Qualidade da água

Parte da poluição gerada em áreas urbanas tem origem no escoamento superficial sobre áreas impermeáveis, áreas em fase de construção, depósitos de lixo ou de resíduos industriais e outros. O escoamento superficial da água nesses locais carrega o material, solto ou solúvel que encontra, até os corpos d'água levando, portanto, cargas poluidoras bastante significativas. Além disso, a impermeabilização leva ao aumento do número de vezes em que a bacia produz escoamento superficial e ao aumento também das velocidades de escoamento, gerando maior capacidade de arraste e, portanto, maiores cargas poluidoras. As redes de drenagem urbana são responsáveis pela veiculação dessas cargas e sabe-se hoje que se constituem em importantes fontes de degradação de rios, lagos e estuários.

A origem da poluição difusa é bastante diversificada, sendo que contribuem: a abrasão e o desgaste das ruas pelos veículos, lixo acumulado nas ruas e calçadas, resíduos orgânicos de pássaros e animais domésticos, atividades de construção, resíduos de combustível, óleos e graxas deixados por veículos, poluentes do ar, etc. Os principais poluentes que são assim carreados são sedimentos, matéria orgânica, bactérias, metais como cobre, zinco, manganês, ferro e chumbo, hidrocarbonetos provenientes do petróleo, tóxicos, como os pesticidas, e os poluentes do ar que se depositam sobre as superfícies. Eventos de precipitação podem elevar as concentrações de metais tóxicos no corpo receptor, até a níveis agudos (Ellis, 1986).

Ligações clandestinas de esgotos, efluentes de fossas sépticas, vazamentos de tanques enterrados de combustível, restos de óleo lubrificante, tintas, solventes e outros produtos tóxicos despejados em sarjetas e bueiros também contribuem para o aumento das cargas poluidoras transportadas pelas redes de drenagem urbana. A poluição gerada pelo escoamento superficial da água em zonas urbanas é dita de origem difusa, uma vez que provém de atividades que depositam poluentes de forma esparsa sobre a área de contribuição da bacia hidrográfica. Cinco condições caracterizam as fontes difusas de poluição (Novotny, 1991):

• lançamento da carga poluidora é intermitente e está relacionado à precipitação;
• os poluentes são transportados a partir de extensas áreas;
• as cargas poluidoras não podem ser monitoradas a partir de seu ponto de origem, mesmo porque sua origem exata é impossível de ser identificada;
• o controle da poluição de origem difusa obrigatoriamente deve incluir ações sobre a área geradora da poluição, ao invés de incluir apenas o controle do efluente quando do lançamento;
• é difícil o estabelecimento de padrões de qualidade para o lançamento do efluente, uma vez que a carga poluidora lançada varia com a intensidade e a duração do evento meteorológico, a extensão da área de produção naquele específico evento, e outros fatores que tornam a correlação vazão x carga poluidora praticamente impossível de ser estabelecida.
  

Impacto da Poluição Difusa em Áreas Urbanas

Efeitos típicos da urbanização incluem a modificação dos canais da macro-drenagem, a alteração das margens e da vegetação ribeirinha, o aumento nas taxas de erosão com conseqüente aumento no assoreamento, a variação nos hidrogramas, com aumento dos volumes e picos de vazão. O escoamento superficial traz poluentes como matéria orgânica, tóxicos, bactérias e outros. Assim, o lançamento da drenagem urbana em corpos d'água introduz modificações que produzem impactos negativos diversos, com conseqüências a curto e a longo prazo sobre o ecossistema aquático. Mesmo quando há apenas alterações das condições físicas do canal para adequação da rede de macrodrenagem, já ocorrem sérias alterações da biota devido à mudança dos habitats. Agrava-se esta situação com as alterações da qualidade da água que usualmente o lançamento da drenagem urbana costuma trazer, alterando-se profundamente toda a estrutura do ecossistema aquático (Osborne e Harris, 1989). Existe hoje a visão de que a preservação da várzea natural, sem grandes alterações da morfologia dos cursos d'água e da vegetação ribeirinha, representa uma forma de controle de enchentes e também da qualidade da água por ser mantida a capacidade assimilativa natural do ecossistema. Preservam-se assim o habitat natural das espécies e, ao mesmo tempo, a capacidade de amortecimento dos picos de cheia.

É claro que a magnitude do impacto causado pelo lançamento da drenagem urbana depende de fatores como o estado do corpo d'água antes do lançamento, sua capacidade assimilativa, e ainda da quantidade e distribuição das chuvas, uso do solo na bacia, tipo e quantidade de poluente arrastado. Os problemas então gerados podem ser subdivididos em seis grandes categorias: alterações estéticas, depósitos de sedimentos, depleção da concentração de oxigênio dissolvido, contaminação por organismos patogênicos, eutrofização e danos devido à presença de tóxicos.

Avaliação das Cargas Poluidoras Geradas pelo Escoamento Superficial Urbano

A poluição por cargas difusas é um fenômeno com origem no ciclo hidrológico. Inicia-se com o arraste dos poluentes atmosféricos pela chuva e o escoamento superficial direto será responsável pelo transporte dos poluentes dispostos sobre a superfície da área urbana até o lançamento final no corpo receptor. A poluição por cargas difusas é um fenômeno aleatório como o evento hidrológico responsável pela sua ocorrência.

As concentrações de poluentes no escoamento gerado variam ao longo do evento hidrológico, assim como variam as vazões. É de se esperar que tais valores formem um "polutograma", com a mesma forma genérica do hidrograma correspondente.

É difícil calcular ou prever a distribuição temporal das concentrações de poluentes, isto é, o "polutograma". Na maior parte dos estudos de poluição por cargas difusas, no entanto, o objetivo principal é a avaliação do impacto do lançamento da drenagem urbana sobre o corpo receptor, e a resposta do ecossistema ao problema geralmente se dá de forma razoavelmente lenta.

Um dos fenômenos discutidos quando se trata de prever "polutogramas" é a ocorrência da chamada carga de lavagem (em inglês, "first flush"). A explicação mais comum é a de que se trata da remoção inicial do material acumulado no período entre chuvas, quer sobre o solo, quer no interior das canalizações, significando que o pico do "polutograma" ocorreria antes do pico das vazões. O fato desta carga de lavagem às vezes ocorrer e outras não, pode estar relacionado com as perdas iniciais no escoamento superficial. Dependendo da rugosidade e do estado de conservação do pavimento, as perdas iniciais são maiores e possibilitam a retenção de uma parte dos poluentes junto com a parcela de água assim acumulada. Dependendo também do volume total escoado e da altura da lâmina formada sobre as superfícies urbanas, esta perda será mais ou menos representativa. É mais freqüente observar-se o fenômeno da carga de lavagem em bacias pequenas do que em bacias maiores. Em grandes bacias, as concentrações de poluentes não decrescem rapidamente à medida que o volume de escoamento aumenta porque áreas distantes podem estar produzindo altos valores de concentração nas suas descargas iniciais que se misturam com os valores já decrescentes dos locais próximos à seção de medição.

A verificação local da ocorrência ou não da carga de lavagem torna-se importante nos casos em que se pretende reter o escoamento superficial urbano em bacias de detenção para o controle de carga poluidora a ser lançada no corpo receptor. Caso a carga de lavagem se verifique, grande parte da carga poluidora estará contida no volume inicial escoado. Esta é a razão pela qual se decidiu monitorar a variação das concentrações ao longo da subida do hidrograma.

Para uma avaliação global do impacto das cargas difusas calcula-se o fator Concentração Média no Evento, o qual tem sido usado para indicar a carga poluidora total que será lançada no corpo receptor. A carga total do poluente produzida durante um evento pode ser obtida através da coleta de diversas amostras ao longo do tempo de duração do escoamento, juntamente com o levantamento do hidrograma.

O estabelecimento da Concentração Média do Evento (CME) como parâmetro indicador do potencial poluidor de cada evento de precipitação traz algumas vantagens como (Novotny, 1992):

• para um mesmo local, as CME's exibem distribuição log-normal; podem ser associadas probabilidades e freqüência de ocorrência;
• é um parâmetro conciso, representando um conjunto de dados muito variável;
• a comparação entre diferentes eventos e diferentes locais é mais fácil de ser feita;

É necessário enfatizar a necessidade da coleta local de dados para que seja possível o diagnóstico correto dos problemas de poluição causados por cargas difusas e também para que as decisões sobre medidas de controle tenham suporte em levantamentos e análises coerentes com a realidade local.

1. Modelo de Qualidade da Água

O modelo de simulação do processo de transporte de poluentes que foi adotado na bacia do Rio Cabuçu de Baixo é o modelo BASINS 2.0 (Better Assessment Science Integrating Point and Nonpoint Sources), de domínio público, desenvolvido pela Environmental Protection Agency (EPA), EUA (referência: EPA,1996 - manual do usuário).

O modelo BASINS é uma ferramenta que possui um sistema integrado de dados espaciais, de qualidade da água, e também de ferramentas de avaliação através de Sistemas de Informações Geográficas (SIG). É um sistema flexível, capaz de realizar análises das mais simples as mais complexas e sofisticadas. Pode ser utilizado para bacias pequenas e também para bacias maiores ou conjunto de bacias.

O Sistema de Informações Geográficas (SIG) proporciona a integração dos dados espaciais da bacia e o modelo de qualidade da água. Isto é muito importante neste projeto, já que se pretende relacionar as cargas poluentes do Rio aro d´água com a ocupação da bacia hidrográfica e ainda fazer uma comparação da geração da poluição difusa de acordo com o tipo de urbanização. Essa integração dos dados espaciais com o modelo é feita pelo programa ArcView 3.0 a, desenvolvido pela Environmental System Research Institute (ESRI). Os modelos de simulação estão integrados através de interfaces diretamente ligadas ao ArcView, possibilitando que qualquer modificação realizada no ArcView, automaticamente será alterada nos modelos.

O modelo BASINS combina seis componentes para proporcionar o maior número de ferramentas necessárias para desenvolver a análise da bacia hidrográfica e sua qualidade da água. Estes componentes estão intimamente ligados e podem ser resumidos nos seguintes itens:

• Dados Físicos da Bacia
• Ferramentas para a avaliação da poluição
• Ferramentas para facilitar a organização da avaliação dos dados como: delineação da bacia, importação de dados, nova classificação do uso e ocupação do solo, entre outros.
• Emissão de relatório de caracterização da bacia; que facilita a compilação e a obtenção de informações dos dados de saída de uma bacia selecionada.
• Modelos de qualidade da água em Rios - QUALE2, Touxirote e NSPM.
• Modelo de poluição difusa - NSPM e o pós- processador dos dados de saída que proporciona a avaliação integrada da bacia e do transporte das cargas poluidoras.

A integração destes componentes permite ao usuário examinar com clareza o impacto dos poluentes de fontes pontuais e difusas.

Os modelos de simulação de qualidade da água incorporados no BASINS são:

• QUAL2E v. 3.2: que é modelo de qualidade da água e eutrofização dos lagos.
• TOUXIROUTE: que é modelo que rastreia os poluentes através de um modelo do aro d´agua.
• NSPM (Nonpoint Source Model): que inclui também o Programa de Simulação Hidrológica (HSPF) versão 11.0 em linguagem FORTRAN. É um modelo para estimar a concentração de poluentes no rio gerada por cargas pontuais e difusas.

Os dados de entrada necessários para o uso do modelo BASINS 2.0 são:

• A base cartográfica da bacia em estudo, como os mapas digitalizados de hidrografia, topografia e o de uso e ocupação do solo.
• Dados hidrológicos da bacia.(chuva e vazão).
• Dados hidráulicos da bacia.(características do canal).
• Dados de qualidade da água como base para as análises que serão desenvolvidas.
• Dados ambientais da bacia. (meio ambiente ao redor da bacia)

2. Simulação de Carga Difusa: modelo nspm (nonpoint source model)

O modelo de qualidade da água do BASINS que será utilizado nesse projeto é o NSPM (Nonpoint Source Model), pois este é um modelo que analisa as fontes de poluição pontual e difusa de forma integrada. E as cargas de poluição são analisadas a partir do escoamento superficial.

O objetivo deste projeto é analisar a poluição gerada na bacia e levada ao rio através do escoamento superficial, como conseqüência de um evento chuvoso. Com a instalação das garrafas de espera obtêm-se a qualidade da água em várias cotas da subida do hidrograma de cheia, e com a ajuda do modelo será feita a análise para comprovar a presença da carga difusa na bacia. O mais importante é a possibilidade de relacionar e quantificar a carga difusa de acordo com o uso e ocupação do solo da bacia, já que a mesma possui diferentes tipos de ocupação (áreas densamente urbanizadas e outras de mata nativa).

O NSPM é um modelo de interface Windows que trabalha com o HSPF versão 11.0. Possui também interface gráfica, que facilita a análise dos dados de saída.

Pode-se realizar diferentes estudos com o NSPM:

• Simulação das condições existentes atuais da bacia e projetar a evolução dos padrões de qualidade da água.
• Simulação de futuros cenários de qualidade da água através das mudanças ocorridas na ocupação da bacia.
• Simulação de várias estratégias para o controle e geração das cargas pontuais e difusas.
• Simulação das ações necessárias para atingir uma meta de padrão de qualidade previamente definida.

Este modelo possui várias ferramentas para a melhor manipulação dos dados de entrada e também para posteriores modificações de cenários e novas análises.

Algumas dessas ferramentas são:

• Possibilidade de mudança na hidrografia da bacia.
• Escolha de séries históricas e dados meteorológicos.
• Mudança nas características hidráulicas.
• Editor de mapas de uso e ocupação do solo.
• Análise dos poluentes.
• Impressão de gráficos, tabelas e mapas.
• Emissão de relatório.

Ainda não foi realizado nenhum teste no modelo NSPM com os dados da Bacia do Rio Cabuçu de Baixo, pois os mapas de entrada ainda estão em fase final de preparação. O modelo já foi testado com os dados de outras bacias hidrográficas. A preparação dos dados de entrada consiste em finalizar os mapas topográficos e de uso e ocupação do solo, e ainda avaliar, através da literatura, as cargas de poluição difusa através das chamadas equações de cargas (Load Function).

Esses valores encontrados na literatura serão inicialmente adotados para, após a calibração ser ajustado o polutograma gerado pelas amostras coletadas e analisadas.

As equações de carga são fórmulas empíricas, mas estimam cargas poluidoras provenientes do escoamento superficial separada das cargas poluidoras pontuais. São aplicadas para todos os fatores que geram a poluição difusa: como deposição atmosférica, sedimentos provenientes de construções civis (erosão), entre outros e possui várias formulações e coeficientes para melhor adequar as equações e obter-se uma boa confiabilidade dos mesmos. Nesta fase do projeto, antes de utilizar o modelo, está sendo realizada a pesquisa para encontrar as melhores equações que descrevam a bacia, para posteriormente começar a gerar os resultados no modelo.