IMPACTOS NOS PROCESSOS DE ASSOREAMENTO NA BAA DE SEPETIBA-RJ, DE SEDIMENTOS ORIUNDOS DA BACIA CONTRIBUINTE E DE DRAGAGENS PORTURIAS

Patrcia Ney de Montezuma

DISSERTAO SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAO DOS PROGRAMAS DE PS-GRADUAO DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSRIOS PARA A OBTENO DO GRAU DE MESTRE EM CINCIAS EM ENGENHARIA OCENICA.

Aprovada por:

________________________________________________Prof. Paulo Cesar Colonna Rosman, Ph.D.

________________________________________________Prof. Enise Maria Salgado Valentini, D.Sc.

________________________________________________Prof Thereza Christina de Almeida Rosso, D.Sc.

RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL JUNHO DE 2007

MONTEZUMA, PATRCIA NEY DE Impacto nos Processos de Assoreamento na Baa de Sepetiba-RJ, de Sedimentos Oriundos da Bacia Contribuinte e de Dragagens Porturias [Rio de Janeiro] 2007 XI, 94 p. 29,7 cm (COPPE/UFRJ, M.Sc., Engenharia Ocenica, 2007) Dissertao - Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE 1. Baa de Sepetiba 2. Porto de Sepetiba 3. Assoreamento 4. Transporte de sedimentos I. COPPE/UFRJ II. Ttulo ( srie )

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AGRADECIMENTOS Agradeo a Deus por ter me permitido desenvolver e concluir este trabalho. Para isto, contei com a ajuda de algumas pessoas que no posso deixar de agradecer. Meus pais, padrasto e madrasta tambm, sempre me motivando, transmitindo o orgulho que sentiam de eu estar cursando o Mestrado. Meu marido, que no incio de tudo era o meu namorado de longa data, e que em todos os momentos soube entender que o mestrado tinha prioridade entre tantas coisas que precisvamos resolver no incio de nossa vida a dois. E queria muito que eu me tornasse uma engenheira M.Sc. como ele. Meus amigos da Costeira, que me ajudaram em tantos momentos que eu nem posso resumir aqui. Incluem-se neste grupo trs grandes amigas, muito queridas e competentes: Valria, Marise e Glace. E tambm alguns outros amigos de fora, de todas as horas, que eu sei que sinceramente torceram por mim. Meus professores, todos aqueles que desde a graduao fizeram surgir em mim o interesse em estudar o meio ambiente e tudo relacionado aos recursos hdricos, ao mar e todas as guas da natureza. E que tambm me serviram de exemplo para a atividade que exero hoje, agora que sou uma professora principiante. Meu orientador, professor Rosman, por todo o conhecimento, entusiasmo, compreenso nos momentos difceis e conselhos para a vida. E tambm o professor Fialho, por toda ajuda e orientao, mesmo sem ser formalmente meu orientador titular. E, ainda, CAPES, pelo apoio financeiro atravs da bolsa de estudos cedida durante o curso.

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Resumo da Dissertao apresentada COPPE/UFRJ como parte dos requisitos necessrios para a obteno do grau de Mestre em Cincias (M.Sc.)

IMPACTOS NOS PROCESSOS DE ASSOREAMENTO NA BAA DE SEPETIBA-RJ, DE SEDIMENTOS ORIUNDOS DA BACIA CONTRIBUINTE E DE DRAGAGENS PORTURIAS

Patrcia Ney de Montezuma Junho/2007

Orientador: Paulo Cesar Colonna Rosman Programa: Engenharia Ocenica

Este trabalho estuda as provveis causas do processo de assoreamento em praias do litoral nordeste da Baa de Sepetiba, RJ. A pesquisa foi desenvolvida com auxlio de modelagem computacional do transporte de sedimentos na baa. Os cenrios de modelagem consideraram as duas provveis origens dos sedimentos causadores do processo de assoreamento: 1. Cargas de sedimentos trazidas pelos rios que desguam na baa. 2. Sedimentos provenientes de bota-fora, no interior da baa, de dragagens concernentes ao Porto de Sepetiba. Os resultados das modelagens realizadas possibilitaram a elaborao de mapas mostrando a mobilidade e deriva de sedimentos, e reproduziram a tendncia observada de deposio de sedimentos finos ao longo da zona costeira nordeste da Baa. As anlises levaram concluso de que a contribuio maior para o problema tem origem nos sedimentos trazidos pelos rios, evidenciando a necessidade de medidas corretivas para diminuio da carga slida em tais rios.

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Abstract of Dissertation presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science (M.Sc.)

IMPACTS OF SEDIMENTS FROM CONTRIBUTING WATERSHED AND PORT DREDGING IN THE PROCESS OF SILTING IN SEPETIBA BAY-RJ

Patrcia Ney de Montezuma June/2007

Advisors: Paulo Cesar Colonna Rosman Department: Ocean Engineering

This work studies the probable causes of the shoaling processes occurring along the Northeastern littoral of Sepetiba Bay, RJ. The research was developed with the aid of computational modeling of sediment transport in the bay. The modeling scenarios considered the two probable origins of the sediments causing the shoaling process: 1. Sediment load carried by the rivers that outflow into the bay. 2. Sediments from the dumping site within the bay of dredging works concerning the Sepetiba Port. The modeling results allowed the elaboration of maps showing the mobility and the drift of sediments, and reproduced the trend of fine sediments deposition along the northeastern coastal area of the bay. The analyses bring to the conclusion that the major contribution for the problem comes from the sediments carried by the rivers, indicating the need of corrective measures to decrease the sediment loads in such rivers.

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ndice do Texto 1. 2. INTRODUO......................................................................................................... 1 CARACTERSTICAS DA REGIO ......................................................................... 3

2.1. A BAA DE SEPETIBA .............................................................................................. 3 2.2. A BACIA DE SEPETIBA ............................................................................................ 7 2.2.1. HISTRICO ........................................................................................................... 9 2.2.2. PRINCIPAIS CURSOS DGUA DA BACIA ................................................................ 11 2.3. PORTO DE SEPETIBA............................................................................................. 14 3. SOBRE A ORIGEM DOS SEDIMENTOS.............................................................. 16

3.1. PRIMEIRA HIPTESE: SEDIMENTOS ORIUNDOS DA BACIA CONTRIBUINTE ................. 17 3.1.1. OCUPAO URBANA E INDUSTRIAL ...................................................................... 17 3.1.2. ESGOTOS E RESDUOS SLIDOS .......................................................................... 21 3.1.3. EROSO DA CALHA DOS RIOS .............................................................................. 23 3.2. SEGUNDA HIPTESE: SEDIMENTOS ORIUNDOS DO BOTA-FORA DO PORTO .............. 24 3.2.1. SOBRE AS OBRAS DE DRAGAGEM DO PORTO ....................................................... 25 3.3. SOBRE O PROCESSO DE DEPOSIO DE SEDIMENTOS NA BAA DE SEPETIBA .......... 29 4. METODOLOGIA ADOTADA ................................................................................. 32

4.1. SISTEMA DE MODELOS ADOTADOS ......................................................................... 32 4.2. CONSIDERAES SOBRE O MODELO HIDRODINMICO ............................................. 35 4.2.1. CONDIES DE CONTORNO DO MODELO HIDRODINMICO ..................................... 36 4.3. MDULO DE TRANSPORTE ADVECTIVO DIFUSIVO, TIPO LAGRANGEANO ................... 37 4.3.1. CONDIES DE CONTORNO PARA O MODELO DE TRANSPORTE LAGRANGEANO .... 39 4.3.2. SOBRE A CARACTERIZAO DAS FONTES CONTAMINANTES .................................. 39 4.4. MDULO DE GERAO DE ONDAS ......................................................................... 40 5. MODELAGEM DA BAA DE SEPETIBA .............................................................. 42

5.1. DOMNIO MODELADO ............................................................................................. 42 5.2. MALHA DE ELEMENTOS FINITOS ............................................................................. 43 5.3. DADOS DE ENTRADA ............................................................................................. 44

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5.3.1. BATIMETRIA........................................................................................................ 44 5.3.2. RUGOSIDADE EQUIVALENTE DO FUNDO................................................................ 45 5.3.3. MAR ................................................................................................................. 46 5.3.4. VENTOS ............................................................................................................. 48 5.3.5. CONDIO INICIAL .............................................................................................. 51 5.3.6. CONDIES DE CONTORNO................................................................................. 52 5.3.7. OUTROS PARMETROS ....................................................................................... 53 5.4. MODELO DE GERAO DE ONDAS .......................................................................... 54 5.5. MODELAGEM DE TRANSPORTE .............................................................................. 54 5.5.1. CONDIES PARA MOBILIDADE DE SEDIMENTOS NO FUNDO .................................. 55 5.5.2. SOBRE TRANSPORTE CONDICIONADO NO SISBAHIA ............................................ 58 5.6. CENRIOS DE SIMULAO ..................................................................................... 60 5.6.1. CENRIOS CSF E CSF VS .................................................................................. 60 5.6.2. CENRIOS BF E BF VS........................................................................................ 63 5.6.3. CENRIO 7R ...................................................................................................... 63 6. RESULTADOS OBTIDOS E ANLISE................................................................. 65

6.1. SOBRE A CIRCULAO HIDRODINMICA ................................................................ 65 6.2. CIRCULAO RESIDUAL EULERIANA ..................................................................... 66 6.3. MAPAS DE TENSES NO FUNDO E MOBILIDADE DE SEDIMENTOS DEVIDO SCORRENTES DE MAR ..................................................................................................... 68

6.4. ONDAS DE VENTO NA BAA DE SEPETIBA ............................................................... 72 6.5. TENSES OSCILATRIAS E MOBILIDADE DE SEDIMENTOS NO FUNDO DEVIDO AODE ONDAS DE VENTO ...................................................................................................... 75

6.6. MOBILIDADE DE SEDIMENTOS POR AO CONJUNTA DE ONDAS E CORRENTES ........ 77 6.7. DERIVA CONDICIONADA DE SEDIMENTOS................................................................ 80 6.7.1. TRANSPORTE DE SEDIMENTOS ORIUNDOS DA BACIA CENRIOS CSF ................. 80 6.7.2. TRANSPORTE DE SEDIMENTOS DO BOTA-FORA DO PORTO CENRIOS BF........... 83 6.7.3. TRANSPORTE SIMULTNEO DE SEDIMENTOS ORIUNDOS DOS PRINCIPAIS RIOS DABACIA CENRIO 7R ...................................................................................................... 88

7. 8.

CONCLUSES...................................................................................................... 90 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ..................................................................... 93

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ndice de Figuras Figura 1 - Imagem de satlite da Baa de Sepetiba. ...................................................... 3 Figura 2 - Trecho assoreado da Praia de Sepetiba (extrada em Dez/2004 de: www.serla.rj.gov.br/serlagoa_sepetiba.asp)................................................................... 6 Figura 3 - Delimitao da bacia contribuinte Baa de Sepetiba [1].............................. 8 Figura 4 - Reproduo da Carta Nutica 1622, edio de 1999; o crculo vermelho indica a localizao do Porto na Baa de Sepetiba. ..................................................... 15 Figura 5 - Vista area do Porto de Sepetiba ................................................................ 15 Figura 6 - Parte da bacia contribuinte baa de Sepetiba, destacada em amarelo, utilizada para anlise de ocupao urbana. ................................................................. 18 Figura 7 - Variao relativa da populao entre 1996 e 2000 na regio destacada. ... 19 Figura 8 - Lixo e esgoto comumente jogado num dos canais que desgua em Barra de Guaratiba (foto de Junho/2007, cedida pelo prof. Cludio Neves)............................... 22 Figura 9 - Um dos maiores areais da Baixada, no municpio de Seropdica (fonte: www.globo.com/rjtv). .................................................................................................... 23 Figura 10 - Os pescadores afirmam que a lama veio para as praias depois que a companhia Docas, que administra o Porto de Sepetiba, alargou o canal para que grandes embarcaes pudessem entrar e sair (fonte: www.globo.com/rjtv)................ 25 Figura 11 - Regio dragada do canal de acesso e bota-fora (EIA/RIMA n82,1997- [3]). ...................................................................................................................................... 28 Figura 12 - Mapa de distribuio espacial de sedimentos na Baa de Sepetiba em porcentagem de argila (vermelho), silte (azul) e areia (amarelo) em amostras coletadas pela FEEMA em 41 pontos do corpo hdrico. [2] .......................................................... 30 Figura 13 Malha de elementos finitos definida para o domnio modelado. ............... 43 Figura 14 - Mapa de batimetria..................................................................................... 45 Figura 15 - Mapa de rugosidade................................................................................... 45 Figura 16 - Srie temporal de elevao para 90 dias devido a mar astronmica. ..... 47 Figura 17 - Dados de intensidade e direo do vento para o ms de Maro/2007. ..... 49 Figura 18 - Dados de intensidade e direo do vento para o ms de Abril/2007......... 50 Figura 19 - Dados de intensidade e direo do vento para o ms de Maio/2007. ....... 51 Figura 20 - Hidrograma do Canal de So Francisco a jusante da Estao de Tratamento do Guandu................................................................................................. 53 Figura 21 - Diagrama de Shields modificado, no qual a tenso crticao

= (u*/ ),

pode ser obtida diretamente das caractersticas do sedimento e da gua. ................. 56

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Figura 22 - Tenso crtica para mobilidade, funo do dimetro do gro em unidades

o,

em gua salgada (

= 1025 kg/m), em

, conforme Tabela 8, calculada pelo

diagrama de Shields modificado................................................................................... 56 Figura 23 Diviso do hidrograma do canal de So Francisco em 3 perodos de vazes constantes. ....................................................................................................... 61 Figura 24 - Velocidade residual Euleriana em mar de sizgia. ................................... 67 Figura 25 - Velocidade residual Euleriana em mar de quadratura. ............................ 67 Figura 26 - Distribuio da tenso mdia no fundo causada por corrente de mar enchente de sizgia....................................................................................................... 68 Figura 27 - Distribuio da tenso mdia no fundo causada por corrente de mar vazante de sizgia. ........................................................................................................ 69 Figura 28 - Distribuio da tenso mdia no fundo causada por corrente de mar enchente de quadratura................................................................................................ 69 Figura 29 - Distribuio da tenso mdia no fundo causada por corrente de mar vazante de quadratura.................................................................................................. 70 Figura 30 - Mapa de isolinhas de probabilidade de transporte condicionado por corrente, de sedimentos com tenso crtica para mobilidade superior a 0,15 N/m2. Em verde, destaca-se a regio do bota-fora do Porto. ....................................................... 71 Figura 31 - Exemplo da variao do clima de ondas ao longo de um dia. A seqncia de 3 figuras retrata a variao das 01:00h s 09:00h, a cada 4 horas, no dia 13/Maro/07. Os ventos geradores das ondas esto na Figura 17.............................. 73 Figura 32 - Exemplo da variao do clima de ondas ao longo de um dia. A seqncia de 6 figuras retrata a variao das 13:00h s 21:00h, a cada 4 horas, no dia 13/Maro/07. Os ventos geradores das ondas esto na Figura 17.............................. 74 Figura 33 - Distribuio de tenses oscilatrias no fundo causadas por ondas geradas por ventos em situao de meia mar enchente de sizgia.......................................... 75 Figura 34 - Distribuio de tenses oscilatrias no fundo causadas por ondas geradas por ventos em situao de meia mar vazante de sizgia............................................ 75 Figura 35 - Distribuio de tenses oscilatrias no fundo causadas por ondas geradas por ventos em situao de meia mar enchente de quadratura. ................................. 76 Figura 36 - Distribuio de tenses oscilatrias no fundo causadas por ondas geradas por ventos em situao de meia mar vazante de quadratura..................................... 76 Figura 37 - Distribuio de tenses oscilatrias no fundo causadas por ondas e correntes em situao de meia mar enchente de sizgia. .......................................... 78 Figura 38 - Distribuio de tenses oscilatrias no fundo causadas por ondas e correntes em situao de meia mar vazante de sizgia.............................................. 78

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Figura 39 - Distribuio de tenses oscilatrias no fundo causadas por ondas e correntes em situao de meia mar enchente de quadratura. ................................... 79 Figura 40 - Distribuio de tenses oscilatrias no fundo causadas por ondas e correntes em situao de meia mar vazante de quadratura. ..................................... 79 Figura 41 Partculas remanescentes na gua para o cenrio CSF vs aps 90 dias de simulao...................................................................................................................... 80 Figura 42 Zona de sedimentao do cenrio CSF vs aps 90 dias de simulao.... 81 Figura 43 Isolinhas de % no tempo de passagem de partculas para o cenrio CSF vs aps 90 dias de simulao....................................................................................... 81 Figura 44 - Partculas remanescentes na gua para o cenrio CSF aps 90 dias de simulao...................................................................................................................... 82 Figura 45 - Isolinhas de % no tempo de passagem de partculas para o cenrio CSF aps 90 dias de simulao. .......................................................................................... 82 Figura 46 - Partculas remanescentes na gua e zona de sedimentao para o cenrio BF vs aps 30 dias de simulao. ................................................................................ 83 Figura 47 - Partculas remanescentes na gua e zona de sedimentao para o cenrio BF vs aps 60 dias de simulao. ................................................................................ 84 Figura 48 - Partculas remanescentes na gua e zona de sedimentao para o cenrio BF vs aps 90 dias de simulao. ................................................................................ 84 Figura 49 - Isolinhas de % no tempo de passagem de partculas para o cenrio BF vs aps 90 dias de simulao. .......................................................................................... 85 Figura 50 - Nuvens classificadas de partculas de areia, silte e argila aps 30 dias de simulao no cenrio BF. ............................................................................................. 86 Figura 51 - Nuvens classificadas de partculas de areia, silte e argila aps 60 dias de simulao no cenrio BF. ............................................................................................. 86 Figura 52 - Nuvens classificadas de partculas de areia, silte e argila aps 90 dias de simulao no cenrio BF. ............................................................................................. 87 Figura 53 - Isolinhas de % no tempo de passagem de partculas para o cenrio BF aps 90 dias de simulao. .......................................................................................... 87 Figura 54 - Partculas na gua para o cenrio 7R aps 64 horas de simulao.......... 88 Figura 55 - Partculas na gua para o cenrio 7R aps 90 dias de simulao. ........... 89 Figura 56 - Isolinhas de % no tempo de passagem de partculas para o cenrio 7R e zona de sedimentao aps 90 dias de simulao. ..................................................... 89

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ndice de Tabelas Tabela 1 - Municpios integrantes da bacia contribuinte baia de Sepetiba fonte SEMADS Macroplano de Gesto e Saneamento Ambiental, 1998. [1].......................... 8 Tabela 2 - Distribuio da populao nas RA do municpio do Rio de Janeiro pertencentes bacia de Sepetiba. ............................................................................... 18 Tabela 3 - Comparativo de nmero de domiclios particulares permanentes entre 1991 e 2000 (fonte: Censo de 1991 e 2000, dados extrados do IPP).................................. 19 Tabela 4 Variveis obtidas quando da gerao de clima de ondas no SisBAHIA [9]. ...................................................................................................................................... 41 Tabela 5 - Informaes da malha fornecidas pelo SisBAHIA....................................... 44 Tabela 6 - Constantes harmnicas - catlogo de Estaes Maregrficas Brasileiras FEMAR ......................................................................................................................... 47 Tabela 7 - Vazes dos principais rios que desguam na baa. .................................... 53 Tabela 8 - Tenses crticas para mobilidade de sedimentos arenosos na BTS, baseada na funo de Shields. ................................................................................................... 57 Tabela 9 - Tenses crticas adotadas e faixa de transporte probabilstico para tolerncia igual a 20%. ................................................................................................. 62 Tabela 10 - Concentrao efluente de cada fonte no cenrio 7R [1]. .......................... 64

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1. Introduo Na regio nordeste da baa de Sepetiba, no Estado do Rio de Janeiro, especialmente ao longo do litoral do municpio de Sepetiba, verifica-se significativo processo de assoreamento por material predominantemente coesivo (lama). A populao local acredita que o assoreamento est vinculado s obras de dragagens do Porto de Sepetiba, sua bacia de evoluo, reas acostveis e principalmente de seu canal de acesso. Entretanto, uma anlise preliminar indica ser mais provvel que os sedimentos que assoreiam a praia de Sepetiba e cercanias so originados na bacia contribuinte baa. Esta hiptese baseada principalmente no aumento de carga slida que despejada diariamente na bacia, observados nos ltimos 30 anos. Contribuiu para isso a mudana da forma de ocupao do solo na bacia, conseqncia da expanso industrial em direo a baixada de Sepetiba, do aumento populacional e da falta de infra-estrutura adequada para acompanhar este processo. Foram investigados efeitos de alteraes em diversos aspectos da bacia de Sepetiba sobre a contribuio de descarga slida que chega baa pelos rios. Dentre estes aspectos, esto aqueles que possam causar poluio ou aumento de carga slida contribuinte ao corpo dgua costeiro, como uso do solo, crescimento populacional, presena de redes de drenagem e coletora de esgotos, presena de indstrias, eroso das margens dos rios da bacia e retificaes de calha de rios. Considerou-se tambm a hiptese defendida pelos pescadores da regio, de que os sedimentos dos depsitos de assoreamento tm origem na regio destinada ao botafora das obras de dragagem do Porto de Sepetiba, que estariam sendo constantemente mobilizados para coluna dgua e sendo transportados pelas correntes para as praias. Para isso, foram utilizadas informaes sobre as dragagens realizadas no Porto, como volume e caractersticas do material dragado, e reas de retirada e de disposio final deste material. Desta forma, o estudo proposto, de cunho ambiental, consiste em estabelecer condies de mobilidade para os sedimentos da baa, bem como cenrios de transporte de sedimentos na baa, considerando as duas hipteses acima, e obter, atravs de modelagem computacional, uma tendncia de deposio de sedimentos.

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Para se estabelecer condies para mobilidade do sedimento da baa, foram observados o tipo de sedimento que se encontra l depositado, sendo estabelecidos critrios, com base na prtica usual de engenharia costeira, para ressuspenso de tais sedimentos, sendo feitas algumas consideraes pertinentes sobre o corpo hdrico. O principal parmetro considerado foi a tenso de atrito no fundo crtica para mobilidade. As simulaes em modelagem computacional que sero apresentadas foram obtidas atravs do sistema de modelos SisBAHIA Sistema Base de Hidrodinmica Ambiental - desenvolvido na rea de Engenharia Costeira e Oceanogrfica do Programa de Engenharia Ocenica, e na rea de Banco de Dados do Programa de Engenharia de Sistemas e Computao, ambos da COPPE/UFRJ. Tais simulaes englobam a hidrodinmica local, o efeito de ventos na gerao de ondas na baa e o efeito conjunto de ondas e correntes de mar na tenso de atrito observada no fundo da baa. Tambm foi levada em conta a velocidade de sedimentao dos sedimentos em suspenso na baa, tanto dos que chegam pelos rios da bacia, como daqueles que possam ter sido mobilizados na regio do bota-fora do Porto. Este ltimo parmetro foi inserido na simulao do transporte Lagrangeano de partculas na gua, que apresenta com o um de seus resultados, a tendncia de deriva dos sedimentos transportados pela circulao hidrodinmica. A simulao do transporte Lagrangeano permite ainda obter dados probabilsticos de passagem de partculas transportadas sobre as regies de interesse durante todos os 90 dias de simulao. Assim, a partir da anlise dos resultados obtidos, deseja-se chegar a um diagnstico qualitativo da provvel origem do problema, indicando a principal origem do atual processo de assoreamento na regio. Deseja-se, com isso, que este estudo sirva de contribuio no sentido de orientar e motivar estudos que envolvam decises do futuro ambiental da Baa e da Bacia de Sepetiba.

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2. Caractersticas da Regio Neste item ser feita uma breve apresentao da atual situao da Baa de Sepetiba e bacia contribuinte sob os aspectos que sero considerados no estudo, destacando a presena do Porto de Sepetiba.

2.1. A Baa de Sepetiba Localizada na regio sudoeste do Estado do Rio de Janeiro, a Baa de Sepetiba um corpo dgua que comunica-se com o oceano Atlntico por meio de duas passagens: na parte oeste, entre os cordes de ilhas limitadas pela ponta da Restinga da Marambaia e, na extremidade leste por meio de pequenos canais com baixas profundidades que desguam na Barra de Guaratiba. Com aproximadamente 470 km2 de rea e 3,25 x 109 m3 de volume de guas, apresenta zonas estuarinas e de mangue, que constituem criadouro natural para as diversas espcies de moluscos, crustceos e peixes existentes neste ambiente. Apresenta ainda 49 ilhas e ilhotas. A restinga da Marambaia uma imensa barragem de areia que, apesar se seus poucos metros acima do nvel do mar, funciona como um dique, isolando a baa. Tem 40 km de extenso e largura mxima de 5 km.

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Baa de Sepetiba

Oceano AtlnticoFigura 1 - Imagem de satlite da Baa de Sepetiba.

A distribuio de salinidade nas guas da baa sofre influncia significativa das correntes de mar, que trazem guas do oceano, e do aporte fluvial do canal de So Francisco. De forma geral, a salinidade est compreendida entre 20 e 34%, sendo que o fundo da baa (parte mais a leste) e as reas costeiras apresentam salinidade

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inferior a 30%. Na parte central, e prximo ao cordo rochoso de Jaguanum, a salinidade varia entre 30 e 34%. A baa de Sepetiba apresenta caractersticas sedimentolgicas diversas: so encontrados bancos arenosos, siltosos e argilosos. Os sedimentos dominantes so finos, argilo-siltosos e areno-slticos, sendo que cerca de 70% da rea de distribuio dos sedimentos composta de silte e argila. Em alguns trechos os sedimentos so arenosos e mais grosseiros, principalmente nas seguintes reas: prximo s reas onde se faz a ligao com o mar; ao longo da restinga; junto foz do canal de So Francisco, onde se forma pequeno delta e atuam processos fluviais [1]. Embora os sedimentos grosseiros permaneam constantes, a distribuio dos sedimentos finos (silte e argila) alterou-se longo dos anos. Observa-se, atualmente, a formao de um assoreamento extenso nas desembocaduras dos rios em direo a Barra de Guaratiba e tambm grande parte da baa tem um acrscimo sedimentar no tamanho dos sedimentos. As taxas de acumulao nos ltimos 20 anos vm variando de forma crescente, apresentando de 0,10 2,00 cm/ano, no limite da rea de distribuio de argila, at 0,40 1,2 cm/ano nos bancos de assoreamento. Altas taxas de acmulo de argila na rea nordeste causaram mudanas na linha de costa da Baa, com progradao de 400 m em direo contrria desde 1868. [2] Os processos de acumulao de sedimentos em reas costeiras podem ser afetados pela atividade humana, sendo assim modificados em seu balano natural. A baa de Sepetiba, uma rea rica de ecossistemas naturais como a Baa de Sepetiba e seu cordo de manguezais, tem recebido durante anos, junto s suas margens, rejeitos domsticos na forma de esgotos e lixo, bem como rejeitos industriais constitudos de altas concentraes de metais pesados, principalmente o zinco e o cdmio. Atualmente, sofre com problemas de eutroficao 1, especialmente em pequenas enseadas, nas reas mais prximas linha de costa e nas reas de influncia das desembocaduras dos rios, afetada diretamente pela poluio orgnica. A presena de metais pesados nos sedimentos depositados na baa significativa. Considerando uma taxa mdia de sedimentao de 1 cm/ano para a Baa de Sepetiba,1

Aumento da quantidade de nutrientes disponveis no ambiente causado pelo lanamento de

dejetos humanos nos corpos d`gua. Permite grande proliferao de bactrias aerbicas, que consomem rapidamente todo o oxignio existente na gua.

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pode-se estimar que, a partir dos 40 cm comeam a aparecer evidncias de contaminao nas camadas de sedimento por metais pesados, crescente at a superfcie [2]. Pode-se relacionar essa contaminao com o incio das atividades da Cia. Mercantil Ing na regio. A indstria, situada na ilha da Madeira desde 1966, realizava o beneficiamento de zinco e lanava os rejeitos slidos e lquidos do processo no antigo mangue, constitudo por um brao dgua do Saco do Engenho. Por esta razo, a Ing considerada responsvel, pela presena de zinco e cdmio nos sedimentos da baa de Sepetiba [2]. Como soluo para os problemas de poluio, foram implantados sistemas de conteno na bacia de acumulao de resduos e estao de tratamento de seus efluentes. Porm, tais sistemas de conteno no so suficientes na preveno de vazamentos acidentais, principalmente quando da ocorrncia de fortes chuvas. Em fevereiro de 1996 ocorreu um acidente, provocado por altos ndices pluviomtricos na regio, que resultou no extravasamento de parte desse resduo. Vazaram 50 milhes de litros de resduos txicos para a baa de Sepetiba, com conseqncias detectadas atravs do monitoramento do sedimento, gua e principalmente na biota aqutica. Outro significativo vazamento ocorreu em 2005, tambm devido s fortes chuvas. A quantidade de zinco nos sedimentos de superfcie na Baa de Sepetiba era, em 2005, 300 vezes maior que a tolerada pelo Conselho Nacional do Meio Ambiente, segundo o Instituto de Qumica da UFRJ. As concentraes mais altas esto prximas fonte de lanamento, com distribuio decrescendo de forma acentuada, no sentido leste, devido predominncia das correntes, do tipo de sedimento existente e a rpida adsoro aos sedimentos finos em suspenso. J o cdmio apresenta uma distribuio mais uniforme em toda a rea da baa de Sepetiba, tendendo a permanecer por mais tempo na gua dissolvido em virtude de sua menor capacidade de se adsorver aos slidos, o que permite maior mobilidade no ambiente. Observa-se que, medida que, aumenta o percentual de areia, as concentraes tendem a decrescer de forma gradual.

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H ainda uma relao que pode ser estabelecida entre a presena de metais pesados na baa e as obras de dragagens do Porto de Sepetiba. Quando se comparam os dados obtidos na amostragem de fevereiro de 1996, que precedeu s atividades de dragagem, com os resultados da campanha de julho de 1997, pode-se observar uma modificao significativa da qualidade desses sedimentos. A interao de vrias componentes tais como a hidrodinmica da Baa, mobilidade dos metais, variaes entre as fases de mars, a prpria programao de dragagem e a disposio final deste material podem ser indicadores dessas alteraes. No que se refere s praias mais prejudicadas pelo atual processo de assoreamento, observa-se que a praia de Sepetiba, por estar localizada no fundo da Baa, apresenta as caractersticas tpicas de um assoreamento natural e permanente. Nota-se que, nos ltimos 30 anos, houve a elevao do fundo em toda a sua extenso. Segundo informaes da SERLA Fundao Superintendncia Estadual de Rios e Lagoas, o trecho de praia em Sepetiba apresenta uma extenso de 2.000m, dos quais aproximadamente 1.700 encontram-se assoreados, conforme pode ser visto na Figura 2. Informaes recolhidas com pescadores do local indicam que a praia originalmente era composta de areia grossa, similar quela ainda encontrada em poucos trechos da praia, e possua uma faixa de aproximadamente 40 m de largura.

Figura 2 - Trecho assoreado da Praia de Sepetiba (extrada em Dez/2004 de: www.serla.rj.gov.br/serlagoa_sepetiba.asp). Nos primeiros 400m da praia, junto Ponta e Ilha da Pescaria, o assoreamento mais evidente, alargando-se por at 300m, devido s condies de baixas velocidades das correntes marinhas, propiciando um desenvolvimento natural de vegetao de mangue.

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Apesar da degradao lenta da qualidade das guas e dos sedimentos da baa de Sepetiba durante os ltimos 30 anos, seu corpo dgua ainda se constitui em um criadouro natural de vrias espcies de relevante interesse comercial, a citar, o camaro e peixes como a tainha, parati, pescada, pescadinha, corvina, etc. Assim, a atividade pesqueira constitui importante suporte econmico e social para a regio. Existem trs Colnias de Pesca: a de Pedra de Guaratiba, a de Sepetiba e a de Itacuru, com aproximadamente 3.500 pescadores registrados e 1.500 no associados, o que caracteriza um papel importante na economia regional (dados de 2001). Outra atividade econmica importante o turismo, destacando-se as ilhas da Madeira, Martins e Jaguanum, parte da ilha de Itacuru e trs cachoeiras: Mazomba, Itimirim e Bico. Das ilhas inseridas na Baia de Sepetiba, Itacuru apresenta o maior nmero de habitantes fixos e o maior ndice de ocupao em relao s demais.

2.2. A Bacia de Sepetiba A bacia contribuinte baa de Sepetiba, mostrada na Figura 3, possui aproximadamente 2500 km2 de rea, e est inserida em dois conjuntos fisiogrficos distintos: vertente da Serra do Mar e uma extensa rea de baixada, recortada por inmeros rios, composta de 22 sub-bacias. Suas cotas altimtricas variam entre 0 e 1800m, na Serra do Couto. Faz divisa ao norte com a bacia do rio Paraba do Sul. A bacia de Sepetiba, estando localizada no mais importante entorno geoeconmico do Brasil, que abrange as cidades do Rio de Janeiro, So Paulo, Belo Horizonte e Vitria, onde, num raio de 500 km, concentra as maiores atividades scio econmicas da populao, vem, por isso mesmo, sendo considerada uma rea potencialmente catalisadora de desenvolvimento do pais; a regio desponta, ainda, como um dos plos industriais do Estado do Rio de Janeiro. Os municpios integrantes da bacia aparecem listados na Tabela 1. Alm das guas provenientes das sub-bacias hidrogrficas, a bacia de Sepetiba recebe, por transposio de bacia, parte das guas do rio Paraba do Sul, aproximadamente 160 m3/s, que so desviadas na barragem de Santa Cecilia, vindo depois atingir o Ribeiro das Lajes, um dos formadores do rio Guandu e do canal de So Francisco.

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Figura 3 - Delimitao da bacia contribuinte Baa de Sepetiba [1]. Tabela 1 - Municpios integrantes da bacia contribuinte baia de Sepetiba fonte SEMADS Macroplano de Gesto e Saneamento Ambiental, 1998. [1]

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2.2.1. Histrico A baixada de Sepetiba formada por uma plancie cujas terras foram doadas no incio do sculo XVIII Companhia de Jesus, contribuindo para a sua primeira ocupao efetiva [4]. Os padres jesutas que viveram na bacia entre 1616 e 1759, iniciaram as obras de saneamento dos rios. poca foram realizadas obras hidrulicas de dragagem, retificao de canais, comportas e obras civis como pontes e edificaes. Foram abertas a Vala do It e a Vala do So Francisco para extravasar as guas do Guandu e ainda uma ponte com quatro comportas. Aps a expulso dos jesutas, todas as obras foram abandonadas, e a paralisao dos trabalhos de manuteno acarretou o assoreamento dos cursos dgua, ocorrendo inundaes peridicas em toda a baixada. Pouco foi realizado at que Getlio Vargas, em 1933, criou a Comisso de Saneamento da Baixada Fluminense, que traou planos com a finalidade de dessecar as terras encharcadas e promover a colonizao das reas conquistadas, atravs da agricultura [6]. Entre 1935 e 1941, o DNOS (Departamento Nacional de Obras e Saneamento), executor de aes da Comisso, realizou obras em praticamente todos os trechos fluviais de baixada. Entre as obras de saneamento, foram executadas diversas obras de engenharia hidrulica, como a abertura de canais de irrigao, retificao de trechos e canalizao de rios. Foram tambm executados cerca de 80km de diques marginais, sistemas de comportas, desvios de gua para irrigao, canais de cintura e podles (reas de alagamento contida por diques), representando 270km de canais, 620km de valetas e 50km de diques erguidos [1]. Em termos ambientais, estas obras eliminaram ou reduziram drasticamente as vrzeas alagadas. A bacia foi tambm objeto de grandes obras de gerao de energia. Em 1905 foi construda a Barragem e o Reservatrio de Lajes, no Ribeiro das Lajes, bem como a Usina Hidreltrica de Fontes, executada pela Cia Light, cujo canal de fuga descarrega no Ribeiro das Lajes, que mais a jusante vai formar o rio Guandu. Com a crescente urbanizao, aumentou a demanda por energia eltrica, de modo que em 1952 foram concludas obras de desvio do Rio Paraba do Sul-Pira, e em 1954 inaugurava-se a usina subterrnea de Nilo Peanha, passando o conjunto de

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Ribeiro das Lajes a constituir, na poca, o maior centro produtor de energia do pas. A movimentao desta usina s se tornou possvel graas s guas desviadas do Rio Paraba do Sul, em Santa Ceclia, com uma vazo de 160m3/s, que aps movimentarem as turbinas, escoam para o Ribeiro das Lajes, no rio Guandu e canal de So Francisco. Em 1952, foram iniciadas as obras de captao, tratamento e aduo de guas do rio Guandu para reforo do suprimento da cidade do Rio de Janeiro. Assim deu-se a construo do chamado Sistema Guandu, que deveria produzir 13,8 m3/s, sendo posteriormente ampliado para 24 m3/s. No perodo de 1978/82, foi novamente ampliada para 40m3/s aps a fuso dos estados da Guanabara e do Rio de Janeiro. Em 2000, a capacidade do Sistema j havia sido ampliada para aduo de 47m3/s e tratamento de 42m3/s [1]. No entanto, tais obras no foram acompanhadas de um eficiente programa de colonizao, incentivo e apoio tcnico por parte do governo federal que gerasse a ocupao agrcola pretendida, ficando a maior parte da regio da baixada sub-utilizada ou abandonada. Com a decadncia da citricultura associada ao xodo rural no pas, esse quadro resultou, j nos anos 50, numa desenfreada especulao imobiliria da regio. A criao e venda de loteamentos no respeitavam as mnimas condies de habitabilidade, constituindo-se em cidades dormitrios para um grande contingente populacional de baixa renda, que vinha na sua maioria do interior e do Nordeste em busca de trabalho na ento capital da Repblica. A crescente impermeabilizao dos solos com o advento dos ncleos urbanos, em grande escala modificaram as caractersticas dos canais de irrigao que passaram a ser elementos importantes para o escoamento de guas pluviais. Com o decorrer do tempo, cresceu ainda mais o nmero de ocupaes, a essa altura, de forma totalmente irregular avanando sobre reas sem infra-estrutura urbana, prxima aos cursos d`gua, dentro de reas destinadas ao espraiamento dos rios e at nas suas calhas, fazendo com que a regio que originariamente j era rea de inundao tivesse suas condies agravadas, tornando praticamente incuas as obras de saneamento do DNOS.

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Dessa forma, os cursos dgua da regio, tanto aqueles primitivamente existentes como os canais executados posteriormente, passaram a fazer parte do sistema geral de drenagem da rea. Acrescente-se a esta funo o fato de servirem como corpo receptor e condutor dos despejos domsticos e industriais dos ncleos urbanos existentes ou a serem implantados. Em meados da dcada de 90, a prefeitura detalhou projetos de dragagem e canalizao dos rios da Baixada de Sepetiba, iniciando sua implementao. O projeto, realizado pela Concremat Engenharia e Tecnologia S.A., abrangeu toda a extenso dos canais do It, Guandu, So Fernando, sendo este ltimo desviado para o canal do Guandu, alm de diversos outros rios de menores dimenses.

2.2.2. Principais Cursos dgua da Bacia Como visto, devido s inundaes constantes a que estava sujeita a regio por causa de sua topografia plana, desde o sculo XVII os rios que desguam na baa de Sepetiba vm sendo retificados, dragados, canalizados, unidos por vales, etc. Portanto, a maioria apresenta, atualmente, seus baixos cursos bastante modificados em relao ao que eram originalmente. Na baixada da baa de Sepetiba, os rios sofrem influncia dos regimes das mars, e apresentam condies de degradao avanada. O perodo de guas altas vai de dezembro a maro, ocorrendo as maiores vazes em janeiro. O perodo de guas baixas vai de junho a setembro, como vazes mnimas em julho. A precipitao mdia anual na bacia situa-se entre 1.000mm e mais de 2.230mm [2]. Em relao qualidade do ecossistema, pode-se dizer que os rios menos degradados apresentam melhor qualidade de gua nos seus altos cursos e em regies de ocupao rarefeita. Todavia, os rios que atravessam as reas urbanizadas mais densamente povoadas, so verdadeiras canalizaes de esgoto a cu aberto, recebendo grandes contribuies de esgotos domsticos e, tambm, de despejos industriais e lixo. As informaes contidas nos itens que se seguem foram extradas, em sua maioria, das referncias [4] e [6].

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Rio Guandu e Canal de So Francisco O rio Guandu basicamente alimentado pelas guas do rio Paraba do Sul, que atravessam as cidades de So Paulo e Rio de Janeiro, atravs de transposio de bacia por bombeamento em Santa Ceclia, Municpio de Barra do Pira. No Ribeiro das Lajes, o rio Guandu tem a melhor qualidade de gua da bacia e fonte de abastecimento pblico com captao da CEDAE na ETA-Guandu. Sua vazo natural de 20 m3/s. Entretanto, aps a descarga da barragem de Ponte Coberta, no ribeiro das Lajes, tem as suas vazes aumentadas, variando de 120 a 330 m3/s, de acordo com o regime operacional da usina hidreltrica. Pouco montante da ponte da antiga estrada Rio-So Paulo, onde o Guandu se divide em dois braos, h barragens da CEDAE que fazem parte da estrutura de captao do Sistema Guandu. No brao leste encontra-se a Lagoa do Guandu, corpo dgua formado por uma das barragens. Nesta lagoa desembocam o Rio dos Poos e o Ipiranga, ambos bastante poludos por esgoto, efluentes industriais e lixo. Foi relatado que ocorrem mortandades de peixes e por diversas vezes a operao de bombeamento foi interrompida para deixar passar, conforme depoimentos de tcnicos da CEDAE, a onda de lixo. Apesar da poluio proveniente do rio Paraba do Sul se fazer presente no rio Guandu de forma atenuada, fato devido ao tempo de trnsito das guas e sedimentao nos reservatrios do sistema Rio Light, considera-seque a maior ameaa tomada dgua da CEDAE, no rio Guandu se deva s atividades humanas exercidas na prpria bacia hidrogrfica, visto que o impacto provocado por esta poluio muito mais imediato, no existindo qualquer mecanismo de mitigao de acidentes e/ou contaminao sistemtica. Pouco antes de adentrar o canal de So Francisco, prximo margem direita, em rea pertencente Bacia do Rio da Guarda, est uma zona de concentrao de areais de cava. H indcios de que algumas estejam bastante prximas ao curso dgua, podendo ocasionar a contribuio de sedimentos para o Rio Guandu. O canal de So Francisco segue por 15 km at desaguar na Baa de Sepetiba, cruzando reas agrcolas e no trecho final, o Distrito Industrial de Santa Cruz. Suas

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margens so tomadas de estreitas faixas de macrfitas. A gua barrenta, h sinais de solapamento de barranca. O desge do canal de So Francisco na Baa de Sepetiba se d prximo a desembocadura do Rio da Guarda. A zona da foz revestida por manguezais e nela encontra-se um delta em formao. Uma considervel expanso demogrfica, associada a um desenvolvimento industrial intenso e diversificado, contribuiu para a sua extrema vulnerabilidade enquanto manancial, resultando em problemas de poluio de origem industrial e domstica, bem como no risco de poluio por acidentes com produtos de alta periculosidade. As margens do rio Guandu e de seus tributrios tm sido tradicionalmente usadas como rea de vazadouro de lixo urbano, por vrias municipalidades ribeirinhas. Superpondo-se e complementando o quadro das fontes de agresso, acrescenta-se a ao de desmatamento e o conseqente desequilbrio, onde se incluem a eroso, o empobrecimento do solo, o assoreamento e as enchentes.

Rio Mazomba - Cao No passado, o Rio Mazomba era o principal formador do Rio da Guarda. O DNOS realizou, em 1941, a derivao as guas do Rio Mazomba para o Rio Cao. O Rio Mazomba e seus afluentes foram todos dragados nessa poca, e posteriormente, passando a constituir um rio isolado, o Mazomba-Cao. O alto curso do rio Mazomba caracterizado por leito rochoso, margens ngremes, em sua maior parte desprotegidas, com muitas residncias estabelecidas. No seu baixo, curso o rio , inicialmente, largo e extremamente raso, com grande quantidade de sedimentos na calha, passando em seguida a mais aprofundado e com largura menor. Verifica-se deposio de lixo em alguns trechos de suas margens e contribuio de esgoto no seu leito. Em determinado ponto o rio verte suas guas em dois canais, o Rio Cao e o Canal Arapucaia. O fluxo do rio segue pelo Rio Cao at desaguar em um manguezal a oeste da Ilha da Madeira. O Canal Arapucaia, com pouco mais de 2km, tem sua foz nas imediaes do Porto de Sepetiba, e aparentemente est todo obstrudo e no atua mais como extravasor de guas.

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Prximo foz do Rio Cao encontra-se instalada a Ing Mercantil, que a indstria com maior passivo ambiental de toda a bacia, conforme mencionado anteriormente.

Rio da Guarda O Rio da Guarda era um afluente do baixo curso do Guandu. Grande parte da rea central e inferior era inundada, onde formavam-se vrias lagoas. Durante as obras do DNOS, todos os rios desta sub-bacia foram desobstrudos, dragados e canalizados. A proximidade com o litoral aliada baixa declividade e ao assoreamento, favorece a ocorrncia de enchentes. Diversos pontos de estrangulamento, acarretados por aterros e fundaes para a construo das pontes do sistema rodo-ferrovirio, agravam a situao. Alguns dos afluentes deste rio so verdadeiras valas negras. Um deles, o Valo dos Bois, um longo canal que apresenta guas escurecidas e lixo, encontra-se bastante assoreado, contribuindo para isso a falta manuteno em seu leito, os aterros das margens, o lanamento de lixo e, nas ltimas dcadas, o lanamento de rejeitos da atividade de minerao de areia.

Rio Piraqu O Rio Piraqu-Cabuu nasce como o nome de Gatos no Parque Estadual da Pedra Branca, e percorre cerca de 23km, atravessa o grande centro de Campo Grande, rea de alta densidade populacional, at desaguar na Baa de Sepetiba. Na regio de sua desembocadura, forma um extenso manguezal. Quando das obras de canalizao e dragagem dos rios da bacia de Sepetiba, teve seu alinhamento pouco alterado em relao ao existente.

2.3. Porto de Sepetiba Inaugurado em 1982, o Porto de Sepetiba est localizado em parte no Municpio de Itagua e tambm no Municpio de Mangaratiba, na costa norte da Baa, ao sul e a leste da Ilha da Madeira. Ocupando uma rea de 10,4 km2, e administrado pela Companhia Docas do Rio de Janeiro. Possui terminais para cargas a granel (minrio, carvo, enxofre, alumnio, etc...) e containeres.

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Encontra-se em uma regio que, num raio de 500km, concentrava em 2005, cerca de 70% do PIB brasileiro, segundo o ento presidente da Firjan, Augusto Franco.

Figura 4 - Reproduo da Carta Nutica 1622, edio de 1999; o crculo vermelho indica a localizao do Porto na Baa de Sepetiba.

Em 1997 teve incio a fase de ampliao do porto com o objetivo de transform-lo no primeiro Hub Port (porto concentrador de carga) do Atlntico Sul. Para isto, j foram realizadas obras de dragagens que, hoje, permitem que o porto tenha capacidade para receber grandes navios intercontinentais (cape size), apropriados para o transporte de minrios, gros, containeres e, futuramente, permitiro tambm o transporte de carga geral. Isto s foi possvel devido realizao de vultosas dragagens para o aprofundamento do canal, o que normalmente significa uma interveno potencialmente poluidora devido ao revolvimento dos sedimentos e possvel remobilizao de metais, alm de um aumento significativo de futuras atividades, igualmente com elevado potencial poluidor.

Figura 5 - Vista area do Porto de Sepetiba

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As preocupaes ambientais em relao qualidade de gua da baa tornaram-se maiores devido ao projeto dos governos Estadual e Federal de ampliao e modernizao do Porto de Sepetiba. Este novo porto, graas sua caracterstica nica de possuir guas abrigadas, deve ser capaz de receber, depois das obras de dragagem, grandes navios intercontinentais (cape size), apropriados para o transporte de minrios, gros, containers e, num futuro prximo, o transporte de carga geral. As operaes de dragagem na Baa de Sepetiba ocasionaram um espalhamento dos sedimentos finos, silte e argila ocorrendo, consequentemente, a redistribuio de sedimentos contaminados por metais pesados. A ampliao e a modernizao do Porto de Sepetiba constituem, at hoje, metas de desenvolvimento dos governos Federal e Estadual. O PAC Programa de Acelerao do Crescimento , do atual governo Lula, prev incentivos para a regio ligada s atividades do Porto, e investimentos em infra-estrutura para interlig-lo s principais rodovias federais. Alm de investimentos no Plo Petroqumico de Itabora, e programas de habitao e saneamento, cabendo s prefeituras elaborar os projetos.

3. Sobre a Origem dos Sedimentos Para investigao das causas da atual situao de assoreamento na baa de Sepetiba, foi feita uma anlise detalhada de alguns fatores que podem ter contribuies significativas para o problema no que diz respeito origem dos sedimentos. Primeiramente, sero destacados fatores como a mudana da forma de ocupao do solo na regio da bacia contribuinte a baa de Sepetiba, o aumento da descarga slida lanada na baa, principalmente atravs de seus rios, bem como a eroso na calha dos mesmos. Todos eles esto relacionados a alteraes na bacia, e sero analisados como uma nica hiptese, onde considera-se que a contribuio de carga slida da bacia seja a principal causa do assoreamento no litoral da baa. Em seguida, sero analisados outros fatores, que, por sua vez, esto relacionados s obras de dragagem do Porto de Sepetiba. A obra de maior vulto realizada foi a dragagem do canal de acesso, e deve ser levada em conta devido ao volume de material dragado e possibilidade dos mesmos terem sido mobilizados para a coluna dgua. Esta hiptese sustentada pela maioria dos pescadores que trabalham nas

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praias de Sepetiba e cercanias, que foram prejudicados no desenvolvimento de suas atividades pelas conseqncias geradas pelo assoreamento. Ambas as hipteses consideradas sero analisadas neste captulo, e posteriormente sero utilizadas em simulaes da hidrodinmica local e do transporte de sedimentos realizadas atravs de modelagem computacional. So estas simulaes que vo dizer em qual das hipteses consideradas os sedimentos tm maior chance de atingir a regio assoreada.

3.1. Primeira Hiptese: sedimentos oriundos da bacia contribuinte Os processos de acumulao de sedimentos em reas costeiras podem ser afetados pela atividade humana, sendo assim modificados em seu balano natural. O aumento desordenado da populao, o grande volume de resduos industriais e o uso, ainda que moderado, de agrotxicos nas atividades agrcolas, representam fontes poluidoras para as guas da bacia. Considera-se nesta hiptese que a principal causa do assoreamento da Baa de Sepetiba esteja relacionada ao aumento da produo de carga slida na bacia que lanada no copo hdrico. As razes que sustentam esta hiptese so apresentadas nos itens a seguir.

3.1.1. Ocupao urbana e industrial Para auxiliar a anlise da ocupao urbana da bacia contribuinte baa de Sepetiba, foram utilizados dados dos censos demogrficos de 1991 e 2000, realizados pelo IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatstica, extrados de mapas elaborados pelo IPP Instituto Pereira Passos para a regio pertencente ao municpio do Rio de Janeiro. A Tabela 2 mostra como a distribuio populacional aumentou de 1970 a 1991 nas Regies Administrativas de Guaratiba, Campo Grande e Santa Cruz, que correspondem parte da do Municpio do Rio de Janeiro que contribui para a Baa de Sepetiba, destacada com uma linha amarela na Figura 6.

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Tabela 2 - Distribuio da populao nas RA do municpio do Rio de Janeiro pertencentes bacia de Sepetiba.

N habitantes (x mil) em cada ano RA 1970 1980 1991

Campo Grande 100 a 200 200 e 300 Mais de 300 Santa Cruz Guaratiba 50 a 100 At 50 100 e 200 At 50 200 e 300 50 e 100

Figura 6 - Parte da bacia contribuinte baa de Sepetiba, destacada em amarelo, utilizada para anlise de ocupao urbana.

Nas figuras que se seguem, que apresentam dados separados por bairros, foi destacada a parte que est inserida na bacia de interesse, conforme Figura 6, que corresponde rea drenante ao litoral leste da baa, at o limite do municpio de Santa Cruz, prximo ao desge do canal de So Francisco. Pela Figura 7 abaixo, nota-se que houve crescimento da populao em quase toda a regio em destaque do ano de 1996 a 2000. A bacia abrigava em 1996 uma populao estimada em 1,33 milhes de habitantes, da qual cerca de 60% concentrada na regio destacada, poro pertencente ao Municpio do Rio de Janeiro [1].

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Figura 7 - Variao relativa da populao entre 1996 e 2000 na regio destacada.

O aumento da ocupao urbana pode ser notado tambm pelo nmero de domiclios particulares permanentes, que teve um acrscimo de 46% entre os anos de 1991 e 2000, conforme Tabela 3.Tabela 3 - Comparativo de nmero de domiclios particulares permanentes entre 1991 e 2000 (fonte: Censo de 1991 e 2000, dados extrados do IPP).

Ano 1991 2000

Domiclios particulares permanentes 15114 27907

importante ressaltar que os dados de distribuio de renda nesta regio (censo de 2000) mostram que sua maior parte ocupada por pessoas que, em mdia, no recebem mais que 9 salrios mnimos por ms, sendo que boa parte dos moradores no ultrapassa os 4 salrios mnimos mensais. Este fato denuncia a desvalorizao do local, uma das conseqncias da ocupao do solo ter ocorrido de forma desordenada e com o aumento da concentrao

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populacional em torno das sedes municipais, no tendo sido acompanhado dos devidos investimentos em infra-estrutura, particularmente no setor de saneamento bsico. O aumento da carga slida que chega baa de Sepetiba observado nos ltimos anos pode ser relacionado expanso industrial na direo oeste da regio metropolitana. O aumento do nmero de oportunidades de emprego e o baixo preo da terra loteada acarretaram um significativo crescimento populacional na regio hidrogrfica. A poltica de polarizar o crescimento industrial para reas menos congestionadas levou o Governo do Estado a criar na regio os distritos industriais de Santa Cruz, Campo Grande, Nova Iguau e Itagua. J sendo considerada um importante plo industrial do estado, a bacia de Sepetiba responsvel pelo lanamento de vrias substncias potencialmente txicas na baa, destacando-se os metais pesados. Entre as indstrias destaca-se, inicialmente a Cia Mercantil Ing, em situao falimentar, que tem, em termos de passivo ambiental, um peso considervel sobre o ecossistema da regio da Baia de Sepetiba. Seus estoques de resduos, acumulados h mais de 30 anos no local de produo, ameaam e fragilizam o equilbrio ecolgico da Baa de Sepetiba, sendo de responsabilidade da empresa a contaminao dos sedimentos marinhos por metais pesados. importante considerar que o movimento das mars pode transportar para a zona estuarina os poluentes presentes nas guas da bacia, provenientes da Ing, como tambm de outras empresas. Na poca em que ainda operava, a administrao da Ing tinha a inteno de transferir os resduos para um local de disposio final, localizado em Seropdica a cerca de 25 km da fonte geradora, que foi licenciado pela FEEMA, apesar da opinio contrria daquela municipalidade. Porm, o processo falimentar da indstria interrompeu a implantao das medidas de controle e deixou um passivo ambiental significativo s margens da Baa de Sepetiba, cuja soluo de manejo adequado precisa ser encontrada, visto que se constitui em uma fonte de contaminao do lenol fretico, por percolao no solo, e em funo da lixiviao gerada pelas guas.

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Outra indstria que merece ser citada a COSIGUA Companhia Siderrgica Guanabara. Em termos de poluio hdrica, responde por 94% do potencial de toxicidade de efluentes lquidos do conjunto do setor industrial da Bacia, decorrente, tanto pela combinao dos tipos de poluentes inerentes ao setor siderrgico, quanto pela magnitude da vazo de efluentes lquidos por ela lanados no canal de So Francisco, em torno de 119.000 m3 / dia. O Distrito Industrial de Nova Iguau constitui-se em outra grande ameaa tomada dgua do Guandu, principalmente devido a sua localizao, a apenas 7 km a montante da captao, estando a desembocadura do rio Queimados, seu corpo receptor, a apenas 300 metros da tomada dgua, no existindo, portanto, tempo suficiente para mistura completa de suas guas com as do rio Guandu. Esse rio recebe os dejetos da rea urbana de Queimados e est na zona de influncia de projetos agrcolas. As reas drenantes Baia de Sepetiba, situadas a jusante da captao do Guandu, esto sujeitas influncia crescente de atividades urbanas e industriais da regio do Grande Rio. Pode-se considerar uma concentrao populacional, localizada principalmente na rea urbana, de cerca de 1,7 milhes de habitantes. Estes fatores resultam em srio comprometimento do solo e, maior ainda, dos corpos dgua. O crescimento populacional, aliado ao desenvolvimento industrial, alm da poluio inerente, trouxe tambm questes como a destruio dos ecossistemas perifricos Baa, os aterros, o uso desordenado do solo e seus efeitos impactantes, em termos de assoreamento, sedimentao e inundao. Todos esses fatores afetam a vocao natural da regio para o turismo e a pesca, que so ambos diretamente afetados pelas alteraes no meio ambiente que vm sofrendo a bacia. No contexto scio-econmico atual, a regio pode ser considerada em fase transitria em relao ao potencial industrial. Nesse processo, o que se projetar deve ser pensado de forma bastante abrangente, do contrrio, os usos pesqueiro e turstico podero vir a criar conflitos.

3.1.2. Esgotos e resduos slidos Atualmente, estima-se uma populao da ordem de 1.6 milhes habitantes, cujos esgotos domiciliares produzidos degradam diretamente a qualidade sanitria das

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guas que fluem no lenol fretico (guas subterrneas mais prximas ao nvel do solo) atravs de sistemas individuais de fossas spticas e sumidouros ou, quando lanados sem tratamento em vales, crregos ou rios acabam afetando a qualidade das guas, no somente destes, mas, da prpria Baa de Sepetiba, que o receptor final.

Figura 8 - Lixo e esgoto comumente jogado num dos canais que desgua em Barra de Guaratiba (foto de Junho/2007, cedida pelo prof. Cludio Neves).

A grande parte dos municpios, compreendidos na bacia da Baa de Sepetiba, no conta com servios de coleta de resduos slidos. Observam-se os baixos ndices de atendimento de coleta de lixo urbano, e mais precria ainda a situao de disposio final desses resduos, sendo comum o lanamento em lixes, que em grande parte esto localizados s margens dos rios e em encostas e prximos a aglomeraes urbanas, resultando em uma grave degradao ambiental. A situao mais grave encontrada a do lixo de Japeri. Nas reas desprovidas de esgotamento sanitrio, situao em que se encontra a maior parte da bacia, os efluentes so conduzidos a fossas spticas individuais, geralmente sem sumidouro, ou, na maioria dos casos, para as galerias de guas pluviais, acarretando o lanamento direto para valas ou para fundos de vale e cursos de gua locais. Alm disso, a ocupao urbana da bacia do rio Guandu contribui significativamente para a poluio do rio e seus afluentes, traduzido principalmente pelos altos teores de coliformes fecais encontrados. Devido presena de esgotos sanitrios e de resduos slidos urbanos, a regio contribuinte Baa de Sepetiba vem sofrendo srios problemas de sade pblica.

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3.1.3. Eroso da calha dos rios A regio da baixada de Sepetiba formada por uma extensa plancie flvio-marinha, atravessada por rios que desembocam na baa, vindo a formar as plancies costeiras juntamente com a Restinga de Marambaia. As declividades acentuadas das encostas, os elevados ndices de pluviosidade e a degradao da cobertura vegetal proporcionam alta suscetibilidade eroso por movimentos de massa (escorregamento de solo e rocha, quedas de blocos e lascas de rocha) deixando cicatrizes erosivas associadas a esses eventos [1]. Durante muito tempo, a estratgia da engenharia fluvial e hidrulica esteve orientada no sentido de retificar o leito dos rios para que suas vazes fossem dirigidas para jusante pelo caminho mais curto e com maior velocidade de escoamento. Dentre os objetivos principais destacam-se obras realizadas por presses exercidas pelo aparecimento de novas reas de ocupao e outras implantadas para minimizar os efeitos locais das cheias. A invaso das reas marginal dos rios fez tambm, com que os processos de eroso e desbarrancamento promovessem o aumento da vazo slida nos cursos dgua, causando o assoreamento em trechos dos rios com menor velocidade de escoamento e tambm nos seus deitas. Alm, disso, a atividade de extrao de areia na sub-bacia do rio Guandu vem se processando de forma inadequada, com destruio das margens originais, induzindo a um processo contnuo de alteraes do alinhamento, com largura aumentada e aprofundamento da calha dos rios, com modificaes graves no regime hidrulico, formao de bolses e abertura de crateras no leito do rio, como mostrado na Figura 9.

Figura 9 - Um dos maiores areais da Baixada, no municpio de Seropdica (fonte: www.globo.com/rjtv).

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Em 1979, estudo promovido pela SERLA atestou que a retirada de areia era indiscriminada, chegando em certos trechos a exaurir a capacidade de reposio do rio, prosseguindo ento com o solapamento das margens. Ainda de acordo com o estudo, a atividade provoca o rebaixamento do fundo da calha, abalando obras de arte e alterando as condies de fluxo dos rios. Ultimamente a atividade de extrao de areia no leito e nas margens do rio Guandu vem alterando as suas sees transversais provocando sensveis modificaes do ecossistema aqutico. Todo o rio Guandu e o canal de So Francisco sofrem os efeitos da explorao de areia, que, em alguns pontos, promove a desfigurao da calha, desmontando a barranca e abrindo buracos e enseadas laterais. Durante o processo de extrao h a liberao de grande quantidade de particulado fino em suspenso, que fica por muito tempo disponvel na coluna dgua, sendo facilmente transportado. Outras fontes de agresso, como a ao de desmatamento e suas conseqncias, onde se incluem a eroso, o empobrecimento do solo, o assoreamento, as enchentes e as secas, vm contribuindo ainda mais para a degradao do ecossistema.

3.2. Segunda Hiptese: sedimentos oriundos do bota-fora do Porto Em virtude do volume de material dragado, a obra de dragagem do canal de acesso deve ser considerada ao se fazer um estudo de assoreamento na Baa de Sepetiba, tendo em vista a possibilidade dos sedimentos terem sido mobilizados para a coluna dgua. Alm disso, por se tratar de obras de grande vulto, e consequentemente pela possibilidade de haver um grande impacto ambiental associado, a mesma chamou a ateno dos moradores das regies assoreadas, em especial da maioria dos pescadores que trabalham naquelas praias (Figura 9), que fazem uma associao direta entre tais obras e o atual processo de assoreamento das praias.

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Figura 10 - Os pescadores afirmam que a lama veio para as praias depois que a companhia Docas, que administra o Porto de Sepetiba, alargou o canal para que grandes embarcaes pudessem entrar e sair (fonte: www.globo.com/rjtv).

As atividades de dragagem causam um aumento da turbidez da gua, que um dos indicadores potenciais de impacto no ecossistema assim como a ressuspenso dos sedimentos, e pode provocar vrios tipos de efeitos adversos. Isso inclui o transporte de sedimento e a possibilidade dos contaminantes adsorvidos migrarem da rea dragada para outras no contaminadas, a liberao de nutrientes, depleo do oxignio dissolvido na gua, remobilizao de contaminantes e a diminuio da produtividade primria, devido reduo da transparncia da coluna dgua. Impactos nos organismos bentnicos podem ocorrer com relativa e menor importncia no local de dragagem, do que no local de disposio final. Deve-se considerar que as obras de dragagens, em especial aquelas mais prximas da costa, onde o sedimento muito fino com uma parte significativa de matria orgnica adsorvida, disponibilizam e mobilizam para a coluna dgua parte desta contaminao. Na Baa de Sepetiba foram observados fenmenos de grandes floraes de algas nos veres de 1997 e 1998, modificando a cor da baa [2]. Aps as obras de dragagem, verificou-se que os percentuais de argila e silte aumentaram na parte noroeste da Baa em estaes onde predominantemente encontrava-se um percentual muito maior de areia, aumentando assim a quantidade de metais adsorvidos. Na rea de acesso ao Porto de Sepetiba, foi verificada contaminao por metais nos locais onde foram efetuadas as dragagens. Cdmio e zinco apresentaram um aumento de concentrao na parte nordeste, prximo a Pedra de Guaratiba. Como avaliao preliminar pode-se dizer que houve um espalhamento geral de contaminantes dos sedimentos.

3.2.1. Sobre as obras de dragagem do Porto As informaes contidas aqui foram obtidas atravs das referncias [3], [7] e [13].

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O Porto de Sepetiba, j existente para carga a granel (minrio, carvo, enxofre, etc...), iniciou sua fase de ampliao, com previso de recebimento de navios de cabotagem de at 150.000 toneladas, tendo sido necessria a realizao de vultosas obras de dragagem, para o aprofundamento do canal, o que significa uma interveno potencialmente poluidora, devido ao revolvimento dos sedimentos e possvel remobilizao de metais e, tambm, um aumento significativo de futuras atividades, igualmente com elevado potencial poluidor. Durante as obras de dragagem do canal de acesso, que visavam permitir o acesso ao porto de navios de maior deslocamento, dois tipos de dragas foram utilizadas: autotransportadoras de arrasto, do tipo Hopper, e de suco e recalque. O primeiro tipo, por ser bastante verstil, comumente utilizado em dragagem de manuteno de canais de acesso de portos, e para remoo de materiais moles. So dotadas de cisternas que recebem o material aspirado do fundo por suco e so esvaziadas atravs de portas de fundo no local de descarga. O segundo tipo o mais conhecido, pois opera comumente em regies prximas a costas. Durante a descarga do material dragado em corpos hdricos abertos, como em enseadas e baas, h inicialmente o que se chama de descida convectiva, onde a queda do material determinada pela gravidade, comportando-se como um jato. Quando este jato atinge o fundo, ocorre a formao de uma protuberncia de altura varivel. A maior parcela do material atinge o fundo, formando um depsito, onde os finos do origem a taludes, que podem se estender de dez a cem metros. Logo em seguida inicia-se a disperso passiva, onde os sedimentos finos que permanecem na coluna dgua so dispersos lateralmente, formando uma pluma suspensa por aes da correntes locais, das onda e da mar. As plumas podem perdurar por diversas horas aps a descarga, pois os sedimentos finos apresentam velocidades de sedimentao pequenas. Contudo, observa-se que na prtica apenas uma parcela pequena destes slidos exposta a correntes capazes de desloca-los para fora dos limites do local de deposio projetado. Em longo prazo, o depsito pode se estabilizar ou pode ocorrer o transporte e a redeposio do material erodido no depsito. Os principais fatores que afetam a estabilidade do depsito de sedimentos so a consolidao e a eroso. A consolidao causada pelo peso prprio e, durante este processo, uma parcela da gua retida nos vazios expelida, diminuindo o volume do material dragado. Para

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sedimentos finos, uma reduo de at 50% do volume inicial bastante comum aps a consolidao. Os fenmenos de ressuspenso e eroso podem ser produzidos por correntes, gradientes de densidade, ondas, ventos, trfego de navios e tempestades. Ressalta-se que os sedimentos originados de dragagens hidrulicas possuem um potencial de eroso maior devido ao elevado contedo de gua presente nos mesmos. Eventualmente, o material do depsito pode se estabilizar em um ambiente de baixa energia, ou se integrar no processo natural de transporte de sedimentos da regio. As aes erosivas, medida que as partculas mais finas depostas nas camadas superiores do depsito so deslocadas, tendem a se tornar menos expressivas. Isto acontece porque as partculas inferiores do depsito so mais pesadas e, portanto, menos suscetveis a deslocamentos. Uma vez que o equilbrio atingido, o depsito tende a ser erodido unicamente por grandes tempestades. A questo da disposio de sedimentos dragados na baa de Sepetiba vem sendo estudada h longo tempo. Em 1977, o INPH Instituto Nacional de Pesquisas Hidrovirias juntamente com o IPR Instituto de Pesquisas Radioativas da Nuclebrs/UFMG, estudaram as caractersticas de deposio de sedimentos lanados s guas da Baa com o emprego de sedimentos marcados com traadores radioativos na rea designada para bota-fora de materiais dragados. Alguns outros estudos relacionados aos sedimentos foram realizados na regio. Em 1992, foram elaborados pela Multiservice Estudo e Relatrio de Impacto Ambiental para segunda fase de implantao do porto, que tratava da ampliao o terminal de minrios. Tais documentos foram aprovados pela FEEMA, e contm algumas concluses obtidas com ajuda daquele estudo realizado em 1977. Verificou-se que, por ocasio da disposio de sedimentos dragados, no foi observada significativa poro destes sedimentos permanecendo em suspenso nas guas marinhas receptoras; entre 80 e 100% dos sedimentos descarregados pela draga depositam-se na rea de despejo, e cerca de 60 a 80% tendem a se manter no fundo, na rea de disposio. Os dados referidos acima tambm serviram de base para elaborao, em 1997, do Estudo e do Relatrio de Impacto Ambiental para dragagem do canal de acesso do porto. Neste estudo, tentou-se estabelecer em que condies os materiais dragados

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no canal de acesso, sedimentariam na rea selecionada para bota-fora e se poderia ser dali transportado para outras reas da baa de Sepetiba. Na modelagem da disperso de sedimentos, o volume dragado considerado foi de 17.266.000m3, sendo a rea do bota-fora dividida em 25x45=1125 compartimentos de 100x100m, sendo os centros dos compartimentos externos ligados por um contorno retangular de 2.400x4.400m, conforme Figura 11.

Figura 11 - Regio dragada do canal de acesso e bota-fora (EIA/RIMA n82,1997- [3]).

Verificou-se que os sedimentos dragados se depositariam no solo marinho, e que a zona externa a esse quadriltero que poderia ser influenciada pela sedimentao de partculas oriundas das operaes de despejo, formada por uma faixa de 400x700m ao longo da rea selecionada para bota-fora. Assim, afirmou-se que a rea de influncia das operaes realizadas seria delimitada por um retngulo de 3.200x5.800m. A concentrao de metais pesados no material em suspenso de 2 a 20 vezes maior que em sedimentos de fundo, da a sua importncia como principal carreador de metais na baa. Estudo sobre a dinmica de sedimentos na baa de Sepetiba estimou a velocidade de deposio de partculas em suspenso na regio do bota-fora de cerca de 1 a 4m/dia (aproximadamente 10-5m/s). Assim, uma vez remobilizados pela dragagem, os metais tero grande probabilidade de entrar na cadeia alimentar, enquanto na coluna dgua.

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3.3. Sobre o processo de deposio de sedimentos na Baa de Sepetiba As caractersticas de deposio dependem de processos ocorridos no passado e no presente. Associados a esses processos, o transporte de sedimento e posterior deposio dependem diretamente da quantidade de sedimento disponvel, das correntes marinhas, da densidade das guas e de caractersticas intrnsecas dos sedimentos. A deposio no fundo ocorre por movimentos verticais do material em suspenso na gua e, tambm, por movimentos quase horizontais do sedimento depositado no fundo, que pode entrar novamente em suspenso pela ao das correntes [2]. Nas reas caracterizadas de baixa intensidade de correntes, h ocorrncia de sedimentos mais finos, principalmente do tipo argila/silte. J nas reas de forte intensidade de correntes, h predomnio de sedimentos grossos que podem apresentar diferentes granulometrias. Assim, existe uma correlao entre o tamanho do sedimento, tipo de coeso do fundo e as velocidades das correntes atuantes, ou seja, um somatrio de variveis que atuam de forma interativa na dinmica sedimentar, influenciando na relao e na taxa de deposio dos sedimentos. o que se observa na Figura 12, onde verifica-se um maior percentual de sedimentos de granulometria mais grosseira na entrada principal de guas na baa, onde a intensidade das correntes no permite que o material fino permanea no fundo por muito tempo; j a regio entre a ilha de Jaguanum at o interior da Baa apresenta um quadro diverso, onde predominam sedimentos mais finos, devido principalmente correntes mais fracas atuantes nesta regio.

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Figura 12 - Mapa de distribuio espacial de sedimentos na Baa de Sepetiba em porcentagem de argila (vermelho), silte (azul) e areia (amarelo) em amostras coletadas pela FEEMA em 41 pontos do corpo hdrico. [2]

Na baa de Sepetiba, intervenes na bacia hidrogrfica e na prpria baa vm ocorrendo de modo a produzir efeitos que alteram os padres de sedimentao e, com isso, mudanas nas taxas de sedimentao. sedimentos superficiais. Sabe-se que a distribuio dos sedimentos finos na baa vem sendo alterada. Ultimamente, as partculas de argila cobrem uma rea muito maior do que a previamente encontrada e relatada pela literatura especfica. Com isso, forma-se uma regio de assoreamento nas desembocaduras dos rios, com no tamanho dos sedimentos devido matria orgnica aderida. Como conseqncia, j se observa mudanas na linha de costa da Baa, conforme citado anteriormente. Os rejeitos domsticos e industriais, com altas concentraes de metais pesados, tambm afetam o processo de deposio de sedimentos, alterando principalmente sua densidade. Neste estudo, no foram levadas em conta alteraes na densidade do E as mudanas nos processos de acumulao de sedimentos podem ser identificadas por meio de anlises de

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sedimento no que diz respeito influncia que poderia exercer na tenso de atrito necessria para mobilizar uma partcula. Vale ressaltar tambm que, no presente estudo, feita uma anlise do transporte de sedimentos existentes no fundo da baa, conforme apresentado na Figura 12, no sendo levado em conta o lixo slido despejado nos rios, muito embora os mesmos tenham contribuio na contaminao dos sedimentos que l se depositam. O que se quer mostrar aqui a influncia da hidrodinmica local, bem como todos os fatores geradores associados, na definio do local onde os sedimentos em suspenso na baa, independente de sua origem, tendem a se depositar. E para levar em conta estes efeitos, optou-se pela utilizao de modelagem computacional do transporte de sedimentos, sendo realizadas diferentes simulaes com base nas hipteses consideradas. Assim, nos prximos captulos sero definidos os modelos adotados nas simulaes, as condies hidrodinmicas e as caractersticas dos sedimentos utilizados para obteno dos resultados apresentados neste estudo.

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4. Metodologia adotada Foram realizadas simulaes qualitativas de transporte de sedimentos ao longo da costa, com o objetivo de obter uma tendncia de deposio de sedimentos que chegam Baa pelos principais rios da bacia contribuinte, bem como pelo sedimentos mobilizados da regio de bota-fota das obras do canal de acesso do porto para a coluna dgua. Com vistas anlise de aspectos da dinmica sedimentolgica na Baa de Sepetiba, deve-se considerar que as tenses no fundo e mobilizaes dos sedimentos so provocadas pelos seguintes agentes hidrulicos: A ao das correntes causadas por mars e ventos; A ao das ondas geradas por ventos no interior da Baa. A ao apenas das correntes geradas por mars e ventos geralmente no suficiente para mobilizar os sedimentos depositados em baas. As ondas, por causarem movimento oscilatrio no fundo, proporcionam pouco transporte efetivo de sedimentos. Entretanto, a sinergia das ondas com as correntes pode resultar em uma elevada capacidade de transporte de sedimentos. Nesta ao conjunta, as ondas exercem tenses de atrito que podem mobilizar e ressuspender os sedimentos, que ento so facilmente transportados pelas correntes. O critrio fundamental para determinao da mobilidade de sedimentos de fundo consiste na comparao entre a tenso de arrasto no fundo causada pela ao conjunta de correntes e ondas em um dado local, , e a tenso crtica para mobilizao dos sedimentos em questo, o. Se > o admite-se que os sedimentos no local so mobilizados, podendo haver eroso e transporte pelas correntes, caso contrrio os sedimentos permanecem em repouso ou tendem a se depositar.

4.1. Sistema de modelos adotados Os modelos adotados na execuo deste trabalho fazem parte do Sistema Base de Hidrodinmica Ambiental, SisBAHIA, desenvolvido na rea de Engenharia Costeira e Oceanogrfica do Programa de Engenharia Ocenica, e na rea de Banco de Dados do Programa de Engenharia de Sistemas e Computao, ambos da COPPE/UFRJ [11].

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Novas

verses

do

SisBAHIA

tm

sido

continuamente

implementadas

na

COPPE/UFRJ desde 1987, com ampliaes de escopo e aperfeioamentos introduzidos atravs de vrias teses de mestrado e doutorado, alm de projetos de pesquisa. O sistema tem sido adotado em dezenas de estudos e projetos contratados Fundao Coppetec, envolvendo modelagem de corpos dgua naturais. A verso atual do SisBAHIA apresenta as seguintes caractersticas: Modelo Hidrodinmico: Trata-se de um sistema de modelagem de corpos dgua com superfcie livre composta por uma srie de modelos hidrodinmicos, nos quais a modelagem da turbulncia baseada em tcnicas semelhantes quelas empregadas na Simulao de Grandes Vrtices (LES Large Eddy Simulation). O sistema de discretizao espacial otimizado para corpos dgua naturais, permitindo excepcional detalhamento de contornos recortados e batimetrias complexas, como usual em tais corpos dgua. A discretizao espacial preferencialmente feita via elementos finitos quadrangulares biquadrticos. A discretizao vertical da coluna de gua usa diferenas finitas com transformao sigma, de forma que a discretizao completa do domnio resulta em uma pilha de malhas de elementos finitos, uma para cada nvel Z da transformao. O esquema de discretizao temporal se d via esquema implcito de diferenas finitas, com erro de truncamento de segunda ordem. Os resultados podem ser 3D, 2DH (promediado na vertical), ou ambos, dependendo dos dados de entrada. Utilizando esta ferramenta, pode-se simular a circulao hidrodinmica em corpos dgua naturais sob diferentes cenrios meteorolgicos, oceanogrficos, fluviais ou lacustres. Modelo de Transporte Euleriano: um modelo de uso geral para simulao de transporte advectivo-difusivo com reaes cinticas, para escoamentos 2DH, ou em camadas selecionadas de escoamentos 3D, ideal para simular o transporte de escalares que se encontram dissolvidos na coluna de gua, tais como substncias genricas, contaminantes, ou parmetros de qualidade da gua. Por no se aplicar a este caso, conforme explicado mais frente, no item 5.1.2, este modelo no foi utilizado neste trabalho. Modelos de Qualidade de gua: trata-se de um conjunto de modelos de transporte Euleriano, para simulao acoplada de parmetros de qualidade de gua: sal, temperatura, OD-DBO, compostos de nitrognio, compostos de fsforo e biomassa. Tais modelos podem ser aplicados para escoamentos 2DH, ou em camadas selecionadas de escoamentos 3D.

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Modelo de Transporte Lagrangeano: um modelo de uso geral para simulao de transporte advectivo-difusivo com reaes cinticas, para camadas selecionadas de escoamentos 3D ou 2DH. Utiliza o campo de velocidades gerado pelo modelo hidrodinmico, e especialmente adequado para simulaes de derrames de leo ou do campo afastado de plumas de contaminantes. O modelo permite optar por transporte condicionado ou no, podendo ser condicionado por valores mnimos de velocidade, ou de tenso no fundo exercida s por correntes, ou de tenso no fundo exercida conjuntamente por ondas e correntes. Modelo de Transporte Lagrangeano - Probabilstico: acoplado ao modelo anterior, permite obteno de resultados probabilsticos computados a partir de N eventos ou no tempo. Exemplos de resultados: probabilidade de toque no litoral, probabilidade de passagem de manchas ou plumas contaminantes, probabilidade de passagem de manchas ou plumas com concentrao acima de um valor limite, probabilidade de passagem com tempo de vida inferior a um limite dado, etc. Os principais resultados apresentados neste estudo foram gerados a partir deste modelo. Modelo de Gerao de Ondas: um modelo para gerao de ondas por campos de vento permanentes ou variveis. Os campos de vento so supostos uniformes no domnio de interesse. O modelo determina se a gerao de ondas ser limitada pela pista ou pela durao do vento. Permite calcular, ao longo do tempo, a distribuio espacial no domnio de parmetros do clima de ondas gerado tais como: alturas significativas e mdias quadrticas, perodos de pico, tenses oscilatrias no fundo devido a ondas, etc. Todos os modelos so integrados em uma interface amigvel. Sadas grficas e animaes podem ser geradas com modelos rodando. Vrias ferramentas de edio de malha so disponveis na interface. Maiores detalhes tcnicos sobre a formulao dos modelos do SisBAHIA, pertinentes aos esquemas numricos adotados e a sua formulao matemtica, podem ser encontrados nas referncias [10] e [9]. Para a metodologia do trabalho aqui proposto, sero usados os seguintes modelos do SisBAHIA: Modelo Hidrodinmico Modelo de Transporte Lagrangeano e Lagrangeano - Probabilstico Modelo de Gerao de Ondas

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Atravs do modelo hidrodinmico obtm-se as correntes instantneas geradas na Baa por mars, ventos e vazes fluviais, as tenses geradas no fundo e as correntes residuais Eulerianas. J no modelo de transporte Lagrangeano, obtm-se tanto as correntes residuais Lagrangeanas, como as simulaes de tendncia de transporte de sedimentos mais grados junto ao fundo, e de sedimentos mais finos em suspenso na coluna de gua. E, atravs do modelo de gerao de ondas, obtm-se a distribuio espacial das alturas e perodos de ondas e das respectivas tenses oscilatrias no fundo [12]. Os dados de entrada requeridos para uso dos modelos so: mar, ventos, vazo afluente de rios (condio de contorno), distribuio da granulometria mdia dos sedimentos na Baa e definio de tenso crtica para mobilidade.

4.2. Consideraes sobre o modelo hidrodinmico As informaes reunidas neste item foram adaptadas da referncia [11]. Atravs da modelagem hidrodinmica possvel obter em cada instante de tempo o padro de circulao de um corpo dgua. Considerando a extrema complexidade dos sistemas naturais, o conceito de modelagem faz uso de aproximaes que simplifiquem o caso em estudo, centrando a ateno nos principais fenmenos que atuam no corpo dgua. De acordo com os casos de interesse, os modelos hidrodinmicos podem ser: Modelos tridimensionais - Podem se dividir em modelos que incluem ou no termos baroclnicos que representam a influncia de gradientes de densidade no escoamento. Tais modelos possuem as dimenses x, y, z, t. Modelos 3D sem termos baroclnicos so aplicveis a corpos dgua nos quais os escoamentos no sofrem influncia aprecivel de gradientes de densidade. Modelos bidimensionais - So modelos onde feita a promediao das variveis do modelo tridimensional. Podem ser bidimensionais em planta (2DH), e bidimensionais em perfil (2DV). Nos modelos 2DH so promediadas as variveis verticais, restando as dimenses x, y e t. Estes modelos so aplicveis a corpos dgua pouco estratificados tendendo a verticalmente homogneos. Os modelos 2DV se aplicam mais a corpos dgua com variao

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vertical de densidade, onde as promediaes so feitas sobre as variveis laterais, restando as dimenses x, z e t. Modelo Unidimensional - So modelos aplicveis a corpos dgua com seo transversal homognea, possuindo variveis mdias na seo transversal. Possuem dimenses x e t. Os tipos de modelos hidrodinmicos mais adequados para modelagem de um dado problema em um corpo dgua dependem fortemente do tipo de escoamento relevante para o problema em questo, e das caractersticas da estrutura vertical da coluna de gua, principalmente no que tange as condies de estratificao. A modelagem do escoamento para fins de transporte de sedimentos pode ser feita com boa acurcia, sem considerar efeitos baroclnicos (termos de gradientes de presso originados pelas diferenas de densidade). Alm disso, a obteno de condies de contorno adequadas para a parte baroclnica do modelo, bem como sua efetiva calibrao, tambm so consideravelmente mais complexas do que as da parte barotrpica (os termos barotrpicos so aqueles relacionados a variao de nvel a superfcie). No caso especfico da Baa de Sepetiba, a incluso de termos baroclnicos irrelevante, pois trata-se de um sistema estuarino verticalmente homogneo, onde geralmente observa-se condies de esturio parcialmente misturado. Por conseguinte, a incluso de termos baroclnicos na modelagem dos problemas em questo seria injustificvel considerando: o esforo computacional adicional, as dificuldades para obteno de condies de contorno corretas, a inexistncia de dados que permitam uma efetiva calibrao baroclnica, e a pouca significncia de efeitos baroclnicos na circulao geral das baas, principalmente para eventos com escalas temporais inferiores a um a semana.

4.2.1.

Condies de contorno do modelo hidrodinmico

Para o modelo hidrodinmico, h dois tipos bsicos de condies de contorno: as terrestres e as abertas. As condies de contorno terrestres definem as margens do corpo d'gua e os possveis afluentes ou efluentes ao longo das mesmas, sendo necessrio prescrever vazes ou velocidades normais ao contorno nos casos em que houver fluxo. comum

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considerar-se a margem como impermevel, impondo-se valor zero vazo afluente ou efluente naquele elemento da malha. O modelo tambm pode estimar a vazo normal de efluxo e afluxo decorrente de alagamentos laterais. Neste caso, o modelo estima os valores em funo do talude das reas alagveis, que pode ser imposto ou estimado a partir da topo-hidrografia dada. Nos trechos de contorno terrestre representando rios ou canais em afluxo, alm da prescrio da vazo normal ao trecho de fronteira em questo, h tambm que se prescrever a componente tangencial, usualmente zero. A direo do fluxo entrando pela fronteira de terra pode ser calculada automaticamente pelo modelo em funo da geometria local fornecida, ou pode ser imposta. As condies de contorno abertas caracterizam normalmente encontro de massas d'gua, representando um limite do domnio do modelo, mas no um limite real do corpo d'gua. Ao longo das fronteiras abertas usualmente prescreve-se elevaes de nvel dgua. Em situaes de efluxo, basta prescrever uma condio de contorno, que a variao do nvel da gua. Entretanto, nas situaes de afluxo h necessidade de