Manual Procedimentos 2011 - ipef.br · 2.1 Amostra de água do riacho (vertedor) ... o método da...

MANUAL DE PROCEDIMENTOS

Versão 2011

Piracicaba, setembro de 2011

INSTITUTO DE PESQUISAS E ESTUDOS FLORESTAIS

Walter de Paula Lima

Carolina B. Rodrigues

Marco Aurélio F. Lopes

Maureen Voigtlaender

SUMÁRIO

Apresentação .............................................................................................. 3

1. Procedimentos metodológicos para obtenção de dados quantitativos .............................................................................................. 3

1.1 Seleção da microbacia experimental ................................................... 3

1.2 A estação linimétrica ............................................................................ 3

1.3 Equipamentos Básicos ......................................................................... 5

1.4 Coleta de dados quantitativos ............................................................. 6

2. Procedimento metodológico para coleta de amostras de água............. 7

2.1 Amostra de água do riacho (vertedor) ................................................ 7

2.2 Amostra de garrafa de espera .............................................................. 7

2.3 Amostra de Poços Piezométricos ......................................................... 8

2.4 Armazenamento das amostras ............................................................ 8

2.5 Identificação das amostras .................................................................. 9

3. Procedimento metodológico para análise das amostras de água em laboratório .................................................................................................. 9

4. Procedimento metodológico para a limpeza do vertedor .................... 10

5. Registro das atividades florestais ........................................................ 12

6. Referências Bibliográficas .................................................................... 12

3 E-mail: [email protected] – Home page: www.ipef.br/promab

Apresentação O PROMAB (Programa de Monitoramento Ambiental em Microbacias) constitui um dos programas cooperativos do IPEF (Instituto de Pesquisas e Estudos Florestais) e é desenvolvido em parceria entre empresas do setor florestal e o Laboratório de Hidrologia Florestal do Departamento de Ciências Florestais da ESALQ/USP Este “Manual de Procedimentos” foi desenvolvido pela equipe do PROMAB com o objetivo de facilitar a implementação e a manutenção das atividades de campo referentes ao monitoramento das microbacias experimentais e que devem ser incorporadas na rotina das empresas florestais. Vale ressaltar que, embora este manual se baseie em procedimentos científicos, ele não foi elaborado com a pretensão de torná-lo um trabalho de revisão sobre o assunto. Dessa maneira, os métodos e procedimentos aqui propostos contemplam os objetivos do PROMAB e não necessariamente devem ser tidos como regra para outras modalidades de monitoramento hidrológico. 1. Procedimentos metodológicos para obtenção de dados quantitativos 1.1 Seleção da microbacia experimental Para o estabelecimento de uma microbacia experimental, esta deve atender a alguns requisitos básicos de acordo com os seguintes critérios fundamentais:

• Deve ser representativa da geomorfologia da região;

• Ser de dimensão adequada para que tenha fluxo d’água perene;

• Ser representativa do padrão de manejo florestal da empresa e

• Ter condições de acesso adequadas.

Uma vez que é necessária a determinação do balanço hídrico anual das microbacias experimentais, o método da medição da vazão deve ser adequado para permitir a quantificação do deflúvio anual, o qual engloba fluxos superficiais e subsuperficiais da microbacia (Reinhart & Pierce, 1964). Neste sentido, uma crítica que comumente se faz ao método de microbacias é que, não é regra geral encontrar na natureza, microbacias que sejam totalmente impermeáveis, ou seja, que não apresentam vazamentos subterrâneos por rupturas em seu extrato rochoso, o que resultaria em erro no balanço hídrico. Não há como determinar, a priori, estas condições, mas o confronto dos resultados obtidos com a estimativa da evapotranspiração anual por um modelo físico pode permitir uma checagem a posteriori da adequação da área (Cerny et al., 1994). 1.2 A estação linimétrica Todas as microbacias experimentais são dotadas de uma estação linimétrica, ou fluviométrica, construída em concreto armado em um trecho selecionado do riacho. A estrutura física da estação linimétrica consiste da construção de uma seção artificial de controle e medição da vazão. Na Figura 1 pode-se observar a vista frontal de um exemplo de estação linimétrica, com a estrutura do vertedor à esquerda e a comunicação entre a estrutura do vertedor e a estação linimétrica propriamente dita (à direita). Na Figura 2, a mesma estação vista de cima.


Figura 1. Vista frontal de uma estação linimétrica (à direita) e sua comunicação com a estrutura do vertedor (à esquerda) (Reinhart & Pierce, 1964).

Figura 2. Representação esquemática de uma estação linimétrica. Vista superior. (Adaptado de Nelson, 1973).


Um dos principais elementos da estação linimétrica é a parede frontal de concreto, a qual é assentada sobre a camada de impedimento (rocha), e onde é chumbado o vertedor. O vertedor é uma abertura metálica de dimensões conhecidas, sobre o qual a água do curso d’água escoa. Assim, como pode ser observado na Figura 3, a água do riacho chega ao tanque principal de sedimentação e tranquilização de fluxo (A), passa pelo vertedor (B) que está chumbado na parede frontal de concreto (C) e segue pelo poço tranqüilizador (D). Os equipamentos de medição da altura da lâmina d’água ficam instalados na estação (E) ao lado do tanque principal de tranquilização de fluxo.

Figura 3. Estação linimétrica de uma microbacia experimental. (A) Tanque principal de sedimentação e tranquilização do fluxo; (B) Vertedor; (C) Parede frontal de concreto; (D) Poço tranqüilizador; (E) Local de instalação dos equipamentos de medição. 1.3 Equipamentos Básicos Na estação linimétrica são coletados basicamente dados relativos à precipitação e a altura da lâmina d’água do rio. Os dados de precipitação podem ser obtidos por meio de um pluviógrafo, equipamento capaz de registrar a intensidade da precipitação (Figura 4). O registro contínuo da variação da altura da lâmina d’água do riacho pode ser obtido por meio de um sistema bóia-contrapeso ou, mais comumente utilizado, por um transdutor de pressão, acoplado conjuntamente a um dispositivo de armazenamento de dados (datalogger), que pode ser mantido por meio de placas solares dependendo da localização da microbacia (Figura 4).

C B

E

D

A


Figura 4. Pluviógrafo e placa solar (à esquerda) acoplados ao sistema de armazenamento (datalogger) (à direita). A régua linimétrica consiste em um dispositivo que deve ser instalado junto à parede do tanque principal de sedimentação e tranquilização de fluxo (Figura 5).

Figura 5. Régua linimétrica instalada na parede do tanque principal de sedimentação e tranquilização de fluxo. 1.4 Coleta de dados quantitativos Os dados de altura de lâmina d’água devem ser registrados com freqüência de quinze minutos entre uma medição e outra. Os dados de precipitação devem ser registrados na mesma freqüência e de maneira simultânea. Assim, é possível acompanhar a dinâmica do riacho frente à intensidade de determinada precipitação, produzindo resultados confiáveis e condizentes com a realidade. Todos esses dados serão armazenados na datalogger e devem ser descarregados e enviados à equipe do PROMAB mensalmente. Dessa maneira, caso seja detectado algum problema nos sensores, estes podem ser consertados sem a perda de grande quantidade de dados. O valor marcado na régua linimétrica deve ser anotado manualmente, de preferência, semanalmente. Esses dados também devem ser enviados mensalmente à equipe PROMAB. Caso a empresa possua estações meteorológicas automáticas que meçam, por exemplo, precipitação, temperatura, radiação solar, velocidade do vento, etc., desde que disponíveis, esses dados também poderiam ser enviados, sendo utilizados para checar as medições localizadas feitas no vertedor.


2. Procedimento metodológico para coleta de amostras de água 2.1 Amostra de água do riacho (vertedor) Em microbacias experimentais dotadas de vertedor, as coletas de água são realizadas na saída da microbacia, junto ao vertedor (Figura 6). A periodicidade da coleta das amostras afetará diretamente o conhecimento da dinâmica das variáveis físicas e químicas da água do riacho e a consistência da análise estatística dos dados. Assim, no caso das microbacias experimentais do PROMAB recomenda-se que a coleta e a análise de água do riacho sejam realizadas semanalmente. Os parâmetros a serem analisados neste tipo de amostra são: nitrato, fósforo, potássio, cálcio, magnésio, cor, turbidez, sedimentos em suspensão, oxigênio dissolvido, condutividade elétrica, pH e temperatura. Vale ressaltar que esses últimos quatro parâmetros devem necessariamente ser medidos in loco por meio de uma sonda portátil multiparâmetros.

Figura 6. Vertedor e procedimento de coleta de água.

2.2 Amostra de garrafa de espera A Garrafa de Espera consiste em um dispositivo desenvolvido para a coleta de água do riacho como resposta a precipitações que costumam ocorrer poucas vezes ao ano, porém, devido as suas características de duração e intensidade, podem indicar a existência ou não de fontes de escoamento superficial na área da microbacia. Esses dispositivos são instalados na parede do tanque principal de sedimentação e tranquilização de fluxo ou na parede frontal do vertedor (Figura 8). São constituídos por um suporte que contêm uma ou duas garrafas de espera instaladas em alturas diferentes. O mecanismo de funcionamento da garrafa de espera funciona devido à presença de dois orifícios na tampa da garrafa. Um deles fica aberto e no outro coloca-se uma espécie de “respirador” (canudo/mangueira). Assim, quando a água alcançar a garrafa, ela entrará pelo furo enquanto que o ar contido no interior da garrafa sairá pelo “respirador” (Figura 8).


A amostra de água da garrafa de espera deve ser enviada para análise sempre que volume de água coletado for igual ou superior a 500ml. Estas amostras são analisadas individualmente e nunca devem ser misturadas. Nesse tipo de amostra deve ser analisado em laboratório apenas a concentração dos sedimentos em suspensão.

Figura 8. Exemplos de pontos de fixação das garrafas de espera. À direita, detalhe da tampa da garrafa de espera. 2.3 Amostra de Poços Piezométricos Para coletar uma amostra de água do poço piezométrico, deve-se, inicialmente, esgotar a água do poço, ou seja, retirar a água que está parada na tubulação. Este procedimento deve ser realizado com um dia de antecedência à coleta. A coleta de água em poço piezométrico deve ser realizada uma vez ao mês. Os parâmetros a serem analisado são: nitrato, fósforo, potássio, cálcio, magnésio e pH.

2.4 Armazenamento das amostras Independente do tipo de amostra (riacho, chuva, poço, etc.) a água coletada deve ser acondicionada em garrafas de polietileno ou polipropileno, previamente lavadas com solução de HCl 10%, enxaguadas várias vezes com água de torneira e em seguida com água deionizada. Não deve ser utilizado sabão, detergente ou qualquer outro produto além da solução de HCl 10% para lavar as garrafas. No campo, as garrafas que vão ser utilizadas para a coleta devem ser enxaguadas pelo menos três vezes com a água a ser coletada (riacho ou poço). Sempre que possível, deve-se preencher todo o volume da garrafa (500ml) com a amostra de água evitando a presença de ar dentro da garrafa. Este cuidado previne a deterioração da amostra. As amostras devem ser guardadas em geladeira até o envio ao laboratório. NÃO deverão ser congeladas, pois o congelamento altera algumas características físicas da amostra. As amostras devem ser mantidas refrigeradas e enviadas para o laboratório o mais rápido possível e nunca ultrapassando o prazo de 30 dias. O armazenamento incorreto das


amostras pode ocasionar alterações químicas relacionadas com processos de oxidação, redução, precipitação, adsorção e trocas iônicas. O envio ao laboratório deve ser feito em caixas térmicas ou de isopor. Para manter a temperatura adequada durante o transporte deve-se utilizar gelo. 2.5 Identificação das amostras Antes de serem enviadas ao laboratório, as garrafas devem ser identificadas com as informações contidas na Tabela 1. Sugere-se utilizar canetas de retroprojetor para que as anotações não se apaguem das garrafas pela presença de água.

Tabela 1. Informações para cada amostra. Empresa Local Data Nome da microbacia Tipo de amostra *

* Neste campo deve-se anotar a origem da amostra: vertedor, garrafa de espera, água da chuva ou poço piezométrico (1, 2 e 3).

3. Procedimento metodológico para análise das amostras de água em laboratório

Este item visa descrever os equipamentos e métodos de análise de água baseados no “Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater” (1975), utilizados pelo Laboratório de Ecologia Aplicada (LEA) da ESALQ/USP. NITRATO � Método Brucina (pg. 119, Methods for Collection). Baseia-se no fato de que o nitrato reage com a brucina (um alcalóide) em meio ácido produzindo uma solução com coloração amarela. A cor (amarela) produzida é proporcional à sua concentração na amostra, o que permite então, a determinação por colorimetria. Esse método pode ser aplicado para águas incolores contendo até 5,0 mg/L de nitrato. Expresso em: mg L-1 (N–NO3) Equipamento: Determinação = Espectrofotômetro Hitachi – mod. U2001. FÓSFORO � Determinado colorimetricamente, baseada na formação de compostos de cor azul (azul de molibdênio) provocada pela redução do ácido fosfomolibdico pelo ácido ascórbico (Marques, 1961; Catani & Bataglia, 1968; Vetori, 1969). Método do fosfomolibdato, específico para a forma de ortofosfato. Os ortofosfatos presentes na amostra são convertidos a fosfomolibdato pela reação ácida com reagente de molibdato de amônio, que produz coloração azul. Expresso em: mg L-1 Equipamento: Determinação = Espectrofotômetro Hitachi – mod. U2001. POTÁSSIO � Determinados por fotometria de chama, onde a leitura é realizada direto da amostra. Expresso em: mg L-1 Equipamento: Fotômetro de chama Micronal – mod. B462. CÁLCIO E MAGNÉSIO � Determinados por espectrofotometria de absorção atômica em uma solução final de 0,1 % de lantânio.


Expresso em: mg L-1 Equipamento: Espectrofotômetro de absorção atômica Perkin Elmer – mod. AAnalyst 100. COR APARENTE � Determinada por comparação visual de amostras onde se conhece a concentração das soluções coloridas. O método padrão de medição é o da comparação com padrão de cobalto-platina, sendo a unidade de cor produzida por 1 mg/L de platina na forma de íon cloroplatinado. Cor aparente → é a cor conferida da amostra pelas substâncias dissolvidas e em suspensão. Expresso em: PtCo Equipamento: DR2000 - HACH SEDIMENTOS EM SUSPENSÃO � Determinado através de filtração em membrana filtrante 0,45 mícron, seco a 100ºC por 24H e pesado posteriormente. Expresso em: mg L-1 Equipamento: Sistema Manifold – Sistema Micro Filtração – Mod. MFS – mod. KP – 77V Estufa de Secagem e esterilização - FANEM – mod. 315 SE CONDUTIVIDADE ELÉTRICA� Determinada condutivimetricamente, onde a condutividade é medida através de uma ponte de wheatstone na qual a resistência é medida pela resistência da amostra entre dois eletrodos. Os eletrodos estão situados na chamada “célula” de condutividade e guardam entre si uma distância de 1 cm. Expressa em: mS cm-1. Equipamento: Condutivímetro HACH pH � Determinados potenciometricamente - leitura direta Equipamento: peagâmetro Jenway 3020 e bureta digital Turbidez �� é determinada pelo método turbidimétrico. As unidades de turbidez: U.N.T. (unidade nefelométrica de turbidez); U.F.T ou F.T.U (unidade formazina de turbidez) e U.J.T (unidade Jackson de turbidez) são comparáveis entre si. 4. Procedimento metodológico para a limpeza do vertedor Para a limpeza do vertedor é necessário inicialmente desviar a passagem do fluxo de água sobre o tanque de sedimentação, para que se possa fazer a retirada do sedimento. A água é desviada com a abertura do ralo (Figura 9), que permite o escoamento da água pelo dreno. Caso o dreno não seja suficiente para o volume de água do riacho, faz-se necessária a instalação de uma comporta provisória.


Figura 9. Representação esquemática do corte lateral de uma estação linimétrica. (Adaptado de Nelson, 1973). Após a drenagem da água realiza-se a amostragem do sedimento depositado em toda a região que compreende a área entre a parede do vertedor de metal e a barragem para sedimentação. A amostragem pode ser realizada nivelando-se a camada de sedimento de forma que esta fique distribuída uniformemente em toda a área onde será realizada a limpeza. Após o nivelamento é realizada a medição da altura dos sedimentos em diferentes pontos do tanque de sedimentação e coleta-se uma amostra desse material em um recipiente de volume conhecido, o qual será enviado para o laboratório para obtenção da densidade de sedimentos através da secagem desse material (Figura 10).

Figura 10. Medição da altura dos sedimentos no tanque de sedimentação (à esquerda) e amostras do material sedimentado (à direita). Após a realização da amostragem realiza-se a limpeza propriamente dita, com a retirada de todo o material acumulado. A limpeza do vertedor deve ser realizada anualmente, ao final do ano hídrico e antes da realização de operações silviculturais. Neste último caso, a limpeza anterior à operação permitirá que se identifiquem influências das mesmas na produção de sedimentos na microbacia.


5. Registro das atividades florestais É imprescindível que toda prática de manejo florestal realizada na área da microbacia seja devidamente registrada e comunicada ao PROMAB. O registro deve conter o período e o local na microbacia em que a operação foi realizada, bem como a descrição detalhada da operação. Todas essas informações devem ser enviadas para: [email protected] 6. Referências Bibliográficas CERNY, J; M.F.BILLET; M.S.CRESSER. 1994. Element Budgets. Biogeochemistry of Small Catchments: a Tool for Environmental Research. Moldan & Cerny (Eds.). John Wiley: 189-206. NELSON, D.J. 1973. Measurement and sampling of outputs from watersheds. In: Reichle (Ed.), Analysis of Temperate Forest Ecosystems. Springer-Verlag: 258-267. REINHART, K.G. & R.S. PIERCE, 1964. Stream-gaging stations for research on small watersheds. USDA Forest Service, Agriculture Handbook No. 268. 37 p.

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