Convênio FINEP: 01.08.0568.00

Referência: 1406/08

Fundo Setorial: Ação Transversal: Previsão de Clima e Tempo – 04/2008.

Projeto: CLIMASUL

Estudo de Mudanças Climáticas na Região Sul do Brasil

Relatório Parcial nº 1

Blumenau, Setembro, 2009

APRESENTAÇÃO

Em 2008 foi proposto o projeto de pesquisa CLIMASUL – Estudo de Mudanças Climáticas da Região Sul do Brasil, que tem por objetivo geral a formação de uma rede cooperativa em pesquisa na área de agrometeorlogia e recursos hídricos visando incrementar o monitoramento hidrometeorológico com foco na evaporação e evapotranspiração, elaborar cenários de mudanças climáticas para a região sul do Brasil e estudar os impactos das mudanças climáticas no regime hidrológico através de modelos de simulação numérica. Envolve instituições universitárias e centros de pesquisas em hidrologia, meteorologia e agrometeorologia dos estados do Paraná, Santa Catarina e Rio Grande do Sul. Os objetivos específicos são: - Elaborar cenários climáticos regionalizados e agrícolas de culturas importante no Sul do Brasil; - avaliar a evolução temporal da evaporação e da evapotranspiração em bacias agrícolas; - avaliar os regimes hídricos quantitativos e qualitativos em bacias hidrográficas com diferentes usos e ocupações do solo; - desenvolver um sistema de classificação da origem e tipo de vórtices ciclônicos. A rede é composta pelas Instituições PROPONENTE: FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE REGIONAL DE BLUMENAU EXECUTORA PRINCIPAL : FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE REGIONAL DE BLUMENAU – FURB CO-EXECUTORAS:

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA - UFSM UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL - UFRGS UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA - UFSC UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ - UFPR EMPRESA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA E EXTENSÃO RURAL DE SANTA CATARINA SA - EPAGRI EMBRAPA TRIGO INSTITUTO AGRONÔMICO DO PARANÁ – IAPAR

INTERVENIENTE TÉCNICO : MINISTÉRIO DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA: INPE. Foram estabelecidas as metas seguintes:

1 Levantamento, análise e armazenamento de dados hidroclimáticos e sedimentológico em bacias hidrográficas;

2 Avaliação de regime e balanço hídrico em diferentes escalas espaciais; 3 Avaliação de parâmetros de qualidade da água em diferentes escalas espaciais; 4 Aplicação de modelos de simulação hidrológica e de qualidade de corpos de águas para

cenários climáticos; 5 Avaliação das incertezas nas estimativas dos parâmetros e processos; 6 Organização e consistência dos dados observados - Região Sul; 7 Elaboração de cenários climáticos atuais e futuros de temperatura do ar e precipitação para a

Região Sul do Brasil; 8 Elaboração de cenários agrícolas para a Região Sul do Brasil; 9 Classificação da origem e tipo de vórtices ciclônicos; 10 Divulgação dos resultados.

As atividades da rede iniciaram em abril de 2009, a partir da primeira reunião dos coordenadores da rede, realizada em Blumenau no dia 7/04/2009. Nesta reunião foi discutido:

1. Apresentação dos participantes 2. Apresentação dos objetivos e sub-projetos 3. Discussão dos procedimentos administrativos envolvidos no projeto: Compras e contabilidade

da FURB 4. Indicação de bolsistas 5. Solicitação de remanejo orçamentário 6. Discussão dos procedimentos metodológicos para desenvolvimento do projeto.

A segunda reunião foi realizada no dia 01/09/2009 em Curitiba, com a seguinte pauta:

1- Execução orçamentária 2- Remanejamentos 3- Metodologia de trabalho em rede: avanços e ajustes dos trabalhos nas equipes. 4- Elaboração do primeiro relatório de acompanhamento da FINEP 5- Assuntos gerais.

A seguir são apresentados os avanços desenvolvidos pelas equipes integrantes do projeto. A descrição é realizada por sub-projeto. Ressalta-se que ainda não são descritos os avanços em termos das metas, pois elas serão obtidas ao longo do projeto.

SUB-PROJETO 1: MUDANÇAS CLIMÁTICAS E CENÁRIOS AGRÍC OLAS NO SUL DO BRASIL

Responsáveis: Hugo José Braga (EPAGRI), Paulo Henrique Caramori (IAPAR) e Anderson Santi (EMBRAPA Trigo)

Interveniente Técnico: José Antonio Marengo Orsini (INPE CCST) SUB-PROJETO 2: BALANÇO HÍDRICO E QUALIDADE DAS ÁGUA S

Responsáveis: Adilson Pinheiro (FURB), Nilza Maria dos Reis Castro (UFRGS), Eloiza Maria Cauduro Dias de Paiva (UFSM)

SUB-PROJETO 3: MODELIZAÇÃO HIDROLÓGICA QUANTITATIVA E QUALITATIVA COM AVALIAÇÃO DE IMPACTOS DAS MUDANÇAS CLIMÁTICAS

Responsáveis: Masato Kobiyama (UFSC) Miriam Rita Moro Mine (UFPR) e Cristóvão Vicente Scapulatempo Fernandes (UFPR) Hugo José Braga (EPAGRI) e Gerson Conceição (EPAGRI) Nilza Maria dos Reis Castro (UFRGS), David Lelinho da Mota Marques (UFRGS), Olavo

Pedrollo (UFRGS) SUB-PROJETO 4: CLIMATOLOGIA DOS VÓRTICES CICLÔNICOS E SEUS IMPACTOS SÓCIO-AMBIENTAIS SOBRE O SUL DO BRASIL

Responsável: Adilson Pinheiro (FURB) e Dirceu Luiz Severo (FURB)

SUB-PROJETO 1: MUDANÇAS CLIMÁTICAS E CENÁRIOS AGRÍC OLAS NO SUL DO BRASIL

Responsáveis: Hugo José Braga (EPAGRI), Paulo Henrique Caramori (IAPAR) e Anderson Santi (EMBRAPA Trigo)

Interveniente Técnico: José Antonio Marengo Orsini (INPE CCST)

1. INTRODUÇÃO

Inúmeras são as especulações de como que as modificações atuais do clima têm influenciado

as atividades agrícolas e hidrológicas de determinadas regiões, assim como na sensitividade, na

capacidade adaptativa e na vulnerabilidade do sistema natural e humano a estas mudanças climáticas.

Considerando que as grandes oscilações climáticas, já perceptíveis em diferentes regiões, não são

lineares nem no tempo e nem no espaço, é de fundamental importância uma cuidadosa análise destas

variações ao longo dos anos passados e também nos dias atuais. Portanto, quanto mais detalhado e

específico for o conhecimento do comportamento das variáveis meteorológicas, tanto em longo prazo

como em curto prazo, melhor podem ser mitigados os possíveis impactos e efeitos prejudiciais a

determinadas regiões.

Emissões excessivas de alguns gases podem provocar mudanças permanentes e irreversíveis,

tanto em nível global quanto regional (IPCC, 2001a e b). Os gases constituintes da atmosfera que

contribuem para o efeito estufa são: o vapor d'água (H2O), o dióxido de carbono (CO2), o metano

(CH4), o ozônio (O3), o óxido nitroso (N2O) e os compostos de clorofluorcarbono (CFC), que atuam

na retenção da radiação de onda longa emitida pela superfície, causando um aquecimento na

troposfera. Em outras palavras estes gases permitem a entrada da luz solar e dificultam a saída do

calor, sendo os responsáveis pela manutenção da temperatura na Terra. É importante salientar que o

efeito estufa atmosférico e altamente essencial à vida; sem este efeito, a Terra não conseguiria

aquecer-se o suficiente para que fosse habitável. A temperatura média do planeta estaria em torno de

18°C negativos, cerca de 32°C inferior a temperatura média atual. Portanto, a intensificação do efeito

estufa que é prejudicial aos ecossistemas. A Revolução industrial marca, de forma muito clara, o

inicio de um processo de transformações progressivas em relação à concentração de gases do efeito

estufa. A Figura 1 ilustra os efeitos do grande aumento na era industrial das emissões antrópicas

(originadas de atividades humanas) de gases do efeito estufa. O tempo de permanência do dióxido de

carbono na atmosfera (CO2) é no mínimo 100 anos; isto significa que as emissões de hoje tem efeitos

de longa duração, podendo resultar em impactos no regime climático. Evidências cientificas apontam

que, caso a concentração de CO2 continue crescendo, a temperatura média da terra irá aumentar entre

1,4 e 5,8ºC até 2100 (Kattenberg et al., 1996). Portanto, se os resultados destas análises climáticas

apontarem a uma tendência de aquecimento da temperatura do ar, assim como alterações nos regimes

de chuva, uma das soluções seria a conscientização da necessidade de mitigar a liberação destes gases,

em especial o CO2. Conseqüentemente, seriam reduzidas as alterações que o clima tem sofrido e

melhor seria o planejamento e aproveitamento das safras agrícolas cultivadas na Região Sul do Brasil.

(Fonte: Adaptado de IPCC, 2001).

Figura 1 – Concentrações atmosféricas de CO2, CH4 e N2O em 1000 anos.

Segundo estudos, muitas das modificações dos microclimas das cidades também são

justificadas por suas diferentes modificações estruturais (construções não apropriadas, uso indevido do

solo, desmatamentos queimadas), que atingem diretamente o clima, tanto em nível regional, como

global. Segundo alguns autores (Karl et al., 1988; Gallo et al., 1996; Kalnay e Cai, 2003), o forte

aquecimento da temperatura do ar, assim como as fortes ocorrências de chuvas, podem ser justificados

por estas variações que ocorrem no meio ambiente. Análises feitas na Amazônia mostram que com o

aumento do desmatamento o clima na região ficaria entre 5% e 20% mais seco, o período de estiagem

poderia ser ampliado em até dois meses, a temperatura subiria de 1,5° a 2,5° C e o ciclo de chuva seria

reduzido em 20% (Nobre et al., 1991). Sabe-se, também, que os efeitos do desmatamento não são

apenas locais; podem ser percebidos em regiões mais distantes (Avissar e Werth, 2005).

Muitas das alterações no clima de uma determinada região podem ser percebidas através das

diferentes alterações sinóticas e dinâmicas encontradas na circulação atmosférica. A atuação de

diferentes sistemas meteorológicos, tais como frentes frias, tem se alterado tanto em intensidade como

em freqüência na Região Sul do Brasil; o que tem resultado em diferentes padrões sazonais no regime

de precipitação e temperatura do ar.

Climatologicamente, os meses de setembro-outubro (primavera) e janeiro-fevereiro (verão) são

os que apresentam os maiores totais de precipitação. Na primavera, as passagens dos sistemas frontais

são ativadas principalmente pela Baixa do Chaco, sistema de baixa pressão atuante no norte da

Argentina e Paraguai, favorecendo a ocorrência de chuvas intensas. Durante o verão, os altos índices

de calor e umidade do ar, associados ao predomínio da massa de ar tropical, favorecem a convecção e

a ocorrência de chuvas concentradas entre o final de tarde e noite, de curta duração e forte intensidade.

Entre março e agosto (outono e inverno), é comum a ocorrência de bloqueios atmosféricos (veranico),

o que ocasiona o desvio das frentes frias de sua trajetória normal de deslocamento, resultando em um

prolongado número de dias consecutivos sem registro de chuva. Esta distribuição sazonal das chuvas é

ainda influenciada por características como relevo e continentalidade. Porém, estes padrões têm sido

alterados ao longo dos últimos anos; estudos mostram períodos mais prolongados de dias sem chuva

(as chamadas estiagens), por outro lado, chuvas mais intensas e de curto período têm ocorrido com

mais freqüência.

Em termos de temperatura, a Região Sul do Brasil apresenta invernos frios e verões quentes.

As baixas temperaturas e a conseqüente ocorrência de geadas são observadas especialmente nos meses

de maio a setembro, quando as invasões da massa polar são mais freqüentes no Sul do Brasil. Mas as

temperaturas também estão sujeitas a uma maior variabilidade, ondas de calor tem se estendido por

mais tempo e ondas de frio têm tido uma intensidade muito mais severa. Ou seja, a freqüência e

intensidade de fenômenos climáticos extremos têm aumentado significativamente nos últimos anos,

em diferentes regiões do mundo, em diferentes microclimas urbanos (Camargo et al., 2009).

O conhecimento do padrão climático de uma determinada cidade ou região é fundamental para

a realização da previsão de padrões futuros (previsão climática), permitindo um diagnóstico da

influência dos sistemas meteorológicos em termos de chuva e temperatura do ar. A análise de séries

históricas permite ainda avaliar a influência de fenômenos que resultam em períodos mais ou menos

chuvosos ao longo dos anos, com maior ou menor aquecimento da temperatura do ar. Desta forma, o

estudo da climatologia de uma determinada região deve ser o primeiro passo para a realização de

previsões climáticas mais precisas, sejam de períodos de curto prazo (trimestral) ou em longo prazo

(projeções climáticos futuros); assim como, prevenir e justificar as principais perdas agrícolas e

mudanças nos regimes hidrológicos decorrentes de fatores relacionados ao tempo e clima.

2. PRINCIPAL OBJETIVO

O principal objetivo do grupo de pesquisas da EPAGRI/CIRAM, dentro do Projeto

CLIMASUL, é obter subsídios futuros importantes para avaliar a influência direta e indireta das

modificações do clima às atividades agrícolas e aos regimes hídricos locais.

3. METAS FÍSICAS DESENVOLVIDAS

Meta Física 7 – Organização e consistência de dados meteorológicos da Região Sul do Brasil.

Primeiramente, para a execução desta meta, os dados diários de temperatura do ar e precipitação

foram solicitados às instituições responsáveis (IAPAR, EPAGRI/CIRAM e INMET). Após o

recebimento, foi dado início a organização e consistência destes dados que são referentes a estações

meteorológicas localizadas nos Estados do Paraná e Santa Catarina (Tabelas 1 e 2), com períodos de

dados variando entre 1961 a 2008. A consistência dos dados do Rio Grande do Sul ainda está em

andamento devido ao envio mais tardio das séries diárias.

Homogeneidade dos Dados

O primeiro critério utilizado nesta etapa foi homogeneidade dos dados meteorológicos, ou seja,

estações com séries diárias mais completas. Somente considerou-se, para este estudo, as estações com

75% de dados sobre o período total. É importante ressaltar que a maioria das estações que foram

selecionadas possui um período quase que integral de dados e que o período definido para algumas

estações variou de acordo com a complexidade da serie. No entanto, séries com início após o ano de

1961 também foram selecionadas para a análise das condições climáticas. Além de identificar os

dados faltantes, também verificou-se se houve desativação ou mudança de local de alguma estação.

Tabela 1 – Identificação das estações meteorológicas do Paraná.

Estação Latitude Longitude Altitude (m)

Cambará -23º00’ -50º02’ 450 Cascavel -24º56’ -53º26’ 760 Guarapuava -25º21’ -51º30’ 1020 Londrina -23º22’ -51º10’ 585 Morretes -25º29’ -48º50’ 10 Nova Cantu -24º40’ -52º34’ 540 Paranavaí -23º05’ -52º26’ 480 Pinhais -25º25’ -49º08’ 930 Ponta Grossa -25º13’ -50º01’ 880

(Fonte: SIMEPAR / IAPAR)

Tabela 2 - Identificação das estações meteorológicas de Santa Catarina.

Estação Latitude Longitude Altitude (m)

Caçador 26º 49' 07'' 50º 59' 06'' 960 Campos Novos 27º 23' 00'' 51º 12' 56'' 964 Chapecó 27º 05' 26'' 52º 38' 02'' 679 Indaial 26° 54’ 47’’ 49° 16’ 03’’ 86 Itajaí 26° 57’ 01’’ 48° 45’ 41’’ 5 Itapiranga 27º 10' 46'' 53º 38' 43'' 200 Ituporanga 27º 25' 07'' 49º 38' 46'' 475 Lages 27º 48' 27'' 50º 19' 44'' 937 Major Vieira 26º 21' 53'' 50º 20' 13'' 765 Ponte Serrada 26º 55' 13'' 51º 55' 39'' 1100 São Joaquim 28° 16’ 31’’ 49° 56’ 03’’ 1376 São José (Florianópolis) 27° 36’ 07’’ 48° 37’ 11’’ 2 São Miguel do Oeste 26º 46' 34'' 53º 30' 14'' 700 Videira 27º 01' 27'' 51º 08' 56'' 774 Urussanga 28° 31’ 55’’ 49° 18’ 53’’ 434

(Fonte: EPAGRI/CIRAM)

Análise de consistência

Devido à grande quantidade de dados diários de temperatura do ar (máxima, média e mínima) e

de precipitação uma detalhada e cuidadosa análise de consistência são de fundamental importância. A

análise de consistência utilizada neste trabalho está de acordo com os critérios aplicados por Camargo

e Marengo (2004) e Rusticucci e Barrucand (2001); sendo realizada segundo as normas estabelecidas

pelo guia de controle de qualidades de dados climatológicos publicados pela Organização

Meteorológica Mundial (OMM) no programa de dados climatológicos e por uma cuidadosa análise

das distribuições dos valores diários de temperatura do ar e precipitação. Observa-se que a

consistência dos dados do Rio Grande do Sul ainda está em andamento devido ao envio mais tardio

das séries diárias.

A análise de consistência foi dividida em duas etapas diferentes descritas a seguir juntamente

com os principais erros encontrados:

Primeira etapa

Inicialmente foi feita uma leitura dos dados, onde foram organizados com um mesmo formato

de apresentação; deste modo, verificou-se todos os caracteres existentes e a distribuição diária de cada

dado registrado. Foi possível detectar a existência ou não dos seguintes itens:

• Registros inexistentes ou repetidos.

• Registros desordenados (seqüência diária em ordem inversa ou misturada).

• Registros com códigos inexistentes (letra ou símbolo no lugar dos números).

• Identificação dos valores utilizados para substituir dados faltantes (ex: 777.70; 77,70; 999.9).

• Erros na identificação dos dados faltantes.

Nesta etapa, todos os itens foram identificados entre os valores diários da temperatura e

precipitação, porém, em pequenas proporções; assim alguns foram corrigidos e outros eliminados.

Segunda etapa

Foram identificados os chamados erros indiscutíveis: casos, por exemplo, em que a temperatura

máxima é inferior à temperatura mínima; o valor da temperatura média ou da amplitude térmica é

irreal pela inexistência do valor da temperatura mínima ou da máxima (em planilhas com as fórmulas

anexadas); falsas seqüências de 0 (zero), em especial quando dados inexistentes de precipitação são

preenchidos por zero e na ocorrência de valores extremos inaceitáveis (valores que extrapolam os

limites históricos das temperaturas extremas e dos totais de chuva).

• Temperatura máxima menor que a temperatura mínima

Em uma situação isolada, devido à dificuldade de identificar se houve ou não troca entre a

máxima e a mínima, estes dados foram considerados como dados faltantes. No caso de uma

seqüência mais prolongada (principalmente ocorrendo várias vezes em um mesmo conjunto de

dados), primeiro tentou-se identificar junto a quem forneceu os dados se houve ou não

permutação entre os valores; não sendo possível esta identificação, estes dados foram

considerados como errôneos e, portanto eliminados. Em nenhuma das estações esta situação

foi encontrada com contínuas repetições, apresentando-se apenas um caso ou outro.

• Valor irreal da temperatura média ou da amplitude térmica.

Este caso é válido quando os dados são inseridos em planilhas com fórmulas anexadas. Se um

dos valores da temperatura máxima ou da temperatura mínima não existir ou estiver

substituído por valores representando dados faltantes, os resultados da temperatura média ou

da amplitude terão um valor irreal. Isto foi bastante observado em todas as estações em que os

dados foram transformados e anexados em planilhas de cálculos. Deste modo, todas as

possibilidades de ocorrer esta situação foram observadas cuidadosamente.

• Falsas seqüências de zero (0)

Para a temperatura do ar, cada seqüência de três ou mais zeros encontrados consecutivamente

foram consideradas como dados irreais e eliminados. Esta situação foi encontrada em apenas

uma das estações. No caso da precipitação, dias consecutivos com o valor zero, em especial

por períodos prolongados, foram avaliados se estavam sendo equivalentes a dias sem chuva ou

dados faltantes.

• Ocorrência de valores extremos inaceitáveis

Este foi um dos pontos mais delicados a ser analisado, pois os recordes históricos de cada

estação, tanto para temperatura do ar quanto para precipitação, tiveram que ser levados em

consideração. Para cada estação meteorológica (de acordo com sua latitude, altitude e época do

ano) foram estipulados valores históricos (valores absolutos) de cada mês. Deste modo,

observou-se a existência de valores que estavam acima (ou abaixo no caso da temperatura

mínima) destes valores históricos. Porém, em todos os casos encontrados os valores

apresentavam um erro muito nítido, muitas vezes por falhas de digitação (ex.: uma temperatura

máxima igual a -1°C, ao meio de uma série de valores consecutivos variando em torno de 32 e

35°C; valores de temperaturas máximas iguais a 56, 77, 86... ou mínimos iguais a - 22, -45, -

63).

No entanto, dentre uma cuidadosa análise dos dados diários de temperatura do ar e precipitação

o principal foco desta meta foi de alcançar a maior confiabilidade possível nas séries e, deste modo,

poder gerar resultados bastante precisos.

Meta Física 8 – Elaboração de cenários climáticos atuais e futuros de temperatura do ar e

precipitação para a Região Sul do Brasil.

Dentro desta meta havia o comprometimento do início das simulações dos modelos climáticos e

da geração dos cenários futuros regionalizados a partir do segundo mês. Atividade na qual não foi

executada devido a disponibilidade de recurso para viagem, o qual foi preciso solicitação de

remanejamento. No entanto, considerando que no presente momento estes recurso já estão liberados o

início para execução desta etapa já esta sendo providenciado.

Meta Física 9 – Elaboração de cenários agrícolas para a Região Sul do Brasil.

O início desta meta ocorreu a partir do levantamento das principais exigências climáticas e

escolha dos critérios bioclimáticos de cada um dos tipos culturas selecionadas (trigo, soja, milho,

feijão, videira e maçã.) no Estado de Santa Catarina. O próximo passo é compatibilizar com as

equipes do Paraná e Rio Grande do Sul os critérios agroclimáticos a serem utilizados nas culturas em

comum. O andamento maior de execução da meta será dado após a simulação dos cenários climáticos

futuros que permitirão o cruzamento dos dados de exigência bioclimáticas da cultura com as projeções

futuras.

4. DIFICULDADES ENCONTRADAS

As dificuldades encontradas em relação à meta 7 estão associadas ao fornecimento dos dados

das estações meteorológicas do Rio Grande do Sul, que exigiu um tempo maior de espera e um início

mais tardio das análises.

Um desenvolvimento maior das metas 8 e 9 só não foi possível devido ao aguardo de liberação

de recursos para viagens técnicas (solicitados via remanejamento). No presente momento, o recurso já

esta liberado, sendo essencial para a elaboração dos cenários climáticos e, consequentemente, dos

cenários agrícolas.

Outro ponto de dificuldade em todas as metas foi em relação a liberação das bolsas e a

implementação dos computadores, os quais possibilitariam uma execução mais rápida das metas.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Avissar, R.; Werth, D. Global Hydroclimatological Teleconnections Resulting from Tropical

Deforestation. Journal of Climate, v. 6, p. 134 -145, 2005.

IPCC. The Scientific Basis. Contribution of Working Group I to the Third Assessment Report of the

Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge, UK: Cambridge University Press, 2001a.

IPCC . Impacts, Adaptation, and Vulnerability. Contribution of Working Group II to the Third

Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge, UK: Cambridge

University Press, 2001b.

Gallo, K. P.; Easterling, D. R.; Peterson, T. C. The influence of land use/land cover on climatological

values of the diurnal temperature range. Journal of Climate, v. 9, p. 2941-2944, 1996.

Kalnay, E.; Cai, M. Impacts of urbanization and land-use change on climate. Nature, v. 423, p. 528-

531, 2003.

Karl, T. R.; Diaz H. R.; Kukla, G. Urbanization: Its detection and effect in the United States climate

record. Journal of Climate, v. 1, p. 1099-1123, 1988.

Nobre, C.; Sellers, P.; Shukla, J. Amazonian deforestation and regional climate change. Journal of

Climate, v. 4, p. 957-988, 1991.

SUB-PROJETO 2: BALANÇO HÍDRICO E QUALIDADE DAS ÁGUA S Responsáveis: Adilson Pinheiro (FURB), Nilza Maria dos Reis Castro (UFRGS), Eloiza Maria Cauduro Dias de Paiva (UFSM)

METAS FÍSICAS

META FÍSICA 2: Levantamento, análise e armazenamento de dados hidroclimáticos e

sedimentalógico em bacias hidrográficas.

• Instalações dos equipamentos novos e manutenção dos equipamentos já utilizados; (em

andamento)

• Coleta e armazenamento dos dados hidroclimatológicos; (em andamento)

• Coleta e armazenamento dados de sedimentos; (em andamento)

Avaliação de regime e balanço hídrico em diferentes escalas espaciais

• Análise e tratamento dos dados hidrológicos e climáticos; (em andamento)

• Avaliação da interceptação. (em andamento)

BALANÇO HÍDRICO

O balanço hídrico e a qualidade das águas serão desenvolvidos na escala de lisimetro e nas escalas das

bacias hidrográficas. Três bacias estão sendo monitoradas: bacia do Ribeirão Concórdia (SC), bacia

do Potiribu (RS) e bacia do Rio Vacacaí-Mirim. Na primeira e na terceira bacia está instalado um

lisimetro cada, e será instalado mais dois. A construção de sua estrutura foi realizada e está sendo

planejado a sua instalação. Na bacia do Potiribu está estão instalados dois lisimetros.

LISIMETRO

O lisímetro trata-se de um equipamento montado para estimar a evapotranspiração das plantas.

O resultado é obtido através de uma equação que envolve os parâmetros do solo, para permitir a

avaliação dos processos de infiltração e o escoamento superficial.

DESCRIÇÃO DO EQUIPAMENTO

O lisímetro é uma caixa de acrílico de 1m³ que foi instalada num amostra de solo não

deformado. A caixa deve ter seu fundo fechado para concentrar os escoamentos da área toda. Além da

caixa é necessário instrumentos para coletar e medir o escoamento d’água.

INSTALAÇÃO

A primeira etapa é escolher uma área e criar a estrutura para o lisímetro (Figura 2). Em seguida

com o auxilio de tonéis com água, como peso, ele é instalado na terra e devidamente preso com vigas

de ferro para o manuseio. Terceiro passo é levantar a caixa e colocar seu fundo (Figura 3). Assim,

com a caixa pronta foram instalados os aparelhos de coleta d’água e recoberta as suas voltas com a

terra (Figura 4).

Figura 2 – Instalação

Figura 3 – Instalação

Bacias monitoradas pela UFSM

A Bacia Hidrográfica do Rio Vacacaí-Mirim está inserida em região de Mata Atlântica. Faz

parte da Bacia Hidrográfica do Guaíba, a maior bacia hidrográfica do estado do Rio Grande do Sul. É

ocupada com distintos usos da terra, dentre eles as florestas nativas. (Nunes et al. 2005). Abrangem

áreas de cinco municípios, Santa Maria, Restinga Seca, Itaara, São João do Polesne e Silveira Martins.

Está situada entre as coordenadas geográficas 53° 46’ 30” a 53° 49’ 29” de longitude Oeste e 29° 36’

55” a 29° 39’ 50” de latitude Sul, abrangendo uma área total de 1145,7 km². (Projeto Enquadra).

Estão sendo monitoradas as bacias hidrográficas: Rincão do Soturno (12,14 km²), Rancho

Amaral (4,98 km2) e Alto da Colina (1,9 km²). A figura abaixo apresenta sua localização no Brasil,

Rio Grande do Sul e na bacia do Rio Vacacaí Mirim. Estão equipadas com registrador de nível tipo

Thalimedes da OTT, 2 pluviógrafos, 1 amostrador de água do tipo ISCO e 1 sonda de turbidez.

Está sendo monitorado lisímetro junto a estação fluviográfica Rancho do Amaral.

Está em fase de implantação à bacia Campestre (18,66 km2) e em reativação a bacia Menino

Deus II(5,1 km²), localizadas na figura abaixo. A ampliação da área de monitoramento a montante do

Reservatório do Vacacaí Mirim é de grande importância para avaliação da vazão, carga de sedimentos

e qualidade da água na entrada do reservatório.

Não foi possível instalar estação de nível na saída do reservatório devido a problemas de

vandalismo. Está sendo estudada instalação de régua para leitura manual do nível no reservatório.

Está em fase de implantação estação climatológica.

Está em fase de implantação experimento de determinação da interceptação em mata nativa e

implantada.

Figura 1: Bacias monitoradas pela UFSM

ESTUDOS DA INTERCEPTAÇÃO EM ÁREAS FLORESTAIS

Pretende-se implantar:

- No mínimo 10 pluviógrafos dentro da mata, coletores de água dos troncos e um pluviógrafo

externo, para avaliação da interceptação em diferentes coberturas: floresta nativa e floresta plantada;

- 2 lisímetros em área de floresta nativa e plantada com a finalidade de avaliar as diferenças na

evapotranspiração em locais distintos;

- tensiometros movimento de água no solo.

A área para análise da interceptação está sendo definida

META FÍSICA 3: Avaliação de regime e balanço hídrico em diferentes escalas espaciais.

Para avaliação desta meta estão sendo utilizados as informações coletadas no monitoramento e

os lisímetros.

A construção de equipamentos tais como lisímetros requer alto investimento, sendo quase

sempre utilizado como método de aferição, uma vez que este é o método direto mais preciso para a

determinação da evapotranspiração (Pereira et. al. 1997).

Na agricultura a evapotranspiração é considerada o parâmetro mais importante para se estimar

as necessidades hídricas das plantas, sendo comumente usada para definir a perda de vapor de água

para a atmosfera através de efeito combinado dos processos de evaporação da água das superfícies do

solo e da planta, e da transpiração da água pela mesma (Doorembos & Pruitt, 1977, Sediyama, 1996).

Informações quantitativas desse processo são utilizadas na resolução de numerosos problemas que

envolvem o manejo da água. Tanto o planejamento de áreas agrícolas de sequeiro ou irrigadas como a

previsão de cheias ou a construção e operação de reservatórios requerem dados confiáveis de

evaporação e/ou evapotranspiração (Moraes, 2007).

A evapotranspiração é importante para a realização do balanço hídrico em uma bacia como um

todo, principalmente para a estimativa do balanço hídrico em estudos relacionados à agricultura, os

quais poderão envolver o cálculo da necessidade de irrigação, o monitoramento do crescimento de

culturas, o manejo de irrigação e, até mesmo, a gestão de recursos hídricos (Tucci, 1993, Mo, Liu,

2001).

Em análise quantitativa, a evapotranspiração tem sua determinação baseada em métodos

diretos (lisímetros) e métodos indiretos. Os métodos mais empregados na estimativa da

evapotranspiração são os indiretos e se baseiam em dados meteorológicos, muitas vezes não

disponíveis próximo ao local de estudo. Por outro lado, os métodos diretos de estimativa, como os

lisímetros de pesagem, que proporcionam resultados mais confiáveis, são utilizados apenas para

finalidades científicas, tendo em vista a necessidade de implantação de uma estrutura física onerosa

(Carvalho et al., 2006). Por isso ocorrem apenas em condições experimentais. Os experimentos são

importantes, pois subsidiam a busca de soluções práticas para determinação da evapotranspiração em

larga escala (Tomasella & Rossato, 2005).

Sentelhas (1998) afirma que o balanço hídrico climatológico tem sua principal função

estabelecida na caracterização regional quanto à disponibilidade hídrica, possibilitando estimar, além

da evapotranspiração potencial, a evapotranspiração real, a deficiência hídrica e as fases de reposição

e retirada de água no solo. Assim, o balanço hídrico tem sido utilizado para estimar parâmetros

climáticos e a partir deles, estabelecer comparações entre as condições predominantes em diferentes

locais.

Tomasella & Rossato (2005) afirmam que se uma mesma metodologia de cálculo do balanço

hídrico for adotada para todos os locais de uma mesma região, é possível identificar os locais

climaticamente favoráveis para a exploração de uma determinada cultura a partir da comparação dos

resultados obtidos. Desta maneira, o balanço hídrico torna-se praticamente indispensável na definição

e quantificação das exigências climáticas das culturas econômicas, nas diferentes fases fenológicas,

dados esses, fundamentais nos mapeamentos das aptidões climáticas de culturas agrícolas na área ou

região estudada (Camargo & Camargo, 1993).

Sob o ponto de vista agrícola, Aguilar et al. (1986) afirma que os resultados de balanço hídrico

podem ser utilizados para o zoneamento agroclimático regional, demanda potencial de água das

culturas irrigadas, definição de prioridades no planejamento de pesquisas ou, ainda, no conhecimento

do regime hídrico. Desta forma, os estudos de balanço hídrico tornam-se úteis para caracterizar o

clima de uma região ou área e tornam-se fundamentais na etapa de planejamento e definição de

prioridades agrícolas e na formulação de projetos de pesquisa (FAO, 1990).

META FÍSICA 4: Avaliação de parâmetros de qualidade da água em diferentes escalas espaciais.

Esta meta está aguardando a conclusão da implantação das estações fluviográficas Campestre e

Menino Deus II para iniciar as coletas e análises.

Gastaldini et al (2001) realizaram um estudo da correlação entre parâmetros de qualidade da água e

hidrológicos no reservatório do Vacacaí Mirim. Concluíram que as variáveis hidrológicas que mais

interferem nos parâmetros de qualidade da água são o nível do reservatório e as vazões; e os

parâmetros de qualidade da água mais afetados são dureza, alcalinidade, turbidez e cor.

O monitoramento da qualidade da água será executado nas estações fluviográficas instaladas e em

outros três pontos de controle das principais bacias contribuintes ao reservatório do Vacacaí Mirim,

com periodicidade trimestral. Estes dados serão utilizados para calibração do módulo de qualidade da

água do modelo SWAT em situações climáticas variáveis, visando identificar a influência do clima na

qualidade da água.

Será realizado monitoramento de qualidade da água no reservatório do Vacacaí Mirim em diversos

períodos climáticos, com coletas realizadas no epilímnio e no hipolímnio, visando identificar as

influências da estratificação e clima na qualidade da água.

Serão analisados os seguintes parâmetros de qualidade da água: temperatura do ar, temperatura da

água, turbidez, pH, oxigênio dissolvido, condutividade elétrica, sólidos (totais, suspensos, dissolvidos,

fixos e voláteis), DQO, DBO5, amônia, nitrito, nitrato, fosfato, coliformes totais e Escherichia coli.

META FÍSICA 5: Aplicação de modelos de simulação hidrológica e de qualidade de corpos de águas

para cenários climáticos.

Está sendo calibrado o modelo SWAT. Pretende-se utilizar o modelo SWAT e CE-QUAL-W2.

O modelo hidrológico adotado pela rede Matasul e em implantação na bacia é o SWAT SWAT,

Soil and Water Assessment Tool, é um modelo físico, distribuído, de simulação contínua. Foi

desenvolvido para avaliar os impactos causados devido às práticas de manejo agrícola, sedimentos e

pesticidas em bacias grandes e complexas. Utiliza informações da bacia como clima, propriedades do

solo, topografia, vegetação e manejo agrícola para simular processos físicos associados ao movimento

da água, sedimentos, nutrientes e pesticidas, crescimento das plantas, etc. Por ser baseado em

conceitos físicos, o SWAT pode ser usado para modelar bacias sem monitoramento, além de avaliar

impactos relativos a diferentes práticas agrícolas, clima, etc. Tem a vantagem de possibilitar o uso em

conjunto de um grande número de bacias ou uma variedade de estratégias de manejo, conforme

Neitsch et al., 2002.

Paiva & Paiva (2006) apresentaram a simulação e calibração do modelo SWAT em pequena

bacia (18 km2) representativa da Mata Atlântica, no Sul do Brasil, a fim de avaliar sua aplicabilidade

na região. Bons resultados na previsão de vazões em nível mensal foram obtidos. Os principais

problemas de utilização do modelo referem-se à escassez de dados de base de entrada do modelo.

Nesta aplicação foi realizada uma modificação no algoritmo do modelo para ajustar o índice de área

foliar no período do inverno à vegetação da região. Este índice é extremamente importante uma vez

que interfere diretamente no ciclo hidrológico, nas etapas de interceptação e evapotranspiração.

Gastaldini et al. (2004) analisaram ciclos de estratificação térmica e do oxigênio dissolvido do

reservatório do Vacacaí Mirim. Observaram que nos meses de inverno as águas do reservatório

apresentam-se desestratificadas com variação de temperatura de no máximo 2°C da superfície ao

fundo; e concentrações de oxigênio dissolvido aproximadamente uniformes. Na primavera começa a

surgir a termoclina, que desaparece somente no outono. No verão o reservatório apresenta-se

completamente estratificado, com variações de temperatura, da superfície ao fundo, alcançando

valores de até 11°C e ocorrência de condições anaeróbias a partir de 5 m de profundidade. Simularam

perfis verticais de temperatura e oxigênio dissolvido utilizando o modelo CE-QUAL-W2. A

estratificação proporciona alterações na qualidade da água. O conhecimento e a seleção de

profundidades adequadas para captação da água de abastecimento são de grande importância para a

eficiência do sistema.

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BACIA MONITORADA PELA FURB

A bacia experimental do ribeirão Concórdia localiza-se no município de Lontras. O ribeirão

Concórdia é afluente do rio Lontras e este é afluente do Rio Itajaí-Açu (Figura 1). A bacia está

inserida, entre as 7 microbacias monitoradas pelo Projeto de Recuperação Ambiental e de Apoio ao

Pequeno Produtor Rural (PRAPEM/MICROBACIAS), desenvolvido pela Secretaria de Estado da

Agricultura e Desenvolvimento Rural de Santa Catarina que tem por objetivo reduzir a pobreza no

espaço rural de Santa Catarina e de melhorar a gestão dos recursos naturais.

A bacia do ribeirão Concórdia está equipada com uma rede de pluviográfos e sensores

fluviométricos, todos com datallogers, com armazenamento dos dados a intervalos de 10 minutos.

Está sendo implantada uma estação meteorológica composta de pluviógrafo, sensores de radiação

global, velocidade do vento, temperatura, umidade relativa, barômetro e datalloger para

armazenamento e transmissão dos dados. Foi construído um lisímetro com 1 m3. Ele possui uma

instalação para coleta do escoamento superficial e escoamento sub-superficial profundo. Mais dois

lisímetros estão em fase de implantação, através do Projeto CLIMASUL. Nos lisimetros são

instalados 3 tensiômetros, marca UMS, com datalloger, nas profundidades de 10, 30 e 70 cm. Os

tensiômetros são constituídos de cápsula porosa de 24 mm de diâmetro e 64 mm de comprimento.

Eles medem tensões entre 1000 hPa a + 850 hPa, com precisão de 5 hPa. Em uma estação

fluviométrica, está instalado um turbidímetro ANALITE MCV-CEP 9530-G, com resolução de 0 a

3000 NTU. Nesta e nas outras estações fluviométricas estão instalados amostradores de águas

Figura 1. Localização da Bacia Experimental do Ribeirão Concórdia - SC

Figura 2 – Lisimetro instalado.

Figura 3 – Pluviógrafo ao lado do lisimetro.

Os escoamentos superficiais e sub-superficial profundo são coletados após eventos chuvosos, e

amostras de água são retiradas e analisadas em termos de concentração de sólidos em suspensão,

nitrito, nitrato, fosfato, carbono orgânico carbono inorgânico e carbono total.

Nas seções fluviométricas 1, 2 e 3 estão instalados os sensores de níveis. As áreas de drenagem das

três seções fluviométricas são 29,89, 5,81 e 2,36 km2, respectivamente.

Na seção 1 está instalado o sensor da Global Water WL15. Nas seções 2 e 3 estão instalados os

sensores de nível da Thalimedes da OTT. Ele é constituído por bóia de flutuação, data logger e

interface de comunicação. Ele é alimentado por uma bateria. A bóia é instalada em um poço,

executado junto a margem, construído com um tubo de PVC esgoto de 150 mm. Eles estão ajustados

para medição dos níveis com intervalos de 5 minutos. A interface de comunicação é realizada pelo

software Hydras 3.

BACIA MONITORADA PELA UFRGS-IPH

A Bacia do Potiribu vem sendo estudada pelo IPH, desde 1989. A fase inicial, em cooperação

com a ORSTOM encerrou-se em dezembro de 1993. O aparato experimental e as colaborações com os

parceiros locais foram mantidos. A partir de 1997, a pesquisa teve um reforço de suas atividades e

novos equipamentos foram adquiridos através do programa RECOPE/REHIDRO (financiamento

FINEP/CNPq). No ano 2000, uma cooperação com a Universidade de Ijuí, Universidade Federal de

Santa Maria, Prefeitura de Ijuí e o IPH-UFRGS garantiu a continuação dos estudos por mais um ano.

Nos anos de 2002 a 2004, o projeto obteve financiamento da FINEP e manteve-se até setembro de

2004.

A região selecionada para o estudo localiza-se na bacia do Rio Potiribu, considerada

representativa da região do derrame basáltico sul-americano com uma área de 230.000 km2 (Borges e

Bordas, 1988). A bacia do Potiribu tem uma área total de 664 km², abrangendo parte dos municípios

de Ijuí, Cruz Alta e Pejuçara e é formada por várias sub-bacias embutidas, que foram monitoradas

pelo Projeto Potiribu. Os postos pluviométricos são distribuídos na bacia do Taboão de 100 km2, sub-

bacia do Potiribu (Castro et al., 1992, 2000). Os postos fluviométricos foram instalados no exutório

das sub-bacias escolhidas para o estudo, de diversas escalas. Atualmente são monitoradas as bacias do

Turcato (19,5 km2) e Donato (1,1 km2) e Anfiteatro (0,125 km2).

A bacia do rio Potiribu encontra-se sobre o planalto médio gaúcho com altitudes entre 420 e

700m. O relevo é composto de coxilhas com declividades suaves entre 3 e 15%. Esse planalto é

situado sobre a rocha basáltica, formada por sucessivas camadas vulcânicas datadas de 120 milhões de

anos, que foram se acumulando. Entre essas camadas, foram sendo depositadas camadas de arenito

botucatu que variam de alguns metros de profundidade até uma centena de metros, onde a água pode

se acumular e escoar horizontalmente (Leinz, 1949, IBGE, 1986). Essa formação constitui a Serra

Geral (Geologia do Brasil, 1984).

Sobre este planalto, os solos são bastante úmidos graças ao regime abundante de precipitações

e constitui solos bem desenvolvidos e profundos, podendo atingir até mais de 15 m. A maioria do solo

da região é classificada como latossolos roxos, latossolos vermelho-escuros e terras roxas

estruturadas). Apesar de ser um solo argiloso (mais de 60% de argila), ele apresenta uma forte

drenagem devido aos microagregados formados em todo o perfil resultando em maior macro-

porosidade (Castro, 1996).

O clima da região da bacia, segundo Beltrame (2000), está dentro da classificação mesotérmica

brando superúmido sem seca (Cfa), assim descrita por Köppen: Cfa - temperatura média das máximas

superior a 22 °C e a média das mínimas entre –3 e 18°C e verão quente. Segundo IPAGRO (1989), a

temperatura média para a cidade de Cruz Alta oscila entre 18 e 19ºC, sendo julho o mês mais frio (13

– 14 ºC) e janeiro o mês mais quente (24 ºC). A média das máximas é de 32 ºC e a média das

mínimas fica em torno de 8 ºC.

A floresta primitiva é a Mata Atlântica e a Mata Araucária. Esta região é caracterizada por uma

agricultura intensiva com dois ciclos de cultura por ano: soja e milho no verão e aveia e trigo no

inverno.

As práticas agrícolas usualmente utilizadas na região noroeste do estado do Rio Grande do Sul

são:

Conservacionista ou convencional - utiliza o terraceamento e plantio segundo as curvas de nível,

para direcionar o escoamento e evitar a erosão e o dano às culturas. Esse tipo de plantio tende a criar

melhores condições para a infiltração, nas chuvas de baixa ou média intensidade, mas quando ocorre o

rompimento do terraço nas cheias maiores a água pode provocar ravinamento na direção da maior

declividade do escoamento. Em alguns locais, tentou-se utilizar essa prática acompanhada pelo

planejamento de microbacias, que retira as divisas das propriedades, organizando o uso do solo de

acordo com microbacias e planeja as estradas vicinais;

Plantio direto - esse tipo de plantio não revolve a terra, é realizado diretamente sobre a superfície do

solo acima dos resíduos do plantio anterior, que são previamente secos. Antes do plantio, os resíduos

da colheita anterior são picados e colocados na superfície do solo, onde são secos com a ajuda de

produtos químicos. No momento do plantio, são abertos sulcos no solo onde os grãos são colocados.

Nessa forma de plantio, a tendência é que praticamente toda a água se infiltre, e o escoamento ocorre

predominantemente na camada sub-superficial. Esse tipo de plantio pode gerar problemas em áreas

com grande declividade (> 15%), pois o escoamento sub-superficial, ao brotar na superfície, pode

gerar erosão regressiva como a voçoroca. Em declividades mais suaves (< 5%) a erosão é reduzida já

que o escoamento superficial é mínimo (Mendiondo et al., 1998).

Nesta bacia existe, desde 1989, monitoramento de três bacias embutidas: Anfiteatro,

representativo de vertente (0,125 km²), Donato, micro bacia (1,1 km²) e Turcato uma bacia de escala

de transição entre micro e meso escala (19,5 km²). A Figura apresenta a localização das bacias

monitoradas.

Bacia do Rio PotiribuCruz Alta

Ijuí

Pejuçara

A. Turcato

02

01

06

03

estradas

linígrafo

04

PEJUÇARA

PluviômetroPluviógrafo diário

Pluviógrafo semanalPluviógrafo mensal

área urbana

Linígrafo

Equidistância das curvas de nível : 20 m

Anfiteatro

Donato

Bacia do Rio Turcato

Figura 1: Região em estudo: Bacia do rio Potiribu e Bacia do rio Turcato (Castro et al., 2000)

A bacia do Turcato, que engloba as bacias do Donato e do Anfiteatro, é uma bacia

predominantemente agrícola, com um pouco de criação de gado e a cidade de Pejuçara ocupa a área

de aproximadamente 10% da bacia. Apresenta declividade média de 2,2%. Na bacia, existe pouca

vegetação, alguns bosques e mata de galeria. Segundo Silva Júnior (2001), a bacia do Turcato tem

comportamento hidrológico similar ao de bacias de meso escala (100 a 10.000 km²).

A bacia do Donato possui dois canais principais, com declividade média de 5,1%. É

totalmente agrícola e apresenta somente mata de galeria. É atravessada por uma estrada não asfaltada

e pertence a apenas três proprietários rurais.

A bacia do Anfiteatro, a menor das bacias monitoradas pelo Projeto Potiribu, possui um canal

não permanente e um talvegue muito curto. Esta parcela fica dentro da bacia do Donato. Esta bacia

pertence a um único proprietário, sendo totalmente agrícola. A pouca vegetação que possuía próxima

a estrada foi destruída no início dos anos 90.

O uso do solo nas bacias foi marcante no período de monitoramento. Entre 1989 e 1994 a área

das bacias estudadas tinha como prática o plantio convencional com terraço e plantio em curvas de

níveis. Desde o final da década de 80, a região começava a adotar o plantio direto, mas foi no período

de plantio de 1994 que houve uma completa alteração para o plantio direto, que ocorre até o momento

(Castro, 1996).

BACIAS MONITORADAS PELA UFSC

A bacia do Alto Rio Negro (3552km2) é composta por 14 bacias experimentais, das quais

quatro são estações de monitoramento pré-existentes e outras dez são estações instaladas nos últimos

anos. Do total de 10, sete são pequenas bacias-escola, duas são bacias de mananciais para o município

de Rio Negrinho, e uma tem a presença de represa (Kobiyama et al., 2008, 2009). As principais

informações, bem como os exutórios destas bacias experimentais são indicados na figura 1 e tabela 1.

Em cada estação, o nível da água e os SS (sólidos em suspensão) são monitorados em intervalo

de tempo horário (estações 1 a 4) e a cada 10 minutos (demais estações). Os dados monitorados são

disponibilizados para todos interessados, através do site http://www.labhidro.ufsc.br/cthidrus2.html.

Caracterização ambiental da Bacia Alto Rio Negro

• Clima: A bacia Alto do Rio Negro está inserida na Zona Agroecológica 3B. Esta zona é

classificada como de clima Cfb, segundo Köeppen, ou seja, clima temperado constantemente úmido,

sem estação seca, com verão fresco (temperatura média do mês mais quente < 22,0°C). O clima é

mesotérmico brando (temperatura do mês mais frio entre 10 e 15°C), com isoterma do mês mais frio

entre 11,5°C e 13,0°C, ficando inserida, desta forma, na GUP 3, conforme tabela 2 (EPAGRI/CIRAM,

2008; Braga, 2008).

Figura 1: Bacias Experimentais e respectivos exutórios.

Tabela 1: Estações de monitoramento e correspondentes bacias experimentais.

Bacia Características Instituição Área (km2)

Rio Negro (1) Código No. 65100000 - Mista (agricultura,

reflorestamento de pinus, floresta nativa)

COPEL 3552

Rio Preto do Sul (2) Código No. 650950000 Mista (agricultura,

reflorestamento de pinus, floresta nativa)

ANA 2611

Avencal (3) Código No. 65094500 - Mista (agricultura,

reflorestamento de pinus, floresta nativa)

ANA 1001

Fragosos (4) Código No. 65090000 - Mista (agricultura,

reflorestamento de pinus, floresta nativa)

COPEL 800

P1(5) 20 anos de reflorestamento de pinus UFSC 0,16

P2(6) 20 anos de reflorestamento de pinus UFSC 0,24

A(7) Agricultura UFSC 0,20

M1(8) Mista (agricultura, reflorestamento de pinus,

floresta nativa)

UFSC 2,69

M2(9) Mista (agricultura, reflorestamento de pinus,

floresta nativa)

UFSC 8,98

N1(10) Floresta nativa UFSC 0,15

N2(11) Floresta nativa UFSC 0,24

(12) Reservatório para PCH CVG 201

(13) Futuro manancial de abastecimento da bacia

(Rio dos Bugres)

UFSC 78

(14) Manancial atual de abastecimento da bacia

(Rio Negrinho)

UFSC 195

Tabela 2 – Temperatura média, mínima e máxima, precipitação anual e dias de chuva da zona

agroecológica 3 (GUP3).

A insolação total anual varia de 1.413 a 1.613 horas nesta sub-região (EPAGRI/CIRAM,

2008). A precipitação pluviométrica total anual pode variar de 1.360 a 1.670 mm, com o total anual de

dias de chuva entre 138 e 164 dias. A umidade relativa do ar pode variar de 80,0 a 86,2%

(EPAGRI/CIRAM, 2008).

• Geologia e Geomorfologia: a bacia está inserida na Formação Rio Bonito, pertencente ao

Grupo Guatá, e nas Formações Rio do Sul e Mafra, pertencentes ao Grupo Itararé. Ambos os grupos

estão inseridos em substrato sedimentar pertencente ao Super Grupo Tubarão (DNPM, 1986).

• Solos: Os solos da bacia do Alto Rio Negro, segundo o levantamento de solos realizados pela

EMBRAPA (1998) em escala 1:250.000, são: Cambissolo Háplico alumínico (CXa), Nitossolo Bruno

alumínico (NBa), Latossolo Bruno alumínico (LBa), Neossolo Litólico distrófico (RLd) e Luvissolo

Bruno alumínico (TBa). Esta classificação está de acordo com a EMBRAPA (2006).

• Vegetação: A área localiza-se na região de predominância da Floresta Ombrófila Mista. Esta

formação é caracterizada por possuir o pinheiro brasileiro (Araucaria angustifolia) como espécie

dominante (Klein, 1978). Este tipo de formação é constituída de submatas composta por árvores

características nas diferentes áreas de ocorrência. Nessa submata predominam a imbuia (Ocotea

porosa) e a Sapopema (Sloanea lasicoma). Já na sinusita das árvores predomina a erva-mate (Ilex

paraguriensis). Essas características imprimem uma fisionomia própria da mata dos pinhais,

pertencente a essa região no Estado Catarinense (Klein, 1978).

A paisagem da região está bastante descaracterizada, devido a substituição da floresta original

por áreas de pastagem, cultivos anuais e plantios de Pinus sp, sendo este último, a formação

dominante e que impulsiona o mercado da região. Atualmente, restam pequenos fragmentos de

Floresta Ombrófila Mista, alguns conectados a corredores ciliares remanescentes e outros ocorrendo

de forma isolada (SANTA CATARINA, 1986).

SUB-PROJETO 3: MODELIZAÇÃO HIDROLÓGICA QUANTITATIVA E QUALITATIVA COM AVALIAÇÃO DE IMPACTOS DAS MUDANÇAS CLIMÁTICAS

Responsáveis: Masato Kobiyama (UFSC) Miriam Rita Moro Mine (UFPR) e Cristóvão Vicente Scapulatempo Fernandes (UFPR) Hugo José Braga (EPAGRI) e Gerson Conceição (EPAGRI) Nilza Maria dos Reis Castro (UFRGS), David Lelinho da Mota Marques (UFRGS), Olavo

Pedrollo (UFRGS) TRABALHO DESENVOLVIDO PELA EPAGRI

META FÍSICA 2 – Levantamento, análise e armazenamento de dados hidroclimáticos e

sedimentológicos em bacias hidrográficas.

As primeiras ações previstas e desenvolvidas dentro da etapa de abrangência deste relatório foram a

manutenção de equipamentos já instalados, o reconhecimento da área de estudo, a instalação de novos

equipamentos e foi iniciada a construção do banco de dados.

Dentro da bacia em estudo existe um pluviômetro com dados a partir do ano de 1994. Foi feita vistoria

neste equipamento e em conversa com as pessoas responsáveis pela operação do mesmo, foi

identificado o potencial do uso das informações deste pluviômetro para dar início a avaliação de

consistência dos dados obtidos. O equipamento encontra-se dentro da bacia do Lajeado dos Fragosos,

em área pertencente a Epagri, próxima ao centro de treinamento de Concórdia – Cetredia. A operação

deste pluviômetro é realizada por funcionários da própria Epagri que trabalham no local. A Figura 1

apresenta uma foto do equipamento instalado próximo ao Cetredia. Esta estação foi cadastrada no

banco de dados da Epagri com o nome de Cetredia – 600 e os dados da estação são atualizados,

normalmente, ao final de cada mês e ficam armazenados no banco de dados da Epagri denominado de

BASEWEB.

Foi feita a verificação do nivelamento do pluviômetro e a verificação da altura do mesmo. Identificou-

se que o pluviômetro está dentro dos padrões esperados.

Figura 1 – Pluviômetro Cetredia - 600, localizado dentro da bacia de Lageado dos Fragosos.

Atualmente, está sendo realizado o levantamento das informações de outras estações, próximas a

Cetredia-600, para que possa ser feita a consistência dos dados de precipitação dos 15 anos de dados

disponíveis para este local.

Esta prevista a compra, pelo projeto Climasul, de pluviógrafos automáticos para as áreas

experimentais. A equipe de pesquisa está aguardando a aquisição dos equipamentos para a instalação

dos mesmos. Durante este período, dentro da área experimental, o único pluviômetro existente é o

Cetredia – 600, o qual dispõe de leituras com intervalo de 24 horas, o que não é adequado devido ao

tamanho da bacia em estudo e o seu tempo de concentração ser de apenas 3,1 horas.

No que se refere ao reconhecimento da bacia, foram feitas visitas em toda área de estudo, inclusive

próximo nascente e a sua exutória. Na Figura 2 estão destacados diversos pontos de interesse. Estes

pontos foram obtidos através do uso de um GPS de mão da marca Garmin. Dentre os pontos

destacados, é possível observar o ponto denominado de PontePenc, o qual corresponde ao local que,

segundo informações, não sofre mais influência da represa de Itá, ainda que ela esteja no nível

máximo de água. Este ponto foi o selecionado para instalação das réguas e medição de vazão,

conforme será comentado posteriormente. O ponto Pt21 é o ponto mais a jusante, no qual foi possível

realizar a medição de vazão na época em que foram realizadas as visitas a bacia hidrográfica. Este

ponto sofre influência da represa de Itá quando a mesma atinge seu nível máximo. A linha azul é a

delimitação aproximada da bacia, obtida pelo cruzamento de informações do modelo digital de

elevação e através da visita ao local de estudo.

Figura 2 – Contorno da bacia de Lajeado dos Fragosos e pontos de interesse marcados com GPS.

Estas visitas foram realizadas para identificação dos locais mais adequados para medição de vazão. A

Bacia do Lajeado dos Fragosos têm seu exutório coincidindo com o final da represa de Itá, o que

exigiu a identificação de local que não sofra influência do reservatório no período em que este estiver

com seu nível máximo. Através de entrevistas com os moradores locais, associada a avaliação técnica

dos ambientes, foi identificado o local mais adequado para medição de vazão, a qual encontra-se

próximo a ponte pencil, em terreno que o proprietário permitiu a instalação de réguas linimétricas e o

uso da área para medição de vazão do rio.

No período das visitas o nível da represa de Itá encontrava-se baixo em função da estiagem que

atingia a região, em função disso, optou-se por fazer a medição de vazão em dois locais. No local

definitivo das réguas e no ponto mais a jusante do talvegue, próximo ao local onde se inicia a

influência da represa. Isso foi realizado com objetivo de verificar se a diferença de vazão entre os dois

pontos era significativa e sua importância durante o processo de modelagem. Pode-se dizer que até o

momento, para a vazão encontrada nos dois pontos, no dia em que foram realizadas as medições, não

há diferença significativa pois estava dentro da incerteza do método utilizado. Contudo é necessário

que sejam realizadas mais medições para confirmar esta tendência.

Na segunda visita ao local foi realizada a instalação das réguas para permitir a construção de uma

curva chave, relacionando o nível do rio com a vazão medida. A apresenta as réguas após serem

instaladas para o acompanhamento do nível do rio. Associada a implantação das réguas, foi feita a

locação de um RN fixo para o caso de uma enxurrada deslocar as réguas e para viabilizar a futura

instalação de um sensor de nível no mesmo local.

Figura 3 – Seção de réguas instaladas para o desenvolvimento do projeto na bacia de Lageado dos

Fragosos.

Após a instalação das réguas foi feita a medição de vazão do rio conforme pode ser observado na

Figura 4. Na data de 30 de junho de 2.009 às 10 horas e 00 minutos o nível do rio estava em 59 cm e a

vazão correspondente foi de 398 L/s.

Figura 4 – Medição de vazão no rio Lageado dos Fragosos

Para o monitoramento da vazão do rio estão programadas viagens com intervalo médio de dois meses

entre cada campanha de medição. A medição do nível do rio, por enquanto, só pode ser realizada

durante as visitas ao local, pois é necessário aguardar a aquisição dos equipamentos através do projeto

Climasul para iniciar a medição de nível do rio de forma automática por meio da implantação de uma

estação linimétrica automática.

Até o momento, estas foram as atividades desenvolvidas dentro da meta 2. Está programada outra

visita para o mês de setembro, no qual serão realizadas novas medições de vazão, além da coleta e

análise sedimentológica.

META FÍSICA 4 – Avaliação de parâmetros de qualidade da água em diferentes escalas espaciais.

Dentro desta meta está prevista a coleta e realização de análises laboratoriais de qualidade de água.

As análises de oxigênio dissolvido, turbidez, temperatura, pH e condutividade irão ser realizadas em

paralelo a medição de vazão. O início da realização destas análises está prevista para o mês de

setembro. A realização de análises adicionais estará sujeita a disponibilidade no laboratório da Epagri.

META FÍSICA 5 – Aplicação de modelos de simulação hidrológica e de qualidade de corpos de água

para cenários climáticos.

Os trabalhos para viabilizar o desenvolvimento desta meta já foram iniciados. Primeiramente foi feita

a delimitação da bacia através do uso de software SWAT com interface Arcgis 9.2. A delimitação foi

realizada com base nas informações topográficas expressas pelo modelo de elevação digital (MDE). O

MDE foi gerado a partir do modelo digital de elevação da Shuttle Radar Topographic Mission –

SRTM, 2000. O MDE e delimitação da bacia hidrográfica bem como das sub-bacias e a rede

hidrográfica estão apresentados na Figura 5.

Figura 5 – Delimitação da bacia através do uso de modelo digital de elevação.

Com base em imagens de satélite foram identificados os diferentes tipos de uso e ocupação das

terras (Figura 6). Os principais tipos de uso são: culturas anuais (CA), culturas anuais e campos

nativos, campos nativos, florestas, áreas urbanas e pedreiras.

Figura 6 – Mapa de uso e ocupação das terras.

Paralelamente estão sendo obtidas informações de solo e qualidade de água que foram

levantas, originalmente, durante o Programa Nacional de Meio Ambiente II (PNMA-II) Projeto de

Controle da Degradação Ambiental Decorrente da Suinocultura em Santa Catarina. As análises foram

Culturas anuais (CA)

CA+Campo

Campo

Floresta

Urbano

Pedreira

Hidrografia

Limite da Sub-bacia

/

Município de Concórdia - SCSub-bacia Hidrográfica do Lajeado dos Fragosos

1:125000

380000 385000 390000 395000 400000

6984

000

6988

000

6992

000

realizadas para diferentes pontos da bacia hidrográfica o que permite ter uma descrição detalhada da

situação da bacia.

Também estão sendo organizadas as informações referentes ao levantamento de solos as quais

servirão como dados de entrada do modelo hidrológico. As informações complementares (densidade

do solo, porosidade, água disponível, textura e condutividade hidráulica saturada) serão levantadas no

quarto trimestre de 2009.

Para a execução do modelo hidrológico SWAT são necessários dados climáticos de entrada:

precipitação diária, temperatura do mínima/máxima do ar, radiação solar, velocidade do vento e

umidade relativa. Essas informações podem ser inseridas no banco de dados do modelo a partir de

dados medidos ou, podem ser geradas automaticamente a partir de equações que levam em

consideração a localização geográfica e altitude da área. Os dados climáticos podem ser gerados

automaticamente pelo modelo utilizando o gerador climático XGEN em duas situações: se o usuário

especificar que usará os dados simulados, ou quando tiver alguma falha na série histórica considerada.

A partir dos dados climáticos medidos, o modelo calcula uma série de parâmetros estatísticos

que serão usados para caracterizar climaticamente a área em estudo. Para essa metodologia sugere-se

que sejam utilizadas séries históricas com pelo menos 20 anos de duração. Esses dados estão sendo

organizados com base em estações climatológicas situadas na área de estudo e em localidades

próximas com o intuito de gerar os parâmetros climatológicos necessários.

Os estudos de respostas hidrográficas em função de diferentes cenários climáticos somente serão

gerados no momento em que o estudo das mudanças climáticas apresentar seus resultados. Até lá

espera-se ter o modelo calibrado e validado para a situação atual.

TRABALHO DESENVOLVIDO PELA UFSC:

MODELAGEM HIDROSSEDIMENTOLÓGICA - SWAT

O modelo Soil and Water Assessement Tool (SWAT) foi desenvolvido para estimar os

impactos das práticas de manejo sobre o balanço hídrico, produção de sedimentos e agroquímicos em

grandes bacias que variam os solos, o uso e cobertura dos solos e as condições de manejo durante um

longe período de tempo (Neitsch et al., 2005).

O SWAT (Soil and Water Assessment Tool) é um modelo matemático que permite simular

diferentes processos físicos na bacia hidrográfica (Evaporação, Infiltração, escoamento superficial,

subsuperficial e subterrâneo), com o objetivo de analisar os impactos das alterações no uso do solo

sobre o escoamento superficial e subterrâneo, produção de sedimentos e qualidade de água, em bacias

hidrográficas agrícolas não instrumentadas. A partir deste modelo pode-se calcular hidrogramas e

sedimentogramas bem como obter informações espaciais com possível simulação de cenários, além da

possibilidade de analisar o escoamento de água e a produção de sedimentos de forma espacial e

distribuída na bacia hidrográfica.

Este modelo requer dois tipos de dados: tabulares e espaciais. Os dados tabulares são dados

meteorológicos para o gerador climático e de vazão para simulação, calibração e validação. Os dados

meteorológicos a serem utilizados nas simulações pelo gerador climático são: i) os valores médios

diários de precipitação, ii) temperatura mínima e máxima do ar, iii) umidade relativa, iv) radiação

solar e v) velocidade do vento. Esses dados foram obtidos das 14 estações presentes na bacia Alto Rio

Negro. Como há necessidade de conversão destes dados para dados diários (já que são coletados em

intervalo inferior a um dia, muitos, desde 2006), foi desenvolvido um programa em linguagem C para

efetuar esta conversão. Já os dados medidos de vazão irão possibilitar a calibração do modelo. Para o

período de calibração, as entradas do modelo serão variadas até que um ajuste aceitável seja obtido. O

modelo então será rodado com os mesmos parâmetros de entrada para o período de validação e um

ajuste será determinado. Uma vez calibrados os parâmetros do modelo, este será validado para bacia

hidrográfica em questão, bem como para suas sub-bacias.

Os dados de entrada espaciais referem-se ao modelo digital de elevação (MDE), aos mapas de

solo e aos mapas de uso e cobertura do solo. Para algumas sub-bacias do Alto Rio Negro (Mista 1, Rio

Negrinho e Avencal), foram gerados os MDE (com resolução espacial de 1 metro), utilizando o

método de redes triangular irregular (TIN - Triangular Irregular Network), usando as curvas de nível

traçadas de 10 em 10 m e os pontos cotados da base topográfica vetorial. Esse método é utilizado para

representar modelos de estruturas contínuas, no caso, o relevo. Para elaboração do MDE da bacia Alto

do Rio Negro como um todo, foram utilizados arquivos em formato SHP, obtidos a partir de cartas

topográficas em escala 1:50.000, disponibilizadas pelo CIRAM/EPAGRI (2009). Para a elaboração

de mapas de uso atual do solo da bacia Alto Rio Negro serão utilizadas imagens do satélite

Landsat/TM-5, empregando-se o método de classificação supervisionada. Para tanto, foram definidas

seis classes de uso do solo: i) reflorestamento (pinus e eucalipto); ii) vegetação nativa (floresta nativa

em diferentes estágios de crescimento e de regeneração); iii) pastagem (natural e plantada); iv) água

(corpos de água naturais e artificiais); v) solo exposto (solos em época de preparo para o plantio, áreas

urbanizadas e estradas); vi) agricultura ( diferentes tipos de culturas anuais). As imagens da região já

passaram pelo processo de georreferenciamento e correspondem a imagens do satélite LandSat5,

sensor TM, órbitas 220 e 221, pontos 78 e 79, do dia 01 de fevereiro de 2009. Para auxiliar na

classificação supervisionada, trabalhos em campo na região estão sendo realizados, para coletar

pontos de controle com GPS, que servirão de confirmação do uso do solo nestes pontos, melhorando a

precisão do mapa a ser criado.

ESTIMATIVA DE EVAPOTRANSPIRAÇÃO DISTRIBUÍDA

A evapotranspiração é uma componente do ciclo hidrológico que apresenta grande incerteza,

sendo de difícil medição. Recentemente, o desenvolvimento de técnicas de sensoriamento remoto e os

sistemas de informações geográficas (SIGs) possibilitaram que vários fenômenos fossem

representados de forma espacial e podem ser uma alternativa para o cálculo de evapotranspiração a

nível regional. Uma importante vantagem do uso de sensoriamento remoto é possibilidade de cálculo

de evapotranspiração sem a necessidade de se quantificar complexos processos hidrológicos.

Neste contexto, será aplicada uma metodologia empírica para estimativa da evapotranspiração

potencial da bacia Alto Rio Negro, através de imagens NDVI.

A primeira etapa deste trabalho está sendo realizada, por meio do georreferenciamento das imagens

multiespectrais do sensor TM, satélite LandSat5, para a órbita 220, pontos 78 e 79, datadas de

01/02/2009, 24/05/2009, 23//08/2007, 04/06/2007, 05/09/2006, 19/07/2006, 30/04/2006, 01/08/2005,

29/05/2005, 30/08/2004, 08/04/2004, 25/10/2001, 03/06/2001, 02/05/2001, 22/10/2000, 19/08/2000,

31/05/2000. Isto possibilitará, então, a criação das imagens NDVI, utilizando-se do processamento

digital de imagens no software IDRISI ANDES. O software dispõe do módulo VEGINDEX,

adequado para realizar o realce das imagens por meio da diferença normalizada entre bandas,

condensando as informações espectrais dos alvos e realçando o que é vegetação do que não é

vegetação. Basicamente, as imagens NDVI serão geradas pelo índice de vegetação da diferença

normalizada, aplicando as bandas do vermelho visível e infra-vermelho próximo do sensor TM,

conforme equação abaixo:

Em que,

NDVI = índice da diferença normalizada;

TM3 = banda da região do vermelho do sensor TM (0,63 - 0,69 µm);

TM4 = banda da região do infravermelho próximo do sensor TM (0,76 - 0,90 µm).

Dados de ETP obtidos pelas estações meteorológicas presentes na bacia serão correlacionados

por meio de regressão linear com o valor médio de NDVI das imagens, obtendo-se uma constante de

correlação. Para correlação entre os dados das imagens NDVI e ETP é necessária a aquisição de dados

de ETP pontual e valores médios de NDVI. Primeiramente, necessita-se da aquisição dos dados de

ETP das estações meteorológicas presentes na área. Esta aquisição está sendo realizada pela conversão

dos dados das estações (do período referente aos anos das imagens LandSat a serem utilizadas) para

dados diários, por meio de um programa de conversão desenvolvido em linguagem C.

Esta correlação resultará em uma constante. A partir de equação que correlaciona a constante e

as imagens NDVI, mapas de ETP distribuída serão produzidos. Cada valor dos pixels das imagens

NDVI será multiplicado, então, pela constante de correlação, obtendo-se valores correspondentes de

ETP, que comporão imagens de ETP distribuídos. Na prática, estas imagens serão geradas por meio de

álgebra de mapas disponibilizada no SIG IDRISI ANDES.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

EMPRESA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA E EXTENSÃO RURAL DE SANTA CATARINA

S.A. – EPAGRI / CENTRO DE INFORMAÇÕES DE RECURSOS AMBIENTAIS E DE

HIDROMETEOROLOGIA DE SANTA CATARINA - CIRAM. Zoneamento Agroecológico.

Disponível em: <http://ciram.epagri.rct-

sc.br/portal/website/index.jsp?url=jsp/agricultura/zoneAgroecologico.jsp

&tipo=agricultura>. Acesso em: junho de 2009.

KLEIN, R. M. Mapa Fitogeográfico do Estado de Santa Catarina. Flora Ilustrada Catarinense. V

Parte. 1978.

Kobiyama, M.; Chaffe, P.L.B.; Rocha, H.L.; Corseuil, C.W.; Malutta, S. School catchments network

in the Upper Negro River basin, southern Brazil: Scientific research and environmental education. In:

V Oficina Internacional sobre Enfoques Regionais para o Desenvolvimento e Gestão de Reservatórios

na Bacia do Prata. (Foz do Iguaçu: 2008), UNESCO/ICHARM/UNEP, Foz do Iguaçu, Anais, 2008.

14p. CD-rom.

Kobiyama, M.; Chaffe, P.L.B.; Rocha, H.L.; Corseuil, C.W.; Malutta, S.; Giglio, J.N.; Mota, A.A.;

Santos, I.; Ribas, U.; Langa, R. Implementation of school catchments network for water resources

management of the Upper Negro River region, southern Brazil. In: Taniguchi, M.; Burnett, W.C.;

Fukushima, Y. Haigh, M.; Umezawa, Y. (eds.) From Headwaters to the Ocean: Hydrological

Change and Watershed Management, London: Taylor & Francis Group, 2009. p.151-157.

NEITSCH, S. L.; ARNOLD, J. G.; KINIRY, J. R.; WILLIAMS, J. R. Soil and Water Assessment

Tool: Theoretical Documentation – Version 2005. Temple: Agricultural Research Service (USDA)

& Texas Agricultural Experiment Station (Texas A&M University), 2005. 541p.

SANTA CATARINA. Gabinete de Planejamento e Coordenação Geral. Atlas de Santa Catarina.

Florianópolis: GAPLAN/SUEGI; [Rio de Janeiro: Aerofoto Cruzeiro], 1986. 173p. il., mapas.

TRABALHOS DESENVOLVIDOS PELA UFPR

MF 5 – aplicação de Modelos de Simulação Hidrológica e de Qualidade

da Água de corpos d’água para cenários climáticos

ATIVIDADE 6 – Avaliação do Impacto de Mudanças Climáticas na

Geração de Energia Elétrica

1. INTRODUÇÃO

Dentre os elementos climáticos que mais interferem na vida humana, a precipitação é a que

tem causado mais preocupação, tanto pela sua falta como pelo seu excesso. O conhecimento das

características da precipitação como a intensidade, o total precipitado e a duração, além da sua

distribuição temporal e espacial, favorece o planejamento e a gestão dos recursos hídricos, a

otimização de atividades como a irrigação, a geração de energia, o abastecimento doméstico e

industrial, além de possibilitar a prevenção e o controle de inundações e do processo erosivo do solo

(TUCCI, 1997).

Este projeto está interessado na abordagem do modelo matemático utilizado para geração de

séries sintéticas de chuvas, que terá como base (Kelman,1987). Serão feitas algumas adaptações com

base na literatura, pois o modelo referido trata de vazões e o interesse é em precipitações.

Para finalizar exebir-se-ão os algoritmos utilizados no projeto, onde todos foram elaborados

em linguagem de programação pascal.

2. MODELOS ESTOCÁSTICOS NO GERENCIAMENTO DOS RECUSROS HIDRICOS.

2.1 PLANEJAMENTO SOB INCERTEZA E PROCESSOS ESTOCÁSTICOS.

Gerenciar um sistema de recursos hídricos significa atuar no sentido de assegurar uma

distribuição temporal e espacial da água que melhor se coadune com os interesses de uma

comunidade. Nesta genérica definição, a prudente expressão “atuar no sentido de assegurar” é

utilizada em lugar de simplesmente “assegurar” porque não se pode estar certo de que o objetivo do

gerenciamento será atingido, tantas são as incertezas associadas a qualquer ação que se possa tomar.

Por exemplo, um sistema de abastecimento de água pode ser insuficiente num determinado ano, seja

devido à ocorrência de uma seca mais severa do que a admitida no planejamento, seja devido a um

imprevisto aumento na demanda (KELMAN, 1987).

Os próximos parágrafos tem como objetivo descrever algumas técnicas para quantificar e

atribuir probabilidades a eventos futuros relacionados com a disponibilidade de recursos hídricos.

Também pretende discutir de que maneira essas probabilidades são afetadas por obras de engenharia,

tais como reservatórios de regularização.

A solução de questões envolvendo incertezas no gerenciamento de recursos hídricos está

frequentemente associada à estimativa do valor esperado de alguma variável aleatória ou à estimativa

da probabilidade de algum evento. Esquematicamente, pode-se dizer que o problema é resolvido em

quatro etapas:

• Coletam-se ou organizam-se as observações da variável aleatória Χ numa amostra

aleatória: ( ) ( ) ( ) )( ;,...,2,1 nΧΧΧ=Χ

• Seleciona-se uma expressão paramétrica para a função densidade de probabilidade de

Χ , ( )θ;ΧΧf (ou para a função acumulada de probabilidades ( )θ;ΧΧF ), onde θ é o

parâmetro (pode ser um vetor). A seleção é usualmente feita a partir do exame das

propriedades da amostra Χ , embora em alguns casos seja possível escolher a

expressão paramétrica com base em conceitos teóricos;

• Obtém-se uma estimativa de θ , através da combinação de Χ com ( )θ;ΧΧf . Testa-se

a hipótese de que a amostra Χ tenha sido sorteada de ( )θ;ΧΧf ;

• Utiliza-se ( )θ;ΧΧf para a obtenção da resposta desejada.

Nada se altera nessas quatro etapas se os elementos da amostra aleatória forem embaralhados

entre si. Isto é, a ordem em que as observações ( ) ( ) ( )nΧΧΧ ,...,2,1 foram sorteadas é irrelevante.

Existem outros casos, no entanto, em que a ordem é relevante, por exemplo, se Χ for o deflúvio anual

de uma bacia. No caso das precipitações não há estudos que comprovem a relação das chuvas de um

ano para o outro, sendo assim a ocorrência de muita chuva em um ano não implica a escassez ou

excesso no ano subseqüente.

Um processo estocástico é dito estacionário quando a distribuição conjunta de

( ) ( ) ( )mttt +Χ+ΧΧ ,...,1, é idêntica à distribuição conjunta de ( ) ( ) ( )mjtjtjt ++Χ++Χ+Χ ,...,1, .

Isto é, num processo estocástico estacionário, as propriedades estatísticas não se alteram com o passar

do tempo.

3. MODELAGEM MULTIVARIADA PARA GERAÇÃO DE SÉRIES SINTÉ TICAS

A Estatística Multivariada consiste em um conjunto de métodos estatísticos utilizados em

situações nas quais várias variáveis são medidas simultaneamente, em cada elemento amostral. Em

geral, as variáveis são correlacionadas entre si e quanto maior o número de variáveis, mais complexa

torna-se a análise por métodos comuns de estatística univariada (Mingoti, 2005).

A modelagem da dependência espacial, quando as precipitações anuais são serial ou

temporalmente independentes é feita através da seguinte equação (KELMAN, 1987):

tt ΒΖ=Χ ( )1

onde ( ) ( ) ( ) ( )[ ]Nt iiiT

tTt ΧΧΧ=Χ=Χ ,...,2,1' é um vetor transposto contendo N

componentes, sendo N o número de anos observados, neste caso 61=N (1944 - 2005). tΖ também

é um vetor de N componentes independentes e com distribuição normal padrão. Β é uma matriz

parâmetro, a ser estimada, contendo i linhas e i colunas, sendo i o número de postos observados.

( )tiΧ é uma variável aleatória normal padrão obtida da seguinte forma:

( ) ( )i

iii S

tt

Ρ−Ρ=Χ ( )2

onde ( )tiΡ indica a precipitação ocorrida no ano t e posto i , iΡ é a precipitação média do

posto i e iS é o desvio padrão de cada posto i .

A média é uma das medidas mais utilizadas para sintetizar a informação de tendência central

da distribuição de valores. O desvio padrão fornece a informação sobre a dispersão dos valores da

variável ( )tiΧ em relação a média iΡ , isto é, indica se os valores de ( )tiΧ estão próximos ou

distantes da média iΡ . Assim, valores grandes de iS indicam uma maior dispersão de valores em

relação à média de distribuição (Mingoti, 2005).

Quando se tem um vetor aleatório, cada variável pode ser analisada separadamente através do

comportamento de sua distribuição de probabilidades. No entanto, é importante analisar o vetor como

um todo, uma vez que pode haver relacionamentos interessantes entre seus componentes,

relacionamentos esses que são descritos por medidas de correlação como será visto posteriormente

(Mingoti, 2005).

Multiplicando-se a equação ( )1 , pela direita por TtΧ , tem-se:

Tt

Tt

Ttt ΒΖΒΖ=ΧΧ ( )3

( )( )

( )

( ) ( ) ( )[ ]ttt

t

t

t

Ttt 1121

11

2

1

ΧΧΧ

Χ

ΧΧ

=ΧΧ LM

Lembrando que o valor esperado de uma matriz é a matriz dos valores esperados:

( ) ( ) Tt

Tt

Ttt ΒΖΖΒΕ=ΧΧΕ ( )4

( )

( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )

( )

( ) ( ) ( )

ΧΧΕΧΧΕΧΧΕ

ΧΧΕ

ΧΧΕΧΧΕΧΧΕΧΧΕΧΧΕΧΧΕ

=ΧΧΕ

1111211111

1122212

1112111

L

MM

OM

MM

L

L

ba

Ttt

O elemento na linha a , e coluna b da matriz ( )Ttt ΧΧΕ é ( )baΧΧΕ . Como aΧ e bΧ são

normais padrão, ( ) ( )baba corr ΧΧ=ΧΧΕ . Logo, a matriz ( )TttR ΧΧΕ= , composta por correlações

espaciais, é simétrica e tem os elementos da diagonal igual a 1. Analogamente, os componentes de

( )tTt ΖΖΕ são também correlações e, como por construção estes elementos são independentes entre si,

( )tTt ΖΖΕ é a matriz identidade de tamanho 1111× . Portanto, a equação acima pode ser reescrita

como:

RT =ΒΒ ( )5

A correlação é uma medida mais adequada para avaliar o grau de relacionamento linear entre

duas variáveis quantitativas do que a covariância, pois seus valores estão sempre entre os valores de

referencia -1 e 1. assim, quanto mais próximo de 1, mais indicação se tem de que existe um

relacionamento linear positivo (crescimento) entre as variáveis aΧ e bΧ e quanto mais próximo de -

1, mais indicação se tem da existência de um relacionamento linear negativo (decrescimento). Uma

correlação próxima de zero é uma indicação numérica de um não relacionamento linear entre as

variáveis em questão. Além disso, é interessante observar que, ao contrário da covariância, o

coeficiente de correlação é adimensional e, logo, não sofre influência das diferenças de escalas de

medidas entre as variáveis. Quando se tem muitas variáveis, o procedimento mais comum é guardar os

valores numa matriz chamada de matriz de correlação (Mingoti, 2005), aqui definida como:

ΧΧΧΧΧΧ

ΧΧΧΧΧΧ

ΧΧΧΧΧΧ

=

∑ ∑∑

∑ ∑∑

∑ ∑ ∑

= ==

= ==

= = =

N

t

N

t

N

t

N

t

N

t

N

t

N

t

N

t

N

t

NR

1 1

'11

'11

1

'2

'11

'1

'11

1 1

'11

'2

1

'2

'2

'1

'2

1 1 1

'11

'1

'2

'1

'1

'1

1

L

OMM

L

L

Lembrando que ( ) ( ) ( ) ( )[ ]Nt iiiii ΧΧΧ=Χ=Χ L21'' , onde 11,,1K=i representando os

postos e 61,,1K=N que são o número de anos observados.

A estimativa da matriz Β é feita substituindo-se o lado direito da equação ( )5 pela estimativa

da matriz R . Cada elemento dessa matriz é o coeficiente de correlação amostral. Existem muitas

matrizes Β que satisfazem a equação ( )5 , uma maneira trivial de se encontrar uma dessas soluções é

utilizar a decomposição Cholesky.

4. EXEMPLO NUMÉRICO

Para testar as rotinas implementadas até agora foi utilizados os seguintes dados.

Ano/posto 1 2 3

1944 1279,556 1519,912 1152,922

1945 2508,481 2121,862 1860,878

1946 1576,350 1344,775 1205,648

O algoritmo retornou os seguintes dados:

Médias de chuvas para cada posto:

129,17881 =Ρ 183,16622 =Ρ 4827,14063 =Ρ

Desvio padrão:

57866,5231 =S 8131,3322 =S 02624,3223 =S

Matriz das variáveis aleatórias:

( ) 97134,011 −=Χ ( ) 42748,012 −=Χ ( ) 78739,013 −=Χ

( ) 37582,121 =Χ ( ) 38119,122 =Χ ( ) 41105,123 =Χ

( ) 40448,031 −=Χ ( ) 95371,032 −=Χ ( ) 62366,033 −=Χ

Matriz de correlação:

1 0,9004 0,9861

0,9004 1 0,9601

0,9861 0,9601 1

Os dados formam gerados pelas rotinas criadas em pascal e posteriormente inseridas no

programa Excel para ser impresso, meramente por uma questão estética.

5. RELATÓRIO DE ATIVIDADES

Iniciou-se um estudo com livros de estatística básica e programação via linguagem pascal.

Posteriormente estudei o modelo proposto em KELMAN, J. e programei algumas rotinas auxiliares

para a execução do modelo para geração de chuvas anuais. Como sou matemático industrial tive

dificuldades para entender conceitos básicos de hidrologia e fiz um estudo paralelo em ciclo

hidrológico, medidas das variáveis hidrológicas entre outros.

6. ROTINAS EM PASCAL

UNIT matriz_cov; INTERFACE uses crt,oper; const n=3; MAX=100; TYPE matrix=record val:array[1..MAX,1..MAX] of REAL; nlin,ncol: integer; end; TYPE vetor=record val:array[1..MAX] of REAL; nlin: integer; end; var P,X:matrix; media,S:vetor; //procedure leitura ( P : matrix ); procedure media_posto (P:matrix; var media : vetor); procedure desvio_padrao (P:matrix;var media,S : vetor); procedure matriz_Xt (var P,X:matrix; var media, S : vetor); IMPLEMENTATION procedure leitura ( P : matrix );

var i,j: integer; begin writeln('Digite a matriz'); P.val[1,1]:=1279.556; P.val[1,2]:=1519.912; P.val[1,3]:=1152.922; (* exemplo matriz SDP *) P.val[2,1]:=2508.481; P.val[2,2]:=2121.862; P.val[2,3]:=1860.878; P.val[3,1]:=1576.35; P.val[3,2]:=1344.775; P.val[3,3]:=1205.648; { for i:=1 to n do for j:=1 to n do read(P[i,j]);} P.nlin:=n; P.ncol:=n; end; procedure media_posto (P:matrix; var media : vetor); var i,j:integer; soma:real; begin for j:=1 to P.ncol do begin soma:=0; for i:=1 to P.nlin do soma:=soma+P.val[i,j]; media.val[j]:=soma/n; writeln('media',j,'=',media.val[j]); end; end; procedure desvio_padrao (P:matrix;var media,S : vetor); var i,j:integer; soma:real; begin for j:= 1 to n do begin soma:=0; for i:=1 to n do soma:=soma+sqr(P.val[i,j]-media.val[j]); S.val[j]:=sqrt(soma/n); writeln('desvio padrÆo S',j,'=',S.val[j]); end; end; procedure matriz_Xt (var P,X:matrix; var media, S : vetor); var i,j:integer; begin for j:= 1 to n do begin for i:=1 to n do X.val[i,j]:=(P.val[i,j]-media.val[j])/S.val[j]; end; X.nlin:=n;

X.ncol:=n; end; procedure mat_cov(X:matrix; var R:matrix); var i,j : integer; begin end; begin

end.

UNIT oper; // Biblioteca Operacao entre matrizes // Em construcao // Ultima atualizacao 17/08/2009 // Alessandra Leite Batista INTERFACE uses crt; CONST MAX=100; TYPE matrix=record val:array[1..MAX,1..MAX] of REAL; nlin,ncol: integer; end; VAR mat,mat1, mat2, mat3: matrix; procedure readmat(VAR mat: matrix); procedure writemat(mat: matrix); procedure zeros(m,n: integer;VAR mat: matrix); procedure ones(m,n: integer;VAR mat: matrix); procedure eye(m,n: integer;VAR mat: matrix); procedure somamat(mat1,mat2: matrix; VAR mat3: matrix); procedure multmat(mat1,mat2: matrix; VAR mat3: matrix); procedure transp(mat: matrix; VAR mat1: matrix); function simtest(mat: matrix): boolean; IMPLEMENTATION procedure readmat(VAR mat: matrix); var i,j: INTEGER; begin writeln('entre com o tamanho da matriz mxn'); readln(mat.nlin,mat.ncol); writeln('entre com a matriz a ser lida'); for i:= 1 to mat.nlin do for j:= 1 to mat.ncol do read(mat.val[i,j]); end; procedure writemat(mat: matrix); var i, j:integer; begin for i:=1 to mat.nlin do begin

for j:=1 to mat.ncol do write(mat.val[i,j]:4:0) ; writeln(); end; end; procedure zeros(m,n: integer;VAR mat: matrix); var i,j: integer; begin mat.nlin:=m; mat.ncol:=n; for i:=1 to mat.nlin do for j:=1 to mat.ncol do mat.val[i,j]:=0; end; procedure ones(m,n: integer; VAR mat: matrix); var i, j: integer; begin mat.nlin:=m; mat.ncol:=n; for i:=1 to mat.nlin do for j:=1 to mat.ncol do mat.val[i,j]:=1; end; procedure eye(m,n: integer; VAR mat: matrix); var i, j: integer; begin mat.nlin:=m; mat.ncol:=n; for i:=1 to mat.nlin do for j:=1 to mat.ncol do if (i=j) then mat.val[i,j]:=1 else mat.val[i,j]:=0; end; procedure somamat(mat1, mat2:matrix; VAR mat3: matrix); var i,j: integer; begin if (mat1.nlin=mat2.nlin) and (mat1.ncol=mat2.ncol) then begin for i:=1 to mat1.nlin do for j:=1 to mat1.ncol do mat3.val[i,j]:=mat1.val[i,j]+mat2.val[i,j]; mat3.nlin:=mat1.nlin; mat3.ncol:=mat1.ncol; end else writeln('soma de matrizes invalida'); end; procedure multmat(mat1,mat2: matrix;VAR mat3: matrix); var i, j, k: integer; s: REAL; begin if(mat1.ncol=mat2.nlin) then begin

for i:=1 to mat1.nlin do for j:=1 to mat2.ncol do begin s:=0; for k:=1 to mat1.ncol do s:=s+mat1.val[i,k]*mat2.val[k,j]; mat3.val[i,j]:=s; end; mat3.nlin:=mat1.nlin; mat3.ncol:=mat2.ncol; end else writeln('multiplicao de matrizes invalida'); end; procedure transp(mat: matrix; VAR mat1: matrix); var i,j: integer; aux: real; begin for i:=1 to mat.nlin do for j:= 1 to mat.ncol do mat1.val[j,i]:=mat.val[i,j]; mat1.nlin:=mat.ncol; mat1.ncol:=mat.nlin; end; function simtest(mat: matrix): boolean; (*testa a simetria da matriz*) (*obs: ver se matriz precisa ser quadrada*) var i,j: integer; test:boolean; begin test:=true; i:=1; while (i<=mat.nlin) and (test) do begin j:=1; while (j<=i-1) and (test) do begin if (mat.val[i,j]<>mat.val[j,i]) then test:= false else j:=j+1; end; i:=i+1; end; simtest:=test; end; begin end.

7. REFERÊNCIAS CONSULTADAS

KELMAN, J. Modelos Estocásticos no Gerenciamento dos Recursos Hídricos. [In: AL.], Flávio Terra

Barth... [et]. (Org.). Modelos para Gerenciamento de Recursos Hídricos. São Paulo, 1987, p. 325-424.

MINGOTI, S. A. Análise de dados através de métodos de estatística multivariada, uma abordagem

aplicada. Belo Horizonte, 2005. Editora UFMG.

TUCCI, C. E. M. (organizador). Hidrologia ciência e aplicação. ABRH V. 4. 1997.

ENERGIA NATURAL

1 INTRODUÇÃO

As mudanças climáticas globais tornaram-se recentemente manchete nos jornais e revistas,

bem como em telejornais. Seus possíveis efeitos são de grande preocupação em todo o mundo e são,

na realidade, uma questão importante para a população de muitos países. Os cientistas vêm estudando

as alterações climáticas globais, pelo menos, há 20 anos tais como: a realização de levantamentos no

terreno, coleta de dados e simulação computacional, desenvolvimento de programas que melhoraram a

exatidão e confiabilidade sobre as suas conclusões. Como resultado, uma enorme quantidade de

literatura está agora disponível sobre essa questão, principalmente mostrando que as mudanças

climáticas globais são reais.

Um aspecto particular das mudanças climáticas é o seu impacto sobre o desempenho dos

sistemas de recursos hídricos, tal como sistemas de geração hidrelétrica. O objetivo desta etapa do

projeto é desenvolver rotinas computacionais, baseadas no Método da Energia Natural, para posterior

investigação de como as mudanças climáticas globais irão modificar a energia garantida de um

sistema interligado de usinas hidrelétricas. Propõe-se para o estudo de caso o sistema interligado Sul-

Sudeste do Brasil.

2. MÉTODO DA ENERGIA NATURAL - DESENVOLVIMENTO DE R OTINAS

COMPUTACIONAIS

Este estudo está dividido nas seguintes etapas:

1. Coleta de dados

2. Programa Agregação

3. Programa Estatístico (auxílio do Programa Geração)

4. Programa Geração

5. Programa Simulação

As etapas 1, 2 estão concluídas neste momento e a etapa 3 está sendo executada. Abaixo estão

melhor detalhadas as etapas já concluídas:

Coleta de dados Coleta de dados pluvio-fluviométricos e hidroenergéticos nas bacias de interesse (grandes

bacias contribuintes das regiões Sul e Sudeste do Brasil onde existem usinas hidrelétricas de grande

( ) ( )[ ]tQbtQaKtE kikiBk UBi

i

k

"')( +=∑ ∑∈ ∈

porte). Esta coleta de dados é necessária para a depuração das rotinas computacionais e para

organização do banco de dados.

Modelo de agregação O modelo de agregação, também chamado de Programa Agregação, consiste na transferência

das séries de vazões de locais representativos para os locais das usinas, assim estas são transformadas

em energias naturais afluentes, cuja soma constitui a energia natural do sistema. O mesmo acontece

com os volumes úteis dos reservatórios, que são agregados em um único reservatório de energia

chamado de reservatório equivalente. Esse processo de agregação constitui a essência do chamado

método da energia natural utilizado pela primeira vez pelo grupo de estudos denominado

(CANAMBRA -1966 e CANAMBRA -1969). O método da energia natural permite então simular um

sistema de muitas usinas hidrelétricas interligadas como uma única usina equivalente que recebe

afluências de energia, variáveis no tempo, e conta com um único reservatório de regularização de

energia. Como já foi destacado pela Canambra (1969), esse método conduz a resultados bastante

precisos em sistemas com rios regularizados ou sem regularização nenhuma. Fill (1980) mostrou que

no caso concreto do sistema elétrico das regiões Sul e Sudeste do Brasil o erro na avaliação da energia

firme é inferior a 5%, que é a ordem de grandeza do erro na estimativa das vazões.

Este é método é representado pelas seguintes equações:

(1)

Onde:

E(t) – energia natural afluente ao sistema (MWmédio)

"' , kk QQ - vazões representativas da bacia k (vazão dos Postos) (m3/s)

ii ba , - coeficientes de transferência de vazões

kUB - conjunto de usinas na bacia k

B – conjunto de bacias

1000/iii HgK η= - produtividade da usina i (MW/m3/s)

g - aceleração da gravidade (9,8 m/s2)

iH - queda líquida média da usina i (m)

iη - rendimento global médio da usina i

Onde:

maxA - armazenamento máximo do sistema (MW mês)

jútilV - volume útil do reservatório j (106 m3)

iK - produtividade da usina i (MW/m3/s)

R - conjunto dos reservatórios do sistema

jJ - conjunto das usinas a jusante do reservatório j

Determinada a série de afluências de energias E(t) e o armazenamento máximo maxA , a

simulação para obtenção da energia firme do sistema procede conforme o esquema abaixo:

[ ]

DE

paraVolta

ntADD

tAse

nnsenão

nAtAse

A

tEDtAtA

TtPara

AA

TtED

firme =

+=<

+===

+−−

=

==

= ∑

)1

/)(

0)(

1

0:)(:

)()1(min)(

,...,2,1

)0()1

/)(

max

max

max

Este esquema de simulação pode ser melhorado usando o conceito de energia controlável,

calculada como (NEWAVE):

∑∑∈∈

=j

jJi

iRj

útil KVA )628,2/(max

))(()( ∑ ∑∈ ∈

+=Rj Fi

ijjc

j

KKtQtE

−)(tEc energia afluente no mês t, aos aproveitamentos com reservatório, denominada energia

controlável;

R conjunto de reservatórios do sistema;

Fj conjunto de usinas a fio d'água compreendidas entre o reservatório j e o próximo reservatório a

jusante;

)()()( "' tQbtQatQ kjkjj += é a vazão afluente ao reservatório j durante o mês t

Neste caso, o cálculo de )(tA será:

+−+−−

=

max

)()1(

)()1(

min)(

A

tEtA

tEDtA

tA c

O Programa Agregação está escrito em linguagem Pascal e tem a seguinte estrutura:

No momento, está sendo desenvolvido o Programa Estatístico, que tem por objetivo

disponibilizar estatísticas necessárias para a utilização do programa Geração.

3. REFERÊNCIAS CONSULTADAS

CANAMBRA ENGINEERING CONSULTANTS. Power Study of South Brazil. Rio de Janeiro:

Canambra Engineering Consultants, 1966. 7 v.

CANAMBRA ENGINEERING CONSULTANTS. Power Study of South Brazil. Rio de Janeiro:

Canambra Engineering Consultants, 1969. 13 v. Apêndice XVII.

CEPEL-Centro de Pesquisas de Energia Elétrica. Manual de Referências do Modelo NEWAVE.

FILL, H. D., O método da energia natural como técnica de simulação em estudos energéticos. Revista Técnica do Instituto de Engenharia do Paraná, n. 20, p. 38-44, 1980.

MF 5 – Aplicação de Modelos de Simulação Hidrológica e de Qualidade de Corpos Dágua para cenários climáticos

ATIVIDADE 7 – Avaliação dos impactos de mudanças climáticas na geração de poluição difusa em bacias urbanas – Estudo de Caso do Rio Barigu

1 INTRODUÇÃO

1.1 OBJETIVO

Este relatório possui como objetivo descrever a área de estudo, os pontos

amostrados, os parâmetros analisados e suas respectivas metodologias.

2 DESCRIÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO

2.1 BACIA DO RIO BARIGUI

As informações referentes à área de estudo da Bacia do rio Barigüi são baseadas no

Projeto “Avaliação de Benefício-Custo de Medidas de Controle de Cheias e Despoluição

Urbana – Estudo de Caso da Bacia do Rio Barigüi”, realizado pelo Departamento de

Hidráulica e Saneamento da UFPR (2005).

A Bacia do rio Barigüi, localizada entre as coordenadas 25o 13' 24” e 25o 38' 23”

sul e 49o 15' 00” e 49o 22' 29” oeste, está situada no primeiro planalto paranaense na

Região Metropolitana de Curitiba (RMC).

A área total de drenagem da bacia é de 279 km2, sendo 120 km2 no município de

Almirante Tamandaré, 144 km2 em Curitiba e 15 km2 em Araucária. Percorre esses

municípios no sentido norte-sul e possui extensão de 67 km entre sua nascente e a foz no

rio Iguaçu. A figura 1 apresenta a localização da bacia do Barigui.

Ao longo de sua extensão o rio Barigui é enquadrado como classe 2 até o lago

Barigui e como classe 3 a jusante do lago (SUREHMA,1992, CONAMA, 2005).

A bacia apresenta paisagem suavemente ondulada nos terrenos da formação

Guabirotuba, sendo abrupto nos terrenos de rochas Pré-Cambrianas. O desnível do rio

Barigüi desde sua nascente até sua foz é de 97 m. As maiores altitudes encontram-se ao

norte da bacia, atingindo cota máxima de 1210 m. Já as altitudes mínimas, próximas a

1.000 m, são localizadas na região da sua foz.

Figura 6 – Localização da bacia do rio Barigüi na região metropolitana de Curitiba

Possui característica de ser urbanizada em 50 % da região, nos outros 50% possui

menor intensidade usos industriais, agrícolas, de extrações minerais e pecuária.

(Vasconcelos, 2003, DHS, 2005).

As principais áreas de atividades industriais estão localizadas na região sul do

município de Curitiba e em parte de Araucária, sendo elas a Cidade Industrial de Curitiba

(CIC), a Cidade Industrial de Araucária (CIA) e a Refinaria da Petrobrás (REPAR). A

bacia possui cerca de 180 indústrias potencialmente poluidoras, das quais

aproximadamente 140 estão localizadas na CIC.

Ao longo do curso do rio Barigui há parques como o Barigüi e o Tingüi, situados às

margens os quais exercem efeitos de amortecimento dos picos de enchentes com seus

reservatórios e áreas inundáveis, auxiliando a Região Metropolitana com relação aos picos

de precipitação muitas vezes salientes nesta região.

2.2 MONITORAMENTO DOS PONTOS DE COLETA

Durante o projeto serão realizadas coletas mensais durante XXX meses em dois

pontos, BA1 e BA2, localizados em Almirante Tamandaré e Parque Tingui,

respectivamente. A coordenada geográfica dos pontos de coleta estão na Tabela 1.

TABELA 1 – LOCALIZAÇÃO DOS PONTOS DE COLETA

PONTO DE COLETA LATITUDE LONGITUDE BA1 25º19’S 49º18’W BA2 25º13’S 49º18’W

O ponto BA1 está situado à jusante da ETA – Estação Almirante Tamandaré. Esse

ponto foi reinstalado no mês de agosto (20/08/2007) e possui os seguintes equipamentos: 1

pluviômetro, 1 painel solar, 1 régua linimétrica, 1 medidor de nível e 1 datalogger com 7

canais de registro. Esse datalogger foi instalado (na parede) em posição vertical, enquanto

o painel solar e o pluviômetro foram instalados em um poste. Este ponto foi instalado no

mesmo local que projeto “Avaliação de Benefício-Custo de Medidas de Controle de Cheias

e Despoluição Urbana – Estudo de Caso da Bacia do Rio Barigüi” utilizou para seus

estudos. Este local foi escolhido devido à segurança física oferecida aos equipamentos,

pela possibilidade da comparação de dados anteriores já obtidos e pela possibilidade de

avaliação da influência da ETA a montante. Possui uma bacia que contribui

significativamente, a sub-bacia do rio Pacotuba, com área de 58,3 km2, localizada na

cabeceira deste ponto.

A Figura 2 apresenta a região onde estão será realizada as campanhas de qualidade

da água para o monitoramento no BA1.

O BA2 está localizado no Parque Tingüi. Esse ponto possui os seguintes

equipamentos: 1 pluviômetro, 1 painel solar, 1 régua linimétrica, 1 medidor de nível e 1

datalogger com 7 canais de registro. O datalogger, o painel solar e o pluviômetro foram

instalados em um poste.

FIGURA 2 – PONDO DE COLETA BA1

FIGURA 3 – PONDO DE COLETA BA2

O monitoramento da qualidade da água caracterizou parâmetros físicos e químicos,

além de dados de nível e precipitação obtidos por sensores.

Os parâmetros analisados na coluna d’água bem como suas respectivas

metodologias estão descritos na Tabela 2.

TABELA 2 – DESCRIÇÃO DOS PROCEDIMENTOS ANALÍTICOS

PARÂMETRO MÉTODO FAIXA DE DETECÇÃO

DESCRIÇÃO REFERÊNCIA

DBO5

Winkler; determinação do OD pelo método da azida sódica modificada;

> 2 mg O2.L-1

- Determinação do OD inicial e OD final (após incubação da amostra

por 5 dias, 20ºC); - Quantificação da

DBO5 a partir do OD inicial e final, volume de amostra, volume do frasco, prova em branco

e fator de diluição; - Verificação da faixa

ótima(40-70%);

STANDARD METHODS,

methods 4500 - O C & 5210 B (Apha, 1998)

DQO total e DQO dissolvida

Colorimétrico; determinação pelo método do refluxo

fechado;

< 90 mg O2.L-1

- Refluxo fechado (150ºC, 2h) de 2ml

para: amostra (in natura ou dissolvida*), solução

oxidante (K2Cr2O7) e solução catalítica (Ag2SO4/H2SO4);

- Leitura em espectrofotômetro UV-

Vis (420nm); - Quantificação através de curva de calibração padrão de biftalato de

potássio;

DQO Particulada DQO particulada: DQO total – DQO dissolvida

COD - Carbono Orgânico

Dissolvido

Combustão sob alta temperatura;

determinação pelo método de detecção infravermelho não dispersivo (NDIR);

TC < 25000 mg.l-1 IC < 30000 mg.L-1

Limite de detecção: 4µg.l-1

para TC e IC

- Quantificação do COD em amostra

dissolvida (pH < 2, H2SO4, -20ºC)

- Leitura no aparelho TOC-VCPH, através de curva de calibração

padrão de biftalato de potássio, carbonato de sódio e bicarbonato de

sódio;

TOC-VCPH SHIMADZU

CORPORATION (2003)

UV-Vis

Varredura espectrofotométrica

UV-Vis;

-

- Varredura em espectrofotômetro UV-

Vis na faixa de comprimento de onda 200 nm - 700 nm, em

amostra dissolvida - Conservação para leitura após 48h: congelamento da amostra (-20ºC);

-

Fluorescência Molecular (IF)

Varredura espectrofotométrica de

Fluorescência Molecular (IF);

-

- Varredura em espectrofotômetro de

fluorescência (amostra dissolvida, conservada a -20ºC) em diferentes modalidades: espectros de emissão, espectros de varredura (modo

-

sincronizado);

Fosfato Reativo /Fosfato solúvel/

Ortofosfato

Colorimétrico; método do ácido

ascórbico

0,15 - 1,30 mg P.L-1

Limite de detecção: 10 µg

P.L-1

- Adição de 2 ml da solução reativa

combinada (H2SO4, tartarato de antimônio e potássio, molibdato de

amônio e ácido ascórbico) em alíquotas

de 10 ml da amostra dissolvida;

- Leitura em espectrofotômetro

(λ=880nm), entre 10 e 45 minutos após adição

do reativo; - Quantificação através de curva de calibração padrão de fosfato de potássio monobásico

Adaptado de Murphy and Riley

(1962)

&

STANDARD METHODS,

method 4500 - P E (Apha, 1998)

Fosfato Total e Fosfato Total

dissolvido

Digestão ácida com ácido nítrico/ácido

sulfúrico; Colorimétrico;

método do ácido ascórbico

0,15 - 1,30 mg P.L-1

Limite de detecção: 10 µg

P.L-1

- Digestão de 5 ml da amostra (in natura ou dissolvida) e 200 µl da solução de ácido forte

(HNO3/H2SO4) nas condições: 1h30min e

130ºC - Após digestão,

neutralização com NaOH 6mol.L-1 e

indicador fenolftaleína; - Diluição da amostra

para 25ml(5x) ou 50ml (10x);

- Leitura em alíquotas de 10ml segundo o

método descrito para Fosfato Reativo;

Adaptado de Murphy and Riley

(1962)

&

STANDARD METHODS,

methods 4500 – P B ¶2 & 4500 - P E

(Apha, 1998)

Fosfato Total particulado

Fosfato Total particulado = Fosfato Total – Fosfato Total dissolvido

N-Nitrito (N-NO2

-)

Colorimétrico; determinação pelo

método da sulfanilamida/N-1-

naftil etilenodiamina

10- 1000 µg NO2-

.L-1

- Adição de 400 µl da solução reativa para N-Nitrito em alíquotas de

10 ml da amostra dissolvida*;

- Leitura no aparelho espectrofotômetro

(λ=543nm), entre 10 minutos e 2 horas após

adição da solução reativa;

- Quantificação através de curva de calibração

padrão de nitrito de sódio;

Adaptação de STANDARD METHODS,

method 4500- NO2-

B (Apha, 1998)

N-Nitrato (N-NO3

-)

Redução pela coluna de Cd/Cu;

Colorimétrico; método da

sulfanilamida/N-1-naftil etilenodiamina

10- 1000 µg NO3-

.L-1

- Redução de 25 ml de amostra dissolvida

(volume final de 50 ml, diluição de 2x); pela

coluna de Cd/Cu - Descarte dos 40 ml

Adaptação de STANDARD METHODS,

method 4500- NO3-

E (Apha, 1998)

iniciais para limpeza; - Leitura da alíquota

final de 10 ml segundo método descrito para N-

Nitrito; - Quantificação através de curva de calibração padrão de nitrato de

potássio;

N-Amoniacal Colorimétrico;

método do fenato (indofenol);

< 0,6 mg.L-1 - concentrações

superiores podem ser obtidas através

de diluição da amostra;

- Adição de 400 µl de solução de fenol, 400µl

de nitroprussiato de sódio e 600µl de solução oxidante (citrato alcalino +

hipoclorito de sódio), em alíquotas de 10 ml da amostra dissolvida; - Leitura no aparelho

espectrofotômetro (λ=640nm), após 3h em

ausência de luminosidade para

estabilização da cor ; -Quantificação através de curva de calibração padrão de cloreto de

amônio;

Adaptação de STANDARD METHODS,

method 4500-NH3 F (Apha, 1998)

N-Total e N-Total dissolvido

Digestão alcalina com persulfato de potássio;

Redução através da coluna de Cd/Cu; Colorimétrico;

método da sulfanilamida/ N-1-naftil etilenodiamina

< 2,9 mg.L-1 - concentrações

superiores podem ser obtidas através

de diluição da amostra;

- Oxidação alcalina (5ml de amostra in

natura ou dissolvida, 100-110ºC, 30min, 2,5ml da solução

oxidante) de todas as formas de nitrogênio a

N-Nitrato; - Leitura de N-Total (in natura ou dissolvido) na forma de N-Nitrito, após redução na coluna

de Cd/Cu - Quantificação, através de curva de calibração padrão para N-Nitrato;

Adaptação de STANDARD METHODS,

method 4500- N C (Apha, 1998)

N-total particulado

N-Total particulado = N-Total in natura – N-Total dissolvido

N-Orgânico total N-Orgânico Total = N-Total in natura - ∑ N-Inorgânico (N-NO3-+N-NO2

-+N-NH3) N-Orgânico dissolvido

N-Orgânico dissolvido = N-Total dissolvido - ∑ N-Inorgânico (N-NO3-+N-NO2

-+N-NH3)

N-Orgânico particulado

N-Orgânico particulado = N-Orgânico total – N-Orgânico dissolvido

SS – Sólidos Sedimentáveis;

Cone de Imhoff;

Detecção mínina: 0,1 - 1,0 ml/L; - varia com a

composição da amostra;

- Transferir 1 litro de amostra homogeneizada para o cone de Imhoff; - Aguardar 45 minutos (amostra em repouso) e anotar o valor (ml/L) respectivo a menor

graduação presente na

STANDARD METHODS,

method 2540 F (Apha, 1998)

base do cone de Imhoff;

SST – Sólidos Suspensos Totais ;

Gravimétrico;

< 200 mg de resíduo;

-Filtrar em membrana de acetato de celulose Ø 0,45µm (P1 – peso 1)

volume entre 100 e 250 ml de amostra

homogeneizada; - Secar membrana

+resíduo em dessecador (P2 – peso2); SST:obtido

gravimetricamente pela diferença entre P2 e P1 e volume de amostra

filtrada;

Adaptado de STANDARD METHODS, method 2540

B(Apha, 1998)

ST – Sólidos Totais; STV – Sólidos Totais

Voláteis & STF – Sólidos Totais

Fixos ;

Gravimétrico;

< 200 mg de resíduo;

- Evaporação (103-105ºC) de amostra

homogeneizada (50 -150 ml) e secagem em estufa para obtenção de

ST; - Calcinação em mufla

(550ºC) após evaporação para

obtenção de STV; - STF: ST – STV ;

Adaptado de STANDARD METHODS,

method 2540 E (Apha, 1998)

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

CONAMA – CONSELHO NACIONAL DO MEIO AMBIENTE. Resolução N° 357, de 17 de março de 2005. Dispõe sobre a classificação dos corpos de água e diretrizes ambientais para o seu enquadramento, bem como estabelece as condições e padrões de lançamento de efluentes, e da outras providências. 2005. Ministério do Meio Ambiente.

DHS – DEPARTAMENTO DE HIDRÁULICA E SANEAMENTO (UFPR). Relatório Parcial – PROJETO BARIGÜI – “Avaliação de Benefício-Custo de Medidas de Controle de Cheias e Despoluição Urbana – Estudo de Caso da Bacia do Rio Barigüi”. 2005.

PARANÁ, Portaria SUREHMA N° 20 de maio de 1992, disope sobre o enquadramento de corpos aquáticos no Paraná.

VASCONCELOS, A. F. Neto. Dissertação de mestrado em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental da Universidade Federal do Paraná. Curitiba, PR. 2003.

PROCEDIMENTOS ANALÍTICOS

1. INTRODUÇÃO

A importância da confiabilidade dos dados de qualidade e quantidade de água é de

grande relevância na gestão dos recursos hídricos por ser a base para a tomada de decisão.

Por fornecer os pilares para as ferramentas de suporte de decisão, é necessário que

estes dados, sejam representativos e que apresentem valores que correspondam com a

“fotografia” do instante em que foram amostrados.

Esta confiabilidade dos dados coletados em campo é obtida por meio de análises

físico-químicas realizadas com procedimentos analíticos adequados e executados com

rigor, além da utilização de sensores calibrados, de modo a produzir resultados que

representem com precisão e exatidão as concentrações existentes na amostra.

A obtenção de dados confiáveis evita que erros sejam propagados e venham a

produzir outros, como no caso da modelagem de cenários futuros, calibrados com valores

de concentrações que possuem distorções devido a determinação analítica inadequada ou

execução do procedimento.

1.1 OBJETIVO

Este relatório possui como objetivo descrever parte dos procedimentos analíticos

que serão utilizados na análise da qualidade da água nos pontos de monitoramento do rio

Barigui (BA1 e BA2).

2. CONSOLIDAÇÃO DOS PROCEDIMENTOS ANALÍTICOS

A revisão e adaptação dos procedimentos analíticos realizados no Laboratório de

Engenharia Ambiental Borsari Neto – LABEAM tem como objetivo adequar às

metodologias realizadas e elaborar um manual de procedimentos padrão para os diversos

usuários que venham a utilizar a estrutura laboratorial para desenvolvimento de pesquisas.

A primeira etapa que está sendo desempenhada é a pesquisa e adaptação de

procedimentos analíticos para o monitoramento de qualidade de águas.

2.1 MANUAL DE ANÁLISES FÍSICO-QUÍMICAS

Os parâmetros e seus respectivos procedimentos para determinação analítica

adaptados são apresentados a seguir:

OXIGÊNIO DISSOLVIDO – OD

INTRODUÇÃO

O oxigênio dissolvido é o elemento principal no metabolismo dos microrganismos

aeróbios que habitam as águas naturais ou os reatores para tratamento biológico de esgotos.

A determinação da concentração de oxigênio dissolvido em águas é também

imprescindível para o desenvolvimento da análise da DBO, demanda bioquímica de oxigênio

e é parâmetro que indica o nível de poluição de ambientes aquáticos.

Nos reatores anaeróbios de tratamento de esgotos ou lodos, o oxigênio dissolvido na

água exerce efeito tóxico sobre as metanobactérias, devendo ser evitado.

MÉTODO PARA DETERMINAÇÃO

MÉTODO WINKLER MODIFICADO PELA AZIDA SÓDICA

Este método consiste em fixar o oxigênio dissolvido da amostra por meio da adição

das soluções de sulfato manganoso, MnSO4, e a solução álcali-iodeto-azida, que contém

hidróxido de sódio (NaOH), iodeto de sódio (NaI) e a azida sódica (NaN3).

A fixação do oxigênio dissolvido ocorre através da formação de óxido de manganês,

segundo a reação:

Mn(OH2) + ½O2 → MnO2 + H2O

Nesta etapa ocorre intensa floculação da amostra. A azida de sódio é utilizada para a

remoção da interferência de nitritos, que pode ser representada por:

NaN3 + H+ → HN3 + Na+

HN3 + NO2− + H+ → N2 + N2O + H2O

A segunda fase é a liberação de iodo, que ocorre após a adição de ácido sulfúrico

concentrado, que provoca a ruptura dos flocos e o desenvolvimento de uma coloração

amarelada, cuja intensidade é proporcional à concentração de oxigênio dissolvido presente

inicialmente na amostra. Esta reação pode ser expressa por:

MnO2 + 2I- + 4H+ → Mn+2 + I2 + 2H2O

Note-se que o íon iodeto é oxidado a iodo molecular, proporcionalmente à quantidade

de óxido de manganês que, por sua vez, é proporcional à concentração de oxigênio dissolvido

na amostra, conforme mostrado na reação de fixação.

A fase final da análise é a titulação do iodo liberado com tiossulfato de sódio

(iodometria). Esta reação pode ser representada por:

2Na2S2O3 + I2 → Na2S4O6 + 2NaI + 10H2O

O indicador desta reação é uma solução de amido, com viragem de azul para incolor.

Os resultados são expressos finalmente em termos de mgO2/L.

Equipamentos

Não necessita.

Vidrarias

• frascos de dbo winkler de 300 ml

• pipetas volumétricas

• béckeres

• erlenmeyer

• bureta de 50 ml

Reagentes

• Solução de Sulfato Manganoso (MnSO4):

Dissolver 480 g de MnSO4.4H2O, ou 400 g MnSO4.2H2O ou 364 g de MnSO4.H2O em

aproximadamente 800mL de água destilada, filtrar em papel de filtro Watman nº 40, e diluir

em balão volumétrico de 1L.

• Solução de Alcali-Iodeto-Azida:

Dissolver em aproximadamente 800mL de água:

- 500g de hidróxido de Sódio (NaOH);

- 135g de iodeto de sódio (NaI);

Diluir em 1L de água destilada; adicionar 10g de Azida Sódica (NaN3) – previamente

dissolvida em 40mL de água destilada.

• Ácido Sulfúrico concentrado;

• Solução indicadora de Amido

Dissolver 5 g de amido em um pouco de água, misturar almofariz e pistilo até formar uma

pasta uniforme; transferir para um bécker contendo 1 L de água fervendo e promover a

mistura; aguardar esfriar e sedimentar por 24 h; retirar o sobrenadante e adicionar a ele 1,25 g

de ácido salicílico e 4 g de cloreto de zinco, para preservar a solução.

• Solução Padrão de Tiossulfato de Sódio (Na2S2O3.5H2O) 0,025M:

Dissolver 6,205g de tiossulfato de sódio pentahidratado, juntamente com 1,5mL de Hidróxido

de Sódio 6N (ou 0,4g de NaOH), em aproximadamente 800mL de água destilada, transferir

para um balão volumétrico de 1L e completar o volume.

Padronização: Dissolver aproximadamente 2 g de iodeto de potássio (KI) p.a. em 100 mL de

água deionizada em um elernmeyer de 250 mL. Adicionar 10 mL de solução H2SO4 1:9 (1 ml

de H2SO4 e 9 mL de água deionizada). Acrescentar 20 mL da solução de dicromato de

potássio 0,025 N. Deixar a solução no escuro por 6 min e avolumar para 200 mL. Titular a

solução com o tiossulfato de sódio 0,025 N até a coloração amarelo-palha, acrescentar então 5

gotas do indicador amido e prosseguir a titulação até a viragem do azul para o incolor.

Calcular a normalidade real do tiossulfato:

*VK Cr O K Cr O

Na S O

N

Na S OV

N=

2 2 7 2 722 2 3

2 2 3

em que:

N K2Cr2O7 = normalidade da solução do dicromato de potássio

V K2Cr2O7 = volume da solução do dicromato de potássio

V Na2S2O3 = volume da solução de tiossulfato gasto na titulação

PROCEDIMENTO

1. transferir a amostra para o frasco de winkler evitando agitar a amostra e a formação de

bolhas;

2. adicionar 1 mL de sulfato manganoso;

3. adicionar 1 mL de solução alcalina de iodeto azida;

4. feche o frasco, agite por inversão:

• se houver formação de uma suspensão leitosa, não há oxigênio para ser

determinado na amostra;

• se houver formação de um precipitado de cor marrom prosseguir a análise.

5. adicionar ao fraco 1 mL de H2SO4;

6. fechar o frasco e agitar por inversão novamente até que o precipitado seja dissolvido;

7. transferir do frasco para um elernmeyer, 100 mL da amostra;

8. titular com solução de tiossulfato de sódio 0,025 N até o aparecimento de uma cor

amarelo-palha; acrescentar 5 a 6 gotas do indicador amido e prosseguir a titulação e

continue a titulação até a viragem da cor azul para incolor;

9. anote o volume gasto na titulação.

CÁLCULO DO OD

fcVgLmgOD *2*)/( =

em que:

Vg = volume (mL) de tiossulfato de sódio gasto na titulação

fc= fator de correção do tiossulfato de sódio

LIMITE DE DETECÇÃO

Concentração de oxigênio dissolvido (mg/L):

• limite máximo – 7 a 9 mg OD/L

• limite mínimo – 2 mg OD /L

DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXIGÊNIO – DBO

INTRODUÇÃO

A Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) é um teste no qual procedimentos

padronizados de laboratório são usados para determinar a quantidade de oxigênio relativa em

águas naturais, efluentes domésticos e industriais consumidos para estabilização da matéria

orgânica presente na amostra durante um período de tempo.

O teste de DBO é empregado para determinar os níveis de poluição, para avaliar

cargas poluidoras e para avaliar a eficiência de um determinado sistema de tratamento.

O teste de DBO mais difundido é o DBO520, no qual, as amostras são incubadas por 5

dias a 20ºC, mas também há a DBOU (demanda bioquímica última de oxigênio).

Normalmente é realizado o teste de DBO520 devido ao menor período de incubação e a

degradação que ocorre neste tempo equivale a cerca de 70% da concentração de matéria

orgânica presente.

Pode-se relacionar os valores obtidos no teste de DBO com os obtidos nos testes de

DQO. A relação DQO/DBO indica a biodegrabilidade da amostra. Quanto mais elevada for a

relação, menor é a fração biodegradável, e quando menor a relação, maior a biodegrabilidade

da amostra.

MÉTODOS PARA DETERMINAÇÃO

MÉTODO WINKLER

O teste de DBO tem por objetivo, determinar essa quantidade de oxigênio consumido,

e assim, relacionar com a quantidade de matéria orgânica – biodegradável – presente na

amostra.

O método usualmente empregado para a determinação da DBO é o da diluição,

incubação por um período de 5 dias a 20ºC, com a determinação dos níveis iniciais e finais de

oxigênio através do método da Azida modificado.

Método Winkler

Equipamentos

• garrafão para água de diluição

• incubadora (termo-regulável)

Vidrarias

• frascos de dbo de 300 ml

• pipetas volumétricas

• béckeres

• erlenmeyer

• bureta de 50 ml

Reagentes

• Solução Tampão de Fosfato:

Dissolver em aproximadamente 600mL de água destilada:

- 8,5g de fosfato monobásico de potássio (KH2PO4);

- 21,75g de fosfato bibásico de potássio (K2HPO4);

- 33,4g de fosfato bibásico de sódio heptahidratado (Na2HPO4.7H2O);

- 1,7g de cloreto de amônio (NH4Cl)

Transferir para um balão volumétrico de 1L e completar o volume com água destilada; tal

solução deve ser guardada em baixas temperaturas e na ausência de luz.

• Solução de Sulfato de Magnésio (MgSO4):

Dissolver 22,5g de sulfato de magnésio heptahidratado (MgSO4.7H2O) em aproximadamente

800mL de água, transferir para um balão volumétrico de 1L e completar o volume; tal solução

deve ser guardada em baixas temperaturas e na ausência de luz.

• Solução de Cloreto de Cálcio (CaCl2):

Dissolver 27,5g de cloreto de cálcio anidro em aproximadamente 800mL de água, transferir

para um balão volumétrico de 1L e completar o volume; tal solução deve ser guardada em

baixas temperaturas e na ausência de luz.

• Solução de Cloreto Férrico (FeCl3):

Dissolver 0,25g de cloreto férrico hexahidratado (FeCl3.6H2O) em aproximadamente

800mLde água, transferir para um balão volumétrico de 1L e completar o volume; tal solução

deve ser guardada em baixas temperaturas e na ausência de luz.

• Água de Diluição:

Adicionar a um garrafão previamente limpo e estéril água destilada de acordo com a

necessidade a ser empregada no teste; manter o conteúdo desse garrafão em aeração por, no

mínimo, 2 horas; deixar em repouso por aproximadamente 30 minutos, e acrescentar a tal

água 1mL de cada uma das soluções nutriente para cada litro de água destilada usado.

• Solução de Sulfato Manganoso (MnSO4):

Dissolver 480 g de MnSO4.4H2O, ou 400 g MnSO4.2H2O ou 364 g de MnSO4.H2O em

aproximadamente 800mL de água destilada, filtrar em papel de filtro Watman nº 40, e diluir

em balão volumétrico de 1L.

• Solução de Alcali-Iodeto-Azida:

Dissolver em aproximadamente 800mL de água:

- 500g de hidróxido de Sódio (NaOH);

- 135g de iodeto de sódio (NaI);

Diluir em 1L de água destilada; adicionar 10g de Azida Sódica (NaN3) – previamente

dissolvida em 40mL de água destilada.

• Ácido Sulfúrico concentrado;

• Solução Padrão de Tiossulfato de Sódio (Na2S2O3.5H2O) 0,025M:

Dissolver 6,205g de tiossulfato de sódio pentahidratado, juntamente com 1,5mL de Hidróxido

de Sódio 6N (ou 0,4g de NaOH), em aproximadamente 800mL de água destilada, transferir

para um balão volumétrico de 1L e completar o volume.

Padronização: Dissolver aproximadamente 2 g de iodeto de potássio (KI) p.a. em 100 mL de

água deionizada em um elernmeyer de 250 mL. Adicionar 10 mL de solução H2SO4 1:9 (1 ml

de H2SO4 e 9 mL de água deionizada). Acrescentar 20 mL da solução de dicromato de

potássio 0,025 N. Deixar a solução no escuro por 6 min e avolumar para 200 mL. Titular a

solução com o tiossulfato de sódio 0,025 N até a coloração amarelo-palha, acrescentar então 5

gotas do indicador amido e prosseguir a titulação até a viragem do azul para o incolor.

Calcular a normalidade real do tiossulfato:

*VK Cr O K Cr O

Na S O

N

Na S OV

N=

2 2 7 2 722 2 3

2 2 3

em que:

N K2Cr2O7 = normalidade da solução do dicromato de potássio

V K2Cr2O7 = volume da solução do dicromato de potássio

V Na2S2O3 = volume da solução de tiossulfato gasto na titulação

• Solução indicadora de Amido

Dissolver 5 g de amido em um pouco de água, misturar almofariz e pistilo até formar uma

pasta uniforme; transferir para um bécker contendo 1 L de água fervendo e promover a

mistura; aguardar esfriar e sedimentar por 24 h; retirar o sobrenadante e adicionar a ele 1,25 g

de ácido salicílico e 4 g de cloreto de zinco, para preservar a solução.

PROCEDIMENTO WINKLER SEM SEMENTE

10. regular o pH das amostras para 6,8 a 7,2 quando estiverem a temperatura ambiente;

11. adicionar a amostra ao frasco preparado de DBO e identificado – completar com a

amostra ou amostra mais a alíquota da diluição. O Standard recomenda pelo menos 5

diluições. As diluições devem ser decididas com base na concentração de DQO.

12. anotar o nº e o volume do frasco ou porcentagem da amostra adicionada em uma ficha

de controle;

13. completar o volume do frasco com água de diluição evitando a formação de bolhas e

turbulências;

14. medir OD inicial por meio do método modificado pela azida sódica;

15. levar à incubadora as amostras para a incubação;

16. após 5 dias determinar a concentração de OD final da amostra.

PROCEDIMENTO WINKLER COM SEMENTE

1. regular o pH das amostras para 6,8 a 7,2 quando estiverem a temperatura ambiente;

2. anotar o nº e o volume do frasco ou porcentagem da amostra adicionada em uma ficha

de controle;

3. adicionar o volume da amostra ao frasco de DBO preparado evitando a formação de

bolhas e turbulências;

4. em um frasco em separado, incubar a semente, adicionando 2mL da semente

preparada, completando o volume com água de diluição;

5. completar o volume do frasco com água de diluição evitando a formação de bolhas e

turbulências;

6. medir OD inicial;

7. levar à incubadora as amostras para a incubação;

8. após 5 dias determinar a concentração de OD final da amostra.

PREPARO DA SEMENTE

As sementes utilizadas no teste da DBO podem ser obtidas de amostras in natura de

esgotos, de amostras do próprio efluente após 3 a 8 km do ponto de despejo, de forma a obter

microorganismo adaptados. Também podem ser usados sólidos suspensos ou serem

adquiridos sementes comerciais para DBO.

CÁLCULO DA DBO SEM SEMENTE

( / ) I FOD ODDBO mg L

P−=5

em que :

ODI = concentração de OD inicial (mg/L)

ODF = concentração de OD final (mg/L)

P = fração volumétrica da amostra utilizada (mL)

CÁLCULO DA DBO COM SEMENTE

( )*( / ) I F I FOD OD B B f

DBO mg LP

− − −=5

em que :

ODI = concentração de OD inicial (mg/L)

ODF = concentração de OD final (mg/L)

BI = concentração de OD no controle da semente inicial (mg/L)

BF = concentração de OD no controle da semente final (mg/L)

f = razão da semente diluída na amostra em relação a semente de controle

P = fração volumétrica da amostra utilizada (mL)

LIMITE DE DETECÇÃO

Concentração de oxigênio dissolvido (mg/L):

• limite máximo – 7 a 9 mg OD/L

• limite mínimo – 2 mg OD /L

MÉTODO RESPIROMÉTRICO – OXITOP

Baseia-se numa amostra em uma garrafa âmbar sob quantidade suficiente de

microrganismos e nutrientes a temperatura controlada de 20ºC ± 1ºC e que por meio de

agitação faz com que o O2 presente na câmara de ar se dissolva no líquido. Os

microrganismos respiram este oxigênio dissolvido na amostra durante o processo de

degradação da matéria orgânica, exalando CO2, que é absorvido por NaOH contido em um

reservatório de borracha, produzindo uma diferença de pressão na garrafa, que é medida pelo

sensor Oxitop, cujo sistema contém este instrumento digital.

MÉTODO OXITOP

Equipamentos

• garrafas de dbo oxitop

• bandeja de agitação magnética

• agitador magnético

• incubadora (termo-regulável)

Vidrarias

• pipetas volumétricas

Reagentes

• NaOH em pérolas;

• Solução Tampão de Fosfato:

Dissolver em aproximadamente 600mL de água destilada:

- 8,5 g de fosfato monobásico de potássio (KH2PO4);

- 21,75 g de fosfato bibásico de potássio (K2HPO4);

- 33,4 g de fosfato bibásico de sódio heptahidratado (Na2HPO4.7H2O);

- 1,7 g de cloreto de amônio (NH4Cl)

Transferir para um balão volumétrico de 1 L e completar o volume com água destilada; tal

solução deve ser guardada em baixas temperaturas e na ausência de luz.

• Solução de Sulfato de Magnésio (MgSO4):

Dissolver 22,5 g de sulfato de magnésio heptahidratado (MgSO4.7H2O) em aproximadamente

800 mL de água, transferir para um balão volumétrico de 1 L e complete o volume; tal

solução deve ser guardada em baixas temperaturas e na ausência de luz.

• Solução de Cloreto de Cálcio (CaCl2):

Dissolver 27,5 g de cloreto de cálcio anidro em aproximadamente 800 mL de água, transferir

para um balão volumétrico de 1 L e complete o volume; tal solução deve ser guardada em

baixas temperaturas e na ausência de luz.

• Solução de Cloreto Férrico (FeCl3):

Dissolver 0,25 g de cloreto férrico hexahidratado (FeCl3.6H2O) em aproximadamente 800 mL

de água, transferir para um balão volumétrico de 1 L e complete o volume; tal solução deve

ser guardada em baixas temperaturas e na ausência de luz.

• Solução de Amônia (NH4Cl):

Dissolver 38,2 g de cloreto férrico hexahidratado (FeCl3.6H2O) em aproximadamente 800 mL

de água, neutralize o pH para 7,0 com KOH e transfira para um balão volumétrico de 1 L e

complete o volume; tal solução deve ser guardada em baixas temperaturas e na ausência de

luz.

PROCEDIMENTO OXITOP

1. conhecer o valor da DQO da amostra ou a faixa de DBO esperada e de acordo com

estes valores observar na Tabela 1, o volume da amostra e solução nutriente a ser

transferido para a garrafa de Oxitop;

DBO ESPERADA (mg/L)

VOLUME DE AMOSTRA (mL)

VOLUME DE SOLUÇÃO NUTRIENTE (mL)

0 – 40 432 1,7

0 – 80 365 1,5

0 – 200 250 1,0

0 – 400 164 0,6

0 – 800 97 0,4

0 – 2000 43,5 0,2

2. transfira o volume de amostra no frasco de DBO Oxitop;

3. pipete o volume da solução nutriente;

4. coloque a barra magnética dentro da garrafa ;

5. coloque 2 a 3 pastilha de NaOH no reservatório de borracha;

6. coloque o reservatório com cuidado na boca da garrafa;

7. feche a garrafa c/ sensor e coloque sobre o sistema de agitação;

8. conecte o instrumento e verifique os agitadores;

9. pressione simultaneamente as teclas M e S.

CÁLCULO DA DBO OXITOP

A concentração final da DBO será dada após o término da análise no leitor do sensor

do Oxitop.

LIMITE DE DETECÇÃO

0 – 2000 mg DBO/L

DEMANDA QUÍMICA DE OXIGÊNIO – DQO

INTRODUÇÃO

Demanda Química de Oxigênio (DQO) é definida como a quantidade de oxigênio

necessária para oxidar quimicamente a matéria orgânica e inorgânica oxidável de uma

determinada amostra sob condições controladas.

O parâmetro DQO é largamente empregado para avaliação da qualidade de águas e de

efluente industriais e doméstico. Seu valor pode ser correlacionado com outros parâmetros,

como, por exemplo com demanda bioquímica de oxigênio (DBO).

MÉTODOS PARA DETERMINAÇÃO

MÉTODO DO REFLUXO ABERTO - TITULOMÉTRICO

A matéria orgânica/inorgânica oxidável é oxidada em meio ácido (H2SO4) por um

forte agente oxidante (K2Cr2O7) em excesso conhecido num condensador de refluxo do tipo

Friedrichs. Toda reação é catalisada por Sulfato de Prata (Ag2SO4) e calor.

Após a digestão o excesso de Dicromato é titulado contra uma solução de Sulfato

Ferroso Amoniacal – SFA – (Fe(SO4)2(NH4)2), e assim determina-se a quantidade de

oxidante consumida na reação; tal quantidade será expressa em termos equivalentes de

oxigênio. O tempo ideal para a digestão é de 2 horas.

Método Refluxo aberto

Equipamentos

• chapa de aquecimento contendo condensadores friedrichs

• balança analítica

Vidrarias

• balão de fundo chato de 500 ml

• pérolas de vidro para controlar ebulição

• espátulas

• pipetas volumétricas

• balão volumétricos

• dispenser

• proveta

• bureta de 50 ml

Reagentes

• Ácido Sulfúrico com Sulfato de Prata:

Adicionar 10 g de Sulfato de Prata em 1 L de Ácido Sulfúrico concentrado. Deixar um dia

para a dissolução.

• Solução de Dicromato de Potássio 0,25 N:

Dissolver 12,259 g de Dicromato de Potássio p.a., previamente seco a 150 ºC por 2 horas, em

aproximadamente 800 mL de água destilada, transferir para um balão volumétrico de 1 L e

completar o menisco.

• Solução de Dicromato de Potássio 0,025N:

Diluir 100mL da solução de Dicromato de Potássio 0,25N em um balão de 1L, completar o

volume com água destilada.

• Solução de Sulfato Ferroso Amoniacal (SFA) 0,25N:

Dissolver 98 g de SFA em aproximadamente 800 mL de água destilada, adicionar 20 mL de

Ácido Sulfúrico concentrado, aguardar esfriar e transferir para um balão volumétrico de 1 L,

completar o volume com água destilada.

Padronização:

1. Adicionar 10 mL de Dicromato de Potássio 0,25 N num erlernmeyer;

2. Elevar o volume do erlernmeyer para 100 mL com água destilada;

3. Adicionar, com um Dispenser, 30 mL de Ácido Sulfúrico;

4. Aguardar esfriar;

5. Adicionar de 3 a 6 gotas de indicador Ferroin;

6. Titular com a solução de SFA até a viragem do indicador (verde para marrom).

Calcular a Normalidade da solução de SFA:

)(*)(2

)(1)( 722

722 OCrKNmLgastoSFAv

mLOCrKvSFAN =

• Solução de Sulfato Ferroso Amoniacal (SFA) 0,025 N:

Diluir 100 mL da solução de SFA 0,25 N num balão volumétrico de 1 L e completar o volume

com água destilada. Padronizar da mesma forma descrita para o SFA 0,25 N, com uma

alteração: utilizar a Solução de Dicromato de Potássio 0,025 N.

• Solução Indicadora de Ferroin:

Dissolver 1,485 g de 1,10 – fenantrolina monohidratada e 695 mg de Sulfato

Ferrosos heptahidratado em 100 mL de água destilada;

• Sulfato de Mercúrio.

PROCEDIMENTO PARA DQO > 50 (mg/L)

1. pesar em um balão de fundo chato 0,4 g de sulfato de mercúrio;

2. adicionar ao balão de fundo chato 20 mL da amostra já homogeneizada;

3. adicionar ao balão de fundo chato 10 mL da solução 0,25 N de dicromato de potássio;

4. adicionar ao balão de fundo chato 5 mL de ácido sulfúrico p.a.

5. adicionar ao balão de fundo chato 3 a 4 pérolas de vidro;

6. adicionar ao balão de fundo chato com o auxilio de um dispenser 25 mL de ácido

sulfúrico p.a./sulfato de prata;

7. conectar o balão no condensador de refluxo;

8. deixar em refluxo por 2 horas; desligar o condensador e deixar esfriar;

9. adicionar 5 a 6 gotas de solução indicadora de Ferroin no balão; titular a amostra com

solução de SFA 0,25 N até a viragem do verdeazulado para o marrom;

10. anotar o volume gasto na titulação.

PROCEDIMENTO PARA DQO < 50 (mg/L)

1. pesar em um balão de fundo chato 0,4 g de sulfato de mercúrio;

2. adicionar ao balão de fundo chato 50 mL da amostra já homogeneizada;

3. adicionar ao balão de fundo chato 25 mL da solução 0,025 N de dicromato de

potássio;

4. adicionar ao balão de fundo chato 5 mL de ácido sulfúrico p.a.

5. adicionar ao balão de fundo chato 3 a 4 pérolas de vidro;

6. adicionar ao balão de fundo chato com o auxilio de um dispenser 25 mL de ácido

sulfúrico p.a./sulfato de prata;

7. conectar o balão no condensador de refluxo;

8. deixar em refluxo por 2 horas; desligar o condensador e deixar esfriar;

9. adicionar 5 a 6 gotas de solução indicadora de Ferroin no balão; titular a amostra com

solução de SFA 0,25 N até a viragem do verdeazulado para o marrom;

10. anotar o volume gasto na titulação.

CÁLCULO DA DQO

( ))(

8000**1.0*))/( 2 mLVamostra

fcVVLmgODQO ab −

=

em que :

Vb: volume (mL) gasto na titulação do branco

Va: volume (mL) gasto na titulação da amostra

V: volume da amostra (mL)

fc: fator de correção do SFA

MÉTODO DO REFLUXO FECHADO - COLORIMÉTRICO

A matéria orgânica/inorgânica presente na amostra é oxidada por meio do agente

oxidante (K2Cr2O7). O método padrão emprega como reagentes solução padrão de

Hidrogenoftalato de Potássio, solução ácida (Ag2SO4 em H2SO4 concentrado) e solução

digestora (composta de K2Cr2O7, HgSO4 e H2SO4 diluídos em água). O método consiste na

redução do cromo (Cr6+ a Cr3+) e subseqüente análise através da modificação da coloração,

em um espectrofotômetro. Tal processo é usualmente conduzido em um digestor a 150°C, por

2 horas. As leituras obtidas em espectrofotômetro de luz visível. Para valores de DBO

menores que 90 mg/L, a amostra deve ser lida no comprimento de onda de 420 nm, se a DQO

estiver entre 100 a 900 mg/L, a leitura deve ser realizada no comprimento de onda 600 nm.

EQUIPAMENTOS, VIDRARIAS E REAGENTES

Método Refluxo fechado

Equipamentos

• digestor

• espectrofotômetro

• balança analítica

Vidrarias

• pipetas graduadas

• frascos de digestão

Reagentes

• Ácido sulfúrico p.a.;

• Sulfato de mercúrio;

• Ácido Sulfúrico com Sulfato de Prata:

Adicionar 10 g de Sulfato de Prata em 1 L de Ácido Sulfúrico concentrado. Deixar um dia

para a dissolução;

• Solução digestora:

Dissolver 10.216 g de Dicromato de Potássio p.a., previamente seco a 150 ºC por 2 horas, em

aproximadamente 800 mL de água destilada e 167 mL de ácido sulfúrico p.a. e 33.3 g de

sulfato de mercúrio. Dissolve, aguarde esfriar e transferir para um balão volumétrico de 1 L

até completar o menisco;

• Hidrogenoftalato de Potássio.

PROCEDIMENTO PARA DQO < 50 (mg/L)

Adicionar ao frasco de reação:

1. 2 mL de Solução de Dicromato de Potássio 0,0347 M.

2. 3,5 mL de Ácido Sulfúrico p.a. contendo Sulfato de Prata

3. 0,5 g de HgSO4 p.a.

4. 2 mL da amostra a ser analisada.

5. Tampar o frasco e levar para digestão de 2 horas no bloco digestora 150 °C. Aguardar

o frasco com a amostra resfriar.

6. Transferir a amostra digerida para uma cubeta limpa.

7. Realizar a leitura no Espectrofotômetro a 420 nm, região de maior absorção do Cromo

(III).

8. Fazer paralelamente um BRANCO afim de “Zerar” o espectrofotômetro.

PROCEDIMENTO PARA DQO < 50 (mg/L)

Adicionar ao frasco de reação:

1. 2 mL de Solução de Dicromato de Potássio 0,0347 M;

2. 3,5 mL de Ácido Sulfúrico p.a. contendo Sulfato de Prata;

3. 0,5 g de HgSO4 p.a.;

4. 2 mL da amostra a ser analisada;

5. Tampar o frasco e levar para digestão de 2 horas no bloco digestora 150 °C. Aguardar

o frasco com a amostra resfriar;

6. Transferir a amostra digerida para uma cubeta limpa;

7. Realizar a leitura no Espectrofotômetro a 600 nm, região de maior absorção do Cromo

(III);

8. Fazer paralelamente um BRANCO afim de “Zerar” o espectrofotômetro.

CÁLCULO DA DQO – MÉTODO REFLUXO FECHADO

( ))(

8000**1.0*))/( 2 mLVamostra

fcVVLmgODQO ab −

=

em que :

Vb: volume (mL) gasto na titulação do branco

Va: volume (mL) gasto na titulação da amostra

V: volume da amostra (mL)

fc: fator de correção do SFA

LIMITE DE DETECÇÃO

Para leituras no comprimento de onda 420 nm: 0 – 90 mg/L.

Para leituras no comprimento de onda de 600 nm: 100 – 900 mg/L.

CARBONO ORGÂNICO DISSOLVIDO – COD

INTRODUÇÃO

A análise de carbono em amostras líquidas quantifica a concentração total de carbono

presente não importando a sua estrutura química, isto é, não faz diferença entre os grupos de

compostos.

O carbono orgânico total COT é usado para caracterizar a matéria orgânica dissolvida

e em suspensão em água. Ao contrário da DBO e DQO o COT é independente do estado de

oxidação da matéria orgânica e não sofre a interferência de outros átomos ligados à estrutura

orgânica tais como o nitrogênio e hidrogênio, e espécies inorgânicas como Fe (II) , Mn (II),

sulfeto e cloreto.

MÉTODO PARA DETERMINAÇÃO

A metodologia utilizada na análise é a proposta pelo fabricante do equipamento

utilizado na análise. A determinação da concentração de carbono é realizada pela combustão á

alta temperatura.

Equipamentos

• Analisador de carbono orgânico (marca Shimadzu, modelo TOC – Vcph).

Vidrarias

• Frasco para amostra (50 mL).

Reagentes

• Ácido clorídrico (HCl) 2 M:

Prepare a solução diluindo uma parte de HCl concentrado (12 M) em cinco partes de água

deionizada.

• Soluções Padrões:

Solução padrão para TC: pese 2.125 g de ftalato hidrogênico de potássio, que foi

previamente seco a 105-120 ºC por uma hora e resfriado em um dessecador. Transfira para

um balão volumétrico de 1 L e dissolva em água deionizada. Avolume para 1 L. A

concentração desta solução é 1000 mgC/L.

Solução padrão para IC: pese 3,05 g de carbonato hidrogênico de sódio, que foi previamente

seco por 2 h em um dessecador com sílica gel e 4,41 g de carbonato de sódio, previamente

seco por uma hora a 280-290 ºC por uma hora e resfriado em um dessecador. Transfira para

um balão volumétrico de 1 L e dissolva em água deionizada. Avolume para 1 L. A

concentração desta solução é 1000 mgC/L.

Preparação de solução padrão para TC 100 mgC/L: transfira 100 mL da solução padrão

1000 mgC/L de TC para balão volumétrico, 25 mL de solução de HCL 2 M e avolume para 1

L.

PROCEDIMENTO

Inserir o capilar do equipamento analisador de TOC no frasco de amostra e proceder a

determinação.

CÁLCULO DA CONCENTRAÇÃO

Concentração (mgC/L) fornecida pelo analisador de carbono orgânico.

SÉRIE DE SÓLIDOS

INTRODUÇÃO

Resíduos ou Sólidos são todas as matérias suspensas ou dissolvidas na água, nos

despejos domésticos ou industriais. Pode-se interpretar o termo sólido como sendo a matéria

que permanece como resíduo após evaporação, secagem ou calcinação, a uma temperatura

preestabelecida e por um tempo fixado.

Os sólidos de uma água podem ser classificados de acordo com o fluxograma disposto

abaixo:

De acordo com o tratamento térmico efetuado na amostra, pode-se, ainda, fragmentar

os sólidos em termos de “fixos” e “voláteis”; sendo que o termo “sólidos fixos” é aplicado ao

resíduo total, em suspensão ou dissolvido, após aquecimento e secagem por um período

específico e a uma temperatura específica. A massa perdida por ignição é chamada de

“sólidos voláteis”; a determinação dessas porções não permite distinguir com precisão entre

matéria orgânica e inorgânica, uma vez que a perda por ignição não envolve apenas a matéria

orgânica, podendo ser em razão da decomposição ou volatilização de vários sais minerais.

MÉTODOS PARA DETERMINAÇÃO

O método gravimétrico baseia-se na diferença entre massa, dessa forma, a

determinação das várias formas de sólidos prende-se a diferença entre a massa seca e a massa

úmida, em relação ao volume de amostra disposta no teste.

Equipamentos

• bomba de vácuo

• balança analítica

• dessecador

• estufa

• mufla

• pinça simples e espátula

• membrana de filtração de 0,45µm

• cone imhoff

Vidrarias

• bécker

• pipeta graduada e volumétrica

• cápsula de porcelana de 50 ml de capacidade

• cápsula de porcelana de 100 ml de capacidade

• kitassato

Reagentes

Não é utilizado nenhuma solução, apenas a amostra.

PROCEDIMENTO – PREPARO DA CÁPSULA

1. ligar a mufla a 550º C +/-5ºC e a estufa a 103-5ºC por 1 hora;

2. colocar uma cápsula limpa na mufla por 1 hora;

3. deixar a cápsula esfriar na estufa por 15 minutos;

4. deixar a cápsula esfriar no dessecador por 30 minutos;

5. levar a cápsula a estufa a 103-5ºC por 1 hora;

6. deixar a cápsula esfriar no dessecador por 30 minutos;

7. pesar a cápsula e anotar o resultado em g(P0).

PROCEDIMENTO – DETEMINAÇÃO DE SÓLIDOS TOTAIS

1. 1 –transferir a cápsula uma alíquota homogênea de volume adequado de amostra,

medido em proveta ou pipeta graduada com extremidade larga e evaporar até secura

em banho-maria;

2. levar a cápsula com resíduo em estufa a 103-5ºC por 1 hora;

3. deixar a cápsula esfriar no dessecador por 30-45 minutos;

4. pesar a cápsula com resíduo e anotar o resultado em g (P1);

5. expressar o resultado:

( ))(

000.000.1*01)/(

mLVamostra

PPLmgST

−=

PROCEDIMENTO – DETEMINAÇÃO DE SÓLIDOS TOTAIS FIXOS

1. colocar a mesma cápsula anteriormente usada em mufla a 550º C +/-5ºC por 1 hora;

2. deixar a cápsula esfriar na estufa por 15 minutos;

3. deixar a cápsula no dessecador por 30 – 45 minutos;

4. pesar a cápsula e anotar o resultado em g (P2);

5 – expressar o resultado:

( ))(

000.000.1*02)/(

mLVamostra

PPLmgSTF

−=

PROCEDIMENTO – DETEMINAÇÃO DE SÓLIDOS TOTAIS VOLÁTEIS

1. é obtido por cálculo da diferença entre os Sólidos totais e os Sólidos Totais Fixos;

2. expressar o resultado:

STFSTLmgSTV −=)/(

PROCEDIMENTO – PREPARO DO CADINHO

1. ligar a mufla a 550º C +/-5ºC e a estufa a 103-5ºC por 1 hora;

2. colocar um cadinho limpo com a membrana de fibra de vidro de 0,45 µm na mufla por

1 hora;

3. deixar o cadinho esfriar na estufa por 15 minutos;

4. colocar o cadinho esfriar no dessecador por 30 – 45 minutos;

5. levar o cadinho com a membrana de fibra de vidro na estufa 103 – 5ºC por 1 hora;

6. deixar a cápsula esfriar no dessecador por 30 – 45 minutos;

7. pesar a cápsula e anotar o resultado em g (P0).

PROCEDIMENTO – DETERMINAÇÃO DE SÓLIDOS SUSPENSOS TOTAIS

1. transferir o papel filtro fibra de vidro em um porta filtro, e filtrar a amostra;

2. retirar o papel filtro fibra de vidro do porta filtro e transferir novamente para a cápsula

correspondente;

3. levar a cápsula com resíduo, em estufa a 103 – 5ºC por 1 hora;

4. deixar a cápsula esfriar no dessecador por 30 – 45 minutos;

5. pesar a cápsula com resíduo e anotar o resultado em g (P1);

6. expressar o resultado:

( ))(

000.000.1*01)/(

mLVamostra

PPLmgSST

−=

PROCEDIMENTO – DETERMINAÇÃO DE SÓLIDOS SUSPENSOS FIXOS

1. colocar a mesma cápsula, usada anteriormente em mufla a 550 +/- 50ºC por 1 hora;

2. deixar a cápsula na estufa 103 – 5ºC por 15 minutos;

3. deixar a cápsula esfriar no dessecador por 30 minutos ou mais;

4. pesar a cápsula e anotar o resultado em g (P2);

5. expressar o resultado:

( ))(

000.000.1*02)/(

mLVamostra

PPLmgSSF

−=

PROCEDIMENTO – DETERMINAÇÃO DE SÓLIDOS SUSPENSOS VOLÁTEIS

1. é obtido pela diferença entre os sólidos suspensos totais e os sólidos suspensos fixos;

2. expressar o resultado:

SSFSSTLmgSSV −=)/(

PROCEDIMENTO – DETERMINAÇÃO DE SÓLIDOS SEDIMENTÁVEIS

1. homogeneizar vigorosamente a amostra;

2. transferir a amostra para o cone até a marca de 1000 mL;

3. deixar em repouso por 45 minutos;

4. passar vagarosamente um bastão de vidro na parede interna do cone, ou gira-lo

suavemente entre as mãos;

5. deixar em repouso por mais 15 minutos;

6. determinar o volume, em mL, ocupado pelos sólidos sedimentáveis;

7. anotar o valor lido;

8. expressar o resultado em mL/L pela leitura direta no cone Imhoff.

UV-VIS

INTRODUÇÃO

Espectrofotometria na região UV-VIS do espectro eletromagnético é uma das técnicas

analíticas mais empregadas, em função de robustez, custo relativamente baixo e grande

número de aplicações desenvolvidas.

O método consiste em fazer uma leitura de varredura entre faixas de comprimento da

onda na região do ultravioleta – visível, normalmente as amostras são lidas entre os

comprimentos de onda de 200 a 800 nm.

A resposta da absorção será em função dos constituintes orgânicos que compõe a

amostra. Cada composto ou grupo de composto possui picos de intensidade de absorção em

faixas distintas do espectro.

MÉTODO PARA DETERMINAÇÃO

Leitura em espectrofotômetro.

Equipamentos

• espectrofotômetro UV-vis

• bomba a vácuo

• membrana de fibra de vidro

Vidrarias

• cubeta de vidro

• kitassato

• elermenyer

• pipeta volumétrica

Reagentes

Não há uso de soluções no preparo da amostra.

PROCEDIMENTO

1. filtrar a amostra em membrana de fibra de vidro;

2. transferir para uma cubeta;

3. ler no espectrofotômetro entre os comprimentos de onda de 200 a 800 nm.

NITRITO – NO 2-

MÉTODO PARA DETERMINAÇÃO

A concentração de N-NO2- é determinada através da formação de um azo corante, de

coloração púrpura característica, em faixa de pH entre 2,0 e 2,5, decorrente da complexação

entre sulfanilamida e N-(1-naftil)-etilenodiamina.

Equipamentos

• bomba a vácuo

• balança analítica

• espectrofotômetro

Vidrarias

• balão volumétrico de 50 mL

• balão volumétrico de 250 mL

• pipetas volumétricas ou graduadas

• cubeta

Reagentes

• Solução estoque padrão de N-NO2-:

Dissolver 0,308 g de Nitrito de sódio (NaNO2) em água destilada. Avolumar para 250 mL

com água destilada em balão volumétrico.

* 1 ml = 250µg N ou 250 mg.L-1

* Preservar com 1 ml de CHCl3 - Estabilidade de 1 mês após o preparo.

* Armazenar em frasco âmbar e acondicionar em ambiente refrigerado (4ºC)

• Solução intermediária padrão de N-NO2-:

Diluir 10 mL da Solução Estoque em água destilada. Avolumar com água destilada para 50

mL, em balão volumétrico.

* 1mL = 50 µg N ou 50 mg.L-1

* Preparo deve ser realizado apenas para o uso imediato.

• Solução padrão para calibração de N-NO2-:

Diluir 10 mL da Solução Intermediária em água destilada. Avolumar com água destilada para

100 mL, em balão volumétrico.

* 1mL = 0,5 µg N ou 0,5 mg.L-1

* Preparo deve ser realizado apenas para o uso imediato.

• Solução reativa para N-NO2-:

Adicionar 25 mL de Ácido fosfórico (H3PO4) P.A. 85% em aproximadamente 200 mL de

água destilada. Adicionar, na seqüência, 2,5g de Sulfanilamida (C6H8N2O2S). Após

dissolução total, adicionar 0,25g de N-1-naftil etilenodiamina dihidroclórico (C12H4N2.2HCl).

Após dissolução total, aferir com água destilada, para um volume final de 250 mL em balão

volumétrico.

* Estabilidade de 1 mês.

* Acondicionamento em ambiente refrigerado (4ºC).

* 250 mL = 0,4 mL (volume para uma amostra) x 3 (triplicata) = 1,2 mL = aproximadamente 205

amostras.

PROCEDIMENTO – CALIBRAÇÃO DO MÉTODO

A calibração do método é realizada através de curva de calibração padrão, descrito na

seqüência:

- A partir da solução padrão, preparar, em balões volumétricos de 50 mL, a seguinte curva de

calibração (volume final com água destilada):

Concentração N-NO2- (µg.L-1) Volume N-NO2

- (ml) 0 (branco) -

5 0,5 10 1 25 2,5 50 5 100 10

*Para uma melhor confiabilidade e verificação da linearidade da curva de calibração, esta pode ser preparada em duplicata ou triplicata.

- Posteriormente ao preparo das soluções padrões, conforme a tabela acima, retirar, com

auxílio de uma pipeta volumétrica, uma alíquota de 10 mL de cada padrão e reservar em outro

frasco.

- Juntamente aos padrões, realizar prova em branco utilizando alíquotas de 10 mL de água

destilada.

- Adicionar 0,4 mL da Solução Reativa para N-NO2- em cada alíquota (padrão e branco) e

misturar por inversão.

- Leitura em espectrofotômetro (λ = 543 nm) entre 10 min e tempo máximo de 2 horas.

- Equação da reta, obtida com a plotagem do gráfico: absorbância (eixo y) X concentração

(eixo x).

- Verificar coeficiente de linearidade: R > 0,980.

- Realizar comparação com a curva de calibração padrão apresentada abaixo:

0 20 40 60 80 1000,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

Abs

orbâ

ncia

N-NO2- (µµµµg.L-1)

Eq.Reta: Conc=(Abs+0,00514)/0,00305R = 0,99866

PROCEDIMENTO – DETERMINAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE NO2- EM

AMOSTRAS

1. homogeneizar bem a amostra presente no frasco de coleta;

2. transferir 50 mL de amostra para o sistema de filtragem a vácuo;

3. filtrar em membrana de acetato de celulose Ø 0,45 µm;

4. a partir da fração dissolvida, retirar alíquotas de 10 mL (triplicata) e reservar em

frascos secundários;

5. adicionar 0,4 mL da Solução Reativa para N-NO2- em cada alíquota e misturar por

inversão. Realizar o mesmo procedimento para o branco;

6. realizar prova em branco, utilizando alíquotas de 10 mL de água destilada;

7. leitura em espectrofotômetro (λ = 543 nm) entre 10 min e tempo máximo de 2

horas.

* TODO o material utilizado na quantificação de N-NO2- deve passar por banho de solução ácida

de HCl 0,5 mol/L e repetidas lavagens com água destilada.

* A quantidade máxima de 50 mL de amostra é o suficiente para quantificação.

CÁLCULO DA CONCENTRAÇÃO

Quantificação da concentração de N-NO2- (mg/L ou µg/L) através da equação da reta,

obtida na curva de calibração.

LIMITE DE DECTEÇÃO

O método para quantificação de N-NO2- é aplicável para leitura na faixa de

concentração entre 5 e 1000 µg/L. Para concentrações superiores, sugere-se a diluição da

mesma e, posteriormente, quantificação através do fator de diluição fdiluição.

NITRATO – NO 3-

MÉTODO PARA DETERMINAÇÃO

A concentração de N-NO3- é determinada, quantitativamente, através da redução para

N-NO2-, em presença de grânulos de cádmio (Cd). Posteriormente, o N-NO2

- é quantificado

segundo o método da sulfanilamida (ver POP nº. 01 / N-NO2-).

Equipamentos

• bomba a vácuo

• balança analítica

• espectrofotômetro

Vidrarias

• balão volumétrico de 50 mL

• balão volumétrico de 250 mL

• pipetas volumétricas ou graduadas

• cubeta

Reagentes

• Solução estoque padrão de N-NO3-:

Dissolver 0,18045g de Nitrato de potássio (KNO3), previamente seco em estufa (105ºC / 24h)

em água destilada. Avolumar para 250 mL com água destilada em balão volumétrico.

* 1mL = 100 µg N-NO3- ou 100 mg.L-1.

* Preservar com 1 mL de CHCl3 - Estabilidade de 6 mês após o preparo.

* Armazenar em frasco âmbar e acondicionar em ambiente refrigerado (4ºC)

• Solução intermediária padrão de N-NO3-:

Diluir 25 mL da Solução Estoque em água destilada. Avolumar com água destilada para 250

mL, em balão volumétrico.

* 1mL = 10 µg N-NO3- ou 10 mg.L-1

* Preparo deve ser realizado apenas para o uso imediato.

• Solução de sulfato de cobre 2% (CuSO4):

Dissolver 10 g de CuSO4 em aproximadamente 300 mL de água destilada. Avolumar com

água destilada para 500 mL, em balão volumétrico.

* Armazenar em frasco âmbar e acondicionar em ambiente seco.

• Solução estoque de NH4Cl – EDTA:

Dissolver 13 g de Cloreto de amônio (NH4Cl) e 1,7 g de EDTA em aproximadamente 800 mL

de água destilada. Avolumar com água destilada para 1000 mL, em balão volumétrico.

* Verificar pH da solução e, se necessário, ajustar para pH 8,5.

* Armazenar em frasco âmbar e acondicionar em ambiente refrigerado (4ºC).

• Solução diluída de NH4Cl – EDTA:

Diluir 300 mL da solução estoque de NH4Cl - EDTA (2.4) para 500 mL (volume final), com

água destilada, em balão volumétrico.

* Armazenar em frasco âmbar e acondicionar em ambiente refrigerado (4ºC).

• Solução reativa para N-NO2-:

Adicionar 25 mL de Ácido fosfórico (H3PO4) P.A. 85% em aproximadamente 200 mL de

água destilada. Adicionar, na seqüência, 2,5 g de Sulfanilamida (C6H8N2O2S). Após

dissolução total, adicionar 0,25 g de N-1-naftil etilenodiamina dihidroclórico (C12H4N2.2HCl).

Após dissolução total, aferir com água destilada, para um volume final de 250 mL em balão

volumétrico.

* Estabilidade de 1 mês.

* Acondicionamento em ambiente refrigerado (4ºC).

* 250 mL = 0,4 mL (volume para uma amostra) x 3 (triplicata) = 1,2 mL = aproximadamente 205

amostras.

PROCEDIMENTO – CALIBRAÇÃO DO MÉTODO

A calibração do método é realizada através de curva de calibração padrão, descrito na

seqüência:

- A partir da solução estoque intermediária preparar, em balões volumétricos de

50 mL a seguinte curva de calibração (volume final com água destilada):

Concentração N-NO3- (µg/L) Volume N-NO3

- (mL) 0 (branco) -

50 0,25 100 0,5 300 1,5 500 2,5 800 4,0

*Para uma melhor confiabilidade e verificação da linearidade da curva de calibração, esta pode ser preparada em duplicata ou triplicata.

Após o preparo das soluções padrões e suas respectivas concentrações, seguir para a

próxima etapa: processo de ativação da coluna de Cd-Cu, descrito na sequência:

1. - Passar pela coluna de Cd-Cu uma alíquota de 20 - 25 mL de solução de sulfato de

cobre 2%;

2. - Na sequência, passar alíquota de 50 mL de solução diluída de NH4Cl – EDTA;

3. - Após a solução de NH4Cl - EDTA, lavar a coluna com alíquotas de 50 - 100 mL

de água destilada;

4. - Retirar uma alíquota de 10 mL e adicionar 0,4 mL da solução reativa para N-

NO2-. Verificar a presença ou não da coloração púrpura (desenvolvimento da cor,

indica a presença de N-NO2-);

5. - Na presença de cor, lavar a coluna novamente com alíquota de 50 - 100 mL de

água destilada e realizar novo teste para verificar a limpeza da coluna;

Após ativação da coluna de Cd-Cu, seguir as etapas para a calibração do método,

descrito na seqüência (considerando soluções padrões preparadas para volume final de

50mL):

- Passar o primeiro padrão pela coluna. Descartar, aproximadamente, os primeiros 35 mL da

solução.

- Coletar, em balão volumétrico, os próximos 10 mL e transferir para um frasco secundário.

- Nesta alíquota de 10 mL, adicionar 0,4 mL da solução reativa para N-NO2-.

- Leitura em espectrofotômetro (λ = 543 nm) entre 10 min e tempo máximo de 2 horas.

- Realizar o mesmo procedimento para as próximas soluções padrões preparadas.

- Passar pela coluna de Cd-Cu uma prova em branco, seguindo modo de preparo para os

padrões, porém, utilizando apenas água destilada.

Equação da reta, obtida com a plotagem do gráfico: absorbância (eixo y) X concentração

(eixo x).

- Verificar coeficiente de linearidade: R > 0,980.

- Realizar comparação com a curva de calibração padrão apresentada abaixo:

0 200 400 600 8000,0

0,4

0,8

1,2

1,6

2,0

Eq.Reta: Conc=(Abs-0,02655)/0,00234R = 0,99959

Abs

orbâ

ncia

N-NO3- (µµµµg.L-1)

ATENÇÃO : a leitura das soluções padrões deve manter durante a passagem pela coluna de Cd-Cu a mesma

vazão, assim como as amostras a serem quantificadas posteriormente. Isto se deve ao fato de vazões diferentes

ocasionarem alterações na sensibilidade da coluna, podendo ocasionar alterações na detecção de padrões e

amostras.

- A verificação da sensibilidade da coluna de Cd-Cu pode ser realizada da seguinte maneira: caso você tenha

utilizado a mesma solução reativa para N-NO2-, tanto na calibração de N-NO2

- como de N-NO3-, compare os

resultados obtidos para a absorbância do último padrão de N-NO2- e o primeiro padrão de N-NO3

- (dados a partir

das tabelas de calibração deste manual, indicam a mesma concentração para ambos).

- Considerando a absorbância de N-NO2- (último padrão) igual a 100%, verificar a relação com o valor

encontrado para N-NO3-. Considerando como exemplo, a calibração padrão para N-NO2

- e N-NO3- presente neste

manual, a partir dos dados de absorbância, verifica-se uma sensibilidade de aproximadamente 95%, ou seja,

indica uma boa eficiência da coluna de Cd-Cu na redução de N-NO3- para N-NO2

-.

PROCEDIMENTO – DETERMINAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE NO2- EM

AMOSTRAS

1. primeiramente, verificar ativação da coluna de Cd-Cu. Caso, anteriormente à

quantificação das amostras, tenha sido preparado uma calibração padrão, a coluna não

precisa ser ativada novamente;

2. homogeneizar bem a amostra presente no frasco de coleta;

3. transferir 50 mL de amostra para o sistema de filtragem a vácuo;

4. filtrar em membrana de acetato de celulose Ø 0,45 µm;

5. a partir da fração dissolvida, transferir, com o auxílio de uma pipeta volumétrica, 5 mL

da amostra (triplicata) para balão volumétrico de 50 mL;

6. adicionar 5 mL da solução diluída de NH4Cl – EDTA;

7. aferir o balão volumétrico com água destilada;

ATENÇÃO : seguindo este procedimento acima, você estará realizando uma diluição de 10 vezes de sua

amostra, a qual, deve ser utilizada posteriormente para correção do valor encontrado através da curva de

calibração. Considerando que uma diluição de 10 vezes pode estourar a calibração do método ou ficar abaixo da

detecção do mesmo, verificar nova diluição para quantificação de N-NO3- na amostra, como os exemplos abaixo:

- 25 mL de amostra + 5 mL de solução diluída de NH4Cl - EDTA para volume final de 50 mL (diluição de 2

vezes).

- 1 mL de amostra + 5 mL de solução diluída de NH4Cl - EDTA para volume final de 50 mL (diluição de 50

vezes).

- Dando continuidade ao procedimento analítico, após diluição do padrão, passar o mesmo

através da coluna de Cd-Cu

8. descartar, aproximadamente, os primeiros 35 mL da amostra;

9. coletar, em balão volumétrico, os próximos 10 mL e transferir para um frasco

secundário;

10. nesta alíquota de 10 mL, adicionar 0,4 mL da solução reativa para N-NO2-;

11. leitura em espectrofotômetro (λ = 543 nm) entre 10 min e tempo máximo de 2 horas;

12. o mesmo procedimento deve ser realizado para as réplicas da amostra e para outras

amostras;

13. após a passagem da amostra, seguir o mesmo procedimento para realização de uma

prova em branco, utilizando água destilada.

CÁLCULO DA CONCENTRAÇÃO

Quantificação da concentração de N-NO3- (mg/L ou µg/L) através da equação da reta,

obtida na curva de calibração.

LIMITE DE DECTEÇÃO

O método para quantificação de N-NO3- é aplicável para leitura na faixa de

concentração entre 10 e 1000 µg/L.

NITROGÊNIO AMONIACAL – NH 3+-

MÉTODO PARA DETERMINAÇÃO – MÉTODO DO FENATO

A presença de um composto de intensa coloração azul característica, indofenol, é

formada através da reação entre a concentração de N-NH3 presente na amostra, hipoclorito de

sódio e fenol, tendo o nitroprussiato de sódio como catalisador da reação.

Equipamentos

• balança analítica

• espectrofotômetro

Vidrarias

• balão volumétrico de 100 mL

• balão volumétrico de 500 mL

• pipetas volumétricas e graduadas

• cubeta.

Reagentes

• Solução estoque padrão de NH4Cl:

Dissolver 0,3819 g de cloreto de amônio (NH4Cl), previamente seco em estufa (100ºC/2h),

em aproximadamente 80 mL de água destilada. Avolumar com água destilada para 100 mL,

em balão volumétrico.

* Armazenar em frasco âmbar e acondicionar em ambiente refrigerado (4ºC).

* Estabilidade de 1 mês após o preparo.

* 1mL = 1mg N ou 1mL = 1,22 mg N-NH3.

• Solução intermediária padrão de N-NH3:

Diluir 5 mL da Solução Estoque em água destilada. Avolumar com água destilada para 100

mL (diluição de 20x), em balão volumétrico.

* Concentração final de 61 mg.L-1

* Preparo deve ser realizado para uso imediato.

• Solução de fenol:

Misturar 11,1 mL de fenol liquefeito (≥ 89%) com álcool etílico p.a. (95%). Avolumar com

álcool etílico p.a. (95%) para 100 mL, em balão volumétrico.

* ATENÇÃO: Durante o preparo, utilize luvas e óculos de proteção e sempre que for manusear o fenol (reagente

ou solução para N-NH3), realiza o mesmo, SEMPRE, em capela com ventilação; O fenol é altamente

cancerígeno e todos os procedimentos de segurança devem ser adotados na hora de seu uso.

• Solução de nitroprussiato de sódio:

Dissolver 0,5 g de nitroprussiato de sódio 80 mL de água destilada. Avolumar com água

destilada para 100 mL, em balão volumétrico.

* Armazenar em frasco âmbar e acondicionar em ambiente refrigerado (4ºC).

* Estabilidade de 1 mês após o preparo.

• Solução de citrato alcalino:

Dissolver 100 g de citrato trisódico em 250 mL de água destilada. Adicionar 10 g de

hidróxido de sódio e dissolver novamente. Avolumar com água destilada para 500 mL, em

balão volumétrico.

* Armazenar em frasco âmbar e acondicionar em ambiente refrigerado (4ºC).

• Solução de hipoclorito de sódio:

Solução comercial 5%.

* Verificar reposição desta solução a cada 2 meses, devido à decomposição após abertura do

frasco.

• Solução oxidante:

Misturar em um becker, 100 ml da solução de citrato alcalino e 25 ml de hipoclorito de sódio

5%.

* Preparo deve ser realizado para uso imediato.

PROCEDIMENTO – CALIBRAÇÃO DO MÉTODO

A calibração do método é realizada através de curva de calibração padrão, descrito na

seqüência:

- A partir da solução padrão preparar, em balões volumétricos de 50 mL, a seguinte

curva de calibração (volume final com água destilada):

Concentração N-NO3- (µg/L) Volume N-NO3

- (mL) 0 (branco) -

122 0,1 488 0,4 976 0,8 1464 1,2 2440 2

*Para uma melhor confiabilidade e verificação da linearidade da curva de calibração, esta pode ser preparada em duplicata ou triplicata.

- Posteriormente ao preparo das soluções padrões, conforme a tabela acima, retirar, com

auxílio de uma pipeta volumétrica, uma alíquota de 10 mL de cada padrão e reservar em outro

frasco.

- Juntamente aos padrões, realizar prova em branco utilizando alíquotas de 10 mL de água

destilada.

- Adicionar nesta ordem: 0,4 mL da solução de fenol, 0,4 mL da solução de nitroprussiato de

sódio e 0,6 mL da solução oxidante.

- Fechar o frasco e misturar por inversão.

- Manter no escuro por período de 3h para desenvolvimento da cor.

- Leitura em espectrofotômetro (λ = 630 nm). Tempo máximo para leitura de 24h.

- Equação da reta, obtida com a plotagem do gráfico: absorbância (eixo y) X concentração

(eixo x).

- Verificar coeficiente de linearidade: R > 0,980.

- Realizar comparação com a curva de calibração padrão apresentada abaixo:

0 500 1000 1500 2000 25000,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

A

bsor

bânc

ia

N-NH3 (µµµµg.L-1)

Eq.Reta: Conc=(Abs+0,00124)/3,21444E-4R = 0,99997

PROCEDIMENTO – DETERMINAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE NH3+ EM

AMOSTRAS

1. homogeneizar bem a amostra presente no frasco de coleta;

2. transferir 50 mL de amostra para o sistema de filtragem a vácuo;

3. filtrar em membrana de acetato de celulose Ø 0,45µm;

4. a partir da fração dissolvida, retirar alíquotas de 10 mL (triplicata) e reservar em

frascos secundários;

5. adicionar nesta ordem: 0,4 mL da solução de fenol, 0,4 mL da solução de

nitroprussiato de sódio e 0,6 mL da solução oxidante, para cada alíquota;

6. fechar o frasco e misturar por inversão;

7. manter no escuro por período de 3 h para desenvolvimento da cor;

8. leitura em espectrofotômetro (λ = 630 nm). Tempo máximo para leitura de 24h.

ATENÇÃO: O método do fenato para quantificação de N-NH3 acaba por gerar um resíduo composto,

principalmente, por fenol, devido à existência deste reagente nas etapas de reação do método. Assim, todo e

qualquer material líquido gerado por este método devem ser armazenados em frascos próprios para o resíduo de

fenol / N-NH3.

Ao utilizar este método na quantificação de N-NH3 procure sempre cobrir muito bem o fraco contento a amostra

e as soluções para a reação. Uma alternativa é o uso de parafilm no frasco, evitando assim, a volatilização da

solução de fenol para o ambiente do laboratório.

CÁLCULO DA CONCENTRAÇÃO

Quantificação da concentração de N-H3+ (mg/L ou µg/L) através da equação da reta,

obtida na curva de calibração.

LIMITE DE DECTEÇÃO

O método para quantificação de N-H3+ é aplicável para leitura na faixa de

concentração entre 10 e 1000 µg/L.

NITROGÊNIO TOTAL

MÉTODO PARA DETERMINAÇÃO – MÉTODO DA DIGESTÃO POR

PERSULFATO DE POTÁSSIO

Quantificação de N-Total através de uma oxidação alcalina em temperaturas entre 110

- 125ºC, para conversão de todas as formas de nitrogênio presentes a N-NO3- e posterior

redução pela coluna de Cd-Cu para detecção na forma de N-NO2- .

Equipamentos

• balança analítica

• digestor

• espectrofotômetro

Vidrarias

• frascos para digestão

• balão volumétrico de 100 mL

• balão volumétrico de 500 mL

• pipetas volumétricas e graduadas

• cubeta

Reagentes

• Solução digestora:

20,1 g de persulfato de potássio (< 0,001% N), em aproximadamente 80mL de água destilada

Adicionar 0,3 g de hidróxido de sódio p.a. e dissolver novamente. Avolumar com água

destilada para 100 mL, em balão volumétrico.

* Preparo deve ser realizado para uso imediato.

• Solução tampão de borato:

Dissolver 30,9 g de ácido bórico (H3BO3) em aproximadamente 300 mL em água destilada.

Adicionar 4 g de hidróxido de sódio p.a. e dissolver novamente.. Avolumar com água

destilada para 500 mL (diluição de 20x), em balão volumétrico.

• Solução de sulfato de cobre 2%:

Dissolver 10 g de CuSO4 em aproximadamente 300 mL de água destilada. Avolumar com

água destilada para 500 mL, em balão volumétrico.

* Armazenar em frasco âmbar e acondicionar em ambiente seco.

• Solução estoque de NH4Cl – EDTA:

Dissolver 13 g de Cloreto de amônio (NH4Cl) e 1,7 g de EDTA em aproximadamente 800 mL

de água destilada. Avolumar com água destilada para 1000 mL, em balão volumétrico.

* Verificar pH da solução e, se necessário, ajustar para pH 8,5.

* Armazenar em frasco âmbar e acondicionar em ambiente refrigerado (4ºC).

• Solução diluída de NH4Cl – EDTA:

Diluir 300 mL da solução estoque de NH4Cl - EDTA (2.4) para 500 mL (volume final), com

água destilada, em balão volumétrico.

* Armazenar em frasco âmbar e acondicionar em ambiente refrigerado (4ºC).

• Solução reativa para N-NO2-:

Adicionar 25 mL de Ácido fosfórico (H3PO4) P.A. 85% em aproximadamente 200 mL de

água destilada. Adicionar, na seqüência, 2,5g de Sulfanilamida (C6H8N2O2S). Após

dissolução total, adicionar 0,25g de N-1-naftil etilenodiamina dihidroclórico (C12H4N2.2HCl).

Após dissolução total, aferir com água destilada, para um volume final de 250 mL em balão

volumétrico.

* Estabilidade de 1 mês.

* Acondicionamento em ambiente refrigerado (4ºC).

* 250 mL = 0,4 mL (volume para uma amostra) x 3 (triplicata) = 1,2 mL = aproximadamente 205

amostras.

PROCEDIMENTO – CALIBRAÇÃO DO MÉTODO

A calibração do método é a utilizada para a determinação do nitrato.

PROCEDIMENTO – DETERMINAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE NITROGÊNIO

TOTAL EM AMOSTRAS

1. homogeneizar bem a amostra presente no frasco de coleta;

2. transferir, com o auxílio de uma pipeta volumétrica, 5 mL da amostra para tubos

de ensaio com rosca para uso em digestores;

3. adicionar ao volume de amostra, 2,5 mL da solução digestora;

4. fechar bem os tubos para digestão e misturar por inversão;

5. realizar a digestão em aparelho digestor por um período de 30 min e temperatura

entre 110 ºC e 125ºC;

6. após término da digestão, retirar os tubos e esperar esfriar os mesmos;

7. após resfriamento dos tubos de ensaio contendo as amostras, adicionar em cada

tubo, 1 mL da solução de ácido bórico;

8. fechar o tubo e misturar por inversão 3 vezes;

9. transferir o volume presente no tubo de ensaio para um balão volumétrico de 50

mL;

10. adicionar 5 mL da solução de NH4Cl-EDTA diluída;

11. aferir o balão volumétrico com água destilada;

12. passar a amostra pela coluna de Cd-Cu (ver etapa de ativação da coluna de Cd-

Cu);

13. descartar, aproximadamente, os primeiros 35 mL;

14. coletar, em balão volumétrico, os próximos 10 mL e transferir para um frasco

secundário;

15. nesta alíquota de 10 mL, adicionar 0,4 mL da solução reativa para N-NO2-;

16. leitura em espectrofotômetro (λ = 543 nm) entre 10 min e tempo máximo de 2

horas;

O mesmo procedimento deve ser realizado para as réplicas da amostra e para outras

amostras. Após a passagem da amostra, seguir o mesmo procedimento para realização de uma

prova em branco, utilizando água destilada.

ATENÇÃO: Seguindo este procedimento acima, descrito para N-Total, você estará fazendo uma diluição de 10

vezes da amostra, ou seja, foram tomados 5 ml iniciais da amostra, passado pela digestão e antes de passar pela

coluna de Cd-Cu foi diluída para 50ml. Para este exemplo, o valor obtido para a absorbância deve ser corrigido

com um fator de diluição de 10 vezes, de modo a se obter o valor de concentração real.

CÁLCULO DA CONCENTRAÇÃO

Quantificação da concentração de N-Total (mg/L ou µg/L) através da equação da reta,

obtida na curva de calibração para N-NO3-.

LIMITE DE DECTEÇÃO

O método para quantificação de N-Total é aplicável para leitura de concentrações <

2,9 mg/L. Concentrações superiores ao limite podem ser obtidas através da diluição da

amostra e, posteriormente, quantificação através do fator de diluição fdiluição.

NITROGÊNIO ORGÂNICO

MÉTODO PARA DETERMINAÇÃO

Aplicando as metodologias descritas para a série de nitrogênio até o presente

momento, quantificamos N-Org da seguinte forma:

N-TOTAL - ∑N-Inorgânico = N-Orgânico.

FÓSFORO REATIVO SOLÚVEL – ORTOFOSFATO

MÉTODO PARA DETERMINAÇÃO – MÉTODO DO ÁCIDO ASCÓRBIC O

A reação entre molibdato de amônio e antimônio tartarato de potássio em meio ácido

(H2SO4) com ortofosfato, formam o ácido fosfomolibdico, que em presença de ácido

ascórbico é reduzido para fosfomolibdato, composto de coloração azul intensa característica.

Equipamentos

• balança analítica

• espectrofotômetro

Vidrarias

• balão volumétrico de 100 mL

• balão volumétrico de 250 mL

• balão volumétrico de 500 mL

• elernmeyer

• pipetas volumétricas e graduadas

• cubeta

Reagentes

• Solução padrão para fosfato:

Dissolver 0,02195 g de fosfato de potássio monobásico anidro (KH2PO4) em

aproximadamente 80 mL de água destilada. Avolumar com água destilada para 100 mL, em

balão volumétrico.

* Armazenar em frasco âmbar e acondicionar em ambiente refrigerado (4ºC).

• Solução Ácido sulfúrico 2,5 M:

Diluir 70 ml de H2SO4 (conc) em aproximadamente 400 mL de água destilada. Avolumar com

água destilada para 500 mL, em balão volumétrico.

• Solução de tartarato de antimônio e potássio:

Dissolver 0,6858 g de tartarato de antimônio e potássio em, aproximadamente 200. Avolumar

com água destilada para 250 mL, em balão volumétrico.

* Armazenar em frasco âmbar e acondicionar em ambiente refrigerado (4ºC).

• Solução de molibdato de amônio:

Dissolver 10 g de molibdato de amônio em, aproximadamente, 200 mL de água destilada.

Avolumar com água destilada para 250 mL, em balão volumétrico.

* Armazenar em frasco âmbar e acondicionar em ambiente refrigerado (4ºC).

• Solução de ácido ascórbico:

Dissolver 1,76 g de ácido ascórbico em, aproximadamente, 80 mL de água destilada.

Avolumar com água destilada para 100 mL, em balão volumétrico.

* Armazenar em frasco âmbar e acondicionar em ambiente refrigerado (4ºC).

* Estabilidade de 1 semana.

• Solução reativa combinada (Mix):

Adicionar com o auxílio de pipetas volumétricas e/ou graduadas os seguintes reagentes, na

ordem e proporção de volume: 50 mL de H2SO4 2,5 mol.L-1 + 5 mL de tartarato de antimônio

e potássio + 15 mL de molibdato de amônio + 30 mL de ácido ascórbico (volume final de 100

mL)

- A cada adição de um reagente promover a homogeneização / mistura da solução.

- Ao final, na adição do ácido ascórbico, uma coloração amarelada bem clara aparecerá, sendo

um indicativo que os reagentes do Mix foram bem preparados, sem influência de

contaminação por fósforo.

- No caso da solução Mix ficar com coloração esverdeada e azulada, indica contaminação por

fósforo, embora possa ser utilizada, devido à correção pelo branco;

PROCEDIMENTO – CALIBRAÇÃO DO MÉTODO

A calibração do método é realizada através de curva de calibração padrão, descrito na

seqüência:A partir da solução padrão preparar, em balões volumétricos de 50 mL, a seguinte

curva de calibração (volume final com água destilada):

Concentração P-PO4-3 (µg/L) Volume P-PO4

-3 (mL) 0 (branco) -

100 0,1 300 0,3 500 0,5 900 0,9 1500 1,5

*Para uma melhor confiabilidade e verificação da linearidade da curva de calibração, esta pode ser preparada em duplicata ou triplicata.

- Posteriormente ao preparo das soluções padrões, conforme a tabela acima, retirar, com

auxílio de uma pipeta volumétrica, uma alíquota de 10 mL de cada padrão e reservar em outro

frasco.

- Juntamente aos padrões, realizar prova em branco utilizando alíquotas de 10 mL de água

destilada.

- Adicionar 2 mL da solução reativa combinada para ortofosfato em cada alíquota.

- Fechar o frasco e misturar por inversão.

- Aguardar 10 min para o desenvolvimento e estabilidade da cor.

- Leitura em espectrofotômetro (λ = 880 nm). Tempo máximo para leitura de 30 - 45 min.

- Equação da reta, obtida com a plotagem do gráfico: absorbância (eixo y) X concentração

(eixo x).

- Verificar coeficiente de linearidade: R > 0,980.

- Realizar comparação com a curva de calibração padrão apresentada abaixo:

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 16000,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Abs

orbâ

ncia

P-PO4

3- (µµµµg.L -1)

Eq.Reta: Conc=(Abs-0,01517)/5,5605E-4R = 0,99577

PROCEDIMENTO – DETERMINAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE P-PO4-3 EM

AMOSTRAS

1. homogeneizar bem a amostra presente no frasco de coleta;

2. transferir 50 mL de amostra para o sistema de filtragem a vácuo;

3. filtrar em membrana de acetato de celulose Ø 0,45 µm;

4. a partir da fração dissolvida, retirar alíquotas de 10 mL (triplicata) e reservar em

frascos secundários;

5. adicionar 2 mL da solução reativa combinada para ortofosfato em cada alíquota;

6. fechar o frasco e misturar por inversão;

7. aguardar 10 min para o desenvolvimento e estabilidade da cor;

8. leitura em espectrofotômetro (λ = 880 nm). Tempo máximo para leitura de 30 - 45

min.

CÁLCULO DA CONCENTRAÇÃO

Quantificação da concentração de N-Total (mg/L ou µg/L) através da equação da reta,

obtida na curva de calibração para P-PO4-3.

LIMITE DE DECTEÇÃO

O método para quantificação de Ortofosfato (P-PO43-) é aplicável para concentrações

< 1300 µg/L com valor mínimo detectável de 10 µg/L. Etapas de pré concentração, por

exemplo, podem favorecer a leitura de valores mais baixos em relação ao limite de detecção.

FÓSFORO TOTAL

MÉTODO PARA DETERMINAÇÃO – MÉTODO DA DIGESTÃO ÁCIDA (H2SO4 /

HNO3)

Quantificação de P-Total através de digestão ácida de HNO3 /H2SO4 (130 ºC /

1h30min) para conversão de todas as formas de fósforo presentes para ortofosfato e posterior

quantificação segundo o método do ácido ascórbico.

Equipamentos

• balança analítica

• digestor

• espectrofotômetro

Vidrarias

• frascos para digestão

• balão volumétrico de 100 mL

• balão volumétrico de 250 mL

• balão volumétrico de 500 mL

• elernmeyer

• pipetas volumétricas e graduadas

• cubeta

Reagentes

• Solução digestora ácida:

Adicionar 150 ml H2SO4 concentrado em 300 mL de água destilada. Esperar resfriar e

adicionar 2 ml de HNO3 concentrado. Avolumar com água destilada para 500 mL, em balão

volumétrico.

* Armazenar em frasco âmbar e acondicionar em ambiente refrigerado (4ºC).

• Solução NaOH 4 M:

Dissolver 80 g de NaOH p.a em, aproximadamente, 400 mL de água destilada. Avolumar

com água destilada para 500 mL, em balão volumétrico.

• Solução indicadora de fenolftaleína

• Soluções para preparo da solução reativa combinada:

Seguir procedimentos descritos na seção: Fósforo reativo solúvel.

PROCEDIMENTO – CALIBRAÇÃO DO MÉTODO

A calibração do método é realizada através de curva de calibração padrão, descrito na

seqüência:

- A partir da solução padrão preparar, em balões volumétricos de 50 mL, a seguinte curva de

calibração (volume final com água destilada):

Concentração P-PO4-3 (µg/L) Volume P-PO4

-3 (mL) 0 (branco) -

100 0,1 300 0,3 500 0,5 900 0,9 1500 1,5

*Para uma melhor confiabilidade e verificação da linearidade da curva de calibração, esta pode ser preparada em duplicata ou triplicata.

- A partir das soluções padrões preparadas retirar, com o auxílio de uma pipeta volumétrica,

alíquotas de 5 mL e transferir para os tubos de ensaio com rosca, para uso em digestores.

- Adicionar a cada tubo, 0,2 mL da solução digestora ácida.

- Fechar bem os tubos para digestão e misturar por inversão.

- Realizar a digestão em aparelho digestor por um período de 1h30 min e temperatura de

130ºC.

- Após término da digestão, retirar os tubos e esperar esfriar os mesmos.

- Após resfriamento, transferir a solução presente no tubo para um balão volumétrico de 25

mL.

- Adicionar 2 gotas da solução indicadora de fenolftaleína.

- Titular a solução com NaOH 4 M/L até o ponto de viragem ( transparente para rosa).

- A titulação se faz necessária apenas para a neutralização da solução digestora ácida.

- Na sequência, aferir o balão volumétrico com água destilada.

- Retirar uma alíquota de 10 mL e reservar em outro frasco.

- Adicionar a esta alíquota 2 mL da solução reativa para Ortofosfato. Repetir o mesmo

procedimento para os demais padrões e réplicas.

- Fechar o frasco e misturar por inversão.

- Aguardar 10 min para o desenvolvimento e estabilidade da cor.

- Leitura em espectrofotômetro (λ = 880 nm). Tempo máximo para leitura de 30 - 45 min.

- Equação da reta, obtida com a plotagem do gráfico: absorbância (eixo y) X concentração

(eixo x).

- Verificar coeficiente de linearidade: R > 0,980.

- Realizar comparação com a curva de calibração padrão apresentada abaixo:

0 50 100 150 200 250 3000,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,18

Eq.Reta: Conc=(Abs+0,00166)/5,61129E-4R = 0,99982

Abs

orbâ

ncia

P-PO4

3- (µµµµg.L-1)

ATENÇÃO: Verifique com atenção a seguinte etapa da metodologia: ao adicionar 5 mL do padrão para

digestão e após a neutralização, ter aferido para 25 mL, você realizou uma diluição de 5 vezes, ou seja, o padrão

deve estar, teoricamente, 5 vezes mais diluído que o valor encontrado para a curva de calibração de Ortofosfato.

PROCEDIMENTO – DETERMINAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE P-TOTAL EM

AMOSTRAS

1. homogeneizar bem a amostra presente no frasco de coleta.

2. com o auxílio de uma pipeta volumétrica, transferir 5 ml da amostra para tubos de

ensaio com rosca, para uso em digestores.

3. -adicionar a cada tubo, 0,2 ml da solução digestora ácida.

4. fechar bem os tubos para digestão e misturar por inversão.

5. realizar a digestão em aparelho digestor por um período de 1h30 min e temperatura

de 130ºC.

6. após término da digestão, retirar os tubos e esperar esfriar os mesmos;

7. após resfriamento, transferir a solução presente no tubo para um balão volumétrico

de 25 mL.

8. adicionar 2 gotas da solução indicadora de fenolftaleína.

9. titular a solução com NaOH 4 M/L até o ponto de viragem ( transparente para

rosa).

10. titulação se faz necessária apenas para a neutralização da solução digestora ácida.

11. sequência, aferir o balão volumétrico com água destilada.

12. retirar uma alíquota de 10 mL e reservar em outro frasco.

13. adicionar a esta alíquota 2 mL da solução reativa para Ortofosfato. Repetir o

mesmo procedimento para os demais padrões e réplicas.

14. fechar o frasco e misturar por inversão.

15. aguardar 10 min para o desenvolvimento e estabilidade da cor.

16. leitura em espectrofotômetro (λ = 880 nm). Tempo máximo para leitura de 30 - 45

min.

CÁLCULO DA CONCENTRAÇÃO

Quantificação da concentração de P-Total (mg/L ou µg/L) através da equação da reta,

obtida na curva de calibração para P-Total.

LIMITE DE DECTEÇÃO

O método para quantificação de P-Total está relacionado com o método que será

utilizando para a quantificação de Ortofosfato (P-PO43-). Para este caso segue a faixa de

leitura descrita para Ortofosfato.

FÓSFORO DISSOLVIDO TOTAL

MÉTODO PARA DETERMINAÇÃO

A quantificação de fosfato total na fração dissolvida, pode ser realizada seguindo a

metodologia descrita para fosfato total. Entretanto, a única diferença é uma etapa a mais:

A amostra deve, primeiramente, ser filtrada em membrana de acetato de celulose Ø

0,45 µm para obtenção da fração dissolvida e, na sequência, seguir o método da digestão

ácida.

FÓSFORO TOTAL PARTICULADO

MÉTODO PARA DETERMINAÇÃO

A quantificação da concentração de fosfato total, presente na fração particulada

pode ser obtida da subtração do fosfato dissolvido pela concentração encontrada para

fosfato total:

P-Total – P-Total Dis = P-Total Part

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

APHA; AWWA; WPC – American Public Health Association, American Water Works

Association and Water Pollution Control. Standard methods for the examination of

water and wastewater. 20 th Ed., 1998.

BANCO DE DADOS

HYDRACCESS

Sobre o programa hydraccess serão abordadas as características principais do programa e as

primeiras relações com o mesmo. Estas consistiram em importar dados para o database e produzir

series históricas experimentais para familiarização com o programa.

O QUE É O SOFTWARE

O hydraccess se trata de um banco de dados de forma organizada e pratica. Como o projeto vai

gerar uma grande carga de dados é necessário organizá-los de forma a serem úteis e práticos. O

programa além de armazenar os dados de forma organizada ainda possibilita varias analises dos dados

armazenados, que tomariam um tempo importante levando em consideração a quantidade de dados

esperada. Com o hydraccess é possível armazenar dados e obter relações entre os parâmetros: cota,

descarga, qualidade, chuva e clima. O programa automaticamente gera gráficos em relação ao tempo,

para análises históricas, ou gráficos de parâmetros por outros parâmetros através de funções

fornecidas.

ORGANIZADO

O menu principal do programa é dividido em 4 categorias principais: Hydro, Chuva – Clima,

Utilidades e Ajuda. Dentro das categorias Hydro e Chuva – Clima estão as opções de manuseio de

dados de todos os parâmetros, como importar dados, gerar gráficos ou relacionar parâmetros.Na

categoria Utilidades têm opções de funções avançadas e opções do programa, como a linguagem do

programa, mudança de cor em gráficos ou manuseio do database do programa. E a categoria Ajuda

exibe um tópico com todas as características e funções do programa com intuito de auxiliar o usuário.

Está exibida uma foto do menu principal na categoria Hydro na Figura 1.

Os sub-menus do programa já variam com o menu principal, mas em geral os dados seguem

uma ordem a serem salvos. Os sub-menus que acessam informações de todos os outros são as

“Estações” (“Stations” na Figura 1). Delas podemos gerenciar a localização, os sensores, os dados,

zonas de monitoramento, entidades que monitoram, tempo de monitoramento e entre outros. Os

demais sub-menus tem função de analise de cada parâmetro e manipulação de funções tirando os dois

últimos “Tabelas” e “Import” (“Tables” e “Import” na Figura 1). No sub-menu “Tabelas” estão

organizadas as tabelas de dados genéricos do Hydraccess para serem usadas por diversas estações,

como a localização de bacias, nomes e características de rios, qualidade de dados e entre outros

parâmetros que o programa generaliza para facilitar o uso posterior.

Então a estrutura de dados principal do hydraccess consiste em Estações que tem Sensores que

armazenam dados, e as outras peculiaridades e analises são ramificadas dessa estrutura.

Figura 1 – Menu Hydraccess

ESTUDO DE CASO

Para se familiarizar com o programa e aprender algumas de suas funções foram selecionados

dados antigos de estações de monitoramento do Rio Barigui. Os dados eram gerados a partir de

dataloggers que monitoravam diversos sensores. Na figura 2 tem um exemplo da estrutura de dados

gerada em arquivos texto (.txt). Para então, primeiramente, importar os dados para dentro do

hydraccess era necessário criar a tabela em Excel na Figura 3, com o parâmetro de interesse colocado

na coluna “value”. Na Figura 3 está ilustrada a tabela para as cotas obtidas pelo datalogger da estação

X com o sensor I-NIV. A partir desse procedimento de tratar os dados e importá-los foram colocados

dentro do hydraccess uma serie histórica de 2001 até 2004, aproximadamente, de estações no rio

barigui, para os parâmetros Cota e Chuva nas estações. Os gráficos gerados em Excel pelo hydraccess

estão exibidos em ordem do 1 ao 4, sendo respectivamente: Cotas da estação P1 – Tamandaré , Chuva

da estação P1- Tamandaré, Cotas da estação P2 – Parque Tingui e Chuva da estação P2 – Parque

Tingui. Os intervalos com falha de dados foram tratados ao máximo, porém restaram algumas

discrepâncias devido à má qualidade dos dados escolhidos. Mas, o objetivo desse experimento era se

familiarizar com o programa e ver que tipo de operações é possível fazer com ele, estando à utilidade

dos dados em questão voltadas somente a isso.

Futuramente, serão realizadas rotinas como essa para importar milhões de dados de diversos

parâmetros de diversas estações. Então ainda serão ensaiados experimentos importando outros

parâmetros, que não chuva e cota, e possíveis analises a serem úteis como implantações de curvas-

chave. Para quando for necessário o programa comece, de fato, a armazenar dados reais e realizar

análises reais.

"DATALOGGER #:", 1"DESCRIPTION :","ALMTAM ""File Type :"," 462 89 29 333""SAMPLE RATE :","00:30:00""PRECISION :","-DOUBLE-""LAST RECORDING:","07/03/03","13:00:00""DATE ","TIME ","ANALOG 1","ANALOG 2","ANALOG 3","ANALOG 4","ANALOG 5","ACCUM. 9","MM/DD/YY","HH:MM:SS","nivel ","temp ","cond ","pH ","od ","mm*10 "," "," ","m ","C ","ohm ","n ","porc ","mm*10 ","06/26/03","15:21:02", 0.1406, 13.5645, 171.0001, 8.5497, 9.0355, 0.000"06/26/03","15:51:02", 0.1650, 13.5340, 163.7500, 8.5668, 9.0050, 0.000"06/26/03","16:21:02", 0.1528, 13.5035, 163.7500, 8.5668, 9.0050, 0.000"06/26/03","16:51:02", 0.1436, 13.4195, 161.4749, 8.5583, 8.9745, 0.000"06/26/03","17:21:02", 0.1307, 13.3890, 162.9999, 8.5465, 9.0050, 0.000"06/26/03","17:51:02", 0.0887, 13.3890, 165.2750, 8.5412, 9.0050, 0.000"06/26/03","18:21:02", 0.1184, 13.3205, 177.1000, 8.5294, 9.0050, 0.000"06/26/03","18:51:02", 0.1131, 13.2900, 172.5251, 8.5219, 9.0050, 0.000"06/26/03","19:21:02", 0.1131, 13.1450, 171.0001, 8.5241, 9.0050, 0.000

"DATALOGGER #:", 1"DESCRIPTION :","ALMTAM ""File Type :"," 462 89 29 333""SAMPLE RATE :","00:30:00""PRECISION :","-DOUBLE-""LAST RECORDING:","07/03/03","13:00:00""DATE ","TIME ","ANALOG 1","ANALOG 2","ANALOG 3","ANALOG 4","ANALOG 5","ACCUM. 9","MM/DD/YY","HH:MM:SS","nivel ","temp ","cond ","pH ","od ","mm*10 "," "," ","m ","C ","ohm ","n ","porc ","mm*10 ","06/26/03","15:21:02", 0.1406, 13.5645, 171.0001, 8.5497, 9.0355, 0.000"06/26/03","15:51:02", 0.1650, 13.5340, 163.7500, 8.5668, 9.0050, 0.000"06/26/03","16:21:02", 0.1528, 13.5035, 163.7500, 8.5668, 9.0050, 0.000"06/26/03","16:51:02", 0.1436, 13.4195, 161.4749, 8.5583, 8.9745, 0.000"06/26/03","17:21:02", 0.1307, 13.3890, 162.9999, 8.5465, 9.0050, 0.000"06/26/03","17:51:02", 0.0887, 13.3890, 165.2750, 8.5412, 9.0050, 0.000"06/26/03","18:21:02", 0.1184, 13.3205, 177.1000, 8.5294, 9.0050, 0.000"06/26/03","18:51:02", 0.1131, 13.2900, 172.5251, 8.5219, 9.0050, 0.000"06/26/03","19:21:02", 0.1131, 13.1450, 171.0001, 8.5241, 9.0050, 0.000

Figura 2 – Estrutura dos dados

Figura 3 – Tabela Excel

Estação : 65019600 = P1 - Tamandaré (Auto-Iguaçu)Sensor : I--NIV = Cotas

Gráfico das Cotas

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

15/09/2002 04/11/2002 24/12/2002 12/02/2003 03/04/2003 23/05/2003 12/07/2003 31/08/2003 20/10/2003

Cot

as (

cm)

Código-' '

Gráfico 1 – Cotas P1

Estação : 65019600 = P1 - Tamandaré ()Sensor : I--CHU = Chuvas

Gráfico das Chuvas

0

20

40

60

80

100

120

20/01/2002 30/04/2002 08/08/2002 16/11/2002 24/02/2003 04/06/2003 12/09/2003 21/12/2003 30/03/2004

Chu

vas

(mm

)

Código-' '

Gráfico 2 – Chuva P1

Estação : 65019640 = Parque Tingui - P2 (Auto-Igu açu)Sensor : I--NIV = Cotas

Gráfico das Cotas

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

12/03/2002 20/06/2002 28/09/2002 06/01/2003 16/04/2003 25/07/2003

Co

tas

(cm

)

Código-' '

Gráfico 3 – Cotas P2

Estação : 65019640 = P2 - Parque Tingui ()Sensor : I--CHU = Chuvas

Gráfico das Chuvas

0

10

20

30

40

50

60

70

80

12/03/2002 20/06/2002 28/09/2002 06/01/2003 16/04/2003 25/07/2003 02/11/2003

Chu

vas

(mm

)

Código-' '

Gráfico 4 – Chuva P2

DESENVOLVIMENTO DE MACRO

O hydraccess necessita de dados previamente tratados para tal armazenagem e análise. Então, é

preciso ajustar os dados nos parâmetros que o programa requisita. Em geral é necessário arrumar os

dados numa planilha do Excel com colunas especialmente ajustadas para o tipo de dado que é de

interesse importar para dentro do programa, como foi mostrado anteriormente. O desenvolvimento de

uma macro se mostrou necessário quando a quantidade de dados se viu muito grande para

manipulação e ajuste. Tratar de 10 100 linhas de um arquivo não é de incomodo nenhum, agora fazer

isso com 200 arquivos de 20 mil linhas tomaria dias. Em especial por que o hydraccess não aceita um

erro se quer na formatação do arquivo e todos tem de ser minuciosamente perfeitos para serem

importados.

A macro é uma ferramenta do Microsoft Excel que permite criar programas para facilitar a

utilização de tabelas. O Excel conta com um editor de programas na linguagem Visual Basic, que

permite fazer programas que vão até alem da própia capacidade do Excel. No caso, foi desenvolvido

um programa que trate os “dados brutos” vindo de dataloggers e os formate num arquivo que o

hydraccess permita importar. De forma que dias de trabalho ajustando arquivos iriam ser resumidos a

minutos. No fluxograma na Figura 4 está o esquema da coleta dos dados até a sua armazenagem.

Figura 4 – Fluxograma Dados

O programa criado para a macro é o seguinte em visual basic:

Sub Super_Programa_Cotas() ' ' Super_Programa_Cotas Macro ' Macro gravada em 18/6/2009 por Artur ' ' Dim Arquivo(100) As String Dim Ordem(100) As String Dim Temp(100) As Date Dim Salve As String Dim lurds As String n = 0 Cells.Select Selection.ColumnWidth = 15 Selection.NumberFormat = "General" With Selection .HorizontalAlignment = xlCenter .VerticalAlignment = xlBottom .WrapText = False .Orientation = 0 .AddIndent = False .IndentLevel = 0 .ShrinkToFit = False .ReadingOrder = xlContext .MergeCells = False End With maria = InputBox("Digite o Id da Estação:", , "Super Macro Cotas")

Sensores (analógicos / digitais) Datalogger

Dados Brutos

Dados Tratados

Hydraccess

Macro

donatela = InputBox("Digite o tipo de dado: Cotas - C , Descargas - D ou Chuva - P (somente a letra*)", , "Super Macro Cotas") If donatela = "C" Then chamcham = "Cotas\" Alfredo = "H" João = "I-NIV" Esbornia = "J" End If If donatela = "D" Then chamcham = "Descargas\" Alfredo = "H" João = "I-VAZ" Esbornia = "J" End If If donatela = "P" Then chamcham = "Chuvas\" Alfredo = "M" João = "I-CHU" Esbornia = "T" End If Do While n >= 0 g = 6 Do While g = 6 g = 0 mynum = Application _ .GetOpenFilename("Text Files (*.prn), *.prn") '.GetOpenFilename("Text Files (*.txt), *.txt", 1, "Selecionar arquivo do datalogger") 'mynum = Application.InputBox("Arquivo", , "S01apr03.prn") If mynum = falso Then Exit Sub Arquivo(n) = Right(mynum, 12) na = n - 1 nb = n If n >= 1 Then For contador = n To 1 Step -1 If Arquivo(nb) = Arquivo(na) Then g = MsgBox("Erro, Selecionado arquivo ja adicionado" & Chr(13) & "Quer selecionar outro arquivo?", 4, "Mensagem de Erro") End If na = na - 1 Next End If Loop If g = 7 Then lurds = Right(mynum, 12)

Salve = "C:\Documents and Settings\Artur\Desktop\Hydraccess Import\Cotas\" & lurds + ".xls" ActiveWorkbook.SaveAs Filename:= _ Salve, FileFormat:=xlNormal _ , Password:="", WriteResPassword:="", ReadOnlyRecommended:=False, _ CreateBackup:=False Exit Sub End If Sheets.Add.Name = Arquivo(n) Cells.Select Selection.NumberFormat = "General" Selection.Delete Shift:=xlUp With ActiveSheet.QueryTables.Add(Connection:= _ "TEXT;" & mynum, Destination:=Range("A1")) .Name = Right(mynum, 12) .FieldNames = True .RowNumbers = False .FillAdjacentFormulas = False .PreserveFormatting = True .RefreshOnFileOpen = False .RefreshStyle = xlInsertDeleteCells .SavePassword = False .SaveData = True .AdjustColumnWidth = True .RefreshPeriod = 0 .TextFilePromptOnRefresh = False .TextFilePlatform = 850 .TextFileStartRow = 1 .TextFileParseType = xlFixedWidth .TextFileTextQualifier = xlTextQualifierDoubleQuote .TextFileConsecutiveDelimiter = False .TextFileTabDelimiter = True .TextFileSemicolonDelimiter = False .TextFileCommaDelimiter = False .TextFileSpaceDelimiter = False .TextFileColumnDataTypes = Array(1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1) .TextFileFixedColumnWidths = Array(1, 2, 1, 2, 1, 2, 3, 8, 6, 6, 4, 8, 15, 11, 9) .TextFileTrailingMinusNumbers = True .Refresh BackgroundQuery:=False End With x = 10 z = Range("D" & x).Value Columns("R:R").Select Selection.NumberFormat = "d/m/yyyy" Columns("S:S").Select Selection.NumberFormat = "d/m/yyyy h:mm" Columns("S:S").ColumnWidth = 17.29 Columns("R:R").ColumnWidth = 17.29 Do While z <> vazio Range("Q" & x).Value = Range("F" & x).Value + 2000 Range("R" & x).Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "=DATE(RC[-1],RC[-16],RC[-14])"

Range("S" & x).Value = Range("R" & x).Value + Range("H" & x).Value Range("T" & x).Value = Range("P" & x).Value / 1000 x = x + 1 z = Range("D" & x).Value Loop Cells.Select Selection.ColumnWidth = 15 With Selection .HorizontalAlignment = xlCenter .VerticalAlignment = xlBottom .WrapText = False .Orientation = 0 .AddIndent = False .IndentLevel = 0 .ShrinkToFit = False .ReadingOrder = xlContext .MergeCells = False End With ActiveCell.FormulaR1C1 = "Type_Station" Range("B1").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "Id_Station" Range("B2").Select ActiveWindow.SmallScroll Down:=-3 Range("C1").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "Capteur" Range("D1").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "Table" Range("E1").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "Date" Range("F1").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "Valeur" Range("G1").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "Origine" Range("H1").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "Qualite" Range("H2").Select A = 2 C = A + 8 b = Range("S" & C).Value Columns("E:E").Select Selection.NumberFormat = "d/m/yyyy h:mm" Do While b <> vazio Range("A" & A).Select ActiveCell.FormulaR1C1 = Alfredo Range("B" & A).Select ActiveCell.FormulaR1C1 = maria Range("C" & A).Select ActiveCell.FormulaR1C1 = João Range("D" & A).Select ActiveCell.FormulaR1C1 = donatela Range("E" & A).Value = Range("S" & C).Value Range("F" & A).Value = Range(Esbornia & C).Value Range("G" & A).Value = "E" Range("H" & A).Value = vazio A = A + 1

C = A + 8 b = Range("S" & C).Value Loop aa = A - 1 Temp(n) = Range("E" & aa).Value D = 1 Do While D < 9 Rows(A).Select Selection.ClearContents A = A + 1 D = D + 1 Loop Columns("I:S").Select Selection.ClearContents Range("A1").Select nc = n - 1 nd = n If n >= 1 Then For contador = n To 1 Step -1 If Temp(nd) < Temp(nc) Then troca = Arquivo(nd) Arquivo(nd) = Arquivo(nc) Arquivo(nc) = troca trocad = Temp(nd) Temp(nd) = Temp(nc) Temp(nc) = trocad End If nd = nd - 1 nc = nc - 1 Next End If v = MsgBox("Deseja formatar mais arquivos dessa estação?", 4, "Super Programa Cotas") If v = 6 Then n = n + 1 Else nimp = n nn = n For contador = n To 1 Step -1 Sheets("Base").Range("C" & nn + 3).Value = Arquivo(nn) nn = nn - 1

Next Sheets("Base").Range("C3").Value = Arquivo(0) n = -1 End If Loop Sheets("Import").Select Cells.Select Selection.ColumnWidth = 15 Selection.NumberFormat = "General" With Selection .HorizontalAlignment = xlCenter .VerticalAlignment = xlBottom .WrapText = False .Orientation = 0 .AddIndent = False .IndentLevel = 0 .ShrinkToFit = False .ReadingOrder = xlContext .MergeCells = False End With ActiveCell.FormulaR1C1 = "Type_Station" Range("B1").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "Id_Station" Range("B2").Select ActiveWindow.SmallScroll Down:=-3 Range("C1").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "Capteur" Range("D1").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "Table" Range("E1").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "Date" Range("F1").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "Valeur" Range("G1").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "Origine" Range("H1").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "Qualite" Range("H2").Select Columns("E:E").Select Selection.NumberFormat = "d/m/yyyy h:mm" For contador = 0 To 3 Step 1 nimp2 = nimp nimpr = 0 K = 2 Do While nimp2 >= 0 c2imp = 2 Do While Sheets(Arquivo(nimp)).Range("G" & c2imp) <> E Range("A" & K).Value = Sheets(Arquivo(nimpr)).Range("A" & c2imp).Value Range("B" & K).Value = Sheets(Arquivo(nimpr)).Range("B" & c2imp).Value Range("C" & K).Value = Sheets(Arquivo(nimpr)).Range("C" & c2imp).Value Range("D" & K).Value = Sheets(Arquivo(nimpr)).Range("D" & c2imp).Value Range("E" & K).Value = Sheets(Arquivo(nimpr)).Range("E" & c2imp).Value Range("F" & K).Value = Sheets(Arquivo(nimpr)).Range("F" & c2imp).Value

Range("G" & K).Value = Sheets(Arquivo(nimpr)).Range("G" & c2imp).Value Range("H" & K).Value = Sheets(Arquivo(nimpr)).Range("H" & c2imp).Value Range("A" & K).Select K = K + 1 c2imp = c2imp + 1 Loop nimpr = nimpr + 1 nimp2 = nimp2 - 1 Loop Next Sheets(Arquivo(nimpr - 1)).Select For contador = 0 To 3 Step 1 g = 2 Do While Range("G" & g).Value = "E" g = g + 1 Loop gg = Range("E" & g - 1) Next Sheets("Base").Select Range("C1").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "Ordem Temporal" Range("E1").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "Intervalo Dados" Range("E4").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "até" Marta = Sheets("Import").Range("E2").Value Sheets("Import").Select For contador = 0 To 20 Step 1 w = 2 j = 10 / 10 / 1 Do While j <> gg If Range("G" & w).Value = vazio Then Rows(w).Select Selection.Delete Shift:=xlUp End If If Range("F" & w).Value < 0 Then Rows(w).Select Selection.Delete Shift:=xlUp End If If Range("E" & w).Value = Range("E" & w - 1).Value Then Rows(w).Select Selection.Delete Shift:=xlUp End If j = Range("E" & w).Value w = w + 1 Loop Next Rute = Range("E" & w - 1).Value Sheets("Base").Select Range("E3").Value = Marta Range("E5").Value = Rute lurds = "Import_" & maria Salve = "C:\Documents and Settings\Artur\Desktop\Hydraccess Import\" & chamcham & lurds + ".xls" ActiveWorkbook.SaveAs Filename:= _ Salve, FileFormat:=xlNormal _ , Password:="", WriteResPassword:="", ReadOnlyRecommended:=False, _ CreateBackup:=False

End Sub

A macro ainda se encontra no seu estagio mais bruto, de forma que a seguir será adaptada a

vários tipos de dataloggers a serem usados no programa e escrita de forma a minimizar o máximo de

erros possível. Quanto mais automático se torne o processo de importação de dados para o hydraccess

menos tempo ele tomará, até que um dia os dados serão levados automaticamente desde os sensores

até o banco de dados universal. Enquanto isso podemos dizer que estamos ajudando neste caminho, já

que nos é útil.

TREINAMENTO DATALOGGER

Durante as atividades foi desenvolvido um treinamento sobre o manuseio e uso do datalogger

H-500 da Water Log. A atividade consistiu em capacitar um grupo de pessoas a instalar uma estação

metereológica de monitoramento eletrônico utilizando do datalogger H-500 da Water Log. O tempo

de duração do treinamento foi de dois dias. No período foi ensinado aos participantes como configurar

o datalogger. Foram abordados sensores digitais, comunicação com o datalogger, coleta de data e

programação para monitoramento de sensores do datalogger.

Os sensores em questão eram todos digitais, os participantes aprenderam a instalar e configurar

sensores de turbidez, nível, chuva e entre outros digitais genéricos. Através de comandos SDI-12

foram feitas diversas atividades de treinamento como troca de endereços digitais dos sensores, troca

de offset e medições.

O Water Log H-500 possibilita um universo de possibilidades imenso, sendo impossível passar

tudo que ele pode oferecer em dois dias. Sobre o datalogger, os participantes aprenderam a manusear e

coletar a data salva e configurar o aparelho para monitorar sensores em intervalos de tempo e /ou dias

determinados.

TREINAMENTO ADP

Juntamente com o curso de capacitação do datalogger H-500 da Water Log, nos foi ofertado

um curso básico sobre o ADCP (Acoustic Doppler Current Profile). No curso aprendemos a manusear,

e coletar dados de vazão com um ADP. Sobre o manuseio do equipamento, foi passada a comunicação

com o mesmo, técnicas de calibração, técnicas de coleta de dados e analise de dados. Porém, não

houveram aulas praticas, devido ao tempo limitado do curso de um dia.

Como o ADCP será de grande importância no futuro do projeto, na parte que nos diz em gerar

curvas-chave e coletar vazões dos rios em questão, é fundamental que tenhamos conhecimento sobre o

uso e capacidades do aparelho.

DESENVOLVIMENTO DE AMOSTRADOR DE POLUIÇÃO DIFUSA SB 2

O estudo dos fenômenos de transporte associados à ocorrência de chuvas intensas, fator

importante na avaliação correta da poluição difusa, tem sido dificultado pela falta de equipamentos

capazes de coletar amostras das águas dos rios nos momentos em que ocorrem alterações de qualidade

em função de rápidas variações no nível. O presente artigo descreve a concepção e o desenvolvimento

de um equipamento de baixo custo, capaz de coletar automaticamente amostras das águas dos rios

para estes eventos hidrológicos.

Além de aspectos de custo, este equipamento tem a característica de ter fundamentação

eletrônica, permitindo estabelecer uma melhor relação entre nível de água e amostra a ser coletada.

1. INTRODUÇÃO

O estudo da poluição difusa depende, basicamente, da coleta de amostras durante a ocorrência

de chuvas intensas, em função do impacto do escoamento superficial sobre o processo de

remoção/erosão do solo para dentro dos corpos aquáticos.

A tarefa de coletar manualmente amostras durante esses eventos é particularmente difícil, pois

depende da presença dos técnicos na hora exata em que ocorrem e nos locais em que se deseja fazer a

amostragem, requerendo, evidentemente, um bom nível de planejamento.

Mesmo bem executada, a coleta realizada em tais condições apresenta riscos mais elevados, seja

por motivos associados à própria amostragem de água quanto ao próprio deslocamento da equipe

técnica. Além disso, existe sempre a possibilidade de que a mobilização seja infrutífera em virtude da

não ocorrência da precipitação esperada – o que vêm a elevar os custos gerais das campanhas de

amostragem.

Por outro lado, os equipamentos automáticos que, em princípio, poderiam ser utilizados para o

estudo da poluição difusa, são construídos para amostragem em ambiente industrial e apresentam

severas restrições econômicas e operacionais quando são utilizados em ambiente aberto, pois,

normalmente, sua instalação depende de fornecimento de energia, da realização de obras civis, da

proteção contra intempéries e vandalismo, entre outros custos adicionais.

Neste artigo, será apresentada uma alternativa barata e operacionalmente viável para a coleta de

amostras durante a ocorrência de plumas de enchente. Um primeiro protótipo do equipamento foi

montado e testado em laboratório pela equipe do Laboratório de Monitoramento Eletrônico do

Programa de Pós Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental da Universidade

Federal do Paraná (UFPR), como parte do projeto “Bacias Críticas: Bases Técnicas para a Definição

de Metas Progressivas para seu Enquadramento e a Integração com os Demais Instrumentos de

Gestão”, desenvolvido em parceria Universidade de São Paulo (USP) e a UFPR.

Foram solicitadas patentes para proteção dos direitos de propriedade intelectual do equipamento

junto ao INPI.

Dentro deste contexto, o objetivo deste trabalho é demonstrar a viabilidade de se utilizar

sistemas automáticos de baixo custo para a coleta automática de amostras durante eventos extremos de

enchentes. Serão apresentadas as características físicas e operacionais do amostrador, e demonstrada a

viabilidade econômica de sua fabricação. Também serão apresentados resultados de um teste

operacional, feito em laboratório, do primeiro protótipo construído.

2. ESTADO DA ARTE

A revisão da literatura especializada indicou um sistema simples e dois diferentes processos

mais sofisticados para coleta automática de amostras com o propósito aqui em destaque.

Barato na concepção e fabricação, o sistema mais simples consiste em utilizar o processo de

sifonamento para encher garrafas de amostras à medida que o nível d’água se eleva. Garrafas e sifões

são montados de forma a que cada garrafa somente possa ser enchida no momento em que o nível

d’água ultrapassa o seu sifão específico (GRACZYK, 2000; NEWHAM, 2002). Este sistema

apresenta algumas desvantagens significativas:

• Coleta amostras apenas durante a elevação do nível do rio, deixando de atuar durante a

recessão

• Não é capaz de descartar amostras coletadas em eventos não significativos.

Alguns fabricantes automatizaram a coleta, utilizando bombas de sucção acionadas por sensores

de nível. Neste caso, a maioria optou por armazenar amostras compostas, que são produzidas pelo

bombeamento de pequenos volumes para dentro de um único reservatório (GLOBALWATER, 2004).

Neste caso, além do custo – normalmente elevado – o equipamento deixa de captar as variações

ocorridas durante a passagem da pluma de enchente ao compor uma amostragem média.

Existem equipamentos automáticos, que poderiam ser adaptados para este tipo de estudo, cujo

processo de operação consiste em bombear amostras para dentro de frascos individuais, montados

sobre um carrossel móvel. Neste caso, os equipamentos – concebidos para uso em ambientes

industriais – passam a ter um custo muito alto, o que inviabiliza a sua utilização em pesquisas

científicas (ISCO, 2007).

Além do custo de aquisição, os equipamentos automáticos existentes no mercado demandam a

realização de obras civis para sua instalação e para oferecer proteção contra vandalismo além de

necessitar fornecimento de energia elétrica, o que faz por limitar ainda mais sua aplicação para o

estudo da poluição difusa.

3. CONCEPÇÃO E MONTAGEM DO PROTÓTIPO

O amostrador concebido visa sanar as dificuldades relatadas, oferecendo as seguintes soluções:

i. Frascos independentes são montados na coluna. A alimentação se dá por gravidade, não

havendo necessidade de bombeamento;

ii. Válvulas solenóides determinam qual frasco aberto, permitindo a saída do ar nele

contido para a entrada de água da amostra;

iii. Coluna montada no rio dotada de bóia interna, informa o nível para o circuito de

comando;

iv. Circuito eletrônico de comando abre a válvula adequada para cada nível detectado;

v. O sistema pode amostrar durante a ascensão e a recessão do hidrograma de enchente.

·O circuito pode ser preparado para esgotar, por gravidade, as amostras coletadas em caso pluma

ser pequena (pouca variação de nível), conservando apenas as amostras em caso de chuvas intensas;

O circuito é autônomo, acionado por bateria interna, com capacidade para acionamento

múltiplo e com autonomia para operar por mais de 60 dias sem necessidade de re-carga. O

equipamento não precisa de painel solar.

Finalmente, deve-se destacar a facilidade de montagem, podendo ser fixado a uma estrutura

pré-existente (colunas ou pontes) ou ainda ser plantado no solo, da mesma maneira como se fixam

réguas linimétricas em estações de monitoramento de nível, de forma a minimizar custos com obras

para a instalação;

A Figura 5 apresenta um esquema da montagem do amostrador.

No esquema apresentado na Figura 5, podem ser observados os componentes principais do

equipamento, a saber:

i. Torre de suporte;

ii. Comando eletrônico;

iii. Frascos para coleta ascendente;

iv. Frascos para coleta descendente;

v. Coluna-Guia para bóia magnética;

vi. Tomadas para entrada e liberação de amostras;

vii. Sifões invertidos para evitar derramamento inadvertido das amostras coletadas.

Figura 5 – Esquema de Montagem do Amostrador Automático para Estimativa da Poluição difusa

Para facilitar a compreensão, foram omitidas as conexões elétricas existentes entre cada um dos

frascos de coleta e o comando eletrônico do equipamento. Pelo mesmo motivo, foi suprimida a

representação das mangueiras que conectam os frascos de coleta às respectivas válvulas solenóides,

também localizadas no interior do comando eletrônico.As mangueiras e as conexões elétricas podem

ser observadas na Figura 6.

Figura 6 – Amostrador Automático para Estimativa da Poluição Difusa

4. DESCRIÇÃO DO FUNCIONAMENTO

O funcionamento do equipamento será descrito em etapas seqüenciais, apoiado na Figura 7.

Figura 7 - Esquema de Funcionamento do Amostrador

1) Ocorrendo subida de nível do rio,uma bóia magnética flutua por dentro da coluna-guia,

até que o imã alcança a posição do primeiro sensor, localizado a 35cm acima da primeira tomada de

água.;

2) Ao receber o sinal do sensor, o circuito abre a válvula solenóide referente ao primeiro

frasco de coleta, sentido de subida, permitindo que o ar contido no frasco escape, o que permite a

entrada da água pela primeira tomada de água;

3) Quando o volume do frasco é preenchido, uma bóia magnética existente na tampa do

frasco flutua, ativando o sensor magnético indicativo de frasco cheio, o qual envia sinal ao circuito de

comando para que feche a válvula solenóide, fechando o frasco para a entrada de líquido. O resultado

pode ser visto na Figura 7 (a);

4) Havendo novas elevações de nível, o processo descrito nos itens 1-3 é repetido a cada

20 cm, preenchendo seqüencialmente os frascos de subida, o que pode ser visto na Figura 7 (b);

5) A Figura 7 (c) apresenta o resultado do funcionamento do equipamento caso ocorram

elevações de nível até a altura máxima. É importante observar que todos os frascos de subida foram

preenchidos a medida em que o nível subiu, enquanto todos os frascos reservados ao processo de

recessão do nível estão vazios, ou seja, estão preparados para coletar amostras quando a recessão de

nível ocorrer;

6) A Figura 7 (d) apresenta o começo da recessão do nível do rio. Neste caso quando a

bóia magnética desce e atinge o sensor magnético que já tenha sido acionado anteriormente, o

comando eletrônico interpretará a ocorrência como evidência de recessão de nível, abrindo o frasco de

coleta correspondente ao primeiro nível de descida, repetindo o processo dos itens 2 e 3;

7) Para evitar que ocorram eventos simultâneos ou que uma pequena elevação do nível do

rio, seguida por uma pequena recessão, possam causar a abertura indesejada de qualquer dos frascos

de coleta de descida, o sistema de comando é intertravado, ou seja: os frascos de descida somente

poderão ser abertos caso o frasco de subida referente ao nível imediatamente superior estiver cheio;

8) A Figura 7 (e) apresenta o resultado de mais uma recessão de nível, o que faz disparar a

abertura do segundo frasco de coleta reservado para a descida;

9) Quando o hidrograma de enchente se encerra, o equipamento terá coletado amostras na

subida e na descida do nível. Caso o hidrograma tenha alcançado o nível máximo do equipamento de

testes (1,80 m) o resultado será como o observado na Figura 7 (f), ou seja, todos os frascos estarão

preenchidos com amostras.

10) A coleta das amostras armazenadas nos frascos se dá conforme apresentado na Figura

4. Um copo é colocado por sob a tomada de água referente ao frasco que se pretende esgotar e, em

seguida, um imã é aproximado do painel de liberação de amostras, sendo dirigido ao setor de liberação

do frasco específico. Existe um sensor magnético específico para cada frasco de coleta. Com a

aproximação manual de uma caneta com ponta imantada dá ordem ao comando eletrônico para abrir a

válvula solenóide respectiva, permitindo a entrada de ar e o conseqüente escoamento líquido coletado.

Na Figura 8, a aproximação da caneta-imã no setor reservado ao quarto frasco –setor subida – faz

abrir o frasco em questão, liberando a amostra coletada.

Figura 8 – Esquema de Coleta Manual das Amostras Adquiridas

Observação: O equipamento acumulará amostras de maneira seqüencial subida-descida. Desta

forma, são possíveis as seguintes combinações:

· Nível 1 subida, Nível 2 subida, Nível 1 descida – significando que o hidrograma alcançou

apenas o nível 2 , sendo coletados apenas 3 frascos;

· Nível 1 subida, Nível 2 subida, Nível 3 subida, Nível 2 descida e Nível 1 descida –

significando que o hidrograma alcançou apenas o nível 3 , sendo coletados apenas 5 frascos;

· Nível 1 subida, Nível 2 subida, Nível 3 subida, Nível 4 subida, Nível 3 descida, Nível 2

descida e Nível 1 descida – significando que o hidrograma alcançou o nível 4 , sendo coletados apenas

7 frascos;

· Nível 1 subida, Nível 2 subida, Nível 3 subida, Nível 4 subida, Nível 5 subida, Nível 4 descida

Nível 3 descida, Nível 2 descida e Nível 1 descida – significando que o hidrograma alcançou o nível 5

, sendo coletados 9 frascos;

· Nível 1 subida, Nível 2 subida, Nível 3 subida, Nível 4 subida, Nível 5 subida, Nível 6 subida,

Nível 5 descida, Nível 4 descida Nível 3 descida, Nível 2 descida e Nível 1 descida – significando que

o hidrograma alcançou o nível 6 , sendo coletados todos os 11 frascos;

5. TESTES REALIZADOS EM LABORATÓRIO

O equipamento protótipo foi testado em local aberto, exposto a chuvas e ao calor do sol, em área

com acesso controlado situada ao lado do Laboratório de Monitoramento Eletrônico. Foi construído

um sistema de fornecimento de água capaz de simular a variação de um rio, de forma a aproximar, na

medida do possível, as condições do teste às de operação real.

Durante um período de 180 dias, vários testes foram realizados com o objetivo específico de

determinar as condições de funcionamento do equipamento, a sua confiabilidade, sua autonomia e, em

especial, sua capacidade de armazenamento de amostras líquidas.

Durante todo o período de testes o equipamento permaneceu ligado, conectado a uma bateria

recarregável de 12V, 7Ah, que foi recarregada em duas ocasiões, com um intervalo de 60 dias entre as

recargas. Em ambos os casos a bateria ainda fornecia, ao cabo de 60 dias, corrente e tensão suficientes

para a operação normal do aparelho. Quando da primeira recarga a bateria ainda oferecia 11,2 V,

enquanto que na segunda a tensão era de 10.9 V.

Semanalmente foram realizados um número entre o mínimo de 2 e o máximo de 5 operações,

cada uma simulando uma pluma de enchente com altura capaz de preencher todos os frascos de coleta.

Em nenhuma ocasião o equipamento deixou de coletar as amostras de maneira correta.

Ao final de 180 dias, como o equipamento apresentou-se em perfeitas condições de uso, foi

realizada uma semana de testes adicionais, na qual foram feitas simulações de plumas de enchente

com o objetivo de demonstrar que o Amostrador Automático para Plumas de Enchente funciona de

maneira confiável, não havendo em seu mecanismo quaisquer processos que venham a interferir

significativamente nas amostras que se pretende coletar. Para este fim, foi utilizado o NaCl como

elemento traçador conservativo.

Foram preparadas seis diferentes soluções aquosas com concentrações conhecidas NaCl. Para tal

fim foram utilizados instrumentos laboratoriais e uma balança analítica da marca Sartorius, Modelo

BL210-S. Em seguida, um medidor de condutividade da marca Schott, Handylab LF1 foi utilizado

para a medição da condutividade de cada uma das soluções de NaCl.

As soluções foram então utilizadas na simulação da ocorrência de uma pluma de enchente,

sendo coletadas automaticamente pelo amostrador e, posteriormente, liberadas manualmente pelo

operador.

A condutividade das amostras coletadas foi então comparada à condutividade das soluções

originais, de forma que se pudesse observar qualquer processo interferente que, causado pelo

equipamento, viesse a resultar na alteração das amostras coletadas.

Os resultados dos ensaios realizados estão sintetizados na Tabela 1 e exibidos graficamente na

Figura 9. Em ambos os casos, pode ser observado que o material coletado não difere

significativamente do original. A flutuação observada no algarismo menos significativo pode ser

explicada pelo grau de imprecisão do próprio aparelho, que foi utilizado na escala de mS e apresenta

uma precisão da ordem de 1,0 %

Tabela 1 – Comparação entre Amostras Coletadas e as Soluções Originais

Figura 9 – Gráfico Comparativo entre Soluções Originais e Amostras Coletadas

6. DISCUSSÃO

Solução

1 Solução

2 Solução

3 Solução

4 Solução

5 Solução

6

Concentração NaCl (mg/L) 150 300 450 600 750 900

Condutividade da solução (mS/cm)

1,16 2,33 3,49 4,66 5,84 7,00

Condutividade da amostra coletada nos coletores de

subida (mS/cm) 1,09 2,29 3,42 4,58 5,80 6,92

Condutividade da amostra coletada nos coletores de

descida (mS/cm) 1,07 2,35 3,58 4,70 5,85

Embora sua construção tenha sido um sucesso, o equipamento precisa ser aprimorado. Parte

das dificuldades enfrentadas está relacionada à concepção original, que previa a adaptação de garrafas

comerciais para a confecção dos copos de coleta.

Durante a fabricação essa adaptação provou ser bastante complicada, ao ponto de se decidir

pela alteração do projeto original, passando-se à fabricação completa dos copos de amostragem, com

alterações significativas nas dimensões originalmente previstas. Por este motivo o protótipo apresenta

fragilidade estrutural e de conexões, o que faz desaconselhar seu uso prático.

Uma segunda versão do equipamento, baseada na construção individual de copos de coleta

que possam ser montados de maneira modular já foi desenvolvida, e será testada brevemente.

Calcula-se que o custo de fabricação do equipamento não ultrapasse a casa dos Oitocentos

Reais (R$ 800,00) o que pode viabilizar a sua comercialização través de autorização para fabricação

com licenciamento das patentes.

7. CONCLUSÃO

O equipamento representa um passo importante no desenvolvimento de tecnologia nacional, de

baixo custo, perfeitamente adaptado às condições brasileiras de utilização. Sua utilização deverá

proporcionar a realização de estudos mais aprofundados dos mecanismos de transporte associados às

enchentes e aos processos de poluição difusa.

É importante ressaltar que este equipamento representa apenas mais um sucesso na parceria

USP-UFPR, que se dá entre outras formas através do projeto “Bacias Críticas: Bases Técnicas para

a Definição de Metas Progressivas para seu Enquadramento e a Integração com os Demais

Instrumentos de Gestão”.

8. REPROJETANDO

Reprojetado o SB1, descrito a cima, foi montado o SB2 com estruturas novas e métodos

eletrônicos novos em relação ao primeiro. Buscando maior robustez, maior eficiência e maior

facilidade de fabricação. Na figura 10 está o modelo do protótipo e na Figura 11 ele pronto.

Figura 10 – Modelo

Módulo

Parte Eletrônica

Recipiente para Coleta de água

S B 2

Saída de água

Entrada de água

Figura 11 – Módulos

TRABALHOS DESENVOLVIDOS PELA IPH/UFRGS

Material e Métodos

Área de estudo

A bacia do rio Potiribú localiza-se na região noroeste do estado do Rio Grande do

Sul, próxima as cidades de Cruz Alta e Ijuí. A bacia tem uma área de 563 km2, e o rio de

lhe dá nome é uma dos afluentes do rio Ijuí, que por sua vez é afluente do rio Uruguai. A

bacia é formada por várias sub-bacias embutidas representando várias escalas, Estas

bacias vêm sendo monitoradas pelo Instituto de Pesquisas Hidráulicas (IPH) desde 1989.

Nesta bacia, o plantio convencional com terraços e plantio em nível era utilizando

predominantemente até o final da década de 80. A partir da década de 90 o plantio direto foi

tomando força nessa região e atualmente a bacia do arroio Turcato tem mais de 90% de

sua área plantada com esse sistema.

A execução basear-se-á em quatro linhas de ação: 1) Estudo do modelo; 2)

Implementação de novas rotinas; 3) Simulação de cenários de mudanças climáticas; 4)

Consolidação do modelo de tempo e clima para a bacia hidrográfica.

Etapas do projeto

Na primeira linha de ação, haverá as seguintes atividades:

1- Estudo do modelo MGB;

2- Estudo do código do MGB;

3- Implementação do modulo de carbono;

Na segunda linha de ação, haverá as seguintes atividades:

4- Seleção de eventos e levantamento de dados;

5- Implementação do modulo de carbono;

6- Calibração do modelo MGB para a bacia;

Na terceira linha de ação, haverá as seguintes atividades:

10- Simulação do modelo MGB para os cenários de mudanças climática;

Na quarta linha de ação, haverá as seguintes atividades:

11- Análise de erros e incertezas;

12- Consolidação do modelo de tempo e clima para a bacia hidrográfica.

A seguir, uma breve descrição dos tipos de modelo estudados.

Modelos Precipitação-Vazão

Segundo TUCCI (1998), os modelos precipitação-vazão surgiram por causa da

necessidade de se estender séries hidrológicas de vazões e analisar as alterações que

ocorrem nestas séries após intervenções na bacia hidrográfica. Segundo o autor, a estrutura

atual dos modelos é baseada nos seguintes elementos:

• Discretização da bacia hidrográfica: modelos concentrados, distribuídos por sub-

bacias e distribuídos por módulos;

• Variáveis de entrada: precipitação e evapotranspiração;

• Estrutura básica de integração dos processos: usualmente formada por módulo bacia

e módulo canal;

• Aquisição de dados físicos das bacias: está se tornando comum o uso de Sistemas

de Informações Geográficas e Sensoriamento Remoto;

• Determinação dos parâmetros: com base nas características físicas ou ajustados

com base em dados observados das variáveis de entrada e saída, com otimização ou

não.

No início, os modelos eram do tipo determinístico conceitual e retratavam condições

médias em cada sub-bacia discretizada. Nestes modelos, o sistema é considerado

estacionário, os parâmetros geralmente não guardam relação física com as características

da bacia e os processos dinâmicos são retratados por relações empíricas. Com o passar do

tempo, os modelos procuraram atender objetivos específicos e a quantidade de parâmetros

ajustados diminuiu, concentrando-se nos mais sensíveis.

Segundo ainda TUCCI (1998), com as preocupações ambientais dos últimos anos,

novos modelos surgiram, os chamados físicos-distribuídos, que procuram discretizar a bacia

mais detalhadamente, incorporando formulações mais físicas dos processos hidrológicos,

relacionando os com as características da bacia, de maneira a observar o que ocorre com

cenários relativos de uso do solo e estimar o escoamento em bacias sem dados de vazão.

Estes modelos possibilitam o conhecimento distribuído do escoamento e dos impactos na

bacia.

Alguns modelos distribuídos por sub-bacias que se popularizaram foram: Stanford IV, SCS,

SSARR, SMAP. No Brasil, tem-se os modelos IPH, MODHAC, etc. Quanto aos modelos

distribuídos por módulos, tem-se: Topmodel e ANSWERS.

Modelo de Grandes Bacias (MGB-IPH)

A descrição do modelo utilizado está bem resumida no website

http://galileu.iph.ufrgs.br/collischonn/ClimaRH/softwares/MGB_principal.htm e em artigos

tais como SILVA et al. (2004). Alguns pontos são colocados aqui.

O modelo hidrológico distribuído MGB foi desenvolvido para a simulação de grandes

bacias (COLLISCHONN, 2001) e é composto dos seguintes módulos: balanço de água no

solo; evapotranspiração; escoamentos: superficial, sub-superficial e subterrâneo na célula;

escoamento na rede de drenagem.

A bacia é sub-dividida em células quadradas ligadas entre si por canais de

drenagem. Em cada célula as características de uso de solo, cobertura vegetal e tipo de

solo são sintetizadas nos denominados blocos de uso do solo (Figura 1). Assim, uma célula

pode ter em sua área interna 10% de florestas, 60% de pastagens, 5% de uso urbano e

25% de superfície líquida, como um lago. Cada uma destas frações de uso é denominada

bloco.

Os dois primeiros algoritmos ou módulos do modelo (balanço de água no solo e

evapotranspiração) ocorrem em cada bloco de cada célula, o terceiro módulo (escoamento

na célula) é o processo horizontal de fluxo no interior da célula até a rede de drenagem e o

quarto módulo é o processo horizontal de fluxo ao longo da rede de drenagem.

Figura 1. Célula do modelo dividida em N blocos de uso, tipo e cobertura do solo.

� Balanço de água no solo

O balanço hídrico no solo é realizado de maneira independente para cada bloco de

uso, utilizando as características e os parâmetros do bloco. O chamado “escoamento

superficial” é, na realidade, um escoamento rápido, ou direto e é calculado considerando

que toda a chuva que cair sobre uma porção de solo já saturada de umidade irá gerar

escoamento superficial. O modelo considera que existe uma relação entre o estado de

armazenamento atual da camada de solo, e a porcentagem de área saturada, segundo o

apresentado por TODINI (1996).

O escoamento sub-superficial é obtido por uma relação não linear com o

armazenamento na camada de solo, baseada na equação da condutividade hidráulica do

solo de BROOKS E COREY apud RAWLS et al. (1993). O escoamento subterrâneo é

calculado por uma equação simples, linear com relação ao armazenamento no solo.

Em alguns casos, quando o armazenamento do solo é baixo, pode ocorrer a

transferência de água do reservatório subterrâneo para a camada de solo. Esta

possibilidade visa permitir ao modelo simular situações em que as águas subterrâneas

voltem a ser disponibilizadas para a evapotranspiração.

� Evapotranspiração

É utilizada a equação de Penman – Monteith, de modo semelhante ao utilizado por

WIGMOSTA et al. (1994). Esta formulação tem uma forte base física, o que permite

representar as alterações de evapotranspiração associadas às mudanças de uso do solo,

embora para isso sejam necessários dados específicos para cada tipo de vegetação, que

não estão normalmente disponíveis.

� Escoamento na célula

Os volumes drenados de cada bloco da célula são somados, segundo o seu tipo,

subterrâneo (DBAS), subsuperficial (DINT) e superficial (DSUP), em três reservatórios. Após

passar por estes reservatórios, os escoamentos subterrâneo (QBAS), subsuperficial (QINT)

e superficial (QSUP) são somados, resultando no escoamento gerado no interior da célula,

que chega à rede de drenagem (figura 2).

Figura 2. Esquema de escoamento no interior de uma célula com dois blocos.

� Escoamento na rede de drenagem

Na rede de drenagem o escoamento é propagado e somado, conforme as

características dos rios e das confluências, chegando ao exutório da bacia. Os hidrogramas

de vazão podem ser avaliados no exutório da bacia bem como em qualquer outro ponto ao

longo da rede de drenagem representada.

O modelo realiza a propagação nos trechos de rio utilizando o método de

Muskingum-Cunge (TUCCI, 1998). Os parâmetros do modelo Muskingum-Cunge são

calculados com base nos dados de comprimento, declividade, rugosidade e largura média

dos trechos de rio. O comprimento e a declividade são obtidos de mapas topográficos. A

largura é obtida com base em uma relação com a área de drenagem válida para a bacia e a

rugosidade é estimada com base em observações locais, fotografias e informações sobre

material do leito.

� Preparação de dados de entrada

Boa parte do trabalho de preparação de dados é o processamento de imagens de

sensoriamento remoto e de arquivos georeferenciados, porém nem todas as funções

necessárias para a execução deste processamento estão disponíveis em programas

comerciais de SIG, de modo que também foram desenvolvidos programas específicos ou

aperfeiçoadas rotinas já utilizadas pelos autores (PAZ et al., 2005).

Os dados utilizados pelo modelo como imagens de sensoriamento remoto

classificadas e modelos numéricos do terreno (MNT) estão disponíveis, normalmente, com

uma resolução espacial superior àquela utilizada no modelo (Figura 3). Por exemplo,

enquanto o modelo utiliza células de 10 x 10 Km, aproximadamente, as imagens LANDSAT

TM estão disponíveis em resolução de 30 x 30 m, e o MNT disponibilizado pela Agência

Atmosférica e Oceânica dos Estados Unidos (NOAA), para o mundo inteiro, tem células de

1 x 1 Km.

Figura 3. Resolução do modelo hidrológico frente à resolução das informações utilizadas.

A variabilidade topográfica, interna a uma célula do modelo, é informada ao modelo

através dos valores de altitude máxima e mínima existentes no MNT na área da célula.

Desta forma a informação disponível em resolução maior é levada em conta, e não é

desperdiçada, e a resolução do modelo hidrológico distribuído é mantida em valores

adequados para a simulação de grandes bacias, mesmo em microcomputadores.

� Calibração dos parâmetros do modelo

Existem dois tipos de parâmetros no modelo: fixos e calibráveis. Os parâmetros fixos

têm valores que podem ser medidos ou que não interferem profundamente nos resultados.

O índice de área foliar (IAF), por exemplo, é considerado um destes tipos, cujos valores são

obtidos da bibliografia.

Os parâmetros do modelo que não são considerados fixos podem ser calibrados por

bloco e por sub-bacia. Isto significa que é possível modificar um parâmetro, como o

armazenamento máximo no solo, do bloco de uso florestas, por exemplo, em todas as

células de uma determinada sub-bacia. Em outras palavras, todas as células de uma sub-

bacia têm o mesmo valor do parâmetro de um determinado bloco.

As sub-bacias são escolhidas de acordo com a disponibilidade de dados

fluviométricos, pois são estes que permitem a calibração dos parâmetros. A calibração do

modelo hidrológico foi realizada utilizando o algoritmo MOCOM-UA, que considera múltiplos

objetivos, o que é especialmente interessante em modelos distribuídos de grandes bacias,

porque nestes modelos é possível comparar os resultados em diferentes pontos na bacia.

A qualidade da calibração é verificada em todos os locais com dados disponíveis pela

obtenção de valores de duas funções objetivo: o coeficiente de Nash das vazões calculadas

e observadas (R2) e a diferença entre volumes calculados e observados (∆V).

� Módulo de qualidade

Parâmetros de qualidade da água tais como nitrato, amônio, ortofosfato, carbono

orgânico e fitoplâncton são estimados através do módulo de qualidade da água baseado no

algoritmo deposição-lavagem (em inglês conhecido como buildup-washoff). O acumulo é

representado por uma função exponencial que depende dos dias secos consecutivos

(Larentis, 2004):

)e -(1(lc) Wp (lc) Wb DD)(-k⋅⋅= 1

onde Wb(lc) é a carga do poluente acumulado, Wp(lc) é a carga potencial do poluente, k é a

taxa de acúmulo do poluente e DD é o número de dias secos consecutivos, dependendo da

cobertura do solo (lc).

A Equação 1 representa o efeito da deposição de massa e acumulação de um dado

poluente na superfície do solo durante os dias secos. Um dia seco é considerado um dia no

qual não existe escoamento superficial. O coeficiente k representa o efeito de agentes

externos tais como vento, plantas e lixiviação no processo de deposição.

A carga difusa é abordada por um modelo conceitual baseado nas concentrações

médias dos eventos ou em taxas de cargas características por classes de cobertura do solo.

Para cada classe é definida a cobertura vegetal típica associada uma taxa de carga, em

termos de massa por superfície por tempo, de cada poluente simulado. Considera-se que

qualquer tipo da cobertura do solo classe tem um padrão de produção de certos poluentes,

dependendo da utilização ou das atividades que têm o lugar. Estes valores típicos de carga

taxa de cobertura para diferentes coberturas e poluentes (Wp a equação 1) podem ser

encontrados na literatura, como mostrado na Tabela 1.

Tabela 1. Cargas de poluentes típicos (kg.ha-1.ano-1) por cobertura do solo (valores médios).

Poluente

Cobertura

Nitrogênio Total Fósforo Total

Floresta

2,1 – 2,7a

3 – 13 b

1,3 – 10,2 (3)e

0,1 - 0,4 a

0,03 – 0,9 (0,10) b

0,01 – 0,9 (0,4) e

Pasto 1,5 a

2 – 12 (6,2) b

0,9 a

0,10 - 2,1 (0,5) b

Urbana

0,2 – 18 a

3,2 – 18 (8,5) b

2 – 12 c

4 – 10 d

1 – 20 (5) e

0,3 – 4,8 a

1,1 – 5,6 (2) b

0,2 – 2,2 c

0,3 – 0,9 d

0,1 – 10 (1) e

Agricultura

2,7 - 5,1 a

0,1 – 13 b

0,5 – 50 (5) e

0,03 – 0,3 a

0,18 – 1,62 (1,05) b

0,1 – 5 (0,5) e

* Unidades em 1E6 NMP.ha-1.ano-1

a Novotny (2003); b Lima (1998); c Claphan et al. (1999); d Wurbs & James (2002); e Thomann & Muller (1987).

A carga referente a lavagem da superfície Ww é calculada por:

)e -(1 Wb Ww )(-V⋅= 2

onde V é o volume de escoamento superficial em um intervalo de tempo. Quanto maior for o

volume escoado, maior será a carga lavada. O contador DD controla a deposição e a

quantidade de poluente disponível para lavagem. Se o volume escoado não é bastante para

lavar a carga total disponível, o número de dias secos remanescentes equivalentes é

calculado pela seguinte expressão:

k

Wp

WwWb

−

= log-

DD 3

� Aplicações recentes do MGB

O MGB-IPH foi ou está sendo aplicado a diversas bacias da América do Sul, como

ilustra o mapa abaixo (figura 4), com as seguintes finalidades:

- entendimento do comportamento hidrológico da bacia: Bacia do Alto Paraguai;

- previsão de vazões visando à operação de reservatórios hidroelétricos: Bacia do Rio

Uruguai, Bacia do Rio Grande (PAZ et al., 2005), Bacia do Rio São Francisco (SILVA et al.,

2004);

- modelagem de qualidade de água: Bacia do Rio Taquari-Antas (LARENTIS, 2004);

- modelagem da erosão e transporte de sedimentos: possivelmente a Bacia do Rio Paraguai

(http://galileu.iph.ufrgs.br/collischonn/ClimaRH/softwares/ MGB_principal.htm).

Figura 4. (1) bacia do rio São Francisco; (2) Bacia afluente ao reservatório Corumbá; (3) Bacia do rio

Paranaíba; (4) Bacia do rio Grande (5) Bacia contribuinte ao Itaipu; (6) Bacia do rio Uruguai; (7) Bacia do Rio

Taquari-Antas; (8) Bacia do Alto Paraguai; (8) Bacia do rio Madeira; (9) Bacia do rio Tapajós.

Modelagem do Carbono

A modelagem do ciclo do carbono é a espinha dorsal na qual os outros ciclos são

modelados (N e P). Para representar a dinâmica do carbono orgânico dissolvido no solo e

no rio está sendo desenvolvido um modelo baseado no modelo INCA-N (Integrated

Catchments Model for Carbon), que considera os efeitos de diferentes tipos de ocupação e

uso do solo, o sentido do escoamento e os processos biogeoquímicos do carbono no solo e

no rio (Furtter et al., 2007).

Este modelo matemático é uma representação conceitual dos fluxos e processos do

carbono orgânico dissolvido na bacia hidrográfica. O modelo opera em um passo de tempo

diário, representando os principais reservatórios de carbono na fase terrestre e aquática e

os processos de transferência de carbono entre os reservatórios. Os reservatórios de

carbono e os processos entre reservatórios são apresentados e descritos na Figura 5.

Figura 5. Fluxos e reservatórios de carbono no solo e no rio considerados pelo modelo. O Carbono Orgânico

no Solo (COS) é adicionado no sistema através de várias fontes dependendo do uso e ocupação do solo. A

mineralização (decomposição da matéria orgânica pelas bactérias presentes no solo) pode transformar COS

ou Carbono Orgânico Dissolvido (COD) em Carbono Inorgânico Dissolvido (CID). A matéria orgânica no solo é

transformada entre COS e DOC através de processos de dissociação e associação. Na fase terrestre e

aquática, CID pode ser perdido para atmosfera. COD e CID na água do solo podem ser transportados para a

calha do rio através do escoamento difuso. COD e CID no rio também são perdidos através do transporte.

Informações para modelagem

A calibração é o processo de procura dos valores dos parâmetros que resultem em

uma melhor concordância entre os dados observados e os valores estimados pelo modelo.

A calibração é uma etapa comum na simulação de sistemas hídricos. As informações para

calibração do modelo estão sendo levantadas, consistindo na(o):

• Base cartográfica da área de estudo, contemplando:

COS

CID

COD

CID

COD

Solo Rio

- Hidrografia;

- Relevo;

- Uso do solo;

- Cobertura vegetal;

- Sedes municipais, localidades e povoados;

- Pontos de coleta e campanhas (qualidade das águas);

• Topografia (ou restituição) da região de estudo, contemplando:

- Seções transversais;

- Modelo Digital de Terreno;

• Dados Climatológicos da região:

- Radiação solar

- Ventos

- Evaporação

- Umidade relativa

- Temperatura do ponto de orvalho

- Temperatura do ar

- Regime de precipitações

• Dados hidrológicos da região (séries de vazões, níveis ou curva-chave)

• Dados sócio-econômicos dos municípios abrangidos pelo empreendimento:

- Populações,

- Rebanhos

- Áreas de agricultura e áreas irrigadas

- Indústrias

• Resultados dos levantamentos de campo, para caracterização dos usos da água e

das fontes de poluição;

• Informações provenientes das campanhas de caracterização da Qualidade das

Águas (incluindo carbono orgânico dissolvido).

Atividades desenvolvidas

A primeira etapa do projeto, que consiste na revisão bibliográfica, estudo do Modelo

MGB-IPH, estudo do código atual do modelo MGB-IPH e implementação do módulo de

carbono, está praticamente concluída. As informações para a modelagem estão sendo

levantadas para calibração do modelo.

Resultados Esperados

A partir da metodologia proposta, espera-se identificar diversas características

importantes sobre o efeito de mudanças climáticas no regime quantitativo e qualitativo de

bacias hidrográficas no sul do país. As simulações indicarão a resposta do sistema frente a

mudança de clima na região. Medidas de gerenciamento poderão ser propostas no intuído

de atenuar estes impactos. Com a previsão através do modelo MGB, será possível verificar

com antecedência situações críticas, de modo a antecipar ações que visem à melhor

convivência dos habitantes com o clima.

Os resultados serão divulgados na página do projeto, garantindo assim a imediata

transferência da tecnologia desenvolvida.

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SUB-PROJETO 4

CLIMATOLOGIA DOS VÓRTICES CICLÔNICOS E SEUS IMPACTO S

SÓCIO-AMBIENTAIS SOBRE O SUL DO BRASIL

De acordo com o cronograma físico aprovado, as seguintes metas foram alcançadas total ou

parcialmente até o momento:

Meta 1. Obtenção dos dados:

O período de estudo deste subprojeto é de 1979 a 2008 os dados que estão sendo utilizados são

os seguintes:

a) Dados meteorológicos em pontos de grade

As reanálises do NCEP/NCAR são um conjunto de dados oriundos de uma conjunção de dados

meteorológicos de diversas fontes e estão disponíveis no seguinte endereço:

http://www.cdc.noaa.gov/data/gridded/data.ncep.reanalysis.html.

A resolução espacial destes dados é de 2,5 graus de latitude por 2,5 graus de longitude e a

resolução temporal é de 6 horas. As grandezas meteorológicas disponíveis são temperatura do ar,

umidade específica, umidade relativa, velocidade vertical, altura geopotencial e direção e velocidade

do vento. Eles estão dispostos em 17 níveis de pressão: 1000, 925, 850, 700, 600, 500, 400, 300, 250,

200, 150, 100, 70, 50, 30, 20, 10 hPa.

b) Imagens de Satélite

As imagens de satélite que são utilizadas para validar a identificação dos vórtices ciclônicos

estão disponíveis no banco de imagens do Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos

(CPTEC) (http://www.cptec.inpe.br) e possuem uma resolução temporal de 15 minutos. As imagens

do satélite GOES estão disponíveis a partir de 2002.

c) Dados de precipitação

Para avaliar o impacto e a contribuição dos vórtices ciclônicos à precipitação no Sul do Brasil

serão utilizados dados diários cedidos pela Agência Nacional de Águas (ANA) disponíveis no site:

http://hidroweb.ana.gov.br/

d) Dados Meteorológicos de Superfície

Outros sinais da passagem dos vórtices ciclônicos pelo sul do Brasil serão identificados nos

dados meteorológicos de superfície. Estes dados foram solicitados ao Instituto Nacional de

Meteorologia (INMET) e a outros órgãos.

Meta 2. Preparação das rotinas computacionais para tratamento dos dados

Os dados das reanálises estão sendo analisados com o auxílio do GrADS (Grid Analisys and

Display System) que é um software de domínio público desenvolvido para a análise e visualização de

dados dispostos em pontos de grade. Este software permite a programação, em linguagem script, de

rotinas para a realização de determinadas tarefas. Foram desenvolvidas algumas rotinas para a

visualização de campos meteorológicos que permitiram a identificação preliminar dos vórtices

ciclônicos. Está em desenvolvimento outra rotina para identificar e traçar objetivamente a trajetória

dos vórtices desde a sua origem sobre o Oceano Pacífico até o seu decaimento no Oceano Atlântico.

Meta 3. Classificação dos vórtices ciclônicos

A análise preliminar usando as rotinas computacionais descritas na Meta 2 permitiu a

identificação de 946 vórtices sobre o Oceano Pacífico para o período de 1979 a 2008. A distribuição

anual destes eventos é mostrada na figura 1. Nessa figura é possível identificar uma tendência de

aumento do número de casos de vórtices a partir de meados da década de 90 do século passado. Esta

tendência terá que ser confrontada com outros estudos para verificar se ela é real e está associada as

mudanças climáticas ou se é devido a melhoria da qualidade dos dados utilizados.

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10

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1979

1980

1981

1982

1983

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

Figura 1. Distribuição anual dos vórtices ciclônicos que se formaram sobre o Oceano Pacífico.

A figura 2 mostra a distribuição mensal dos casos de vórtices ciclônicos. Nota-se que o

máximo ocorre no verão e o mínimo no inverno, embora a diferença para primavera seja muito

pequena. Nota-se também que o mês que apresenta a menor quantidade de casos é o mês de setembro.

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Figura 2: Distribuição mensal dos vórtices ciclonicos