário na Baía do Pontal, em Ilhéus. Segundo a autora, o pH variou de 6 a 9,4. O
trabalho revela ainda que com o pH não existiu diferença significativa entre as
medições nos pontos de coleta, mas sim diferenças sazonais. Para a Condutividade
elétrica foram encontrados valores na faixa de 200 a 1.400 μS/cm. A média da
temperatura da água variou de 21,9ºC no inverno até 33,8ºC nos meses mais
quentes. A temperatura do ar, ao longo do percurso do rio variou de 21,9ºC no
inverno até 39ºC no verão. Os valores de oxigênio dissolvido variaram entre 0,40 até
12,20 mg/l. A demanda bioquímica de oxigênio (DBO) variou de 1 até 18,50 mg/l. O
fósforo total determinado apresentou valores entre 0 a 0,64 mg/l. O resíduo total (ou
Sólidos Totais Dissolvidos) variaram de 109 a 4.661 mg/l. Os coliformes totais
variam de 230 a 240.000 UFC/100ml, e os coliformes termotolerantes variam de 40
a 160.000 UFC/ml.
Figueiredo (2004) em sua dissertação de mestrado avaliou o risco de
Salinização dos solos na Bacia Hidrográfica do Rio Colônia, formador do rio
Cachoeira. A determinação dos valores de condutividade elétrica ao longo de 10
pontos amostrais revelou valores entre 64 e 5.160 μS/cm, gerando assim quatro
classes de risco de salinização de solos: 9,62% da área da BH na classe de baixo
risco; 35,53% de médio risco de salinização; 39,86% de alto risco de salinização;
14,99% da área da bacia corresponde a risco muito alto de salinização do solo.
Valença (2003) em sua dissertação de mestrado analisou parâmetros fisico-
químicos e microbiológicos da água do rio Salgado (formador do rio Cachoeira) e
suas relações com a saúde da população ribeirinha da cidade de Ibicaraí. Segundo
a autora, a temperatura média do ar foi 32,17ºC e da água 29,40°C durante o
período pesquisado. O Oxigênio dissolvido variou de 3,70 até 10,48 mg/L, a DBO de
1,91 até 9,05 mg/L, o pH apresentou um caráter de neutro a básico com os valores
entre 5,6 e 8,9. Os valores de condutividade elétrica apresentaram-se elevados: 70,5
a 3.520,0 μS/cm, média geral de 721,50 μS/cm. O número de coliformes total
variaram de 0 a 7.000.000 UFC/100ml, com média geral de 279.101UFC/100ml e
termotolerantes apresentou-se elevados de acordo com os padrões legalmente
estabelecidos. 2.000 a 8.000.000 UFC/100 ml média geral de 690.944,44 UFC/100
ml.
7
Santos (2005) também delineou uma pesquisa na bacia do rio Salgado, desta
vez com o objetivo de identificar suas fácies hidrogeoquímicas. A idéia central da
pesquisa era “consolidar” o caráter salino da água considerando diversos fatores
geoambientais. Em dez campanhas de campo, foram coletadas amostras de água
em 15 pontos, sendo determinados os valores dos seguintes parâmetros físico-
químicos de qualidade da água: CE, pH, Temperatura, STD, Ca, Mg, K, Na,
Alcalinidade, Bicarbonato e Cloretos. Os resultados que foram determinados no
ponto que correspondem à confluência em estudo, estão mais bem detalhados no
tópico Resultados Parciais no intuito de comparar e indentificar padrões de
ocorrências, dez anos após.
Mais recentemente, Lúcio (2010) desenvolveu um trabalho cujo tem foi
“Biogeoqúimica do Rio Cachoeira”. Segundo a autora, o objetivo do estudo foi
avaliar as variações espaço-temporais da química das águas superficiais e as
implicações no metabolismo do Rio Cachoeira. Para tanto foram determinados, em
seis pontos de coleta ao longo do rio, o seguintes elementos: a) parâmetros
abióticos (oxigênio dissolvido, pH, condutividade elétrica e temperatura); b)
formas orgânicas e inorgânicas, dissolvidas e particuladas de nitrogênio e fósforo;
c) íons maiores, especificamente os cátions e ânions Ca+2, Mg+2, K+, Na+, Cl-, NH4+,
NO2-, NO3
-, PO4-, SO4
-2 e HCO3-. Assim como os dados de Santos (2005), os valores
determinados por Lúcio (2010) do ponto que corresponde à confluência dos rios
estudados nesse trabalho estão mais bem detalhados no tópico Resultados Parciais.
Optou-se por apresentar os dados determinados por Barbosa (2005) no intuito
de comparar com os dados dessa pesquisa. Especificamente, o ponto que equivale
a foz do rio Salgado (que é um dos pontos da confluência em estudo) foi descrito
pelo autor como o ponto 1 de coleta de amostras. Nesse ponto foram encontrados
os seguintes valores (Quadro 1):
8
Quadro 1 - Valores do ponto 1 da coleta realizada por Santos (2005)
Condutividade Elétrica 2,62 µS/cm
pH 7,74
Temperatura 27,1 ºC
STD 2,45 mg/l
Calcio 23,1 mg/l
Magnésio 18 mg/l
Potássio 9 mg/l
Sódio 107 mg/l
Alcalinidade 139 mg/l
Bicarbonato 170mg/l
Cloretos 101 mg/l
Ferro 1,78 mg/l
Sulfato 0,3 mg/l
O Quadro 2 traz os valores determinados por Lúcio (2010). Segundo a autora,
dentro dos seis pontos de coleta analisados no período de um ano, o ponto 1 da
pesquisa localizou-se imediato a confluência dos rios Colônia e Salgado. Dessa
forma, os valores apresentados nesse local expõem dados que de forma direta
podem orientar os resultados obtidos ao longo da presente pesquisa. Foram
determinados os seguintes valores.
Quadro 2 – Valores de determinação dos parâmetros no ponto 1 por Lúcio (2010)
Parâmetro Média dos valores
Temperatura 28,1 ºC
Condutividade Elétrica 500 µS.cm-1
pH 7,2
Oxigênio Dissolvido 7,7 mg/l
Calcio 341,7 µm/L-1
Magnésio 654 µm/L-1
Sódio 1719,3 µm/L-1
Potássio 87,7 µm/L-1
Bicarbonatos 1198,3 µm/L-1
Cloretos 2706,4 µm/L-1
Sulfato 297,4 µm/L-1
Fosforo Inorgânico 6,7 µm/L-1
Nitrogênio Inorgânico 27,8 µm/L-1
Nitrito 2,3 µm/L-1
Nitrato 19,8 µm/L-1
Fosforo 8,1 µm/L-1
Amonia 5,7 µm/L-1
9
3.2 Relações Precipitação-Vazão
Uma Bacia Hidrográfica deve ser compreendida também como um sistema de
retenção hídrica, principalmente quando é analisada através da relação clima-vazão,
onde o entendimento das fases do ciclo hidrológico mostra como acontece à entrada
e saída de água do sistema (LIMBERGER e SILVA, 2012).
As noções de precipitação, escoamento (superficial e subsuperficial),
evapotranspiração, e interceptação e armazenamento são imprescindíveis na
análise da dinâmica de fluxo aquático que abastecem os corpos d’água e são
liberados simultaneamente, onde o tempo desse processo obedece às condições
climáticas e geográficas do ambiente estudado. A Figura 1 mostra simplificadamente
à relação clima (precipitação)-vazão em cursos d’água.
Figura 1 – Processo de formação da vazão em corpos d´água. Fonte: Adaptado de Calasans et al (2002).
Calasans et al. (2002) traz a definição de Clima como uma generalização das
condições atmosféricas ou meteorológicas (precipitação, temperatura, pressão
atmosférica, umidade, velocidade e direção do vento) de uma determinada área em
uma escala de tempo. Fatores geográficos (altitude, latitude, cadeias orográficas,
maritimidade e continentalidade) são determinantes para a tipologia climática de
10
uma área, sendo assim, de forma simplificada, o clima como a média temporal dos
fenômenos do tempo atmosférico em um arranjo de interação atmosfera-superfície
terrestre.
Já a vazão, é a precipitação pluviométrica (chuva, neve e granizo) lançada
nos corpos d’água que assume variadas formas de caminhamentos entre a
superfície e subsuperfície. Desse modo, a vazão total de uma BH é conhecida como
hidrógrafa e pode ser dividida em escoamento superficial e vazão de base, onde a
soma dos dois índices formam a vazão total (HEWELLET e HIBBERT, 1967).
O escorrimento superficial é o deslocamento imediato da água através dos
corpos d’água em superfície, com uma alta variação temporal de vazão, classificada
como fluxo direto ou imediato. Dependendo das características climáticas, de
vegetação, relevo, hidrografia, e tipologia geológica, os corpos d’água podem se
apresentar com perene ou rios intermitentes (CASSETI, 2005).
Já a vazão de base, é sustentada pelo fluxo subterrâneo, mas o processo de
interceptação (ou fluxo de tronco) é um vetor de contribuição hídrica do sistema. A
interceptação é basicamente o contanto da precipitação com a Biosfera terrestre,
onde a mesma escorre pelos vegetais e atinge o solo e posteriormente preenche os
espaços vazios no subsolo, formando um sistema de retenção hídrica de pequena
variação temporal.
Por fim, evapotranspiração é um processo integrante do ciclo hidrológico
caracterizado pela perda de água através do processo de vaporização da água no
estado líquido ou sólido. Essa noção inclui a evaporação líquida de rios e lagos, de
solos com vegetação ou exposição total, água interceptada na superfície dos
vegetais e da sublimação de geleiras.
Todos esses processos apresentados montam o processo natural conhecido
como ciclo hidrológico, presente em inúmeras bibliografias que contemplam o uso
sustentável de recursos em BH’s. A identificação da quantidade de entrada e saída
de água do sistema é fundamental para prever futuros problemas relacionados a
capitação e abastecimento básico. A figura 2 mostra simplificadamente as direções
da água na relação clima-vazão.
11
Figura 2 - Entrada e saída de água do sistema: p=precipitação, et=evaporação, s= armazenamento, q=vazão, gi=contribuição subterrânea e go=fluxo de base. Fonte: Adaptado de Calasans et al (2002).
Conforme apresentado, a relação clima e vazão é estritamente relevante no
estudo das BH’s visando à manutenção da água como fonte fundamental para as
condições de sobrevivência. Intervenções de grande magnitude devem
prioritariamente buscar entender esses componentes na busca de uma quantificação
dos mesmos como subsídios a um melhor aproveitamento da água, não interferindo
nesse sistema constantemente tratado como auto-sustentável.
Segundo Chevalier (2001), o a análise do fluxo hidrológico dentro de uma
bacia hidrográfica deve estar intrisencamente relacionada com mapas ou
informações topográficas, geológicas, pedológicas, de vegetação e uso do solo.
Atrelado a isso, Ronchail et al (2005) esclarece que o tempo de concentração
(tempo necessário para que toda área de drenagem passe a contribuir para a vazão
na seção estudada) é condicionado por tais fatores: área da bacia, cobertura
vegetal perfil longitudinal do rio principal, do índice de circularidade da bacia, da
declividade média do terreno, extensão dos afluentes, da rugosidade do canal, e da
distância entre o fim do canal e o divisor de águas
12
3.3 Confluências de Rios
Denomina-se confluência de rios ou canais fluviais o ponto cartesiano onde
ocorre o encontro de dois ou mais rios convergindo para um canal fluvial em comum,
sendo esse de 2º ordem ou maior (Figura 3). É um desenho obrigatório na noção de
Bacia hidrográfica. A ausência de confluência em BH se dá com a ocorrência de
canal de ordem zero, com seu exutório diretamente no oceano (GUERRA &
GUERRA, 2011).
Figura 3 – Exemplo de confluência: Rio Negro e Solimões e Amazonas
Estudos em confluências apresentam grande relevância decorrente das
possíveis análises sobre qual formador hidrográfico pode estar influenciando
majoritariamente nas características físico-químicas do canal fluvial receptor. Dessa
forma, entende-se também que a qualidade da água serve de indicador de BH’s
tributárias perturbadas ambientalmente, o que facilita na identificação de
degradações e em planos de mitigação, recuperação e gestão ambiental da área.
Bristow (1993) afirma que três elementos morfológicos podem ser facilmente
identificados nas confluências: barras de desembocaduras nas confluências,
separação das barras de confluências, barras no meio do canal após a confluência.
Segundo Bigarella e Ab’saber (1984) os sedimentos depositados pelos rios
são classificados em dois grupos: 1) os depósitos de acréscimo vertical, que
13
contribuem para o espessamento dos depósitos de planície de inundação pela
deposição de material da carga suspensa durante as cheias quando as águas
transbordam os diques marginais; e 2) os de acréscimo lateral que resultam da
migração do canal e da redistribuição dos sedimentos disponíveis. Desses
processos de acréscimo lateral resultam as barras de meandros, as barras de canais
e as ilhas.
De forma geral não são vastos os trabalhos que observam as confluências em
cunho hidrológico. De forma geral os artigos indexados em bases de manuscritos
científicos (Elsevier, WebScience e ScienceDirect) com o termo “River Confluence”
retratam apenas dinâmica fluviais, sem analisar sucintamente processos de mistura
ou balanço de massa. Fernandes et al (2004) desenvolveu um estudo na Bacia
Hidrográfica do rio Amazonas observando a mistura sedimentar do Rio Amazonas e
seus tributários como limites biogeográficos para espécies de peixes elétricos.
Barros (2006) conduziu sua dissertação de mestrado realizando o balanço do fluxo
de sedimentos na confluência dos rios Paraná e Ivaí. Paes et al (2008) observou que
na junção dos rios paraná e Paranapanema o encontro dos fluxos faz surgir poços
de escavação (scour hole) padronizados pela Força Inercial de Coriólis.
Compodonico e Pasquini (2015) através do método de assinatura isotrópica
estudaram a concentração e dissolução de cátions no ponto de encontro entre dois
grandes rios: Paraná e Paraguai. Yuanfeng Zhang et al (2015) simulou valores de
hiperconcentrações de sedimentos no rio Amarelo (China) ocasionado por tributários
de bacias degradadas. Em seguida, considerando um regime pluviométrico mais
intenso, avaliou o potencial dos mesmos em transportar os sedimentos depositados.
O trabalho analisado que se aproxima de alguns dos objetivos propostos
nessa dissertação é o de Lane et al (2008) m, intitulado “Causes of rapid mixing at a
junction of two large rivers: Rio Paraná and Rio Paraguay”. Aqui, observou-se que as
vazões dos efluentes são as condicionantes de morfodinâmica sedimentar e do
tempo e distância de para a mistura dos efluentes, com estudo do caso para o DBO.
14
3.4 Variáveis qualitativas da água
3.4.1 Parâmetros físicos
3.4.1.1 Temperatura
A Temperatura desempenha fundamental importância para os sistemas
aquáticos continentais. Além de ser um indicador do estado vital da água, define o
comportamento que diversos elementos abióticos e organismos vivos possuem em
diferentes cenários hidrotérmicos. De forma geral, a temperatura é majoritariamente
o parâmetro regulador no sistema biogeoquímico da água.
Biologicamente, a maior parte dos organismos aquáticos (peixes, anfíbios,
algas, plânctons e macrófitas) tem sua temperatura regulada pelo meio externo, no
caso, a água. Por tanto, nestes organismos a velocidade de suas reações
metabólicas dependem diretamente da variação ou estabilidade térmica da água
naquele ambiente (VOGEL, 1992). Torna-se importante também pelo fato de que
todos os organismos possuem faixas de temperatura ótimas para reprodução, sendo
que a principal conseqüência do aumento da temperatura da água de rio é a sua
relação com a perda de oxigênio (BRANCO, 1993).
No que concerne ao meio geoquímico, a temperatura influencia na cinética
das reações químicas e biológicas que ocorrem. A lei de Van’t Hoff postula que as
reações químicas têm sua velocidade dobrada sempre que a temperatura é elevada
de 100ºC. Assim, todos os processos vitais que se realizam em um organismo são,
dentro de certos limites, ativados. A maior parte dos organismos possui faixas de
temperatura ótimas para sua reprodução. De acordo com Branco (1986), a principal
conseqüência da elevação da temperatura da água de um manancial relaciona-se
com a perda de oxigênio.
3.4.1.2 pH
O Potencial Hidrogênionico, segundo Vogel (1992), é o logaritmo (na base 10)
do inverso da concentração do íon hidrogênio, ou é igual ao logaritmo da
concentração do íon hidrogênio com o sinal negativo. Segundo Vogel (1992), uma
solução neutra é aquela em que o pH é igual a 7; uma solução ácida, apresenta pH
menor que 7 e uma alcalina possui pH maior que 7. De acordo com Esteves (1998),
a água pura contém concentrações idênticas de íons H+ e OH-, sendo, portanto,
classificada como neutra (Figura 4).
15
Figura 4 – Esquema de inozação do pontencial Hidrogeniônico
O pH pode ser considerado como uma das variáveis ambientais mais
importantes e, ao mesmo tempo, das mais difíceis de se interpretar. Esta
complexidade na interpretação dos valores de pH se deve ao grande número de
fatores que podem influenciá-lo.
3.4.1.3 Condutividade Elétrica
Este parâmetro está relacionado com a quantidade de íons encontrados na
água, os quais conduzem corrente elétrica. A medida de condutividade não mostra
qual o íon presente e sim a quantidade de íons na água. Quanto maior a quantidade
de íons na água, maior a capacidade da mistura de transmitir corrente elétrica
(MASTERTON & SLOWINSKI, 1978).
Os íons são levados para o corpo d'água devido às chuvas, ou através do
despejo de esgotos. Através das chuvas, por exemplo no cerrado, os íons livres de
alumínio e ferro são levados para o sistema hídrico, aumentando a condutividade.
Mantendo-se constante a concentração iônica, uma alteração na temperatura do
sistema, implica no aumento da condutividade. Estas variações diferem para cada
íon, mas segundo Vogel (1992), o aumento de 10C na temperatura do sistema,
corresponderá a um acréscimo de 2% na condutividade.
A água pura no estado líquido possui condutividade elétrica bem baixa,
apenas centésimos de micromhos/cm a 250C. As condutividades de eletrólitos forte,
em concentrações baixas como 0,1 mol/litro, são pelos menos 100.000 vezes
maiores que a da água pura.
16
3.4.2 Parâmetros Biogeoquímicos
3.4.2.1 Oxigênio Dissolvido
De acordo com von Sperling (1996), o oxigênio dissolvido é o principal
parâmetro de caracterização dos efeitos da poluição por despejos orgânicos. Dentre
os gases dissolvidos na água, o oxigênio é um dos mais importantes na dinâmica e
na caracterização de ecossistemas aquáticos. As principais fontes de oxigênio que
alimentam a água são a atmosfera e a fotossíntese. Em relação à perda, o consumo
pela decomposição de matéria orgânica (oxidação) e respiração de organismos
aquáticos e oxidação de íons metálicos são as principais formas de perda desse
elemento na água.
Outra fonte importante de oxigênio nas águas é a fotossíntese de algas. Este
fenômeno ocorre em águas poluídas ou, mais propriamente, em águas eutrofizadas,
ou seja, aquelas em que a decomposição dos compostos orgânicos lançados levou
à liberação de sais minerais no meio, especialmente os de nitrogênio e fósforo, que
são utilizados como nutrientes pelas algas. Em decorrência da fotossíntese, no
período noturno observa-se uma redução na concentração de OD, voltando ao seu
nível normal durante o período diurno pela liberação do O2.
Valores da concentração de oxigênio dissolvido nas águas representam uma
informação fundamental, pois é a presença ou a ausência de oxigênio que fixa as
vias de mineralização aeróbica e anaeróbica da matéria orgânica e o tipo de
fotossíntese. Cabe frisar que as atividades fotossintéticas decorrem de processos
bem distintos: em situação óxica, a energia luminosa provoca fotólise das moléculas
d’água produzindo prótons, os quais são utilizados como agentes redutores do CO2
e moléculas de oxigênio; em situação anóxica, há fotólise de moléculas de ácido
sulfúrico, que fornecem prótons e liberam sulfatos (PINHO, 2000).
A solubilidade do O2 em meio aquático depende de dois fatores: temperatura
e pressão. O oxigênio é um gás pouco solúvel em água; sob pressão de 1 atm, seu
coeficiente de solubilidade varia entre 14,6 mg/L a 0º C até 7,6 mg/L a 30ºC. Em
águas poluídas, a quantidade de oxigênio dissolvido é consequentemente menor
que em condições naturais (REGO, 2007).
17
3.4.2.2 Cálcio
Cálcio (Ca) é o terceiro elemento do 2º grupo da Tabela periódica. A
abundância média do Cálcio na crosta da Terra é de 4,9%, nos solos 1,7%, nos
corpos hídricos superficiais cerca de 15 mg/L e em águas subterrâneas é de 1 a
<500mg/L. As formas mais comuns de cálcio são o carbonato de cálcio (calcita) e
carbonato de cálcio e magnésio (dolomita). Compostos de cálcio são amplamente
utilizados na indústria farmacêutica, construção civil, produção de Sal, pigmentos,
fertilizantes e rebocos.
A solubilidade de carbonato de cálcio é controlada pelo pH e CO2 dissolvido.
O cálcio é necessário na nutrição animal sendo componente essencial para ossos e
estruturas conchas e plantas. A presença de cálcio no abastecimento de água é
oriunda da passagem sobre os depósitos de calcário, dolomita ou gipsita. Pequenas
concentrações de carbonato de cálcio combate a corrosão de tubos de metal,
estabelecendo um camada protetora. A precipitação de calcita em caldeiras, tubos e
trocadores de calor pode causar sérios danos materiais e por isso a concentração de
cálcio em águas domésticas e industriais é frequentemente controlada empregando
métodos de abrandamento químico, com resinas de troca iônica ou osmose reversa.
Não existe no Brasil um padrão de potabilidade de água específico para o Cálcio,
mas existe o limite máximo de 500mg/L para a dureza total que é o somatório das
concentrações de Ca e Mg calculados como CaCO3.
3.4.2.3 Cloretos
O Cloreto (Cl-) é um dos principais ânions que ocorrem naturalmente na água.
Nas águas superficiais são fontes importantes as descargas de esgotos sanitários,
sendo que cada pessoa expele através da urina cerca 6 g de cloreto por dia, o que
faz com que os esgotos apresentem concentrações de cloreto que ultrapassam a 15
mg/L.
Diversos são os efluentes industriais que apresentam concentrações de
cloreto elevadas como os da indústria do petróleo, mineração, química,
farmacêuticas, curtumes, etc. Nas regiões costeiras, através da chamada intrusão da
língua salina, são encontradas águas com níveis altos de cloreto. Nas águas
tratadas, a adição de cloro puro ou em solução leva a uma elevação do nível de
cloreto, resultante das reações de dissociação do cloro na água.
18
Para as águas de abastecimento público, a concentração de cloreto constitui-
se em padrão de potabilidade, segundo a Portaria 518 do Ministério da Saúde.
Da mesma forma que o sulfato, sabe-se que o cloreto também interfere no
tratamento anaeróbio de efluentes industriais, constituindo-se igualmente em
interessante campo de investigação científica. A concentração de cloreto pode ser
utilizada como indicador da contaminação por esgotos sanitários, podendo-se
associar a elevação do nível de cloreto em um rio com o lançamento de esgotos
sanitários.
3.4.2.4 Amônia, Nitrito e Nitrato (Nitrogênio)
O nitrogênio pode ser encontrado nas águas nas formas de nitrogênio
orgânico, amoniacal, nitrito e nitrato. As duas primeiras chamam-se formas
reduzidas e as duas últimas, formas oxidadas. Pode-se associar a
idade>deslocamento da poluição com a relação entre as formas de nitrogênio. Ou
seja, se for coletada uma amostra de água de um rio poluído e as análises
demonstrarem predominância das formas reduzidas significa que o foco de poluição
se encontra próximo.Se prevalecer nitrito e nitrato, ao contrário, significa que as
descargas de esgotos se encontram distantes. Nas zonas de autodepuração natural
em rios, distinguem-se as presenças de nitrogênio orgânico na zona de degradação,
amoniacal na zona de decomposição ativa, nitrito na zona de recuperação e nitrato
na zona de águas limpas.
No que concerne a qualidade da água, os Nitratos (NO3-) são altamente
tóxicos, causando uma doença chamada metahemoglobinemia, onde o nitrato se
reduz a nitrito na corrente sangüínea, competindo com o oxigênio livre, tornando o
sangue azul. Por isso, o nitrato é padrão de potabilidade, sendo 10 mg/l o valor
máximo permitido pela Portaria 518.
A Amônia (NH3) é um tóxico bastante restritivo à vida dos peixes, sendo que
muitas espécies não suportam concentrações acima de 5 mg/L. Além disso, como
visto anteriormente, a amônia provoca consumo de oxigênio dissolvido das águas
naturais ao ser oxidada biologicamente, a chamada DBO de segundo estágio. Por
estes motivos, a concentração de nitrogênio amoniacal é importante parâmetro de
classificação das águas naturais e normalmente utilizado na constituição de índices
de qualidade das águas.
19
Já o nitrito (NO2-) é um composto que apresenta variações de concentração
na água, sendo um estado intermediário da oxidação da amônia a nitrato e da
redução do nitrato à amônia.
3.4.2.5 Sílica
Em águas superficiais, a Sílica (SiO2) pode aparecer em 3 formas distintas:
reativa ou solúvel, coloidal e suspensa (ex. areia). A sílica solúvel é aquela que
reage com os reagentes analíticos (molibdato) por estar dissolvida e dissociada,
enquanto que as demais não apresentam reação.
A abundância média de sílica em diferentes tipos de rochas é de 7 a 80%, em
solos típicos 50 a 80%, e em águas superficiais e subterrâneas 14 mg/L. É uma
substância essencial aos animais e plantas e sua concentração no corpo humano é
de 260 ppm.
A sílica dissolvida em água pode formar diversos ácidos silícicos no equilíbrio
como o ácido monosilícico (H4SiO4): SiO2 + H2O ⇔ H4SiO4. Depois de formado o
ácido monosilícico tende a sofrer ionização: H4SiO4 ⇔ H3SiO4-+H+. Assim o ácido
monosilicico é pouco ionizado em níveis de pH da água natural. A pH 8,5 sua
ionização é em torno de 10% e entre pH 9 e 10 é aproximadamente 50%. À medida
que o pH aumenta, mais ácido silícico se dissocia provocando aumento na
solubilidade da sílica em água, que pode estar presente na forma insolúvel.
A Sílica também se encontra em diversas formas litocristalinas, como no
Quartzo, Tridimita, Critobalita, Moganita, Coesita e Amorfa, sendo o quartzo e a
amorfa as forma mais comuns. Independentemente de como a sílica esteja presente
na água, ela não apresenta risco nenhum a saúde humana, não existindo restrições
ao seu consumo seja na água ou em alimentos. Na forma sólida a sílica amorfa e
coloidal é utilizada em medicamentos e como aditivo em alimentos.
3.4.2.6 Sódio
Sódio (Na) é o terceiro elemento do grupo 1 da tabela periódica, tem um
número atômico de 11 e massa atômica de 22,99 e valência de 1. A abundância
média de sódio em águas superficiais é de 6,3 mg/L, e em águas subterrâneas é
geralmente 5mg/L. A dissolução do Sódio em pelas águas é ocasionada pela
ocorrência de rochas silicatadas ricas em minerais de Feldspato (Gnaisses).
Compostos de sódio são usados em muitas aplicações, incluindo soda cáustica, sal,
20
fertilizantes e produtos químicos de tratamento de água.
Compostos de sódio são muito solúveis e podem atingir concentrações tão elevadas
quanto 15000 mg/L em equilíbrio com bicarbonato de sódio. Quando necessário, o
sódio pode ser removidos da água pelo processo de troca iônica, osmose reversa ou
por destilação.
Permeabilidade do solo pode ser prejudicado por uma proporção elevada de
sódio. É um elemento essencial as plantas, animais e ao homem que apresenta uma
concentração média de 0,14% no seu corpo. A proporção de sódio em relação aos
cátions totais é importante na agricultura e na fisiologia humana. O padrão de
potabilidade fixado pela Portaria 518 do Ministério da Saúde é de 200 mg/L.
3.4.2.7 Potássio
O Potássio (K) é o quarto elemento do grupo 1 da tabela periódica, tendo
número atômico 19 e massa atômica de 39,10. Sua valência é 1. A concentração
média de Potássio em águas superficiais é em torno de 2,3 mg/L, e em águas
subterrâneas tem uma entre de 0,5 a 10 mg /L. O ocorre em águas subterrâneas
como resultado da dissolução de minerais, da decomposição de matéria vegetal e
de resíduos agrícolas. O potássio é comumente associado com minerais de
alumínio, como feldspatos. É um elemento essencial para plantas e animais sendo
um componente vital para a nutrição humana.
Geralmente é associada a sua ocorrência devido aos mesmos processos que
disponibilizam o sódio. As mesmas rochas que são decompostas pelos fenômenos
geológicos como o intemperismo e lixiviação pela água contendo ácido carbônico,
apresentam cristais de Feldspato. No final destes processos o potássio em vez de
ser arrastado para os rios e depois para o mar, como ocorre com o sódio, acaba
ficando retido no solo por absorção em outros minerais, geralmente por troca iônica.
O seu raio atômico maior que o do sódio o torna preferencial nestes
mecanismos de absorção pelo solo e inclusive também pelas plantas terrestres que
apresentam cinzas ricas em carbonato de potássio. Plantas marinhas originam
cinzas contendo carbonato de sódio. No Brasil não há regulamentação para o
elemento em água potável e efluente.
21
3.5 Modelos Hidrológicos
A avaliação do comportamento de constituintes dissolvidos e em suspensão
em corpos hídricos iniciou pelo desenvolvimento de modelos hidrológicos do tipo
“caixa-preta”, em que a remoção ou conservação do parâmetro era avaliada pelo
balanço de massa existente no fluxo entre a entrada e saída de uma dada seção
molhada. O comportamento de substancias em rios pode ser estimado através de
modelos matemáticos estocásticos ou determinísticos.
Os modelos estocásticos consistem em tratamento estatístico de dados de
modo que se possa definir, por exemplo, tendências sazonais da concentração de
poluentes. Tais modelos podem ser utilizados na otimização de programas de
monitoramento, possibilitando estabelecer prioridades de coleta e analise de água,
bem como a freqüência amostral ideal (AMARAL, 2003).
Ja os modelos determinísticos possibilitam descrever a hidrodinâmica e o
transporte de solutos ou materiais em suspensão dentro do sistema hidrográfico.
Tais modelos apresentam-se como as ferramentas mais adequadas de diagnostico e
prognostico de ambientes fluviais, pois, uma vez calibrados, diversos cenarios
podem ser gerados, bastando-se que para isso sejam modificadas as entradasf
ornecidas ao modelo (AMARAL, 2003).
Segundo Tucci (2005), os calculos indexados que governam os fluxos em
corpos d’agua são concebidos com o objetivo de aplicar os principios basicos de leis
de conservacao de tres grandezas fundamentais que formam o eixo fluido na
Mecanica do Contínuo: energia, massa e quantidade de movimento. Entretanto, para
a maioria dos propositos praticos, a aplicacao de duas dessas leis é suficiente para
a modelação matematica (DIAS, 2007). Geralmente a representação dos modelos
hidrológicos pode ser de três, duas e mais comumente uma dimensão, em função
das características físicas e morfológicas do canal fluvial e da dificuldade em
conectar dados xyz.
No que concerne a mistura de água de efluentes, as formulações
matematicas utilizadas pouco consideram a variação temporal. Ela considera,
sobretudo, as características espaciais e físicas da água. Dessa forma, os modelos
expostos adiante foram escolhidos por trazer em seu escopo mecanismos que
podems ser utilizados para analisar a hidrodinâmica de elementos em confluências
de rios, que é ambiente proposto a ser analisado nesse trabalho.
22
3.5.1 O modelo Streeter Phelphs
Esse modelo foi desenvolvido por Streeter e Phelps em 1925, e é considerado
o pioneiro para os modelos matemáticos atuais de qualidade da água, como o
avançado Qual2K. Inicialmente, ele relacionava a quantidade de oxigênio dissolvido
em lagos e rios com as descargas de esgotos domésticos nesses sistemas.
O modelo é aplicável a rios de escoamento uniforme e composto por duas
equações diferenciais ordinárias: uma modela a oxidação da parte biodegradável da
matéria orgânica e a outra, o fluxo de oxigênio proveniente da dinâmica da
reaeração atmosférica. Essas equações são nomeadas de, respectivamente,
equações de demanda bioquímica de oxigênio e de reaeração (BEZERRA et al.,
2008).
Entretanto, a contribuição do Streeter Phelphs para os estudos de balanço de
massa de parâmetros é observada a partir da Equação 1, onde o mesmo considera
o deslocamento do DBO levando em conta a vazão e a conexão entre efluentes. Ou
seja, é uma estimativa em valor numérico da concentração de DBO após a junção
dos efluentes.
Equação 1
𝐿𝑐 =𝐿𝑎𝑄𝑎 + 𝐿𝑏𝑄𝑏
𝑄𝑎 + 𝑄𝑏
La = concentração de DBO no efluente A antes da descarga Qa = vazão do efluente A Lb = concentração de DBO no efluente B antes da descarga Qb = vazão do efluente B Lc= concentração de DBO resultante da mistura dos efluentes a e b.
Apesar da grande simplicidade, esse princípio é considerado o marco dos
modelos de qualidadede água e vêm sendo continuamente aperfeiçoado, pois
diversos pesquisadores em seguida observaram que tal equação permite visulalizar
misturas na concetração de diversos parâmetros.
Bezerra et al. (2008) desenvolveram um programa, na linguagem Object
Pascal e Ma-tlab, onde foram adaptadas condições de contorno no modelo Streeter-
Phelps, representando anaerobiose e contribuições de múltiplas fontes pontuais de
efluentes em determinado rio.
23
Binotto (2012) em sua dissertação de mestrado utilizou o modelo para avaliar
a capacidade de autodepuração rio Jacutinga, calculando o valor estimado de
parâmetros físicos, químicos e biológicos frente aos padrões de qualidade
estabelecidos pela resolução CONAMA nº 357/05.
3.5.2 A ferramenta indexada Flow Analisys (ArcGis)
O software ArcGis é um sistema de Sistema de Informação Geográfica – SIG
desenvolvido pela empresa Europeia Esry em Dezembro de 1999 (16 anos). Desde
seu lançamento passou por 19 versões, sendo a mais atual de número 10.1. Sua
função inicial era representar elementos sócio-ambientais do espaço Geográfico,
como por exempo ruas, fronteiras, relevo e Hidrografia. Entretanto, devido a sua
ótima funcionalidade e interface, o promoveram como o SIG mais completo do
mercado e constantemente era carregado com novas ferramentas, principalmente
módulos de Analise Espacial em suas recentes versões. Os Arquivos
georreferenciados que são manipulados em seu ambiente são chamados de
Shapefiles.
Um dos módulos inseridos em seu sistema é um “Tollbox” (caixa de
ferramenta) de nome Hidrology. Essa ferramenta foi concebida a partir da 10ª versão
do ArGis, com o intuito de modelar simplificademante a Hidrologia de uma Bacia
Hidrográfica, considerando a vazão e o coeficiente de escoamento superficial.
O Hidrology Possui sete entradas de alimentação na versão 9.3 do ArcGis
(versão utilizada nesse trabalho): Basin - preenchida com dados fisiográficos da BH
analisada; Fill - dados vazão; Watersheed, gera o desenho da BH com os rios;
Stream Order - ordem hierárquica e influência dos tributários a partir de suas
extensões; Sink; Flow Acumulation - acumulação hídrica na bacia considerando
vazão e precipitação; Flow Analisys - análise dos fluxos inseridos com diversas
características (Figura 1). Esse último está em foco nesse trabalho por demonstar
um sistema de junção de fluxos em tributações.
24
Figura 5 - Esquema gráfico do Flow Direction com direção e profundidade
Diferente do Street Phelps, o Flow Direction - por ser um modelo geográfico,
não leva em consideração a presença de parâmetros na água. Entretanto o seu
sistema de junção de tributários e confluências surge como o ideal para análises em
que as vazões devem ser calculadas levando em conta características como a
Geologia e Geomorfologia. Como mostra a figura 6, o fluxo nunca é somado e sim
divido pela razão ente altitude/velocidade/Geologia (porosidade). Ess lógica evita a
unidimensionalidade somatória dos valores de vazão. Esse processo atribuiria à
jusante da confluência o valor soma dos rios formadores.
Figura 6 – Esquema de leitura de fluxos do Flow Analisys.
25
Após a análise, cada rio tem um valor de fluxo atribuído e cada vertice de
tributação apresenta o valor calculado, servindo de valor base para o seguimento do
fluxo (Figura 7.
Figura 7 – Esquema cartografado do Flow Analisys
3.5.3 QUAL2E
Esse é um modelo unidimensional de estado permanente, desenvolvido pela
Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (USEPA), que permite simular
diferentes cenários de desenvolvimento na bacia, levando em conta tanto fontes
pontuais quanto difusas de poluição (FLECK et al., 2013a). É o mais conhecido e
utilizado atualmente e, depois de ajustado à bacia com dados coletados, propicia
intervenções em locais onde é importante concentrar esforços no planejamento e na
tomada de decisões dentro da bacia, por meio da simulação de cenários.
O modelo Qual2E se baseia em equações diferenciais ordinárias para
sistemas unidimensionais e de fluxo constante, ou seja, a concentração do material
em estudo é homogênea numa mesma seção transversal (SARDINHA et al., 2008).
Pode ser utilizado como uma ferramentapara caracterizar a qualidade da água de
uma bacia hidrográfica para vários parâmetros simultaneamente, tanto para o rio
principal, como para seus tributários.
Esse modelo é capaz de simular 15 variáveis de qualidade de água, a saber:
OD (Oxigênio Dissolvido), DBO (Demanda Bioquímica de Oxigênio), temperatura,
26
algas e clorofila, nitrogênio orgânico, amônia, nitrito, nitrato, fósforo orgânico, fósforo
dissolvido, coliformes, três constituintes conservativos e mais um constituinte não
conservativo arbitrário.
O modelo resolve a equação de balanço de massa por diferenças finitas.
Nesse método, as derivadas parciais de uma equação diferencial são substituídas
por aproximações de diferenças finitas, baseadas em expansões de séries de Taylor
nos pontos de interesse.
Cada componente de qualidade da água é integrada no espaço e no tempo.
O primeiro ermo da equação representa a variação do constituinte ao longo do
tempo; o segundo e o terceiro termos representam o transporte de um constituinte
quanto à dispersão e quanto à advecção, respectivamente; o quarto termo
corresponde às reações cinéticas, ou melhor, à geração e à extinção do constituinte
por meio de reações físicas, químicas ou biológicas com outras grandezas
ou com o próprio fluido; e o último termo se refere aos lançamentos e às captações.
O modelo Qual2E é de domínio público e possui uma interface gráfica que
permite ao usuário entrar com diferentes valores dos coeficientes envolvidos no
balanço de massa dos constituintes, bem como dados climatológicos, geográficos,
fatores de correção de temperatura, entre outros. É de fácil compreensão e
manuseio, permitindo que seja utilizado por diversos profissionais ou comitês de
bacias hidrográficas, sem maiores dificuldades, minimizando o investimento em
programas de modelagem de qualidade da água (REIS, 2009; LEITE, 2004).
Reis (2009) detalha as três etapas básicas para modelagem completa
utilizando esse modelo, as quais são: discretização, calibração e validação. Teixeira
e Porto (2008) esclarecemnque a calibração é uma das etapas mais trabalhosas,
pois é nela que são ajustados os parâmetros das equações matemáticas que
representam a realidade física, química e biológica de um corpond’água ao sistema
em estudo. Essa etapa requer do usuário sensibilidade quanto aos processos de
autodepuração dos rios e dos processos de qualidade das águas, dependendo de
uma combinação de dados hidráulicos, hidrológicos e de qualidade da água,
demandando tempo e certa estrutura de apoio de campo, laboratorial e
computacional.
O Qual2E pode ser operado em regime permanente ou dinâmico. Ao utilizá-lo,
o usuário pode optar por uma dessas duas modalidades. No caso da modalidade
dinâmica, os dados climatológicos locais são fornecidos em intervalos regulares,
27
desse modo, o balanço de calor apresenta uma resposta diária do sistema hidráulico
no que diz respeito às condições de mudança de temperatura. Já no caso
permanente, os dados climatológicos médios são fornecidos pelo usuário apenas
uma vez, sendo que os mesmos são utilizados pelo modelo em todas assimulações
(BÁRBARA, 2006; LIMA, 2001). Knapik et al. (2008) e Baumle (2005) calibraram o
Qual2E para os parâmetros OD e DBO em estudo da qualidade da água do rio
Iguaçu (bacia do Alto Iguaçu), na região metropolitana de Curitiba. Knapik et al.
(2008) fazem uma análise crítica sobre o processo de calibração, destacando como
critérios distintos podem produzir resultados absolutamente diferentes para a
reprodução da realidade física, química e biológica. A abordagem de Baumle (2005)
foi desenvolvida sob a perspectiva da análise de benefícios econômicos de cenários
futuros de medidas em despoluição hídrica.
Lima (2001) também o utilizou com o objetivo de avaliar e prognosticar a
qualidade da água do rio Cuiabá em função do recebimento das cargas pontuais
geradas ao longo dos seus principais tributários e, Reis (2009), para fazer a
modelagem matemática da qualidade da água no alto rio das Velhas, localizado na
bacia do rio São Francisco, em Minas Gerais, de forma a gerar uma ferramenta de
apoio à gestão de recursos hídricos.
Em 2002, Gastaldini et al. utilizaram o modelo Qual2E com o objetivo de gerar
uma ferramenta de apoio ao gerenciamento da qualidade da água na bacia
hidrográfica do rio Ibicuí, principal afluente do rio Uruguai no território brasileiro.
Foram simulados os parâmetros OD, DBO, nitrato, nitrito, fósforo, ferro, alumínio e
coliformes termotolerantes. Como resultado da previsão, as concentrações dos
parâmetros indicaram como medida preventiva o tratamento de efluentes nas
localidades das sub-bacias do rio. Lima (2001) e Reis (2009) colocam algumas
limitações no uso prático do modelo Qual2E, tais como: simula apenas períodos de
tempo durante os quais tanto a vazão do rio como as cargas poluidoras são
essencialmente constantes, não considerando a variação desses parâmetros; utiliza
simplificações e aproximações para a simulação dos resultados, as quais se
constituem nas maiores fontes de erro entre os dados calculados e observados,
acarretando falhas na calibração e não prevê a contribuição de cargas não pontuais
presentes em quase todas as bacias a serem modeladas.
28
3.5.4 QUAL2K
O Qual2K também é um modelo unidimensional de simulação de qualidade
da água de regime permanente, podendo ser utilizado em rios e tributários. Assim
como o Qual2E, é executado dentro do ambiente Microsoft Windows, utiliza o Excel
como interface gráfica e todas as operações são programadas na linguagem “Visual
Basic” (SILVINO, 2008).
Sendo assim, o Qual2K surge como uma versão mais moderna do modelo
Qual2E, contudo, além das variáveis abrangidas pelo QUAL2E, o QUAL2K
considera outros parâmetros como condutividade, sólidos inorgânicos suspensos,
matéria orgânica particulada, patógenos, alcalinidade, carbono inorgânico total e
biomassa, nitrogênio e fósforo de algas de fundo (VALORY, 2013; KNAPIK et al.,
2008).
Para sistemas com tributários, o sistema é numerado em ordem ascendente,
sendo o início na nascente do canal principal. Quando uma junção com um tributário
é alcançada, a numeração continua à nascente do rio tributário. É válido observar
que tanto o rio principal quanto os tributários são numerados de forma consecutiva
seguindo um esquema de seqüenciamento similar (Figura 8).
Figura 8 – Esquema de análise de fluxo de efluentes no Qual2K
19
18
17
16
19
18
17
16
1
5
4
3
2
1
5
4
3
2
20
28
27
26
21
29
20
28
27
26
21
29
12
1514
13
12
1514
13
87
6
87
6
9
11
109
11
10
24
2322
25
HW#1
HW#2
HW#3
HW#4
(a) A river with tributaries (b) Q2K reach representation
Ma
in s
tem
Trib1
Trib2
Trib3
29
Silvino (2008) fez a calibração desse modelo para as variáveis OD, DBO e
Escherichiacoli na bacia do rio Coxipó, no município de Cuiabá-MT. A partir da
simulação de diversos cenários, concluiu-se que o crescimento populacional
contribui para a deterioração da qualidade da água e que é preciso investir bastante
em melhorias no saneamento básico para amenizar os
efeitos da poluição.
O modelo foi utilizado também por Sardinha et al. (2008) para modelar à
autodepuração do Ribeirão do Meio (Leme-SP), avaliando possíveis entradas
antropogênicas em suas águas superficiais. Foram identificadas as zonas de
autodepuração e a necessidade de tratamento de esgotos em nível secundário.
30
4. ÁREA DE ESTUDO
4.1 Bacia hidrográfica do Rio Cachoeira
A Bacia Hidrográfica do Rio Cachoeira localiza-se na região sul do estado da
Bahia. Drena uma área de aproximadamente 4.222 km2 e perímetro de 370 km, com
o rio principal Colônia/Cachoeira atingindo extensão de 181 km numa amplitude de
altitude de 720 m (CALASANS et al., 2002).
O rio Colônia, considerando a confluência como referência, nasce na direção
sudoeste e, após estender-se por 120 km, banhando os municípios de Itororó,
Itapetinga, Itajú do Colônia e Itapé, tem sua confluência com o rio Salgado em Itapé,
no distrito de Estiva. Logo então, passa então a receber o nome de rio Cachoeira por
ser o canal fluvial de maior extensão da bacia, uma convenção morfométrica.
Já o Rio Salgado, contribuinte do sentido oeste, tem sua nascente no
município de Firmino Alves e apresenta um curso de 88 km, banhando os municípios
de Santa Cruz da Vitória, Floresta Azul, Ibicaraí e Itapé, onde finalmente tem sua
confluência com o rio Colônia (Figura 9).
O resultante rio Cachoeira percorre cerca de 50 km após a confluência,
banhando as cidades de Itapé, Itabuna e Ilhéus, tem a sua foz no local conhecido
como Coroa Grande ou Baía do Pontal (município de Ilhéus), onde encontram suas
águas com as dos rios Santana e Fundão e posteriormente o Oceano Atlântico.
Figura 9 – Bacia e sub-bacias hidrográficas do rio Cachoeira – BA.
31
4.2 Confluência
A confluência dos rios Salgado e Colônia, que forma o rio cachoeira ocorre no
município de Itapé, numa distância de 2,5 km da sede (Figura 10). O ponto
geodésico da confluência corresponde às coordenadas geográficas UTM 45212978
leste e 8332395 sul, inserida no banco de dados da SUDENE-BA na folha
cartográfica “Itabuna” (escala 1:100.000).
O ponto de confluência está nos domínios da propriedade particular Fazenda
Olaria, e em sua margem perpassa a BA 120, não pavimentada, que liga Itapé a
cidade de Itajú do Colônia (Figura 11).
Figura 10 – Local da confluência no município de Itapé – BA.
32
Figura 11 – Imagem do ponto de confluência dos rios Colônia e Salgado.
33
5. METODOLOGIA
5.1 Caracterização Geoambiental
Os mapas de informações Geoambientais das bacias hidrográficas em estudo
e os demais presentes ao longo do presente trabalho foram elaborados no software
de Sistemas de Informações Geográficas - SIG ArcGis 9.3, usando os módulos
ArcMap e ArcScene.
O módulo ArcMap serve para manipulação de camadas cartográficas em
geral, desde informações vetoriais (linhas, pontos e polígonos) que correspondem a
elementos políticos (fronteiras, rodovias, áreas, limites etc.), até arquivos matriciais
sem fronteiras definidas, como as imagens de satélite georreferênciadas. Nessa
etapa os mapas exportados são bidimensionais (XY).
Já o ArcScene de forma geral é utilizado para modelar representações em
três dimensões (3D), tais associadas a Modelos Digitais de Elevação - MDE’s e
morfologias de terreno. São nesses tipos de arquivos, por exemplo, que melhor se
observa os vales e interflúvios de uma área (SILVA et al., 2015). São montados com
arquivos matriciais ou grades triangulares que simulam a visualização de alturas
(XYZ). O Quadro 3 mostra qual a ferramenta utilizada para a representação de cada
face geoambiental da BH’ do Rio Cachoeira.
Quadro 3 – Elaboração dos perfis ambientais e ferramentas utilizadas
Módulos do ArcGis 9.3 utilizados
Perfil ambiental ArcMap (2D) ArcScene (3D)
Geologia X
Geomorfologia X
Pedologia X
Hipsometria X
Hidrografia X
Pluviometria X
Vegetação e uso do solo X
Morfologia da confluência X
34
As informações sobre a Geologia, Geomorfologia, Pedologia Hipsometria e
Hidrografia foram adquiridas junto à base de dados cartográficas da CPRM –
Companhia de Pesquisas em Recursos Minerais do ano de 2010. No ArcMap,
realizou-se a sobreposição de tais dados sobra os limites da Bacia Hidrográfica do
rio Cachoeira.
Os valores da Pluviometria foram adquiridos junto as estações meteorológicas
e postos pluviométricos apresentados no tópico “Relação Precipitação Vazão”.
Os dados referentes à Vegetação e Uso do Solo a serem considerados nas
bacias hidrográfica do rio Colônia e Salgado foram apropriados de: verificação de
tipos de uso do solo em campo; Técnicas de Sensoriamento Remoto sobrepondo
imagens de satélite LandSat 8 TM, com resolução espacial de 30 metros (dados
vetoriais+rasterizados); bancos de dados digitais vetorizados da CPRM, BA_SEI,
IBGE (2010) & SUDENE disponibilizando elementos cartográficos lineares (curvas
de nível, hidrografia, etc.) a serem inseridos nos mapas resultantes.
Os dados batimétricos da morfologia de confluência construídos
tridimensionalmente foram tratados e corrigidos no módulo ArcMap, especificamente
na ferramenta Geoestatistical analyst > Ordinary Krigagem, sendo a Krigagem
Ordinária o método de interpolação Geoestatística dos dados de morfometria do
fundo dos canais. A Krigagem é recomendada para elaboração de mapas com
menos de 10 pontos de referência, pois tal método regionaliza as informações
gerando valores em pontos desconhecidos. No caso da confluência em estudo,
foram medidas oito profundidades. O outro método de interpolação disponível no
Geoestatistical analyst é o IDW – Distância Inversa, que funciona com exatidão com
10 ou mais pontos de referências, criando relações diretas entre os pontos e
gerando valores repetidos aos mesmos no espaço não observado.
35
5.2 Índices Fisiográficos
Os dados fisiográficos da Bacia Hidrográfica do rio Cachoeira foram
identificados a partir dos parâmetros de análises morfométricos a seguir: área de
drenagem, perímetro total, comprimento dos canais fluviais, perfis latitudinal e
longitudinal e declividade. Esses valores são importados dos mapas de hidrografia e
hipsometria, considerando a área da bacia e a camada de canais fluviais importadas
das bases cartográficas
Os índices fisiográficos determinados foram os descritos em Singh (1992),
sendo estes: densidade de drenagem – Dd; coeficiente de compacidade – Kc; fator
de forma – Kf; tempo de concentração – Tc; perfil longitudinal do rio principal – Ic. O
Quadro 4 traz a formulação matemática e a utilidade de cada coeficiente
apresentado.
Quadro 4 – Indíces fisiográficos e suas aplicabilidades
Índice Fisiográfico Definição Fórmula Utilidade
Coeficiente de Compacidade (Kc):
É definido como sendo a relação entre o perímetro da bacia e a circunferência de área igual à da bacia.
𝐾𝑐 =P
C= 0,28 ∗
P
√A
Onde;
P = perímetro da bacia A = área da bacia C = circunferência
O coeficiente Kc = 1 corresponde a uma bacia circular. Numa circular o tempo de concentração é homogêneo para todos os pontos da bacia e, assim, há possibilidade de cheias maiores. Portanto, quanto mais próximo for o Kc da unidade maior, maior será a susceptibilidade da bacia hidrográfica à enchentes.
Fator de Forma (Kf):
É definido como sendo a relação entre a largura média e o comprimento axial da bacia hidrográfica.
𝐾𝐹 =A
L2
Onde;
A = área da bacia L = extensão do curso d’água mais longo
O fator de forma constitui-se num outro índice indicativo da maior ou menor tendência para enchentes de uma bacia, comparando a forma com um quadrado. Uma bacia com fator de forma baixo deve ser alongada e, por isso, fica menos sujeita a enchentes
36
Densidade de Drenagem (Dd)
É definida como a relação entre a extensão total dos cursos d’água e a área da bacia
𝐷𝑑 =Lt
A
Onde;
Lt = extensão total dos cursos d’água A = área da bacia
Um alto índice de densidade de drenagem significa que existe mais água circulando na bacia, porque existe a capacidade de erodir e estabelecer mais cursos de água. Este fator depende também das condições de relevo, cobertura e tipo de solo, já que estes influenciam a geração de escoamento
Tempo de Concentração (Tc)
O tempo de concentração de uma bacia hidrográfica é definido como o tempo (em minutos) necessário para água que precipita no ponto mais distante da bacia, deslocar-se até a seção principal.
Tc = 57 𝐿
𝐻 0.385
Onde; L = extensão do curso principal H = desnível
Para estudos que visam a promoção de quantidade na bacia, é importante entender o tempo que a água leva para perder o ponto de saturação.
Perfil Longitudinal do
Rio Principal (Ic)
O perfil longitudinal do rio (m/km) principal determina a variação de altitude do curso d´água ao longo do seu comprimento
Ic =desnível
comprimento
A partir do perfil, são determinadas as declividades do rio principal e, se houver necessidade, de outros trechos de rio.
37
5.3 Parâmetros de Qualidade de água
Para identificação das informações hidrológicas quali-quantitativas dos rios
Salgado, Colônia e Cachoeira, foram estabelecidos pontos nos rios para quatro
campanhas de coleta e análise in locus, geometricamente próximos ao ponto de
confluência hidrográfica. Esse número de coletas foram projetados para contemplar
um período de 6 meses entre Agosto de 2015 e Dezembro de 2015, observando
assim 2 períodos climatológicos sazonais. Optou-se pelas convenções expostas por
Boyer et al. (2010), que defende que em tributações de até 50 m de largura o ideal é
observar a mistura dos efluentes num deslocamento de 200 m a jusante (Figura 12).
Figura 12 – Esquema de Coleta nos rios em estudo.
O objetivo inicial era determinar diversos componentes biogeoquímicos da
água, dentre eles os principais cátions e ânions. Entretanto, devido à disponibilidade
limitada de aparelhos e métodos disponíveis no corpo estrutural da Universidade
onde é realizado o presente trabalho, foi possível determinar apenas os parâmetros
mostrados do Quadro 3.
Cabe salientar nesse momento que o objetivo macro do trabalho é entender o
deslocamento, fluxo e mistura de qualquer característica presente na coluna d’água
38
na confluência. Para alimentação do modelo (3º Objetivo específico) o ideal é a
correlação entre 10 parâmetros independentemente de sua tipologia química.
Para as coletas de amostras d’água que determinaram as propriedades
químicas foram utilizados recipientes plásticos de 500 ml. Em campo,
Multiparâmetros e condutivímetros digitais disponíveis no Laboratório de
Climatologia serviram para identificação de alguns parâmetros in lócus (Tabela 1).
Tabela 1 – Aparelhos medidores de qualidade de água in lócus e suas funções.
A análise qualitativa das coletas de água na confluência foi realizada no
Centro de Biogeoquímica Marinha da Uesc e Empresa Municipal de Água – Itabuna.
Os parâmetros escolhidos, como mencionado, correspondem à disponibilidade de
determinação dos mesmos por parte dos laboratórios. A formulação matemática
apresentada no tópico seguinte simula valores de n elementos, o que permite que o
presente trabalho não caminhe visando índices de qualidade de água. Entretanto,
em momentos posteriores, surgirá a necessidade de esclarecer a importância e as
implicações ambientais de cada parâmetro analisado (Quadro 3).
Quadro 3 – Laboratórios contatados para análises qualitativas.
Parâmetros de qualidade Aparelho Multiparâmetro
Condutivímetro
Temperatura
pH
Oxigênio Dissolvido
Condutividade Elétrica
X
X
X
X
Parâmetro Laboratório
PH EMASA
CE EMASA
Calcio (Ca) EMASA
Alcalinidade EMASA
Cloretos EMASA
Nitrito, Nitrato e Amônia Biogeoquimica Marinha
Sódio Química Analítica
Potássio Química Analítica
Silicato Biogeoquimica Marinha
Fosfato Biogeoquimica Marinha
39
5.4 Equação de mistura (balanço de massa)
Como exposto no 3º objetivo específico, a equação de balanço de massa
descrita em Silva (2007) e proposta por Kelman (1997) será utilizada na simulação
do balanço quantitativo dos parâmetros físico-químicos analisados na confluência
em estudo. De forma genérica, a mesma disponibiliza valores à jusante do encontro
de dois efluentes, que no caso do presente trabalho são os rios Salgado e Colônia.
Em seguidas, os valores foram comparados com os valores reais (coletados no rio
Cachoeira).
A escolha dessa equação foi baseada no pressuposto de que tal formulação
matemática é adotada para calcular o fluxo dos efluentes em tributações e
confluências dentro de alguns dos principais modelos hidrológicos de qualidade de
água, como o StreterPhelps e Hydrology e Qual2E. Em modelos mais detalhados,
como o Qual2k e o apresentado por Indian (1979), retratam o encontro das águas de
maneira exponencial, com mais fatores de calibração para entrada e saída de
energia no sistema.
A equação de mistura propõe simulações de diversos tipos de lançamentos
de efluentes líquidos e suas movimentações verticais e horizontais na coluna d’água.
Segundo Roques (2006), é possível que a presença dessas influências esteja
agregando uma gama de elementos (reações químicas) com características físico-
químicas e biológicas distintos dos naturalmente presentes no corpo d’água.
Entretanto, a variação da quantidade de efluente lançado, bem como da
concentração de diversas substâncias, o lançamento poderá ser incompatível com
as resoluções vigentes sobre o uso da água ou com os objetivos de qualidade que a
sociedade determinou por meio do enquadramento dos corpos hídricos.
Dessa forma, é fundamental que se conheçam os impactos qualitativos e
quantitativos que cada usuário da água causará a bacia, bem como os tipos de
atividades desenvolvidas em seus domínios, considerando holisticamente cada
parâmetro de qualidade e suas gêneses de lançamento. Logo após a identificação
dos impactos individuais, é fundamental simular e entender como ocorrerá as
influências desses usos nos corpos hídricos (ROQUES, 2006).
O que está apresentado adiante, no que concerne à quantificação dos
impactos qualitativos do lançamento de efluentes, está apoiado em conceitos
propostos por Kelman (1997) e desenvolvidos por Cardoso da Silva e Monteiro
40
(2004), onde as interferências qualitativas no corpo hídrico são “transformadas” em
equivalentes quantitativos. Esse método potencialmente facilita a análise do
deslocamento de parâmetros nas confluências hidrográficas.
O balanço qualitativo tem como ponto de partida a Equação 2 de balanço de massa:
Cmistura= CaQa+CbQb Qa+ Qb
(Equação 2) onde, Ca = concentração de um determinado parâmetro de qualidade no efluente a; Qa = vazão do efluente a; Cb = concentração de um determinado parâmetro de qualidade no efluente b; Qb = vazão do efluente b; Cmistura = concentração de um determinado parâmetro de qualidade na mistura resultante dos efluentes a e b.
Como apresentado no quadro 3, foram dez parâmetros escolhidos para
simulação de mistura na confluência. Visando ainda o 3º objetivo específico, cada
um dos dez foi submetido à equação de mistura, resultando em valores que
posteriormente foram comparados com os valores reais.
Na necessidade de um processamento ágil da formulação matemática
exposta na equação 2, foi elaborado um software em linguagem computacional MS-
DOS que calcula a mistura observada simplificadamente (Figura 13). Esse pequeno
modelo tem um tamanho de 69 Kbytes e foi definido para fazer os cálculos dos
parâmetros continuadamente. Surgiu de uma parceria entre o Laboratório de
Climatologia da UESC e o NBCGIB – Núcleo de Biologia Computacional e Gestão
de Informações Biotecnológicas (NBCGIB).
Figura 13 – Equação de mistura ambientada em MS-DOS.
41
5.4.1 Normalização dos dados
Considerando a abordagem geoambiental do trabalho, tornou-se necessária a
normalização dos dados de coleta apresentados pela área das microbacias que
formam a jusante da confluência. As concentrações dos elementos submetidos ao
balando de massa foram empregadas aos km² de cada sub-bacia.
Visualizar a normalização auxilia no entendimento da contribuição de cada
atributo geoambiental, sobretudo Geologia e Geomorfologia, nos valores de
concentração das variáveis identificados na coluna d’água. A Figura 14 mostra a
área de cada sub-bacia.
Figura 14 – Áreas das bacias do rio Colônia (2339km²) e Salgado (1020km²).
42
5.5 Comparação real/observado
Para análise comparativa entre os dados simulados (x) e os dados coletados
(y) e em seguida estimar a diferença (erro absoluto), utilizou-se o método de
regressão linear, onde o coeficiente de Correlação de Pearson (p) foi escolhido para
definir a dependência e razão entre as variáveis. Padronizando os dados em
estruturas ordinárias em função de sua média (Zx, Equação 3), a correlação das
variáveis qualitativas da água foram calculadas através de Equação 4:
Zx =𝑋1−𝑋′
Sx
(Equação 3)
Pra visualizar os erros absolutos das variáveis xy, utilizou-se a média dos
valores de cada variável físico-química (Equação 5); onde X1 representa o valor da
1ª observação de dados, X’ a média dos valores e Sx indica o valor do desvio
padrão. Aplica-se também aos valores Y;
𝑟 =1
𝑛 − 1∑
𝑋𝑖 − 𝑋′
𝑆𝑥
𝑌𝑖 − 𝑌′
𝑆𝑦
(Equação 4)
O valor estimado do erro absoluto foi definido nesta etapa por explanar de forma
descritiva a diferença entre os valores X e Y. Dificilmente os valores de um modelo (seja em
qualquer propósito) reproduzem de forma real os valores encontrados em um meio natural,
principalmente quando o objeto de estudo está relacionado com a água.
Refinando o resultado do erro (diferença dos valores médios da regressão), utiliza-se
o coeficiente de determinação conhecido como r² (em caso de regressão linear simples,
como nesse trabalho), onde esse disponibiliza uma informação adicional a variância da
regressão (em casos de dispersão desuniformes no gráfico), como maneira de se verificar
se o modelo proposto na pesquisa descreve as ocorrências naturais das concentrações.
O valor de r² varia no intervalo de 0 a 1. Valores próximos de 1 indicam que o modelo
proposto é adequado para descrever o fenômeno (dados reais). O r² indica a porcentagem
(ou proporção) da variação de Y que é explicada pela regressão, ou quanto da variação na
variável dependente Y está sendo "explicada" pela variável independente X.
43
6. RESULTADOS E DISCUSSÕES
6.1 Caracterização Geoambiental
6.1.1 Clima
Segundo a classificação de Koppen (1948), a Bacia Hidrográfica do rio
Cachoeira apresenta dois tipos climáticos definidos pelos valores de pluviosidade
anual: Clima Tropical de Floresta (Af) em seu baixo e médio curso, com valores
pluviométricos anuais em torno de 1900 mm; Clima tropical Sub-úmido (Aw) com
valores em torno de 900 mm durante o ano. Esses valores de série histórica
climatológica podem ser observados nos trabalho de Santos (2005), Figueiredo
(2002) e (Rego, 2007). Ambos os estudos, além de observações in locus com
pluviômetros instalados nos municípios da bacia, lançaram mão de dados do INPE e
do Setor de Meteorologia da CEPLAC tabulados dos últimos 60 anos (Figura 15).
Esse cenário pluviométrico indica que as duas bacias que formam a
confluência estão submetidas às mesmas intempéries atmosféricas, e de forma
homogenia drenam valores similares de precipitação média anual. As diferenciações
do Ciclo Hidrológico em ambas iniciam através das características litológicas de
ambas.
Figura 15 – Tipologia Climática da Bacia Hidrográfica do Rio Cachoeira – BA
44
6.1.2 Geologia
A Geologia da Bacia é constituída predominantemente de rochas ígneas,
intrusivas da família do Ortognaisse. A exceção litológica é a região de acumulo
hídrico (manguezal) no baixo curso da Bacia, dominado por sedimentos de cunho
marinho-continental. As rochas ígneas da Bacia são rochas antigas, datadas do
período Arqueano, especificamente a era do Proterozóico (4,5 milhões de anos).
São basicamente dois grandes grupos: O cinturão Itabuna – Itapetinga e o
Complexo Ibicuí (Figura 16).
As rochas dos dois grandes grupos afloram como ocorrências de ortognaisses
(de composição quartzítica) e derivados de mesma mineralogia ao longo de todos os
cursos da bacia. Em algumas classificações é denominado um complexo de cunho
(escudo) Cristalino. Destaca-se o gnaisse, onde o rio Cachoeira tem o seu curso
quase totalmente inserido. Trata-se de um litotipo fitado com faixas claras de quartzo
e feldspato e faixas escuras ricas em biotitas e anfibólio. As variações mais distintas,
como o Basalto e o Quartzito são resultados de metamorfismos mais recentes,
aglutinado cristais de quartzo. Esse litotipo condiciona uma Hidrologia fissural, com
falhas geológicas lineares, moldando a hidrografia para o tipo Dentrítica (MELPHI,
1963).
Figura 16 – Geologia da Bacia Hidrográfica do Rio Cachoeira – BA
45
6.1.3 Geomorfologia
A composição geomorfológica da bacia constitui-se basicamente em quatro
classes: a) morros, colinas e serras, no alto e médio curso; b) vale encaixado do rio
Cachoeira, no baixo curso, entre o distrito do Salobrinho e Ilhéus. Segundo Casseti
(2005), essas feições são produtos da dissecação do relevo no Embasamento
Cristalino, sendo que especificamente na região de estudo há predominância de
rochas gnaisses datadas do Proterozóico (2,5 b.a).
Os morros e as colinas são definidos como relevo de mares de morro
(AB’SABER, 1969), caracterizados por formas de “meia-laranja” ou “mamelonar”.
Ocorrem em toda parte central da bacia do rio Cachoeira, denotando o caminho
hidrográfico dos rios principais. Entretanto, é observada uma predominância na
bacia do Salgado, revelando um relevo mais esculpido (ou amadurecido) comparado
a outras porções (Figura 17).
Já as serras, são os compartimentos mais altos, geralmente apresentados
como zonas de interflúvios. As serras do Limoeiro e Almadina ao norte, e a Serra
das Lontras ao sul são os principais complexos orográficos da Bacia do rio
Cachoeira. Observam-se ao longo da bacia do rio Salgado uma grande ocorrência
dessa classe, o que indica um relevo menos esculpido (juvenil) comparado as outras
áreas (CASSETI, 2005).
Figura 17 - Geomorfologia da Bacia Hidrográfica do Rio Cachoeira
46
6.1.4 Pedologia
Na área de estudo foram identificadas cinco classes de solos, cada uma com
feições mineralógicas e estratigráficas condicionadas pelos regimes pluviométricos
observados na Figura 12. De forma geral, trata-se de solos médio-profundo e
profundo, com horizontes definidos pela intensidade de lixiviação (Figura 15).
No alto e médio curso da bacia observam-se majoritariamente a ocorrência de
Argissolos Vermelho-Amarelo e Chernossolos. Esses solos são constituídos
texturalmente por 50% de partículas tamanho areia/quartzo em mistura com argila.
O fator em comum dessas classes é o horizonte B textural, que indica uma atividade
permeabilidade regular, mas que preserva a fração argila. Além disso, a retenção de
minerais de argila nessa classe de solo é atrelado com a clivagem e permeabilidade
dos gnaisses com minerais de quartzo (Figura 18). Aqui, as precipitações
pluviométricas disponibilizam água em menor quantidade para as reações químicas,
remoção dos constituintes solúveis do sistema solo.
No baixo curso da bacia, os sedimentos quartzíticos apresentam-se muito
intemperizados devido a um regime pluviométrico mais intenso. Com a lixiviação de
nutrientes mais efetivas, formam-se solos profundos classificados como Latossolos,
com altas concentrações de óxidos de Ferro e Alumínio, o que indica
permeabilização mais intensa e abastecimento contínuo do fluxo de base.
Figura 18 – Solos da Bacia Hidrográfica do Rio Cachoeira
47
6.1.5 Paisagem da Bacia Hidrográfica
O Geoprocessamento para representação do uso do solo da Bacia do Rio
Cachoeira mapeados em imagem de satélite Landsat 8 apresentou 7 classes
distintas, representadas na Figura 19.
Figura 19 – Classes da paisagem da Bacia Hidrográfica do rio Cachoeira
Considerando 100% como todas as classes, a área destinada a Agropecuária
ocupa cerca de 63% de toda a paisagem, em seguida 17 % de área de Cabruca
(Ecoprodução de Cacau), 12 % de Fragmentos Florestais da Mata Atlântica em
Estágios de Primários e/ou de regeneração, 5% de zonas urbanas e 3 % de Áreas
Alagadas (Brejos e Mangues).
O compartimento norte da área em estudo, inserido nos limites da Bacia do
Rio Salgado, detém 40 % das áreas vegetadas mapeadas. São basicamente zonas
de serras que abrigam diversos tributários do rio Salgado, nos municípios de
Floresta Azul, Ibicaraí e Barro Preto. Do ponto de vista Hidrológico, é aceito que a
presença de vegetação auxilia na retenção de água no sistema hidrológico no nível
de fluxo de base. Possivelmente isso explica os valores de vazão (tópico 6.3) mais
48
elevados quando comparados com os dados hidrológicos do Rio Colônia, mesmo
esse apresentando maior área de drenagem.
Em contrapartida, a zona de maior área desmatada que é destinada a
Agropecuária apresentou 71% de sua área dentro dos domínios da Bacia do Rio
Colônia. A ausência da vegetação possivelmente explica os valores de vazão
menores quando comparados aos números da Bacia do rio Salgado no ponto de
confluência (exutório de Ambas). Aqui, as áreas com vegetação se restringem
fragmentos florestais (Ilhas) presentes geralmente nos topos de algumas serras,
acentuando a homogeneização da paisagem.
Os municípios que compõe o alto (Itapetinga e Itororó) e médio curso (Itajú do
Colônia e Firmino Alves) da Bacia do rio Colônia tem pautado seu escopo
econômico em atividades pecuaristas na ultima década, o que geograficamente
explica os índices de desmatamento elevados.
6.1.6 Hidrologia e índices Fisiográficos
O arranjo hidrográfico da bacia apresenta-se como de tipologia Dentrítica ou
“arborecente”. Esse padrão é caracterizado pelas confluências dos canais fluviais
em ângulos agudos - iguais ou menores a 90º, com os rios principais simulando
troncamento e os tributários, ramificações (CHRISTOFOLETTI, 1980). Como
exposto anteriormente, a Litologia condiciona um entalhamento mais lento e
uniforme devido à resistência erosiva do Embasamento Cristalino, e entre morros e
serras, a densidade de drenagem da área apresenta-se como média (Quadro 4).
Em relação à Hidrogeologia, as falhas geológicas demonstram linearidades
de cisalhamento nos sentidos N>S e SO>NE em praticamente toda a área da bacia.
Cabe frisar que, segundo (Mattos 2013), o deslocamento hídrico em subsuperfície
não é condicionado à força gravitacional, denotando assim um fluxo heterogêneo
mesmo no sentido de compartimentos de maior altitude.
Considerando essa noção, observa-se que o rio Colônia segue sobreposto a
uma falha por cerca de 30 km (Figura 20) disponibilizando água de forma perene.
Esse lineamento segue até o rio Salgado, próximo ao ponto de confluência. Esse
envolto sugere que, ainda que de forma reduzida, deva ocorrer uma influência sobre
as características hidroquímicas entre ambos. Em diversos outros pontos podem ser
observados a mesma dinâmica.
49
Figura 20 – Hidrografia e Hidrogeologia da Bacia hidrográfica do Rio Cachoeira
No que se refere aos dados territoriais, a Quadro 4 apresenta os índices
fisiográficos obtidos na da Bacia do Rio Cachoeira.
Quadro 4 - Índices Fisiográficos da Bacia do rio Cachoeira
Perímetro - P (em km)
370
Desnível da bacia - DH (em m) 720
Tempo de Concentração – TC (em horas)
30.6
Extensão total dos cursos d’água - LL (em km)
1.931
Declividade do Rio Principal (m/km)
3,98
Fator de Forma - KF 0,129
Coeficiente de Compacidade - KC
1,594
Densidade de Drenagem – DD (km/km²)
0,457
Conforme pode ser observado no quadro 4, a Bacia do Rio Cachoeira
apresenta baixa possibilidade de ocorrência de enchentes devido ao alto coeficiente
de compacidade (Kc) e baixo fator de forma (Kf), significando que o tempo de
concentração é bastante heterogêneo, isto é, o escorrimento superficial apresenta
50
tempos diferenciados de chegada a área de deságüe além da forma mais alongada
da Bacia.
Outros fatores, porém, influenciam a formação de enchentes, tanto que as
cidades de Itabuna e Ilhéus sofrem com as cheias do Rio Cachoeira. Práticas
agrícolas que não utilizam técnicas de conservação de água e solo, desmatamento
das nascentes e desenvolvimento urbano levam à impermeabilização do solo,
aumentando a quantidade de água que escoa superficialmente. Aliado a estes
fatores, a ocupação desordenada da área de inundação natural do rio, durante os
anos de seca, deixa a população dessas áreas expostas às enchentes.
Uma das características mais marcantes do Rio Colônia/Cachoeira é a
diferença acentuada de declividade ao longo da bacia. Da nascente do Rio Colônia
até os primeiros 20 km, a declividade é bastante acentuada apresentando um valor
médio de aproximadamente de 2.9%. A partir deste ponto até a área de deságüe, a
declividade é bastante baixa com um valor estimado de 0.125%.
Diante destas características, pode-se concluir que a velocidade da água nos
primeiros 20 km do Rio Colônia é bastante elevada, com alto poder erosivo e de
transporte de sedimentos. Da confluência com o Rio do Meio até a confluência com
o Ribeirão Água Preta, a declividade do Rio Colônia é muito baixa (0.05%)
propiciando a ocorrência de altas lâminas de água com baixa velocidade e grande
potencial para deposição de sedimentos.
Entre as confluências com o Ribeirão Água Preta e o Rio Salgado a
declividade aumenta (0.64%), voltando a decrescer acentuadamente até a foz
(0.05%). A aceleração das águas no trecho entre o Ribeirão Água Preta e o Rio
Salgado, aliada às águas do Rio Salgado, quando encontram a planície do trecho
final, contribuem para formar uma zona de inundação maior capaz de acomodar as
grandes vazões, mas provocando, esporadicamente enchentes em Itabuna e Ilhéus.
O tempo de concentração obtido (30.6 horas) indica que qualquer trabalho de
prevenção e/ou previsão de enchentes terá um curto prazo para que se possa tomar
algum tipo de providência, praticamente um dia de antecedência se forem utilizados
dados de chuva. No caso de se utilizar os dados dos postos fluviométricos, esse
intervalo deve ser menor, pois a onda de cheia já está em deslocamento.
51
6.2 Morfologia da Confluência
Conforme apresentado na Metodologia, os valores batimétricos da
confluência foram submetidos a interpolação por Krigragem, sendo convertidos no
ArcScenne para pontos xyz que permitem uma visualização tridimensional. As cotas
estão expostas na Figura 21. Os efeitos lineares visualizados na imagem são
tentativas de simular faixas rochosas.
Figura 21 – Batimetria da confluência dos Rios Salgado, Colônia e Cachoeira
Considerando um centróide na confluência, as cotas mais profundas
observadas estão imediatamente antes e depois da junção dos rios. O ponto mais
profundo foi identificado no rio Salgado, com 3,39 m. O local de menor profundidade
foi observado no rio Colônia, com 0,40 m.
De forma geral, no que concernem as definições geomorfológicas de
amadurecimento do relevo, o padrão hidrográfico dentrítico revela que a área de
estudo pode ser classificada como de relevo juvenil, pouco esculpida (erodida).
Nota-se claramente a presença de rochas nos leitos dos rios e a falta de
seguimentos anastomosados (GUERRA e GUERRA, 2011). Isso explica a amplitude
de aproximadamente 3 metros de profundidade das cotas batimétricas, observando,
52
por exemplo, os superlativos de valores em menos de 20 metros de distância no
exutório do rio Colônia.
O valor mais profundo identificado no rio Salgado é explicado pelo canal que,
naquela posição, apresenta menor largura e possivelmente o esculpimento no leito
fluvial é realizado com maior energia e fluxo. Além disso, a ausência de rochas
possibilita a formação de concavidade, bem como o acúmulo de sedimentos. Esse
ponto foi observado in locus como a faixa mais cumprida de fundo arenoso, com
cerca de 30 metros.
Por outro lado, o valor mais raso está relacionado com a presença das
rochas nos rios, aflorando constantemente, mesmo em épocas de vazões maiores.
Esse arranjo é produtor de diversos seguimentos de escoamento na mesma seção
molhada do rio. Geralmente os fundos de rio com essas características
apresentaram ocorrências de seixos rolados.
O Modelo Digital de Terreno da Figura 22 revela a morfometria calculada para
os valores de entrada batimétrica. Observa-se que a profundidade é elevada é
mediana na porção de encontro dos rios. As partes mais rasas visualizadas no
modelo são faixas de rochas, nos três rios.
Figura 22 – Modelo Tridimensional da confluência dos rios em estudo
53
6.3 Parâmetros Analisados
Visando o 3º objetivo específico, ao todo foram determinados 11 parâmetros
químicos (Alcalinidade, Ca, Cl, NO2-, NO3-, NH4, SiO2, PO4, Na, K, OD) e 4
parâmetros físicos (Temperatura, CE, pH e vazão) nas águas dos rios Colônia,
Salgado e Cachoeira. Os parâmetros químicos foram utilizados no intuito de validar
a mistura proposta pela formulação matemática (modelo, Equação 3 ) para estimar o
comportamento do balanço de massa em confluências, onde as colunas “Mistura
Observada” corresponde aos valores estimados pelo modelo para o Rio Cachoeira.
6.3.1 Coleta 1
A coleta do mês de Agosto foi realizada em um anunciado período de início
de estiagem, evento climatológico relacionado ao aquecimento das águas do oceano
Pacífico (El nino). A produção hídrica do rio Colônia foi de cerca de 400 L/s e do rio
Salgado foi cerca de 800 L/s, condicionando a vazão de 870 L/s no rio Cachoeira.
A bacia do rio Salgado mesmo detendo menor área geográfica, apresentou
valores de vazão maiores quando comparados com a bacia do rio Colônia (Tabela
2). Esse comportamento foi identificado nas 3 campanhas de campo seguintes. Os
parâmetros avaliados compõem os dados iniciais da discussão sobre a variação dos
valores determinados, melhores discutidos quando comparados com os dados das
campanhas seguintes.
Tabela 2 – Dados da 1ª coleta de amostras de água
Parâmetros Rio Colônia Rio Salgado Mistura estimada Mistura observada
Alcalinidade (mg/l) 54 51 52,02 37
Calcio-Ca (mg/l) 43 29 33,7 34
Cloretos (mg/l) 85 83 83,6 81
Nitrito-NO2 (mg/L) 0,0096 0,01 0,01 0,01
Nitrato-NO3(mg/L) 0,47 0,51 0,49 0,49
Amônia-NH4 (mg/L) 0,05 0,069 0,06 0,067
Sílica-SIO2 (mg/L) 2,25 2,93 2,69 2,83
Fosfato-PO43 (mg/L) 0,14 0,12 0,12 0,15
Sódio-Na (mg/l) 171,5 191,3 184,6 253,4
Potássio-K (mg/L) 22,09 11,1 14,79 12,54
O.D. (mg/l) 6,5 2,8 4,04 4,2
pH 7,66 7,54 - 7,53
C.E.(µs/cm) 0,45 0,39 - 0,4
Temperatura (ºC) 27,9 27,7 - 27,8
Vazão (m³/s) 0,4 0,79 - 0,87
54
6.3.2 Coleta 2
A segunda campanha de campo ocorreu no mês de Setembro, ainda dentro
do período inicial de estiagem ocorrido na região. Entretanto, os valores de vazão se
mantiveram similares aos valores da 1ª campanha de campo, com um modesto
crescimento (Tabela 3).
Tabela 3 – Dados da 2ª coleta de amostras de água
Parâmetros Rio Colônia Rio Salgado Mistura estimada Mistura observada
Alcalinidade (mg/l) 63 59 60,38 44,1
Calcio-Ca (mg/l) 40 26 30,85 32,1
Cloretos (mg/l) 94 88,4 90,34 88,1
Nitrito-NO2 (mg/L) 0,008 0,004 0,005 0,004
Nitrato-NO3(mg/L) 0,65 0,53 0,57 0,62
Amônia-NH4 (mg/L) 0,1 0,09 0,09 0,09
Sílica-SIO2 (mg/L) 2,49 2,18 2,28 2,13
Fosfato-PO4 (mg/L) 0,09 0,23 0,18 0,19
Sódio-Na (mg/L) 182,1 189,7 187,06 188,4
Potássio-K (mg/l) 18,5 13,4 15,16 13,9
O.D. (mg/l) 5 2,8 3,53 3,7
pH 6,5 7 - 6,9
C.E.(µs/cm) 0,6 1,1 - 1,3
Temperatura (ºC) 25,8 25,5 - 25,7
Vazão (m³/s) 0,43 0,81 - 0,88
No balanço de massa, em relação a 1 ª campanha, nos três rios houveram
aumento nos valores de concentração da Alcalinidade (Carbonato de cálcio),
Cloretos (composto de Cloro), Nitrato e Amônia. Com exceção da Amônia, são
constituintes de presença controladas majoritariamente por características
ambientais da Bacia (dissolução). Especificamente, os valores de carbonato de
cálcio são regulados pela presença de uma bacia cárstica no alto curso das bacias.
Já a Amônia tem sua variação fortemente atrelada com a presença de áreas
urbanas e pastagens (que predomina a paisagem da área em estudo), sendo a urina
de mamíferos o principal agente disponibilizador desse composto químico.
O Sódio apresentou diminuição nos valores de concentração, mas ainda
obtiveram-se valores elevados em decorrência da presença de rochas máficas
(ortognaisses) que compõe a litologia e toda a Bacia. São valores muito próximos ao
encontrados por Barbosa (2005) em um trabalho na Bacia do Rio Salgado.
55
6.3.3 Coleta 3
A 3ª campanha de campo foi realizada no mês de Novembro, em meados do
período de estiagem anunciado. De forma geral, os valores de concentração dos
parâmetros diminuíram de forma acentuada, seguindo a redução das vazões dos
rios Salgado e Colônia (Tabela 4).
Tabela 4 – Dados da 3ª coleta de amostras de água
Parâmetros Rio Colônia Rio Salgado Mistura estimada Mistura observada
Alcalinidade (mg/l) 42 41 41,4 39
Calcio-Ca (mg/l) 37 30 32,9 31
Cloretos (mg/l) 54 46 49,2 51
Nitrito-NO2 (mg/L) 0,008 0,005 0,006 0,006
Nitrato-NO3(mg/L) 0,63 0,47 0,53 0,53
Amônia-NH4 (mg/L) 0,12 0,08 0,09 0,11
Sílica-SIO2 (mg/L) 3,2 2,18 2,59 2,56
Fosfato-PO4 (mg/L) 0,07 0,015 0,03 0,04
Sódio-Na (mg/L) 28,7 79,12 58,5 56
Potássio-K (mg/l) 2,12 3,4 2,87 3,24
O.D. (mg/l) 0,7 1,6 1,23 1,3
pH 7,78 7,49 7,45
C.E.(µs/cm) 0,28 0,25 0,27
Temperatura (ºC) 27,2 26,9 27,6
Vazão (m³/s) 0,29 0,42 0,46
Nesse momento, os únicos parâmetros que demonstraram um aumento em
sua concentração foram a Sílica e o Nitrito. Hidrologicamente, se aceita que,
quando um elemento ou composto é disponibilizado por processos de dissolução em
leitos rochosos, sua concentração aumenta em vazões reduzidas. Entretanto,
apenas a Sílica representou esse fenômeno.
No cenário em estudo, a fonte de Sílica são os quartzitos (representação
amarela, Figura 13) que estão sobrepostos as Serras que ainda apresentam
Fragmentos Florestais e são conectadas pelas falhas geológicas (Figura 17). Ou
seja, arbitrariamente, se aceita que possivelmente essas concentrações são
condicionadas por fluxos de dissoluções dessas áreas, mesmo com os números de
vazão diminuídos no ponto de confluência.
56
Já o Nitrito indica que nesse cenário de vazão reduzida, houve um aumento
nas oxidações e reduções químicas entre a Amônia e o Nitrato, denotando uma
atividade biogeoquímica intensa possivelmente ligada a eutrofização dos rios.
6.3.4 Coleta 4
A 4ª campanha de campo foi realizada no mês de Dezembro, época ainda
submetida à estiagem ocorrente no segundo semestre de 2015. As vazões
apresentaram-se acentuadamente reduzidas considerando a dimensão regional dos
rios. Nos rios Salgado, Colônia e Cachoeira, a produção de água foi de 280L/s,
340l/s e 400l/s, respectivamente (Tabela 5), fluxo reduzido pela metade comparado
com os dados da 1ª coleta.
Tabela 5 – Dados da 4ª coleta de amostras de água
Parâmetros Rio Colônia Rio Salgado Mistura estimada Mistura observada
Alcalinidade (mg/l) 40 36 37,8 32,1
Calcio-Ca (mg/l) 37 28 30,1 30,1
Cloretos (mg/l) 47 43 44,8 44,2
Nitrito-NO2 (mg/L) 0,01 0,009 0,009 0,007
Nitrato-NO3(mg/L) 0,54 0,44 0,48 0,47
Amônia-NH4 (mg/L) 0,1 0,1 0,1 0,11
Sílica-SIO2 (mg/L) 2,8 2,04 2,38 2,43
Fosfato-PO4 (mg/L) 0,06 0,01 0,03 0,04
Sódio-Na (mg/L) 25,3 58,9 43,7 43,1
Potássio-K (mg/l) 2,11 2,9 2,54 2,54
O.D. (mg/l) 0,8 1,4 1,2 1,1
pH 7,3 7,4 7,1
C.E.(µs/cm) 0,43 0,35 0,57
Temperatura (ºC) 26,5 26,3 26,3
Vazão (m³/s) 0,28 0,34 0,4
No Balanço de massa, apenas o Nitrito e a Amônia não acompanharam o
decréscimo de concentração juntamente com a vazão. Eu um estado de
escoamento superficial lento e homogêneo, os valores de Nitrito indicam uma
atividade biogeoquímica muito intensa.
O comportamento exposto indica que na água dos rios houve uma intensa
decomposição dos dejetos depositados por peixes, plantas e outros organismos
invertebrados; com um regime de vazão reduzida, os dejetos são transformados e
57
Amonia e rapidamente em Nitrito por bactérias conhecidas como Nitrosomonas,
abundantes nesse ecossistema lótico.
Resultante desse processo conhecido como Ciclo do Nitrogênio na água, o
Nitrato apresentou redução dos valores pelo fato de que o baixo oxigênio dissolvido
auxilia a presença e ação das Bactérias denitrificantes, que reduz o NO3- para N.
6.3.5 Relação vazão/concentração
Um panorama geral das concentrações dos 11 parâmetros submetidos ao
balanço de massa evidenciados de acordo com a vazão nos rios Salgado, Colônia e
Cachoeira, é apresentado nas Figuras 23, 24 e 25. As concentrações seguiram
tendências de valores estritamente relacionadas com as vazões nos rios Colônia e
Salgado, ou seja: quanto maior a vazão observada, maior também foi a
concentração geral das variáveis físico-químicas.
Figura 23 - Vazão e Concentração Total no rio Colônia
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
Vazão 0,4 m³/s Vazão 0,43 m³/s Vazão 0,29 m³/s Vazão 0,28 m³/s
Co
nce
ntr
ação
to
tal (
mg/
l)
58
Figura 24 - Vazão e Concentração Total no rio Salgado
Entretanto, no rio Cachoeira, especificamente na 2ª campanha realizada no
mês de Setembro de 2015, observou-se uma diminuição da concentração total dos
parâmetros quando o valor da vazão do rio apresentou-se como o maior observado
(Figura 25).
Figura 25 - Vazão e Concentração Total no rio Cachoeira
Visualizando os valores de vazão da 1ª e 2ª campanha percebe-se que a
variação hidrológica foi efetivamente baixa. Respectivamente, os valores de
concentração total foram 422mg/l e 375mg/l. A diferença encontrada está ligada ao
pico no valor de Sódio determinado na 1ª medida de campo (253 mg/l),
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
Vazão 0,79 m³/s Vazão 0,81 m³/s Vazão 0,42 m³/s Vazão 0,34 m³/s
Co
nce
traç
ão t
ota
l (m
g/l)
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
Vazão 0,87 m³/s Vazão 0,88 m³/s Vazão 0,46 m³/s Vazão 0,4 m³/s
Co
nce
ntr
ação
To
tal (
mg/
l)
59
possivelmente resultado da presença de efluentes de um laticínio a 90 m do ponto
de confluência (Figura 12).
Concomitante a esse comportamento, os valores de Cálcio, Nitrito, Sílica e
Oxigênio Dissolvido também apresentaram reduções. O Cálcio e a Sílica têm sua
presença na coluna d’água ligada a processos de dissolução litológica, e a
diminuição dos valores pode simplesmente ser resultado de variações temporais no
fluxo desses elementos.
Já o Nitrito e o Oxigênio Dissolvido são considerados massas não
conservativas: essa definição é utilizada quando os elementos são matrizes
energéticas de processos naturais biogeoquímicos. Ou seja, mesmo numa vazão
homogenia, a redução desses valores pode ser explicada pela mudança de cenário
biológico entre a confluência e o ponto de coleta a jusante, no rio Cachoeira.
6.4 Validação do Modelo
Conforme postulado como plano de fundo da pesquisa, a sustentação
científica efetuou-se com a validação da formulação matemática que visou estimar
(modelar) os valores dos parâmetros submetidos ao balanço de massa a serem
encontrados no rio Cachoeira.
De forma geral, os dados inseridos nas tabelas 2, 3, 4 e 5 apresentam uma
visão de como se comportou os dados simulados pelo modelo quando comparados
com os valores coletados no rio Cachoeira. Entretanto, submetê-los a uma
regressão linear, além de atribuir uma confiabilidade ao modelo, evidencia de forma
mais clara o quanto a equação de mistura conseguiu descrever o comportamento
natural da confluência.
6.4.1 Alcalinidade
A Alcalinidade total foi dada pela presença de Carbonato de Cálcio (CaCO3).
O coeficiente de determinação (r²) apresentou valor de 0,667 (numa escala entre 0 e
1). Na Figura 26, apresentou-se como um modelo que se aproxima 66,7% das
variáveis dependente (valores reais). É um valor positivo, mas indicou uma
modelagem mediana, considerando com os valores acima de 7 são definidos como
de correlação forte.
60
Figura 26 – Comparação entre os valores observados e reais para Alcalinidade
Normalizando os valores de Alcalinidade das quatro coletas pela área
das bacias dos rios Colônia e Salgado, que formam a confluência, os valores foram
de 0,19 mg/l por km² e 0,18 mg/l por km².
6.4.2 Cálcio
Os dados modelados para o Cálcio apresentaram um coeficiente de
determinação de 0, 651. Foi o valor mais baixo encontrado entre os atributos físico-
químicos analisados. Mesmo com os valores de amplitude entre 30,1mg/l e 34/mg/l
(que indicam um conservação dos valores na coluna d’água) o coeficiente observou
uma variação entre os valores visivelmente dispersos no gráfico (Figura 27).
Figura 27 – Comparação entre os valores observados e reais para Cálcio
R² = 0,667
15
20
25
30
35
40
45
50
15 25 35 45 55 65
Valo
resr
reais
(m
g/l)
Valores estimados (mg/l)
R² = 0,651
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
26 28 30 32 34 36
Valo
res r
eais
Valores estimados (mg/l)
61
Os “outputs” do gráfico que nitidamente influenciaram numa redução do
coeficiente obtidos foram os dados da 2ª e 3ª campanha de campo, onde os valores
reais foram diferentes em 1mg/l em relação aos valores estimados pelo modelo. Na
2ª campanha foi estimado um valore de 30,85 mg/l e o real foi de 32,1 mg/l; na 3ª
coleta, o valor estimado foi de 32,9 mg/l e o rela foi de 31 mg/l.
Normalizando os valores de Cálcio das quatro coletas pela área das bacias
dos rios Colônia e Salgado, que formam a confluência, os valores foram de 0,15mg/l
por km² e 0,11 mg/l por km².
6.4.3 Cloretos
Os valores observados para os compostos químicos de Cloro indicaram um
coeficiente de determinação de r² 0, 997 (Figura 28). Ou seja, isso indica que o
modelo proposto conseguiu se aproximar 99,7% dos valores reais. É um valor de
correlação considerado muito forte, ou seja, um ajuste de valores que validam a
equação para determinar os valores de Cloretos à jusante da confluência.
Figura 28 – Comparação entre os valores observados e reais para Cloretos
No gráfico apresentado fica evidente a ocorrência das concentrações nos dois
cenários de vazão apresentados. Os dois valores acentuados correspondem ao
período de vazão próximo aos 800l/s, observados nas campanhas de Agosto e
Setembro. Já os dois pontos no início do gráfico, representam as concentrações no
períodos de estiagem, com vazões inferiores 470 l/s, observadas nos meses de
Novembro e Dezembro.
R² = 0,997
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100
Val
ore
s re
ais
(mg/
l)
Valores estimados (mg/l)
62
Normalizando os valores de Cloretos obtidos nas quatro campanhas pela área
das bacias dos rios Colônia e Salgado, que formam a confluência, os valores foram
de 0,27mg/l por km² e 0,25 mg/l por km².
6.4.4 Sílica
Os dados de Sílica estimados pelo balanço de massa apresentaram um
coeficiente de determinação de r² 0, 917 quando comparados com os dados reais do
rio Cachoeira. Ou seja, o modelo conseguiu estimar aproximadamente 92% dos
valores coletados a jusante da confluência (Figura 29), considerado um valor de
modelagem satisfatório.
Figura 29 – Comparação entre os valores observados e reais para Sílica
O comportamento dos valores de Sílica no gráfico acompanha sensivelmente
as alterações da vazão no rio Cachoeira. Diferente dos agrupamentos dos pontos
observados nos valores de Cloretos, por exemplo, os números apresentaram um
comportamento progressivo, o que influenciou diretamente no valor de 0, 917 do
coeficiente de determinação.
Normalizando os valores de Sílica obtidos nas quatro campanhas pela área
das bacias dos rios Colônia e Salgado, que formam a confluência, os valores foram
de 0,01 mg/l por km² e 0,009 mg/l por km², respectivamente. Os valores de Sílica,
que tem sua origem estritamente de dissolução das rochas, indicaram uma leve
similaridade de contribuição geoambiental.
R² = 0,917
1,5
1,7
1,9
2,1
2,3
2,5
2,7
2,9
2 2,25 2,5 2,75
Val
ore
s re
ais
(mg/
l)
Valores estimados (mg/l)
63
6.4.5 Fosfato
Os valores observados para o Fosfato indicaram um coeficiente de
determinação de r² 0, 983 (Figura 30). Ou seja, isso indica que o balanço de massa
conseguiu se aproximar 98,3% dos valores reais do rio Cachoeira. É um valor de
correlação considerado forte e satisfatório, ou seja, um ajuste de valores que
validam a equação para determinar os valores de Fosfato à jusante da confluência.
Figura 30 – Comparação entre os valores observados e reais para Fosfato
Observa-se que todos os valores de Fosfato encontrados são números
fracionados e abaixo do valore de 1mg/l, o que poderia tendenciar a modelagem
para números aproximados. Entretanto, mesmo numa pequena escala numeral, os
valores estiamados e reais acompanharam significativamente a linha de tendência, e
refletiram a razão com a vazão.
Normalizando os valores de Fosfato obtidos nas quatro campanhas pela área
das bacias dos rios Colônia e Salgado, que formam a confluência, os valores foram
de 0,0035mg/l por km² e 0,0036 mg/l por km². Notou-se uma contribuição maior de
Fosfato pela Bacia do Rio Salgado, menor em área geográfica.
6.4.6 Sódio
O Sódio foi o atributo analisado que mais apresentou concentração nos rios
da confluência em estudo, resultado da dissolução do Ortognaisse que predomina
na Bacia Hidrográfica do rio Cachoeira. Em relação a modelagem feita com o
balanço de massa, a comparação entre os valores estimados e reais apresentaram
R² = 0,983
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0 0,05 0,1 0,15 0,2
Val
ore
s re
ais
(mg/
l)
Valores Estimados (mg/l)
64
um coeficiente de determinação de r²0,925. Ou seja, o modelo se aproximou 92,5%
dos dados encontrados no rio Cachoeira (Figura 31).
Figura 31 – Comparação entre os valores observados e reais para Sódio
O valor real analisado na 1ª campanha de campo certamente influenciou para
que o coeficiente de determinação não atingisse uma porcentagem maior: o valor de
253,4 mg/l diferenciou em 70mg/l o valor estimado pelo modelo (183,6 mg/l), ponto
esse podendo ser observado como o “output” superior da Figura 31. Na outras 3
coletas, os valores não apresentaram diferenças significativas, o que proporcionou
um valor de correlação muito forte.
Normalizando os valores de Sódio obtidos nas quatro campanhas pela área
das bacias dos rios Colônia e Salgado, que formam a confluência, os valores foram
de 0,39mg/l por km² e 0,50 mg/l por km². Notou-se uma contribuição maior de Sódio
pela Bacia do Rio Salgado, menor em área geográfica, mas que historicamente
apresenta valores desse atributo elevados.
6.4.7 Potássio
Os valores observados para o Potássio indicaram um coeficiente de
determinação de r² 0, 994 (Figura 32). Dessa forma, o número indica que o balanço
R² = 0,925
0
50
100
150
200
250
300
0 50 100 150 200
Val
ore
s re
ais
(mg/
l)
Valores estimados (mg/l)
65
de massa conseguiu se aproximar 99,4% dos valores reais do rio Cachoeira. É um
valor de correlação considerado muito forte e satisfatório, ou seja, um ajuste de
valores que validam a equação para determinar os valores de Potássio à jusante da
confluência.
Figura 32 – Comparação entre os valores observados e reais para Potássio
No gráfico apresentado fica evidente a ocorrência das concentrações nos dois
cenários de vazão apresentados, comportamento observado também nos valores de
Cloretos. Os dois valores acentuados correspondem ao período de vazão próximo
aos 800l/s, observados nas campanhas de Agosto e Setembro. Já os dois pontos no
início do gráfico, representam as concentrações no períodos de estiagem, com
vazões inferiores 0,47 m³/s, observadas nos meses de Novembro e Dezembro.
Normalizando os valores de Potássio obtidos nas quatro campanhas pela
área das bacias dos rios Colônia e Salgado, que formam a confluência, os valores
foram de 0,04 mg/l por km² e 0,03 mg/l por km² respectivamente.
R² = 0,994
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Val
ore
s re
ais
(mg/
l)
Valores estimados (mg/l)
66
6.4.8 Oxigênio dissolvido
Analisando os valores modelados para as concentrações de Oxigênio
Dissolvido, os mesmos apresentaram um coeficiente de determinação de r² 0, 998
(Figura 33). Assim, indicou que a equação de mistura (balanço de massa) conseguiu
se aproximar 99,8% dos valores reais do rio Cachoeira. É um valor de correlação
considerado muito forte e satisfatório no que concerne a calibração e validação de
modelos matemáticos.
Figura 33 – Comparação entre os valores observados e reais para Oxigênio Dissolvido
As concentrações de Oxigênio Dissolvido acompanharam sensívelmente as
mudanças de vazão do rio Cachoeira; os fluxos de 400, 460, 870 e 800 Litros
definiram diretamente o comportamento dos pontos no gráfico. Similares aos dados
de Potássio e Cloretos, o OD também variou conforme os períodos das campanhas
de campo. Cabe lembrar que o OD é matéria prima para as trocas energéticas no
meio aquoso no que se refere às atividades biogeoquímicas, sendo consumido
intensamente por organismos, e reduzido conforme diminui a vazão do rio.
Normalizando os valores de OD obtidos nas quatro campanhas pela área das
bacias dos rios Colônia e Salgado, que formam a confluência, os valores foram de
0,001 mg/l por km² e 0,0008 mg/l por km² respectivamente.
R² = 0,998
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
0 1 2 3 4 5
Val
ore
s re
ais
(mg/
l)
Valores Estimados (mg/l)
67
6.4.9 Nitrito
Os valores observados para o Nitrito indicaram um coeficiente de
determinação de r² 0, 854 (Figura 34). Ou seja, isso indica que o balanço de massa
conseguiu se aproximar 85,4% dos valores reais do rio Cachoeira. É um valor de
correlação também considerado forte.
Figura 34 – Comparação entre os valores observados e reais para Nitrito
Considerando que os valores dos atributos analisados anteriormente (com
excessão da Alcalinidade e Cálcio) atingiram níves acima de 0,9 no coeficiente de
determinação do modelo, a redução desse valor pode ser explicada através dos
usos do Nitrito na coluna d’água.
Sendo elencado como um estágio intermediário entre a Amônia e o Nitrato, o
Nitrito varia com muita rapidez de valor por ser produzido e ao mesmo tempo
consumido por organismos aquáticos. Ou seja: os dados de entrada para o modelo
correspondente ao rio Salgado e Colônia, previram valores que mudaram até chegar
ao ponto de coleta do Rio Cachoeira por se inserirem em ciclos biogeoquímicos.
Mas de forma geral, o modelo previu valores próximos aos reais.
Normalizando os valores de Nitrito obtidos nas quatro campanhas pela área
das bacias dos rios Colônia e Salgado, que formam a confluência, os valores foram
de 0,00034 mg/l por km² e 0,00027 mg/l por km² respectivamente.
R² = 0,854
0
0,002
0,004
0,006
0,008
0,01
0,012
0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012
Val
ore
s R
eai
s (m
g/l)
Valores Estimados (mg/l)
68
6.4.10 Nitrato
Os valores observados para o Nitrato indicaram um coeficiente de
determinação de r² 0, 967 (Figura 35). Esse valor indica que mais uma vez o balanço
de massa modelou satisfatoriamente a mistura das águas, e conseguiu se aproximar
em 96,7% dos valores reais encontrados no rio Cachoeira. Dentre os três
parâmetros da cadeia do Nitrogênio analisados nesse trabalho, o Nitrato é que
naturalmente deveria apresentar valores de concentração mais altos, pois é o
estágio final dos processos de amonificação e Nitrificação.
Figura 35 – Comparação entre os valores observados e reais para Nitrato
Normalizando os valores de Nitrato obtidos nas quatro campanhas pela área
das bacias dos rios Colônia e Salgado, que formam a confluência, os valores foram
de 0,0022 mg/l por km² e 0,0019 mg/l por km² respectivamente. Mesmo visualizando
a contribuição das bacias, as determinações de Nitrato em geral só considram sua
ocorrência em soluções aquosas.
R² = 0,967
0,3
0,35
0,4
0,45
0,5
0,55
0,6
0,65
0,46 0,48 0,5 0,52 0,54 0,56 0,58
Val
ore
s R
eai
s (m
g/l)
Valores Estimados (mg/l)
69
6.4.11 Amônia
Analisando os valores modelados para as concentrações Amônia, os mesmos
apresentaram um coeficiente de determinação de r² 0, 998 (Figura 36). Assim,
indicou que a equação de mistura (balanço de massa) conseguiu se aproximar
99,8% dos valores reais do rio Cachoeira. É um valor de correlação considerado
muito forte e satisfatório no que concerne a calibração e validação de modelos
matemáticos.
Figura 36 – Comparação entre os valores observados e reais para Amônia
Normalizando os valores de Amônia obtidos nas quatro campanhas pela
área das bacias dos rios Colônia e Salgado, que formam a confluência, os valores
foram de 0,00036 mg/l por km² e 0,00033 mg/l por km² respectivamente.
R² = 0,998
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
0 1 2 3 4 5
Val
ore
s R
eai
s (m
g/l)
Valores Estimados (mg/l)
70
7. CONCLUSÕES
Em relação aos dados Geoambientais levantados bem como os índices
Fisiográficos, a Bacia Hidrográfica do rio Cachoeira revela-se uma bacia de atividade
hídrica intensa, de caratér Juvenil, com esculpimento dos rios em fase Juvenil,
Geologia e Geomorfologia em fases de entalhamento e Hidrogeologia ricas em
falhas geológicas multidirecionais. Mesmo apresentando 3 tipologias climáticas, a
precipitação é intensa durante todo o ano, o que diretamente influência numa
dinâmica hidrológica agudizada e uma disponibilidade perene de elementos e
compostos químicos nos corpos d’água em seus domínios.
A diferença na composição da paisagem das bacias dos rios Salgado e
Colônia influência diretamente nas características das águas dos seus principais
rios. Por exemplo, os benefícios da presença de fragmentos florestais para a
produção de água foram percebidos na bacia do rio Salgado; já na bacia do rio
Colônia, notou-se que a desfragmentação do uso do solo reduziu a produção hídrica
e consequentemente alterou processos naturais em função do fluxo d’água.
Em relação à morfologia da confluência dos rios Salgado e Colônia, a
Batimetria revela que em relação aos fluxos d’água não há predominância de força
de esculpimento de apenas um dos rios, mas ambos têm disponibilizado energia
para deslocamento dos fluxos de materiais.
No que concerne a modelagem do balanço de massa da confluência dos rios
Salgado e Colônia (para visualizar as características do rio Cachoeira), conclui-se
que o modelo de mistura adotado para estimar a concentração após a confluência
foi considerando satisfatório (r² acima de 0,9) para nove dos onze parâmetros
submetidos a análises. Dessa forma, pode ser efetivado como um método para
estudos em encontros de água desde que os dados de vazão sejam considerados
no trabalho, servindo como uma simples e ágil ferramenta para gestão dos recursos
hídricos.
Para os atributos Cálcio e Alcalinidade, o valor de 0,6 do coeficiente de
determinação indica que para uma melhor proximidade com o valor real é
necessária uma modelagem baseada em séries históricas, baseando-se em
correlações com atributos que interajam com esses elementos.
71
Conclui-se que para uma leitura de ambientes em confluências, a abordagem
geoambiental de uma bacia é estritamente necessária no sentido de identificar os
processos naturais que moldam as características hídricas até os exutórios, pois
apenas modelar as misturas na coluna d’água não responde a anseios onde o
escopo da pesquisa são as Ciências Ambientais.
72
8. REFERÊNCIAS
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