ESTUDO SOBRE CORRELAÇÃO ENTRE TURBIDEZ E ......XVIII Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 1 ESTUDO SOBRE CORRELAÇÃO ENTRE TURBIDEZ E SÓLIDOS EM SUSPENSÃO PARA ESTIMATIVA

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ESTUDO SOBRE CORRELAÇÃO ENTRE TURBIDEZ E SÓLIDOS EM

SUSPENSÃO PARA ESTIMATIVA DA VAZÃO SÓLIDA EM UMA

PEQUENA BACIA

Gustavo R. Lopes1, Bruno E. Távora2, Ronaldo M. dos Santos3 & Sérgio Koide4

RESUMO --- A estimativa das taxas de produção de sedimento em uma bacia é uma importante

ferramenta na previsão de assoreamento de reservatórios e de parâmetros de qualidade de água para

tratamento e abastecimento. A obtenção direta da produção de sedimento é bastante limitada, por

necessitar de coleta e análise laboratorial. Outro problema é a variação temporal da geração de

sedimentos não captada por amostras pontuais seja devido à sazonalidade das estações chuvosa e de

estiagem ou até mesmo ao longo de um único evento pluviométrico. A obtenção indireta e contínua

de dados pode ajudar a melhor prever a produção de sedimentos em uma bacia, constituindo

importante ferramenta de gestão e controle. O presente trabalho procurou identificar correlações

entre dados de turbidez obtidos continuamente por sonda automática e de sólidos em suspensão

determinados em amostras pontuais, em diferentes eventos.

ABSTRACT --- The rate estimative of sediment production in a basin is an important tool in the

prediction of reservoirs silting and the quality parameters for water treatment and supply. The direct

sediment production obtaining is very limited, because it needs sampling and laboratory analysis.

Another problem is the temporal variation of the sediment production not captured by point

samples. This variation can occur at different scales, as in the rainy and drought seasons or even

over a single precipitation event. The indirect and continuous data obtaining can help to better

predict the production of sediment in a basin, being an important tool for management and control.

This study sought to identify correlations between data obtained continuously by automatic

turbidity probe and the suspended soils determined in point samples, at different events.

Palavras-chave: Turbidímetro, Sólidos em Suspensão, Capão Cumprido

1 Aluno de Mestrado do Programa de Tecnologia Ambiental e Recursos Hídricos da Universidade de Brasília. E-mail: [email protected]; 2 Aluno de Mestrado do Programa de Tecnologia Ambiental e Recursos Hídricos da Universidade de Brasília; 3 Aluno de Doutorado do Programa de Tecnologia Ambiental e Recursos Hídricos da Universidade de Brasília; 4 Professor Associado do Departamento de Engenharia Civil e Ambiental da Universidade de Brasília.


2

1. INTRODUÇÃO

O transporte de sedimentos pelos rios é um fenômeno complexo que depende de processos

erosivos que ocorrem nas vertentes da bacia e no leito e margens dos rios e que fornecem material

que, por sua vez, depende da energia do fluxo para ser transportado. A combinação dessas variáveis

com fornecimento de material e energia do fluxo resulta em um fenômeno com grande variação no

tempo e no espaço. O transporte de sedimentos é um processo natural e faz parte da evolução da

paisagem originando formas geomorfológicas (Santos et al., 2001).

A erosão, o transporte de sedimentos nos cursos d’água, o assoreamento de rios e

reservatórios têm causado vários danos ambientais e econômicos, inclusive a diminuição da vida

útil de aproveitamento de recursos hídricos, tornando indispensável a realização de estudos

sedimentológicos (Carvalho et al., 2005).

Devido aos altos custos operacionais normalmente associados à realização de monitoramentos

sedimentométricos, existe a necessidade de avaliar possibilidades que tornem esse monitoramento

mais simples. Segundo Lewis (2003) a coleta automática de dados é essencial para a medição de

sólidos em suspensão durante eventos de cheia, particularmente para pequenas bacias.

Neste trabalho são apresentados estudos sobre a correlação entre a turbidez mensurada de

forma automática, através do turbidímetro automático e medições in loco por meio de amostragem,

na sub-bacia do Capão Comprido que está inserida na bacia do lago Descoberto, um dos principais

mananciais produtores de água do Distrito Federal, com capacidade estimada de suprimento de

cerca de 2/3 da demanda global desse território (Campana et al., 1998). Essa sub-bacia vem sendo

estudada pelo Programa de Pós-Graduação em Tecnologia Ambiental e Recursos Hídricos

(PTARH/UnB) há alguns anos, como parte do projeto “Bacias Representativas”, em uma parceria

entre com a EMBRAPA Cerrados, com financiamento da FINEP/CT-HIDRO.

2. MATERIAL E MÉTODOS

2.1. Caracterização da Área de estudo

A área estudada é a sub-bacia do Capão Comprido, no Distrito Federal. Essa sub-bacia insere-

se na bacia do lago Descoberto que por sua pertence à bacia do rio Descoberto, que tem sua área no

estado de Goiás e no Distrito Federal.

O lago do Descoberto, formado pelo represamento do rio Descoberto, é utilizado para fins de

abastecimento de água de diversas cidades do DF, como Ceilândia, Taguatinga, Guará, Gama e

outros núcleos urbanos. Os principais cursos de água afluentes ao lago são: o rio Descoberto, o

ribeirão das Pedras, o ribeirão Rodeador e os córregos Chapadinha, Capão Comprido e Pulador. É


3

um dos principais mananciais produtores do Distrito Federal, com capacidade estimada de

suprimento de até 6 m³/s o que representa cerca de 2/3 da demanda global da unidade federativa em

questão (Campana et al., 1998).

A sub-bacia do Capão Comprido, apresentada na Figura 1, possui uma área aproximada de

16,40 km², localizando-se entre as latitudes 15°43’42”S e 15°45’41”S e as longitudes 48°10’07”W

e 48°06’13”W. As cotas altimétricas variam de 1030 a 1270 metros e a agricultura se destaca como

uma das principais atividades da economia local (Fernandes, 2005).

Figura 1 - Inserção da bacia do Capão Comprido no Distrito Federal e localização da seção estudada.

2.1.1. Clima

CODEPLAN (1984) utilizou a classificação de Köppen em todo o Distrito Federal e

analisando esse estudo verificou-se que os tipos climáticos Tropical de altitude (Cwa) e Tropical de

altitude (Cwb) são os dois que podem identificar o clima na sub-bacia. O tipo Cwa se caracteriza

pelas temperaturas inferiores a 18°C no mês mais frio, uma média superior aos 22°C no mês mais

quente e, nesse caso, altitudes entre 1000 e 1200 metros. O tipo Cwb se caracteriza pela mesma

faixa de temperatura para o mês mais frio, porém com média inferior a 22°C no mês mais quente e,

nesse caso, cotas altimétricas superiores a 1200 metros (Lima, 2003).

O clima na região caracteriza-se pela existência de duas estações bem definidas: uma chuvosa

e quente, que se prolonga de outubro a abril, e outra, fria e seca, de maio a setembro. Novembro,


4

dezembro e janeiro são os meses com maior índice pluviométrico e junho, julho e agosto com

menor.

2.1.2. Solos

Reatto et al. (2003b) realizaram estudo sobre os tipos de solo na bacia do lago Descoberto. Na

sub-bacia do Capão Comprido pode-se perceber a predominância do latossolo vermelho (Figura 2).

Reatto et al. (2003a) afirmam que esses são solos minerais não hidromórficos, profundos,

apresentando horizonte B espesso, estruturas predominantes maciças ou em blocos subangulares ou

em forma muito pequena granular, textura variando de média a argilosa, acentuadamente drenados e

com alta permeabilidade. Esse solo é resultado de um alto grau de intemperismo formando uma

estrutura bastante porosa, com alto índice de vazios e por conseqüência um baixo peso específico

(Bicalho, 2006).

Figura 2 – Caracterização do solo na bacia do Capão Comprido (Adaptado de Reatto et al., 2003a)

2.1.3. Uso e ocupação solo

A sub-bacia em questão está dentro da área de abrangência do Projeto Integrado de

Colonização Alexandre Gusmão, que foi criado com o objetivo de abastecer o Distrito Federal com

frutas, legumes e verduras, caracterizando-se como uma bacia predominantemente rural, sendo

explorada com agricultura e pecuária em pequenas propriedades. A olericultura e, em menor escala,

a fruticultura são a base da produção agrícola local (Nascimento et al., 2000).

Além das atividades agrícolas como o cultivo de hortaliças, a cobertura do solo é composta

também por mata ciliar, reflorestamento e remanescentes de vegetação do cerrado, representados

por fisionomias de campo limpo, de campo cerrado e de cerrado.

Bacia do Lago Descoberto


5

2.1.4. Hidrossedimentologia

Segundo Bicalho (2006) a sub-bacia do Capão Comprido apresenta carga de sedimento em

suspensão mais elevada do que outras sub-bacias com características semelhantes, como o

Chapadinha, com valores descarga de sedimentos em suspensão específica da ordem de 26

t/km².ano.

2.2. Trabalho de campo

No estudo da bacia experimental do Capão Comprido – DF estão sendo colhidos em campo

dados hidrossedimentológicos, fluviométricos, pluviométricos, meteorológicos, piezométricos e

outros. Os dados hidrossedimentológicos utilizados neste trabalho foram obtidos através de

turbidímetro com registrador SL2000-TS, de Solar Instrumentação, amostrador manual USDH-48 e

amostrador automático ISCO 6712, todos instalados em uma seção que vem sendo monitorada e

operada pela CAESB (Companhia de Saneamento Ambiental do Distrito Federal) em parceria com

o PTARH/UnB.

2.2.1. Amostrador Manual USDH-48

Utilizou-se para as coletas das amostras de sedimento o amostrador USDH-48 (Figura 3). As

amostras foram coletadas em garrafas de vidro com capacidade de 1 litro.

Figura 3 – Amostrador Manual USDH-48

Segundo Bicalho (2006) verificou-se pelas concentrações que a seção do Capão Comprido

pode ser considerada uma seção bem misturada com relação a distribuição das concentrações de

sedimento em suspensão, pois as concentrações médias nas verticais variam pouco em relação a

concentração media da seção, com variação média baixa. Buscando confirmar o padrão de mistura

completa sugerido por Bicalho (2006) foram realizadas três campanhas de amostragem entre os dias

13/11/2008 e 04/02/2009, com o amostrador manual USDH-48 através método da Integração na


6

Vertical com Igual Incremento de Largura. Confirmou-se, então, que a coleta pontual de amostras,

desde que em profundidade correta deve ser representativa.

2.2.2. Turbidímetro automático SL2000-TS

Segundo Solar (2008), esse equipamento possui sensor que trabalha com dois princípios de

operação: a transmitância e a reflectância. Esse tipo de turbidímetro utiliza além do detector de luz

espalhada, um detector da luz transmitida através da amostra, e calcula a razão entre essas duas

intensidades de luz detectadas.

Os dados são adquiridos e armazenados com intervalos programáveis. O equipamento foi

configurado para fazer medição a cada 10 minutos

Na ocasião da instalação buscou-se a disposição do sensor a fim de obter maior uniformidade

e representatividade em termos de sedimento em suspensão. A sonda foi posicionada em um

suporte enterrado dois metros evitando, assim, o arraste do equipamento em eventos extremos.

Figura 4– Turbidímetro automático SL2000-TS instalado e transferindo dados para o computador

2.2.3. Amostrador do Tipo Automático ISCO 6712

O amostrador ISCO 6712 foi utilizado em diversas campanhas para coletar amostras pontuais

em um determinado intervalo de tempo já que esse modelo automático pode ser programado para

fazer até 24 coletas com volume e intervalo de tempo previamente definidos. A Figura 5 mostra

detalhes desse tipo de amostrador.

Na utilização do equipamento, em 10 campanhas se obtiveram amostras satisfatórias, o que

totaliza aproximadamente 220 amostras. Entre essas quatro amostragem foram feitas após a

instalação do turbidímetro automático SL2000-TS.


7

Figura 5 – Amostrador do tipo automático ISCO 6712

Assim como no turbidímetro automático, buscou-se enterrar o suporte a dois metros de

profundidade para que a mangueira de sucção pudesse ficar segura sempre no mesmo local, que foi

escolhido distante das margens.

Por não existir segurança na área onde eram feitas as coletas, instalava-se o equipamento

acorrentado a uma árvore e após a coleta de amostras o equipamento era removido.

2.2.4. Seção de controle

Os equipamentos foram instalados na seção de controle localizada próximo ao exutório do

córrego Capão Comprido (Figura 1). Na seção existe um linígrafo da marca Global Water, réguas

de medição e se utiliza ADV (Acustic Doppler Velocimeter) e molinete para medição periódica de

vazão.

2.3. Análises no Laboratório

A concentração de sedimentos em suspensão foi determinada pelo método de filtração e

gravimetria, utilizando-se filtro de nitrato de celulose com malha de 0,45 µm. Essa metodologia é

considerada uma das mais adequados para análises de amostras, pois apresenta simplicidade na

operação e oferece uma precisão considerável (Carvalho, 1994).

Segundo Carvalho (1994) alguns cuidados devem ser adotados para evitar erros nas análises.

Dentre eles pode-se citar a lavagem prévia dos filtros com água destilada antes de filtrar a amostra,

a secagem desses filtros pré-lavados em estufa a 100º C e a pesagem dos filtros imediatamente após

saírem da estufa e mantendo-os no dissecador entre uma pesagem e outra, pois o ganho de umidade

poderia alterar o resultado.


8

Figura 6 – Manifold utilizado na filtragem, manuseio das amostras e filtros após filtragem

2.4. Correlação entre Turbidez e Sólidos em Suspensão

Buscando encontrar a correlação entre a turbidez e os sólidos em suspensão comparou-se as

medidas de turbidez, em NTU, realizadas pelo turbidímetro automático SL2000-TS e com as

medidas dos sólidos em suspensão, em mg/L, das amostras coletadas no mesmo instante pelo

amostrador automático ISCO 6712.

A Figura 7 mostra gráficos com os valores de Turbidez e Sólidos em Suspensão, no tempo,

para cada um dos quatro eventos que foram registrados simultaneamente pelo amostrador e

turbidímetro automático.

Turbidímetro e Amostrador no Tempo (Evento 1)

0

5

10

15

20

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Tu

rbid

ez (

NT

U)

0

0.005

0.01

0.015

0.02

Só

lid

os e

m

Su

sp

en

são

(m

g/L

)

Turbidímetro (NTU) Amostrador (mg/L)


0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 20 40 60 80 100 120

Tu

rbid

ez (

NT

U)

0

0.5

1

1.5

Só

lid

os e

m

Su

sp

en

são

(m

g/L

)



9


0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5T

urb

idez (

NT

U)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

Só

lid

os e

m

Su

sp

en

são

(m

g/L

)



0

10

20

30

40

50

60

0 2 4 6 8 10 12 14

Tu

rbid

ez (

NT

U)

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

Só

lid

os e

m

Su

sp

en

são

(m

g/L

)


Figura 7 – Comparativo, por evento, entre os dados de turbidez e sólidos em suspensão no tempo.

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Com os pontos para as duas tendências definidas se utilizou equações lineares para definir

essas tendências tendo em vista que os processos fiscos envolvidos na determinação ótica da

turbidez, era esperada uma diferença de tendência na correlação entre turbidez e sólidos em

suspensão para vazões baixas e vazões altas, o que se confirma.

y = 0.0006x + 0.0046

R2 = 0.9239

y = 0.0014x - 0.1646

R2 = 0.9084

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

Turbidez (NTU)

Só

lid

os e

m S

usp

en

sã

o (

mg

/L)

Figura 8 – Curvas de Tendência e equações.

Analisando a Figura 8 percebe-se que até o valor da concentração de sólidos em suspensão


10

(CSS) igual a aproximadamente 0,22 mg/L e a turbidez (T) equivalente a 390 NTU existe uma

tendência e acima disto existe outra, as equações lineares que as representam são:

0046,00006,0 +×= TCSS :. para 390<T (1)

R² = 0,9239

1646,00014,0 −×= TCSS :. para 390>T (2)

R² = 0,9084

Em que CSS (mg/L) e T (NTU).

Essas duas equações foram utilizadas para encontrar os valores de sólidos em suspensão para

todo o intervalo de tempo que o turbidímetro automático coletou os dados na seção do córrego

Capão Comprido.

Ao final do período em análise ocorreu um desbarrancamento na margem do córrego a

montante da seção e uma grande quantidade de sedimentos foi lançada no corpo hídrico (Figura 9) o

que aumentou carga de sedimento por longo período. A Figura 10 mostra, no intervalo destacado, o

período de dados em que a seção recebeu sedimentos acima do normal por causa do

desbarrancamento.

Figura 9 – Desbarrancamento de encosta a jusante da seção.


11

0

2

4

6

8

10

12

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000

Tempo

Só

lid

os

em

Su

sp

en

sã

o (

mg

/L)

Solidos Calculados Amostrador (mg/L)

Figura 10 – Sólidos em suspensão calculados e observados e intervalo com sedimentos gerados pela queda de barranco na encosta.

Para verificar as equações representativas dessa correlação se utilizou as amostras coletadas

no evento quatro e se gerou o gráfico que é apresentado na Figura 11. Percebe-se que existem

alguns pontos fora da tendência, o que poderia ser explicado por imprecisão na análise no

laboratório, já que a concentração de sólidos em suspensão é baixa.

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.1

15:46:06 15:56:06 16:06:06 16:16:06 16:26:06 16:36:06 16:46:06 16:56:06 17:06:06 17:16:06 17:26:06 17:36:06

Tempo

Só

lid

os e

m S

usp

en

são

(m

g/L

)

Sólidos em Suspensão (observados) Sólidos em Suspensão (calculados)

Figura 11 – Validação das equações de correlação através das amostras do quarto evento

4. CONCLUSÕES

A determinação da correta correlação entre turbidez e sólidos em suspensão é importante no

monitoramento e gestão de bacias hidrográficas, já que a medição automática da turbidez durante

Após o desbarrancamento


12

todo o período do dia possibilita uma estimativa do transporte de sedimento durante o período e,

portanto de quantidade total transportada nessa bacia durante o período chuvoso.

Pode-se afirmar que o resultado apresentado nesse artigo é satisfatório, mas é o passo inicial

para se conseguir correlações melhores com a obtenção de mais amostras para gerar dados de

sólidos em suspensão, principalmente durante eventos de cheias, já que, como afirmam Merten e

Poleto (2006), 90% do fluxo de sedimentos em suspensão são transportados durante o período das

cheias e por isso uma maior quantidade de dados deve ser coletada nesse período.

No entanto, o uso de uma única equação para a correlação pode acarretar erros consideráveis

na carga total de sedimentos, pois apesar da pequena concentração nas vazões baixas, esses têm

permanência muito elevada em pequenas bacias da região.

AGRADECIMENTOS

Ao CNPq e CAPES pelas bolsas e ao CT-Hidro, Finep, Finatec, FAPDF e CNPq.pelos

recursos concedidos em diversos projetos de pesquisa que viabilizaram a execução dos estudos.

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