Análise de Alternativas de Enquadramento

RBRH Revista Brasileira de Recursos Hdricos Volume 16 n.1 Jan/Mar 2011, 17-27

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Anlise de Alternativas de Enquadramento do Rio Vacaca Mirim Utilizando Modelo Matemtico de Qualidade da gua

Maria do Carmo Cauduro Gastaldini, Lorenza Ferreira Oppa

Departamento de Hidrulica e Saneamento - Centro de Tecnologia Universidade Federal de Santa Maria [email protected]; [email protected]

Recebido: 03/07/09 - revisado: 08/07/10 - aceito: 06/01/11

RESUMO O uso de modelos matemticos que simulam as condies de qualidade da gua ferramenta importante para quantificar a capacidade de autodepurao do rio. O objetivo desta pesquisa avaliar propostas de enquadramento para a bacia hidrogrfica do rio Vacaca Mirim, utilizando como ferramenta de apoio o modelo matemtico de qualidade da gua QUAL2E. Os usos preponderantes da gua na bacia so o abastecimento pblico, agricultura de cultivo temporrio ou permanente, pecuria e balnerios. Os parmetros simulados foram: oxignio dissolvido (OD), demanda bioqumica de oxignio (DBO) e coliformes termotolerantes. As simulaes de prognstico foram feitas para as vazes Q80, Q90 e Q95, nas condies com demandas de gua para irrigao. Na calibrao verificou-se que a qualidade da gua do rio Vacaca Mirim apresenta boas condies, exceto nos trechos iniciais considerados na modelagem, onde os valores das concentraes ultrapas-sam os limites estabelecidos para a classe 2 e 3 da Resoluo n 357/05 do CONAMA, para todos os parmetros. No prog-nstico, os resultados excedem os limites das classes, principalmente com a vazo Q95, em vrios trechos. As alternativas de enquadramento sugeridas em funo dos usos da gua na bacia e simulaes do modelo so: classe 3 para os trs primeiros trechos do rio, indicando como principal medida o tratamento de esgoto nesses trechos, e classe 2 para o restante do rio; ou classe 2 para todo o rio. Palavras-chave: enquadramento, modelagem da qualidade da gua, modelo QUAL2E.

INTRODUO A gesto dos recursos hdricos assunto essencial a todos os usurios da gua. A busca por alternativas viveis para a soluo dos problemas quali-quantitativos dos recursos hdricos, sem impe-dir o desenvolvimento econmico de uma regio, a rota para garantir s atuais e futuras geraes o acesso gua com quantidade e qualidade suficien-tes. Para auxiliar na gesto, controle e proteo dos corpos hdricos podem ser utilizadas ferramen-tas que possibilitem a anlise e o prognstico dos mesmos. Os modelos matemticos de qualidade da gua so utilizados para esses fins, permitindo a simulao dos processos de autodepurao do rio e, conseqentemente, auxiliando na tomada de deci-ses referentes ao gerenciamento desses recursos. Modelos matemticos so ferramentas ori-ginalmente desenvolvidas para auxiliar na soluo de problemas. Alm disso, possibilitam compreen-der o meio ambiente e visualiz-lo integrado, devido sua capacidade de englobar os processos hidrol-

gico, fsico, qumico e biolgico de forma simplifi-cada e prtica, ainda que esses processos sejam complexos. Para que tais ferramentas sejam eficien-tes e confiveis, devem ser seguidas as etapas da modelagem: anlise de sensibilidade, calibrao e validao, tambm denominada de confirmao por alguns autores (Gastaldini et al., 2002, Chapra, 1997, Silva, 2006). O objetivo deste trabalho analisar propos-tas de enquadramento para a bacia hidrogrfica do rio Vacaca Mirim, utilizando o modelo matemtico de qualidade da gua QUAL2E como ferramenta de apoio. As propostas de enquadramento foram obti-das da anlise das condies atuais do rio e dos re-sultados das simulaes para o tratamento da carga orgnica presente em alguns trechos do rio. REVISO DA LITERATURA QUAL2E um dos modelos de qualidade da gua em sistemas fluviais mais conhecidos, devido sua versatilidade, fcil compreenso e aplicao. Foi

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desenvolvido pela Agncia de Proteo Ambiental dos Estados Unidos (USEPA) na dcada de 80, e ainda amplamente utilizado. A simulao pode ser feita com mais de 15 constituintes de qualidade da gua e com qualquer combinao desejada pelo usurio. Os constituintes que podem ser simulados so: Oxignio Dissolvido, Temperatura, Demanda Bioqumica de Oxignio, Nitrognio orgnico, Amnia, Nitrato, Nitrito, Fs-foro orgnico, Fsforo dissolvido, Algas, Coliformes Termotolerantes, Constituinte arbitrrio no-conservativo, trs constituintes arbitrrios conserva-tivos (Barnwell & Brown, 1986) Esse modelo aplicvel a rios ramificados e bem misturados. O sistema considerado unidi-mensional, estabelecendo relao com os principais mecanismos de transporte (adveco e disperso) os quais so importantes apenas ao longo da direo principal do fluxo (eixo longitudinal do rio ou ca-nal). Admite mltiplas descargas de esgoto, retiradas de gua, afluentes tributrios, afluncias e efluncias incrementais no sistema simulado. Desde a sua publicao, em 1986, diversos autores utilizam o QUAL2E como ferramenta de auxlio e otimizao do gerenciamento de recursos hdricos, permitindo diagnosticar e prognosticar a qualidade das guas de bacias hidrogrficas. Drolc e Koncan (1996) averiguaram a qua-lidade da gua do rio Sava prximo a Ljubljan, Eslo-vnia. O modelo QUAL2E foi aplicado para estimar o impacto do esgoto na qualidade do rio Sava. A anlise de sensibilidade foi realizada para determi-nar os fatores mais importantes que afetam a con-centrao de OD na gua. Concluram que no ve-ro, perodo de vazo baixa, o esgoto deve ser trata-do para manter o valor da DBO abaixo de 30mg/L, no ultrapassando os padres de qualidade de gua Eslovenos. Ghosh e McBean (1998) calibraram o QUAL2E para o rio Kali, na ndia, no perodo de seca. Nesse rio so evidentes as contribuies prim-rias de esgoto. As limitaes dos dados so as princi-pais dificuldades associadas ao uso do modelo em rios como o rio Kali. Os dados gerados pelo modelo mostraram grande proximidade com os dados ob-servados na estiagem. Em 2002, Gastaldini et al. utilizaram o mode-lo QUAL2E com o objetivo de gerar uma ferramen-ta de apoio ao gerenciamento da qualidade da gua na bacia hidrogrfica do rio Ibicu, Brasil. Simula-ram os parmetros OD, DBO, nitrato, nitrito, fsfo-ro, ferro, alumnio e coliformes termotolerantes. O diagnstico atual mostrou elevados valores de OD, baixos valores de DBO e valores inferiores a 1000

NMP/100mL para coliformes termotolerantes. A previso da qualidade da gua foi baseada no cen-rio de vazo crtica Q7,10 e incremento das cargas poluidoras na bacia para um perodo de 10 anos. Como resultado da previso, as concentraes dos parmetros indicaram como medida preventiva o tratamento de efluentes domsticos lanados nas sub-bacias do rio Ibicu. Luca et al. (2003) utilizaram o modelo QUAL2E objetivando diagnosticar os impactos dos aproveitamentos hidreltricos sobre os mltiplos usos da gua na bacia do rio Iju, Brasil. Para a simu-lao do modelo, calcularam as cargas potenciais poluidoras pontuais e difusas. Os constituintes simu-lados foram: DBO, OD, fsforo dissolvido e orgni-co, nitrognio orgnico, amnia, nitrito, nitrato e coliformes termotolerantes. A anlise da simulao de OD e DBO constata que a presena das sete pe-quenas centrais hidreltricas aumenta a oxigenao das guas, sendo benfico para o ecossistema. Veri-ficaram que a montante da bacia, onde existe a mai-or densidade demogrfica, os valores de fsforo orgnico e dissolvido ficaram acima do permitido, demonstrando a necessidade de tratamento do esgo-to sanitrio. McAvoy et al. (2003) avaliaram o risco para o consumidor das guas superficiais que recebem esgoto no tratado. Utilizaram um traador para estimar o tempo de viagem e a disperso do rio, inseridas como entrada do QUAL2E. Os dados de sada do QUAL2E foram comparados com dados medidos em campanha para validao do modelo, para o rio Balatuin, Filipinas, no perodo de seca. Atravs da validao do QUAL2E, comprovaram que o mesmo instrumento apropriado para avaliar o risco ao consumidor de gua superficial que recebe esgoto no tratado. Rodrigues (2005) props ferramenta de auxlio aos processos de outorga e cobrana pelo uso da gua atravs de Sistema de Suporte a Deciso e modelo de qualidade das guas QUAL2E. Palmieri e Carvalho (2006) aplicaram o modelo QUAL2E no rio Corumbata, Brasil, objeti-vando prever a qualidade da gua. As vazes, as pro-fundidades, as temperaturas, as cargas, a posio de fontes de poluio, concentraes de OD e DBO foram medidas em campo e constituram um banco de dados georeferenciados. O modelo foi calibrado com dados de 1999 e validado com dados de 2002. Esse estudo concluiu que na regio do municpio de rio Claro necessria a instalao de uma nova esta-o de tratamento de esgoto, ou que sejam aumen-tadas as capacidades das estaes existentes.


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CARACTERIZAO DA REA ESTUDADA A rea utilizada para a realizao deste tra-balho foi a bacia hidrogrfica do rio Vacaca Mirim, localizada na regio central do Estado do Rio Gran-de do Sul (figura 1). Possui rea total de 1120 km2, abrangendo cinco municpios: Santa Maria, Restinga Seca, Itaara, So Joo do Polesine e Silveira Martins. Essa bacia est situada entre as coordenadas geogr-ficas 53 46 30 a 53 49 29 de longitude Oeste e 29 36 55 a 29 39 50 de latitude Sul.

Figura 1 - Localizao geogrfica da bacia hidrogrfica do

rio Vacaca Mirim. A bacia do rio Vacaca Mirim sofre os efeitos da expanso urbana e da atividade agrcola. O fator agravante nessa bacia a parcial disponibilidade de rede coletora e tratamento de esgoto nas reas ur-banas, aumentando a poluio dos recursos hdricos da regio. Outro fator que afeta qualitativamente as guas a poluio difusa oriunda do meio rural. As lavouras de arroz na bacia do rio Vacaca Mirim ocupam grande parte das vrzeas ao longo do rio principal e seus afluentes. A forma de cultivo de arroz na regio exige uma demanda elevada de -gua. Os perodos de plantio dessa cultura coinci-dem com o perodo de estiagem, ocasionando uma vazo praticamente nula na parte mais baixa do rio. A causa dessa debilidade do rio est diretamente relacionada aos inmeros bombeamentos para a lavoura de arroz, distribudos ao longo de seu curso. Essa situao tende a agravar os problemas quali-quantitativos do rio com o passar do tempo, propici-ando a gerao de conflitos de uso da gua.

Paiva J. et al. (2006) estimaram que o con-sumo total de gua na bacia do rio Vacaca Mirim, no ano de 2005, foi de cerca de 142 milhes m3, considerando apenas abastecimento pblico e irri-gao. Do total consumido, 92,47% foram destina-dos para irrigao das lavouras de arroz e somente 7,53% para abastecimento pblico. Os problemas relacionados a recursos hdri-cos no Estado do Rio Grande do Sul so gerenciados conforme a Lei N 10.350/94, que institui o Sistema Estadual de Recursos Hdricos. Essa lei define em seu Art. 12 que um Comit de Gerenciamento de Bacia Hidrogrfica ser institudo para cada bacia. Suas disposies mais significativas so focalizar nas aes para o cumprimento das metas do Plano Esta-dual de Recursos Hdricos, objetivando a crescente melhoria da qualidade dos corpos hdricos. A bacia em estudo possui um Comit de Gerenciamento da Bacia Hidrogrfica dos Rios Va-caca e Vacaca Mirim. Esse Comit foi instalado em 16 de setembro de 1999 baseado no Decreto Esta-dual 39.639, de 28 de julho de 1999, integrando o Sistema Estadual de Recursos Hdricos e sendo ad-ministrado por regimento interno (Soares, 2003). Conforme Magalhes (2001) alguns fatores determinam o sucesso do processo decisrio dos comits. A quantidade e qualidade das informaes so fatores que conferem confiana na formulao de cenrios, pois a maioria das decises tomada em um contexto de muitas incertezas sobre o futuro, devido escassez de dados. Nesse sentido, este trabalho pode auxiliar ao comit, fornecendo subsdios tcnicos para o pro-cesso decisrio no gerenciamento da bacia hidro-grfica dos rios Vacaca e Vacaca Mirim, permitindo as aes necessrias para o enquadramento das -guas dessa bacia. OBTENO E UTILIZAO DOS DADOS Os dados quali-quantitativos foram obtidos em trs campanhas completas. A primeira campa-nha realizou-se no ms de julho/2005, a segunda no ms de outubro/2005 e a terceira campanha em janeiro/2006. Os pontos de monitoramento quali-quantitativos foram escolhidos visando buscar a melhor representatividade das caractersticas da regio. Deste modo, foram escolhidos 12 pontos de qualidade (PQ), sendo oito pontos localizados no rio Vacaca Mirim e quatro nos principais afluentes


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(crrego da UFSM, arroio do Meio, arroio Grande e arroio Divisa), conforme figura 2.

Figura 2 - Bacia hidrogrfica do rio Vacaca Mirim pontos de monitoramento

SEGMENTAO DO SISTEMA FLUVIAL UTILIZADO NA CALIBRAO Para a simulao da qualidade da gua foi utilizada extenso de 118 km do rio principal entre os pontos de monitoramento PQ3 e PQ12, figura 2. Recebendo contribuies do arroio do Meio, do crrego da UFSM, do arroio Grande e do arroio Divisa, sendo condizentes com a qualidade dos pon-tos PQ5, PQ7, PQ8 e PQ10, respectivamente. O monitoramento da qualidade da gua do reservat-rio Vacaca Mirim foi realizado por Gastaldini et al. (2001) e a simulao da qualidade da gua desse reservatrio foi realizada por Gastaldini et al. (2004). O sistema fluvial foi dividido em 14 trechos, obedecendo aos limites do modelo e considerando os dados hidrolgicos e de qualidade da gua. A extenso dos elementos computacionais foi de 0,5 km, totalizando 236 elementos computacionais no sistema. Os trechos foram caracterizados pela con-tribuio de suas fontes pontuais e no pontuais. Os afluentes do rio foram considerados como fontes pontuais, sendo utilizados seus respectivos dados de vazo e de qualidade. A vazo das fontes no pontu-ais foi obtida pelo saldo do balano hdrico. Para a qualidade dessas fontes, foi considerado o tipo de poluio dos trechos. (Gastaldini et al., 2001 e 2004)

ANLISE DE SENSIBILIDADE Esta anlise determina a sensibilidade das previses do modelo, relativas s mudanas nos valo-res dos parmetros de calibrao. Atravs dos resul-tados dessa anlise, possvel determinar os vrios comportamentos do modelo associados aos parme-tros. A anlise de sensibilidade realizada por Oppa et al. (2007), nessa bacia, demonstrou que as concentraes de oxignio dissolvido dependem, principalmente, do coeficiente de reaerao (K2). Para a demanda bioqumica de oxignio, a sensibili-dade maior do modelo est na variao da taxa de decaimento da DBO (K3) e nas cargas incrementais. No caso do parmetro de coliformes termotoleran-tes, o coeficiente de decaimento de coliformes (K5) possui influncia significativa para esse parmetro juntamente com as cargas incrementais. CALIBRAO A calibrao do modelo QUAL2E permite o ajuste dos parmetros das equaes matemticas. Os parmetros responsveis pela previso das concen-traes de oxignio dissolvido, demanda bioqumica de oxignio e coliformes termotolerantes so: a) coeficiente de desoxigenao da matria orgnica (K1); b) coeficiente de reaerao (K2); c) coeficiente de sedimentao (K3); d) demanda bentnica de oxignio (K4); e e) coeficiente de decaimento de coliformes (K5). A adequao dos valores para os parmetros foi baseada na literatura existente e nas condies do rio. Essas condies so analisadas com os resul-tados das amostras das campanhas realizadas. Para a calibrao do modelo foram utiliza-das duas condies de vazo: vazo baixa, caracteri-zada pela mdia da 1 e 3 campanhas; e vazo alta, caracterizada pela 2 campanha. A figura 3 mostra as vazes do rio Vacaca Mirim entre os pontos PQ3 e PQ12 para as trs campanhas. Neste trabalho apresentada a calibrao para a condio de vazo baixa, pois mais impor-tante para a anlise do enquadramento do corpo hdrico estudado. Foi utilizado o coeficiente de determinao para avaliar a relao das concentraes observadas e calculadas. Assim, obtm-se uma demonstrao da


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preciso favorvel dos valores utilizados para os pa-rmetros e vazes incrementais.

Figura 3 Vazes do rio Vacaca Mirim nas campanhas de monitoramento.

Os trs primeiros trechos, situados entre os pontos PQ3 e PQ6, so os que possuem maiores despejos de matria orgnica por estarem na parte mais urbanizada da bacia. Dessa forma, os parme-tros utilizados foram adaptados a esta condio para os trs primeiros trechos. O K1 adotado foi de 0,5 dia

-1, para os trs primeiros trechos, e 0,1 dia-1 para o restante do rio. A opo para clculo de K2 utilizada foi a equao de Langbien & Durum para todos os trechos (Barn-well & Brown, 1986). Foi adotado para K3 o valor de 0,3 dia-1, sendo apenas utilizados nos trs primeiros trechos de simulao, onde h o despejo de esgoto domstico bruto. Para K4 foi considerado 6 gO2/m

2.dia para os trs primeiros trechos. A cali-brao dos dados para coliformes termotolerantes teve melhor resposta com os valores de K5 variando de 4 dia-1, nos trechos mais poludos, dos pontos PQ3 a PQ6; a 0,05 dia-1 nos trechos finais aps o ponto PQ11. Oxignio Dissolvido (OD) A figura 4 apresenta a calibrao do oxig-nio dissolvido da bacia em estudo. Foram utilizadas, para a calibrao, as per-centagens do OD de saturao, devido s grandes diferenas de temperatura da gua nas campanhas de monitoramento. As temperaturas mdias nas campanhas 1, 2 e 3 foram, respectivamente, de 10,5, 18,6 e 25,8C. O coeficiente de determinao, entre as concentraes observadas e calculadas foi 0,89. Nos trechos 1 e 2, nas vazes baixas, as concentraes de

OD so baixas, uma vez que esto situados em regi-es urbanas e recebem contribuies de esgoto in natura. Nos demais trechos, as concentraes de OD ficaram prximas aos valores de saturao.

Figura 4 Calibrao do OD vazes baixas. Demanda Bioqumica de Oxignio (DBO) A figura 5 apresenta o resultado da calibra-o da DBO. Para essa calibrao os valores de DBO ultrapassam os limites estabelecidos pela Resoluo CONAMA 357/05 para as Classes 2 e 3 apenas nos trechos 1 e 2. O coeficiente de determinao, entre as concentraes observadas e calculadas foi 0,90.

Figura 5 Calibrao da DBO vazes baixas. Coliformes Termotolerantes A calibrao dos coliformes termotoleran-tes, apresentada na figura 6, foi satisfatria. Essa afirmao confirmada pelo valor do coeficiente de determinao ser 0,94, indicando um bom ajuste da curva resposta do modelo.


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Figura 6 Calibrao de Coliformes Termotolerantes vazes baixas.

Os valores de coliformes termotolerantes nos dois primeiros trechos ultrapassam os limites estabelecidos pela Resoluo CONAMA 357/05 para as classes 2 e 3. VALIDAO Validao a verificao do modelo j cali-brado, utilizando uma srie de dados de campo diferente daquela utilizada na calibrao. A calibra-o do modelo adequada quando os valores obser-vados forem semelhantes no decorrer da srie. A validao foi realizada utilizando os dados da campanha preliminar realizada em junho de 2005. A concordncia entre os valores observados e calculados validou a calibrao realizada (Oppa et al., 2007). Os coeficientes de determinao foram 0,65 para o OD e 0,9 para a DBO e os coliformes termotolerantes. SIMULAO DE CENRIOS DE VAZO Os cenrios para simulao so as vazes de permanncia Q80, Q90 e Q95, obtidas do trabalho de Paiva R. et al. (2006). A figura 7 mostra as vazes de permanncia nas condies com demanda de gua para irrigao. No perodo de vazes baixas, que corres-pondem ao perodo de irrigao, as vazes mostra-das na figura 7 indicam vazo nula aps a distncia 102 km. Estes resultados so observados em campa-nhas de monitoramento. Para viabilizar as simula-es do modelo foi necessria a utilizao de uma

vazo mnima de 0,02 m3/s. As figuras 8, 9 e 10 mos-tram as simulaes para os parmetros OD, DBO e coliformes termotolerantes, respectivamente.

Figura 7 - Vazes de permanncia do rio Vacaca Mirim. Fonte: Paiva R. et al. (2006)

Verificou-se uma relao regular entre as vazes Q80, Q90 e Q95. Ocorreu ausncia de OD entre os trechos 4 e 5 nas vazes Q90, Q95, devido carga orgnica lanada no Vacaca Mirim e contribuio do crrego da UFSM, aliada baixa condio de aerao no trecho, devida reduzida velocidade e elevada profundidade. No trecho 6, as condies hidrulicas favorecem a reaerao, resultando em aumento do coeficiente de reaerao, e portanto, da concentrao de OD. Esta elevao chega a ser mais acentuada na vazo Q95 devido baixa profundidade da lmina dgua neste caso. Porm, a vazo Q80, para todos os trechos, fornece as melhores condi-es de OD. Essa vazo somente ultrapassa o limite da classe 2 no trecho 4 da figura 8, onde h a pre-sena significativa de matria orgnica devido ao despejo de esgoto domstico e baixa vazo. As simulaes da DBO identificaram grande concentrao de material orgnico nos trechos 1 e 2 da figura 9, devido maior urbanizao, e tambm, por estar situada logo a jusante do reservatrio, cuja vazo efluente muito baixa na estiagem. Entretan-to, em direo a jusante, os valores de DBO decaem, mas ainda ultrapassam os limites estabelecidos para as classes 2 e 3 da Resoluo n 357/05 do CONA-MA, para as vazes Q90 e Q95. Estes resultados con-firmam, portanto, os problemas relativos estiagem e excessiva demanda de irrigao, que pela diminui-o da vazo dificulta a diluio da matria orgni-ca, aumentando os nveis de concentrao no vero.


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Figura 8 - Simulao de OD para diferentes vazes de permanncia

Figura 9 - Simulao da DBO para diferentes vazes de permanncia

A contagem de coliformes termotolerantes ultrapassa os limites da classe 3 da Resoluo n 357/05 do CONAMA, para todos os cenrios de vazo estudados, nos trechos 1 e 2. Estes trechos so os que mostram pior qualidade, devido maior urbanizao, ao lanamento de esgotos domsticos in natura aliada baixa vazo. A jusante, a menor contribuio de esgotos conduz sua reduo a valores inferiores aos limites impostos pela classe 2, exceto para a vazo Q95.

Figura 10 - Simulao de coliformes termotolerantes para

diferentes vazes de permanncia

SUGESTES PARA ENQUADRAMENTO O enquadramento o instrumento integra-dor da qualidade e quantidade de gua da Poltica Nacional de Recursos Hdricos (PNRH). Esse ins-trumento definido de acordo com os padres am-bientais, estabelecidos pela Resoluo 357/05 do CONAMA. A gesto planejada com definies de metas de racionalizao do uso, aumento de quanti-dade e melhoria da qualidade dos recursos hdricos. O estabelecimento de metas, atravs do enquadra-mento, objetiva garantir qualidade s guas, con-forme os usos mais exigentes e reduzir os custos de combate poluio, de acordo com aes estrutu-rais ou no estruturais (Diniz, 2006). A sugesto para enquadramento do rio Va-caca Mirim foi desenvolvida objetivando auxiliar o Comit de gerenciamento da bacia dos rios Vacaca e Vacaca Mirim no plano de aes estratgicas e na tomada de deciso para o enquadramento das guas dessa bacia. Os usos preponderantes da bacia do rio Vacaca Mirim so: abastecimento pblico, agricul-tura de cultivo temporrio ou permanente, pecuria e balnerios. Ao longo da bacia foram identificadas fontes de poluio que degradam a qualidade da gua e conseqentemente os usos. As principais fontes de poluio encontradas na bacia so prove-nientes de esgoto domstico e da poluio difusa advinda da drenagem rural. Gastaldini et al (2006) avaliaram a presena de pesticidas na gua da bacia do rio Vacaca Mirim. Foram quantificados os princpios-ativos dos pestici-das utilizados na lavoura de fumo e na lavoura de arroz, principal cultivo da regio. As anlises foram feitas para os seguintes princpios-ativos: Atrazina, Carbofuran, Clomazone, Flumetralin, Imazetapir, Imidacloprid, Iprodione, Quinclorac, e Simazina. Foram realizadas quatro campanhas de monitora-mento em seis pontos, sendo a primeira realizada em outubro/2005 e as outras trs realizadas nos dias 21 e 28 de dezembro/2005 e 31 janeiro/2006, essas trs coincidindo com o perodo de irrigao e maior atividade de aplicao de pesticidas. Concluram que com relao aos herbicidas, fungicidas, insetici-das e regulador de crescimento, a bacia do rio Vaca-ca Mirim possui concentraes inferiores aos limites estabelecidos para as classes 2 e 3 da Resoluo CO-NAMA 357/05. Com relao presena de metais pesados nas guas do rio Vacaca Mirim, Gastaldini et al. (2006) mostraram que suas concentraes apresen-


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tam valores inferiores aos limites das classes 2 e 3 da Resoluo CONAMA 357/05. Apenas as concentra-es de ferro e alumnio apresentam valores mais elevados devido s caractersticas geolgicas e pedo-lgicas da regio. Nas condies atuais, os pontos PQ3, PQ4 e PQ7 podem ser classificados na classe 4, sendo os parmetros OD, DBO e coliformes termotolerantes mais elevados, levando a essa classificao. Os de-mais pontos da bacia podem ser considerados na classe 2. A figura 11 mostra o mapa das atuais condi-es do rio Vacaca Mirim. Nas simulaes realizadas observou-se que o maior problema qualitativo do rio Vacaca Mirim o despejo de esgoto domstico nos trs primeiros trechos, aps o reservatrio. Esses trechos recebem esgoto domstico da regio ribeirinha, de forma difusa; e uma carga pontual de esgoto atravs do crrego que atravessa o Campus da UFSM.

Figura 11 - Condies atuais do rio Vacaca Mirim.

Para esses trechos, uma das sugestes seria enquadr-los na classe 3, objetivando aes estrutu-rais, como a construo de rede coletora e estao de tratamento de esgoto ou a ampliao da estao existente. As guas dos rios enquadradas na classe 3 podem ser destinadas ao abastecimento pblico (aps tratamento convencional ou avanado), irrigao de cereais e rvores, pesca no profissio-nal, recreao de contato secundrio e desseden-tao de animais. Para o restante do rio, a qualidade satisfa-tria, nas condies de monitoramento, podendo ser enquadrado na classe 2. Nesse trecho, o grande problema quantitativo, observados nas campanhas de monitoramento, principalmente no perodo da irrigao. Os rios enquadrados na classe 2, podem ter suas guas utilizadas para abastecimento pblico (aps tratamento convencional), recreao de con-tato primrio (natao), irrigao de hortalias e

plantas frutferas, e criao de peixes. A Figura 12 mostra o mapa da primeira sugesto de enquadra-mento. Outra sugesto de enquadramento consi-derar classe 2 para todo o rio, melhorando ainda mais, a mdio e longo prazo, a qualidade da gua nos primeiros trechos aps o reservatrio do rio Vacaca Mirim. A figura 13 apresenta o mapa da bacia do rio Vacaca Mirim com esta sugesto de enquadramento.

Figura 12 - Primeira sugesto de enquadramento da bacia

hidrogrfica do rio Vacaca Mirim. A efetivao do enquadramento do rio Vaca-ca Mirim ser concretizada somente se forem reali-zadas significativas aes estruturais nos trechos 1, 2 e 3 que conduzam coleta e ao tratamento dos es-gotos domsticos lanados nestes trechos. Para ilus-trar o resultado destas medidas, foram simuladas as concentraes de OD, DBO e coliformes termotole-rantes para uma porcentagem de coleta e tratamen-to dos esgotos de 50%. As figuras 14, 15 e 16 mos-tram os resultados destas simulaes comparando-os com valores mdios obtidos nas campanhas de mo-nitoramento e com os limites fixados para as classes 2 e 3 da Resoluo CONAMA 357/05.

Figura 13 - Segunda sugesto de enquadramento da bacia

hidrogrfica do rio Vacaca Mirim.


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Figura 14 Simulao do OD para coleta/tratamento

de esgotos de 50% A figura 14 mostra que, em termos de OD, 50% de coleta/tratamento dos esgotos so suficien-tes para conduzir o rio Vacaca Mirim aos padres fixados para a classe 2. Por outro lado, para DBO e coliformes termotolerantes, figuras 15 e 16, esta percentagem de tratamento insuficiente, necessi-tando de maior eficincia para que o corpo hdrico atinja valores fixados para a classe 3.

Figura 15 Simulao da DBO para coleta/tratamento

de esgotos de 50%

Figura 16 Simulao dos coliformes termotolerantes

para coleta/tratamento de esgotos de 50%

Sugere-se, portanto, para a efetivao do enquadramento na classe 2, que sejam atingidas metas progressivas intermedirias atravs da cole-ta/tratamento de 50% dos esgotos domsticos prin-cipalmente nos trechos 1, 2 e 3 e sub-bacia do cr-rego da UFSM. Para o alcance da meta final neces-srio aumentar a eficincia destes servios para valo-res superiores a 70%. CONCLUSES A degradao da qualidade da bacia hidro-grfica do rio Vacaca Mirim resultado de aes antrpicas. A urbanizao e a atividade agrcola tm conduzido poluio e demanda elevada de gua, ambas comprometendo a qualidade dos recursos hdricos. Resultados de monitoramento da qualidade da gua desta bacia foram utilizados para calibrao e validao do modelo QUAL2E, objetivando a si-mulao de cenrios. A calibrao apresentou resul-tados satisfatrios, mostrados pela concordncia entre os resultados observados e calculados, e eleva-dos coeficientes de determinao. Foram simulados parmetros de qualidade da gua (OD, DBO e coliformes termotolerantes), para diferentes cenrios de vazo de permanncia (Q80, Q90 e Q95) nas condies com demanda de gua para irrigao, que coincide com o perodo de estiagem na regio, situao mais crtica da qualida-de da gua. As simulaes conduziram a concentra-es dos parmetros, calculadas pelo modelo, infe-riores aos limites fixados para a classe 3 da Resolu-o CONAMA 357/05 para todas as vazes estuda-das, para os trechos 1, 2 e 3. A baixa qualidade da gua resultante ocorre devido ao lanamento de esgotos domsticos in natura aliada aos problemas relativos estiagem e excessiva demanda de irriga-o. A qualidade da gua atual da bacia do rio Vacaca Mirim possui alguns trechos (PQ3, PQ4 e PQ7) na classe 4; e os demais podem ser considera-dos na classe 2. Foram propostas sugestes para o enqua-dramento baseadas nos usos da bacia do rio Vacaca Mirim, que so: abastecimento pblico, agricultura de cultivo temporrio ou permanente, pecuria e balnerios, sugerindo classes 2 e 3. A efetivao do enquadramento ser concretizada somente se forem realizadas significativas aes estruturais nos trechos 1, 2 e 3 e sub-bacia do crrego da UFSM, que con-duzam a coleta e o tratamento dos esgotos domsti-


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cos lanados nestes trechos com eficincia superior a 50%. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao CT-HIDRO pelo financiamento pesquisa; a CAPES e ao CNPq pelas bolsas de mestrado e de pesquisa concedidas aos autores do trabalho e bolsista de iniciao cientifica Dbora Missio. REFERNCIAS BARNWELL, T. O.; BROWN, L. C. The enhanced stream

water quality models QUAL2E and QUAL2E-UNCAS: Documentation and user manual. 189f. 1986.

CHAPRA, S. C. Surface water-quality modeling. WCB Mc-Graw-Hill. Boston, 844p,1997.

CONSELHO NACIONAL DE MEIO AMBIENTE CONAMA (Brasil). Ministrio do Meio Ambiente. Resoluo n. 375, de 17 de maro de 2005.

DINIZ, L. T.; YAZAKI, L. F. O.; MORAES, J. M.; PORTO, M. F. A. O enquadramento de cursos dgua na legislao brasileira. In: I Simpsio de Recursos Hdricos do Sul-Sudeste, 2006, Curitiba. ABRH, 2006.

DROLC, A.; KONCAN, J. Z. Water quality modeling of the river Sava, Slovenia. Water Resources, vol. 30. N 11, p. 2587-2592. 1996.

GASTALDINI, M. C. C.; PAIVA, E. M. C. D.; PAIVA, J. B. D. Inter-relaes entre dados de monitoramento de qualidade da gua e hidrolgico - Aplicao ao re-servatrio do Arroio Vacaca-Mirim. Revista Enge-nharia Sanitria e Ambiental, Rio de Janeiro, v. 6, n.1, p. 24-30, 2001.

GASTALDINI, M. C. C.; SEFFRIN, G. F. F.; PAZ, M. P. Diag-nstico atual e previso futura da qualidade das -guas do Rio Ibicu utilizando o modelo QUAL2E. En-genharia Sanitria e Ambiental, Vol. 8, n 3 e 4, p. 33-42, 2002.

GASTALDINI, M. C. C. ; PAZ, M. F. ; KRAEMER, M. C. N. ; PAIVA, E. M. C. D.; PAIVA, J. B. D. Aplicao de Modelo Matemtico a Dados de Ciclos de Estratifica-o Trmica e de Qualidade da gua do Reservat-rio do Vacaca-Mirim. Revista Brasileira de Recursos Hdricos, Porto Alegre, v. 9, n. 1, p. 27-35, 2004.

GASTALDINI, M. C. C., BRITES, A. P. Z., OPPA, L. F. Diag-nstico da Qualidade da gua na Bacia Hidrogrfica do Rio Vacaca Mirim In: XXX Congreso Interameri-cano de Ingenieria Sanitaria y Ambiental, 2006, Pun-

ta del Este. Montevideo: AIDIS, 2006. GHOSH, N. C.; MCBEAN, E. A. Water quality modeling of the

Kali river, India. Water, Air, and Soil Pollution 102, p. 91-103, 1998.

LUCA, S. J.; SANTOS, Z. S.; FURTADO, R. D.; PEREIRA, D. Impacto nos recursos hdricos. PCHs da bacia hidro-grfica do Rio Iju. In: XV Simpsio Brasileiro de Re-cursos Hdricos, 2003, Curitiba. Anais... Curitiba: ABRH, 2003. CD-ROM.

MAGALHES, A. Variveis e desafios do processo decisrio no contexto dos Comits de Bacia Hidrogrfica no Brasil. Ambiente e Sociedade, n 8, 2001.

McAVOY, D. C.; MASSCHELEYN, P.; PENG, C.; MORRALL, S. W.; CASILLA, A. B.; LIM, J. M. U.; GREGORIO, E. G. Risk assessment approach for untreated waste-water using the QUAL2E water quality model. Che-mosphere 52, p. 55-66, 2003.

OPPA, L. F., GASTALDINI, M. C. C., MISSIO, D. Anlise da sensibilidade em modelo de qualidade da gua apli-cado bacia do Rio Vacaca Mirim/RS. In: XVII Sim-psio Brasileiro de Recursos Hdricos - 8 Simpsio de Hidrulica e Recursos Hdricos dos Pases de Lngua Oficial Portuguesa, 2007, So Paulo. ABRH, 2007.

PAIVA, J. B. D.; GARCIA, J. B.; BRITES, A. P. Z.; SCAPIN, J.; HAGEMANN, S. E.; BELING, F.; ABELIN, S.; CAR-MO, J. A. R. Demandas de gua na bacia do Rio Va-caca Mirim. In: I Simpsio de Recursos Hdricos do Sul-Sudeste, 2006, Curitiba. ABRH, 2006.

PAIVA, R. C. D.; PAIVA, E. M. C. D.; PAIVA, J. B. D. Estimati-vas das vazes nas sub-bacias do Vacaca Mirim a-travs de modelo simplificado. In: I Simpsio de Re-cursos Hdricos do Sul-Sudeste, 2006, Curitiba. ABRH, 2006.

PALMIERI, V.; CARVALHO, R. J. QUAL2E model for the Corumbata River. Ecological Modelling 98, p. 269-275, 2006.

RODRIGUES, R. B. SSD RB - Sistema de Suporte a Deciso proposto para a gesto quali-quantitativa dos pro-cessos de outorga e cobrana pelo uso da gua. 2005. 155f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) Universidade de So Paulo, So Paulo, 2005.

SILVA, H. L. G. Modelagem bidimensional do fsforo com vistas a gesto de bacias hidrogrficas estudo de caso: Reservatrio de Fi, Paran. 124 f. Disserta-o (Mestrado em Engenharia de Recursos Hdricos e Ambiental). Universidade Federal do Paran, Curi-tiba, 2006.

SOARES, E. M. F. Proposta de um modelo de sistema de gesto das guas para bacias hidrogrficas SGA-BH: Microbacia hidrogrfica do Rio Vacaca Mirim, a montante da RS 287/Santa Maria/RS. 220f. Tese (Doutorado em Engenharia de Produo) Universi-dade Federal de Santa Catarina, Florianpolis, 2003.


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Analysis of Alternatives for the Classification of Va-caca Mirim River Using a Mathematical Model of Water Quality ABSTRACT: The use of mathematical models, which simulate the water quality conditions, is a key tool to quantify the river self depuration capacity. This research aims to ana-lyze classification proposals for the Vacaca Mirim river basin, using the mathematical model of water quality QUAL2E as a supporting tool. The main water utiliza-tions in this region were public supply, temporary and stable agriculture, livestock and recreation. Simulated parameters were: dissolved oxygen (DO), biochemical oxy-gen demand (BOD) and thermotolerant coliforms. The prognostic simulations were made for flows Q80, Q90 and Q95 under conditions with water demands for irrigation. In the calibration, it was found that the water quality of the Vacaca Mirim river is good, except in the initial reaches considered in the model, where the concentration values surpass the established limits for class 2 and 3 of CON-AMA Resolution n357/05 for all parameters. In the prognosis the results exceeded the class limits, mostly with flow Q95, in several reaches. The classification alternatives suggested regarding water use in this hydrographic region and model simulations are: class 3 for the first three por-tions of the river, indicating wastewater treatment as the main solution for these reaches, and class 2 for the rest of the river; or class 2 for the entire river. Key-words: classification of water bodies, water quality modeling, QUAL2E model.

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Análise de Alternativas de Enquadramento