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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ INSTITUTO DE TECNOLOGIA PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL JAQUELINE PORTAL DA SILVA Avaliação da Qualidade da Água Superficial Utilizada no Sistema de Abastecimento Público do Município de Belém (PA) BELÉM/PA SETEMBRO/2010 UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ INSTITUTO DE TECNOLOGIA PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL JAQUELINE PORTAL DA SILVA Avaliação da Qualidade da Água Superficial Utilizada no Sistema de Abastecimento Público do Município de Belém (PA) Dissertação apresentada ao Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil do Instituto de Tecnologia da Universidade Federal do Pará, para obtenção de grau de Mestre em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental. Área de concentração: Saneamento Ambiental e Infra - Estrutura Urbana. Orientadora: Dra. Maria de Lourdes Souza Santos. BELÉM/PA SETEMBRO/2010 JAQUELINE PORTAL DA SILVA Avaliação da Qualidade da Água Superficial Utilizada no Sistema de Abastecimento Público do Município de Belém (PA) Dissertação apresentada ao Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil do Instituto de Tecnologia da Universidade Federal do Pará, para obtenção de grau de Mestre em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental. Área de concentração: Saneamento Ambiental e Infra - Estrutura Urbana. Orientadora: Dra. Maria de Lourdes Souza Santos. Data: _____ /_____ /_____ Banca examinadora: _____________________________________________ Profa. Maria de Lourdes Souza Santos - Orientadora Doutora em Oceanografia Universidade Federal Rural da Amazônia ______________________________________________ Prof. Nuno Filipe Alves Correia de Melo - Membro Doutor em Oceanografia Universidade Federal Rural da Amazônia _______________________________________________________ Prof. Rui Guilherme Cavaleiro de Macêdo Alves - Membro Doutor em Engenharia Ambiental Universidade Federal do Pará Dedico este trabalho a minha mãe Luzia que em muitos momentos supriu minha ausência na vida de minha filha dando a ela atenção, carinho e amor permitindo assim que eu concluísse este trabalho. A minha filha Letícia e meu marido Izaelson pela compreensão e apoio incondicional recebidos. Jaqueline Portal da Silva AGRADECIMENTOS Agradeço a Deus, por sua presença em todos os momentos de minha vida. A meus pais Agenor (in memorian) e Luzia, pelo amor e apoio incondicional a mim dedicado ao longo de minha vida. Aos meus familiares que direta ou indiretamente me ajudaram para que pudesse chegar a este momento. A professora Dra. Maria de Lourdes pela confiança depositada em mim desde o primeiro momento, ensinamentos e paciência ao longo desses três anos de convívio. Ao professor Dr. José Almir Pereira coordenador do Grupo de Pesquisa de Hidráulica e Saneamento – GPHS. A Fundação de Amparo a Pesquisa – FAPESPA, pela concessão da bolsa de estudo. Aos amigos do Laboratório de Controle de Resíduos - LCR (Rosiane, Marcus, Luciano, Igor, André, Aldenor, Rodrigues, Sá e Rafael) pela troca de conhecimentos, pela convivência e apoio durante este período de quase três anos. Aos amigos do Grupo de Pesquisa de Hidráulica e Saneamento - GPHS da graduação, mestrado e doutorado pelo apoio nunca negado. A todas as pessoas não mencionadas, porém não esquecidas, que, de alguma maneira, contribuíram para a realização deste trabalho, meus sinceros agradecimentos. RESUMO Os mananciais do Utinga, formados pelos lagos Bolonha e Água Preta, estão contidos em uma Área de Proteção Ambiental - APA e são utilizados pela Companhia de Saneamento do Pará - COSANPA, para abastecer de forma indireta aproximadamente 2 milhões de pessoas, correspondente a 65% da população da RMB. Esse sistema de abastecimento tem início com a captação de água do rio Guamá, que tem o objetivo de manter os níveis de água dos lagos, a qual é lançada através de adutoras no lago Água Preta, sendo interligada ao lago Bolonha por meio de um canal artificial, e segue em direção a ETA. O estudo avaliou qualidade da água de novembro de 2008 a outubro 2009 em cinco pontos distribuídos ao longo do sistema de captação de água. A análise de componentes principais explicaram cerca de 45% da variância original. A primeira componente (PC1) explicou 28% e apresentou como principais elementos o pH (-0,62), a turbidez (-0,79), o coliforme termotolerantes (-0,45), o fósforo total (-0,64), o sólidos totais (-0,76) em contraste com a temperatura (0,54). A segunda componente (PC2) explicou cerca de 17% da variância total apresentando um contraste entre DBO (0,54), pH (0,48), nitrogênio total (0,44) e o OD (-0,68). A avaliação do IQA classificou a qualidade das águas em “aceitável” e o IET classificou todas as estações de amostragem como eutróficas. O fósforo total foi principal nutriente responsável pelo enriquecimento dessas águas. Palavras - chave: Mananciais do Utinga; Índice de Qualidade de Águas; Índice de Estado Trófico. ABSTRACT The springs of Utinga, formed by lakes Bolonha and Água Preta, are contained in an environmental protection area (APA – Área de Proteção Ambiental) and are used by the water supply company COSANPA (Companhia de Saneamento do Pará) to indirectly supply about 2 million people, which corresponds to 65% of the metropolitan region of Belém. This supply system starts with the abstraction of water from the Guamá river through pipelines to lake Agua Preta. Lake Bolonha is connected to lake Agua Preta by a canal. The water flows from there to ETA. They study evaluated the water quality of samples collected at five points along the water collection system from November 2008 to October 2009. The analysis of main components explained about 45% of the original variance. The first component (PC1) explained 28% and represented as key elements pH (-0.62), turbidity (-0.79), thermotolerant coliform (-0.45), total phosphorus (- 0.64), total solids (-0.76) in contrast to the temperature (0.54). The second component (PC2) explained about 17% of the total variance presenting a contrast between DBO (0.54), pH (0.48), total nitrogen (0.44) and OD (-0.68). The Water Quality Index evaluation classified the water quality as “acceptable” and the Trophic State Index classified all sampling points as eutrophic. The total phosphorus was the main nutrient responsible for the enrichment of the water. Key words: Springs of Utinga, Water Quality Index, Trophic State Index. LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1: Ciclo do nitrogênio (ESTEVES, 1998).............................................. 29 Figura 2: Ciclo do fósforo (SILVA, 2006).......................................................... 31 Figura 3: Localização geográfica da Região Metropolitana de Belém.......... 40 Figura 4: Canalização das águas do Utinga................................................. 50 Figura 5: Canal Yuna.................................................................................... 51 Figura 6: Canal de ligação Água Preta – Bolonha............................................ 52 Figura 7: Limites da Área de Proteção Ambiental e Parque Ambientalde Belém........................................................................................... 52 Figura 8: Fluxograma do sistema de captação de água.............................. 56 Figura 9: Mapa de localização da área de estudo........................................ 58 Figura 10: Pesos das variáveis nas duas primeiras componentes principais com os dados obtidos durante os períodos de estiagem e chuvoso, nos cinco pontos de estudo........................................................... 64 Figura 11: Escores nas duas primeiras componentes principais, na análise feita com os dados obtidos durante os períodos de estiagem e chuvoso, nos cinco pontos de estudo............................................ 65 Figura 12: Distribuição dos valores de oxigênio dissolvido (mg.L-1) nos cinco pontos de estudo........................................................................... 66 Figura 13: Média anual de OD (mg.L -1) nos cinco pontos de estudo............. 67 Figura 14: Distribuição dos valores de pH nos cinco pontos de estudo......... 69 Figura 15: Média anual de pH nos cinco pontos de estudo........................... 70 Figura 16: Distribuição dos valores de DBO (mg.L-1) nos cinco pontos de estudo........................................................................................... 72 Figura 17: Média anual de DBO (mg.L -1) nos cinco pontos de estudo.......... 73 Figura 18: Distribuição dos valores de nitrogênio total (mg.L-1) nos cinco pontos de estudo........................................................................... 74 Figura 19: Média anual de nitrogênio total (mg.L-1) nos cinco pontos de estudo 75 Figura 20: Distribuição dos valores de fósforo total (mg.L-1) nos cinco pontos de estudo....................................................................................... 77 Figura 21: Média anual de fósforo total (mg.L-1) nos cinco pontos de estudo 77 Figura 22: Distribuição dos valores de temperatura (°C) nos cinco pontos de estudo. ......................................................................................... 80 Figura 23: Média anual de tempertura (°C) nos cinco pontos de estudo...... 81 Figura 24: Distribuição dos valores de turbidez (UNT) nos cinco pontos de estudo.......................................................................................... 82 Figura 25: Média anual de turbidez (UNT) nos cinco pontos de estudo........ 83 Figura 26: Distribuição dos valores de sólidos totais (mg.L-1) nos cinco pontos de estudo............................................................................... 85 Figura 27: Distribuição dos valores de sólidos totais fixos (mg.L-1) nos cinco pontos de estudo......................................................................... 86 Figura 28: Distribuição dos valores de sólidos totais voláteis (mg.L-1) nos cinco pontos de estudo............................................................... 86 Figura 29: Média anual de sólidos totais, fixos e voláteis (mg.L-1) nos cinco pontos de estudo.......................................................................... 88 Figura 30: Distribuição dos valores de sólidos totais dissolvidos (mg.L-1) nos cinco pontos de estudo. ............................................................. 90 Figura 31: Distribuição dos valores de sólidos totais dissolvidos fixos (mg.L-1) nos cinco pontos de estudo....................................................... 90 Figura 32: Distribuição dos valores de sólidos totais dissolvidos voláteis (mg.L-1) nos cinco pontos de estudo................................................ 91 Figura 33: Média anual de sólidos totais dissolvidos, fixos e voláteis (mg.L-1) nos cinco pontos de estudo........................................................ 92 Figura 34: Distribuição dos valores de sólidos sedimentáveis (mg.L-1) nos cinco pontos de estudo............................................................. 93 Figura 35: Média anual de sólidos sedimentáveis (mg.L-1) nos cinco pontos de estudo......................................................................................... 94 Figura 36: Distribuição dos valores de coliformes fecais (NMP/100 ml) nos cinco pontos de estudo............................................................. 95 Figura 37: Média anual de coliformes fecais (NMP/100 ml) nos cinco pontos de estudo.................................................................................. 96 Figura 38: Distribuição dos valores de clorofila a (mg.m-3)nos cinco pontos de estudo........................................................................................ 98 Figura 39: Média anual de clorofila a (mg.m-3) nos cinco pontos de estudo 98 Figura 40: Distribuição dos valores do IET nos cinco pontos de estudo....... 101 Figura 41: Média anual do IET nos cinco pontos de estudo...................... 102 Figura 42: Distribuição dos valores do IQA no ponto P1........................... 103 Figura 43: Distribuição dos valores do IQA no ponto P2........................... 104 Figura 44: Distribuição dos valores do IQA no ponto P3........................... 105 Figura 45: Distribuição dos valores do IQA no ponto P4........................... 106 Figura 46: Distribuição dos valores do IQA no ponto P5............................ 107 Figura 47: Média anual do IQA nos cinco pontos de estudo........................ 111 LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Classificação das águas doces e tratamento requerido segundo o CONAMA................................................................... 22 Tabela 2 - Limites estabelecidos para águas Classe 2................................. 24 Tabela 3 - Peso dos parâmetros que compõe o IQA.................................... 25 Tabela 4 - Classificação da qualidade das águas......................................... 26 Tabela 5 - Classificação do Estado Trófico da água..................................... 37 Tabela 6 - Dados meteorológicos (média mensal do período de 2008 – 2009) ........................................................................................... 41 Tabela 7 - Dados meteorológicos (média anual do período de 2008 – 2009). .......................................................................................... 42 Tabela 8 - Identificação e localização dos pontos de coleta......................... 60 Tabela 9 - Parâmetros determinados, princípios do método e referências................................................................................... 61 Tabela 10 - Pesos e variância explicadas pelas duas primieiras componentes principais da análise dos dados obtidos, durante os períodos de estiagem e chuvoso nos cinco pontos de estudo..................................................................... 64 LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E SÍMBOLOS Am Clima Tropical Monçônico ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas APA Área de Proteção Ambiental APHA American Public Health Association ATP Adenosina Trisfofato Aw Clima Tropical BASA Banco da Amazônia BPA Batalhão de Polícia Ambiental CETESB Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental C CODEM Companhia de Desenvolvimento e Administração da Área Metropolitana de Belém C CONAMA Conselho Nacional do Meio Ambiente COSANPA Companhia de Saneamento do ParáDBO Demanda Bioquímica de Oxigênio DNER Departamento Nacional de Estradas de Rodagens EMBRAPA Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária ETA Estação de Tratamento de Água GPHS Grupo de Pesquisas de Hidráulica e Saneamento GPS Sistema de Posicionamento Global IDESP Instituto de Desenvolvimento Econômico Social IET Índice de Estado Trófico Inmet Instituto Nacional de Meteorologia IQA Índice de Qualidade da Água LCR Laboratório de Controle de Resíduos mg.L-1 Miligrama por litro µm Micrômetro µg.L-1 Micrograma por litro nm Nanometro OD Oxigênio Dissolvido OMS Organização Mundial da Saúde pH Potencial Hidrogênionico PAB Parque Ambiental de Belém PMB Prefeitura Municipal de Belém PROSANEAR Programa de Saneamento para População de Baixa Renda RMB Região Metropolitana de Belém SUMÁRIO LISTA DE ILUSTRAÇÕES............................................................................. 7 LISTA DE TABELAS...................................................................................... 10 LISTA DE ABREVIATURAS,SIGLAS E SÍMBOLOS.................................... 11 1 INTRODUÇÃO............................................................................................. 15 2 OBJETIVOS................................................................................................... 20 2.1 OBJETIVO GERAL......................................................................................... 20 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS........................................................................... 20 3 QUALIDADE DA ÁGUA................................................................................. 21 3.1 PARÂMETROS DE QUALIDADE DA ÁGUA.................................................. 21 3.2 PADRÕES E CLASSIFICAÇÃO DAS ÁGUAS............................................... 21 3.3 ÍNDICE DE QUALIDADE DA ÁGUA – IQA..................................................... 24 3.3.1 Oxigênio Dissolvido...................................................................................... 26 3.3.2 Potencial Hidrogeniônico............................................................................. 27 3.3.3 Demanda Bioquímica de Oxigênio ............................................................. 28 3.3.4 Nitrogênio Total ............................................................................................ 28 3.3.5 Fósforo Total................................................................................................. 30 3.3.6 Temperatura................................................................................................... 32 3.3.7 Turbidez......................................................................................................... 32 3.3.8 Sólido Total.................................................................................................... 33 3.3.9 Coliformes Termotolerantes....................................................................... 34 3.4 ÍNDICE DE ESTADO TRÓFICO - IET............................................................ 35 3.4.1 Clorofila a...................................................................................................... 37 4 ÁREA DE ESTUDO........................................................................................ 39 4.1 REGIÃO METROPOLITANA DE BELÉM.............................................. 39 4.2 CLIMA............................................................................................................. 40 4.3 GEOLOGIA..................................................................................................... 42 4.4 GEOMORFOLOGIA........................................................................................ 43 4.5 VEGETAÇÃO................................................................................................ 43 4.6 TOPOGRAFIA................................................................................................. 44 4.7 HIDROGRAFIA............................................................................................... 44 4.7.1 Baia do Guajará............................................................................................. 45 4.7.2 Rio Guamá..................................................................................................... 45 4.7.3 Lago Água Preta............................................................................................ 46 4.7.4 Lago Bolonha................................................................................................ 47 4.8 HISTÓRICO DO ABASTECIMENTO DE ÁGUA DE BELÉM........................ 48 4.9 SISTEMA DE CAPTAÇÃO DE ÁGUA......................................................... 55 5 MATERIAL E MÉTODOS............................................................................... 58 5.1 ATIVIDADES DE CAMPO............................................................................... 58 5.2 TRATAMENTO DOS DADOS......................................................................... 62 6 RESULTADOS E DICUSSÕES................................................................... 63 6.1 ANÁLISE DE COMPONENTES PRINCIPAIS................................................. 63 6.2 OXIGÊNIO DISSOLVIDO................................................................................ 66 6.3 POTENCIAL HIDROGENIÔNICO................................................................... 68 6.4 DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXIGÊNIO....................................................... 71 6.5 NITROGÊNIO TOTAL..................................................................................... 73 6.6 FÓSFORO TOTAL.......................................................................................... 76 6.7 TEMPERATURA............................................................................................. 79 6.8 TURBIDEZ...................................................................................................... 81 6.9 SÓLIDOS TOTAIS, FIXOS E VOLÁTEIS........................................................ 84 6.10 SÓLIDOS TOTAIS DISSOLVIDOS, FIXOS E VOLÁTEIS.............................. 89 6.11 SÓLIDOS SEDIMENTÁVEIS.......................................................................... 93 6.12 COLIFORMES TERMOTOLERANTES.......................................................... 94 6.13 CLOROFILA a................................................................................................. 97 6.14 ÍNDICE DE ESTADO TRÓFICO .................................................................... 100 6.15 ÍNDICE DE QUALIDADE DA ÁGUA............................................................... 103 7 CONCLUSÕES............................................................................................... 109 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS............................................................... 112 15 1 INTRODUÇÃO O homem sempre se preocupou com o problema da obtenção e, conseqüentemente, da qualidade da água destinada ao seu consumo. Também muito cedo, e isto devido ao aumento do consumo pelas comunidades, o homem aprendeu a melhorar a qualidade da água e à medida que as aglomerações humanas foram se tornando mais densas, com a formação das cidades, a necessidade de grandes volumes de água passou a constituir um problema que obrigou os antigos a executarem obras destinadas à captação, transporte e armazenamento desse líquido. Assim, estas etapas surgiram como conseqüência do aumento do consumo, resultante do desenvolvimento das comunidades, enquanto que o tratamento, embora incipiente, nasceu da repulsa do homem pelo aspecto estético da água e sedesenvolveu em decorrência do crescimento da poluição (LEME, 1990). Além das preocupações com a qualidade da água, acrescentam-se as de ordem econômica, visto que, com a crescente demanda de recursos hídricos, motivada pelo crescimento dos centros urbanos e pela industrialização de diversas áreas, a água destinada ao seu abastecimento necessita ser buscada a distâncias cada vez maiores de forma a alcançar mananciais que tenham bacias de contribuição de dimensões adequadas e que estejam a salvo da crescente poluição que se vem verificando em todo o planeta (VIANNA, 1992). A poluição hídrica exige graus de tratamento da água cada vez mais sofisticados e onerosos para sua potabilização. É certo que existem possibilidades amplas, praticamente ilimitadas do ponto de vista técnico, para a potabilização de águas poluídas. Entretanto, o custo desse tratamento, e a possibilidade de ocorrência de falhas operacionais nas estações de tratamento, de conseqüências imprevisíveis, quase sempre conduzem a escolha de um manancial mais distante e menos poluído. Normalmente, o corpo d’água captado é selecionado de forma que, suas características indesejáveis a serem removidas não excedam as limitações naturais das chamadas estações convencionais de tratamento de água (isto é: que tratam a água através de sua 16 floculação, decantação e filtração) que em geral conseguem apenas eliminar os colóides e materiais em suspensão nela presentes, que arrastam consigo, em conseqüência, os organismos patogênicos a eles associados. Os organismos remanescentes, desprovidos de possíveis barreiras protetoras, são submetidos em seguida à ação de desinfetantes (normalmente o cloro) durante certo tempo, sendo então destruídos (VIANNA, 1992). As técnicas de captação-transporte e tratamento não se desenvolveram no mesmo ritmo. Inicialmente, foi à captação-transporte que se desenvolveu, mantendo-se durante muito tempo o tratamento na linha clássica, constituído de sedimentação e filtração. O tratamento sofreu grande impulso a partir de 1908, com o emprego de substâncias como o hipoclorito de cálcio, para desinfecção da água. É a partir dessa época que se obtém a máxima eficiência na defesa da saúde das comunidades, com a eliminação das doenças de veiculação hídrica (LEME, 1990). Ainda no que se refere à poluição das águas, Zagatto e Bertoletti (2006) descreve que as fontes de poluição pontuais (efluentes líquidos) e difusas (lixiviação dos terrenos agrícolas, sedimentos e águas subterrâneas contaminadas, acidentes ambientais, águas pluviais e etc...) têm contribuído significativamente para as modificações ambientais, reduzindo a diversidade de espécies autóctones e aumentando desordenadamente a densidade de determinadas espécies indesejáveis. As freqüentes florações de algas são exemplos típicos dessas modificações, o significativo decréscimo da qualidade das águas, as freqüentes mortandades de peixes e, até mesmo, a morte de rios. Nesse contexto destaca-se que um dos grandes problemas ambientais brasileiro é a deterioração dos rios que atravessam as localidades povoadas. Essa deterioração ocorre porque a maioria das cidades brasileiras não possui coleta e tratamento de esgotos doméstico, sendo estes jogados in natura nos rios (TUCCI et al., 2001). No Brasil, vários lagos foram afetados com a dinâmica da urbanização em suas bacias de drenagem. As lagoas Rodrigo de Freitas, Araruama e Saquarema, no Rio de Janeiro, a lagoa da Conceição, em Florianópolis, as 17 lagoas de Mandaú e Manguaba, em Maceió, e lago Paranoá em Brasília são alguns exemplos, dentre muitos outros, de ecossistema lacustre que sofrem a pressão da ocupação urbana (RIBEIRO, 1992). Como resultado, os recursos hídricos poluídos por descargas de resíduos humanos e de animais transportam grande variedade de patógenos, entre eles bactérias, vírus, protozoários ou organismos multicelulares, que podem causar doenças de veiculação hídrica (TUNDISI, 2005). As substâncias químicas também são consideradas outro tipo de contaminação para águas superficiais, ocasionando doenças hídricas. Essas substâncias podem ser inorgânicas (como os metais pesados e os nitratos) e orgânicas (como os pesticidas, trihalometanos) de toxicidade adversa à saúde dos seres humanos. Os problemas ocasionados pelos contaminantes químicos na água estão relacionados com os efeitos cumulativos das microdoses quando ingeridas por tempo prolongado. De acordo com Ribeiro (2004), essas substâncias podem estar presentes naturalmente no manancial ou ser proveniente de poluição. Na população, os efeitos se refletem no aumento da incidência de câncer, defeitos congênitos perduráveis por diversas gerações, alterações genéticas e neurológicas. Em função, da poluição a que os corpos d’água estão sujeitos, causadas por diferentes fontes de origem urbana, rural e industrial, há a necessidade de planos de prevenção e recuperação ambiental, a fim de garantir condições de usos atuais e futuros, para diversos fins. Esses planos, além de medidas de acompanhamento de suas metas, através de fiscalização, requerem para sua proposição e efetiva implementação, dados que indiquem o estado do ambiente aquático. Para esse fim, são estabelecidos programas de monitoramento da qualidade da água para avaliar as substâncias presentes na água, avaliadas sob os aspectos físicos, químicos e biológicos (SANTOS e FLORÊNCIO 2001). Neste sentido, os índices ambientais nasceram como resultado da crescente preocupação social com os aspectos ambientais do 18 desenvolvimento, processo que requer um número elevado de informações em graus de complexidade cada vez maiores (CETESB, 2006). O Índice de Qualidade da Água – IQA é empregado como uma metodologia integradora, por converter várias informações em um único resultado numérico. Este índice foi desenvolvido para avaliar a qualidade da águas, tendo como determinante principal a sua utilização para abastecimento público, considerando aspectos relativos ao tratamento dessas águas. Entre as vantagens do índice estão a facilidade de comunicação com o público leigo e o fato de representar uma média de diversos parâmetros em um único número, combinando unidades de medidas diferentes em uma única unidade. No entanto, sua principal desvantagem está na perda de informação dos parâmetros individuais e da sua interação (CETESB, 2006). Outro índice utilizado é o Índice do Estado Trófico - IET que tem por finalidade classificar os corpos da água em diferentes graus de trofia, ou seja, avalia a qualidade da água quanto ao enriquecimento por nutrientes e seu efeito relacionado ao crescimento excessivo das algas ou ao aumento da infestação de macrófitas aquáticas. Nesse índice, os resultados correspondentes ao fósforo, devem ser entendidos como uma medida do potencial de eutrofização, já que este nutriente atua como o agente causador do processo. A avaliação correspondente à clorofila a, por sua vez, deve ser considerada como uma medida da resposta do corpo hídrico ao agente causador, indicando de forma adequada o nível de crescimento de algas que tem lugar em suas águas. Assim, o índice médio engloba, de forma satisfatória, a causa e o efeito do processo (CETESB, 2006). As informações adquiridas com o emprego do IQA e do IET servem para descrever o grau de poluição hídrica de um determinado ecossistema aquático. No que se refere a poluição hídrica, a cidade de Belém, localizada no estado do Pará, não é uma exceção ao descrito por Ribeiro (1992). Nessa cidade encontram-se os mananciais do Utinga, formados pelos lagos Bolonha e Água Preta, quesão administrados pela Companhia de Saneamento do Pará (COSANPA) para servirem como fonte de abastecimento de água para parte da população da Região Metropolitana de Belém, englobando os bairros da 19 Marambaia, São Brás, Cidade Nova, Pedreira, Terra Firme, Jurunas e Guamá, produzindo atualmente quatro mil litros por segundo (PEREIRA, 2004). Dentro desse contexto o objetivo deste trabalho foi monitorar a qualidade da água ao longo do Sistema de Captação de Água do Município de Belém (PA), com base em dados abióticos e bióticos, em períodos sazonais distintos da região (de menor e de maior precipitação), durante um ano, a fim de diagnosticar a atual situação das características desse ecossistema. 20 2 OBJETIVOS 2.1 OBJETIVO GERAL Avaliar a qualidade da água do sistema de captação utilizado para o abastecimento público da Região Metropolitana de Belém, com base em dados abióticos e bióticos, em períodos sazonais distintos da região, ou seja, o período de menor precipitação (junho a novembro) e o período de maior precipitação pluviométrica (dezembro a maio). 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS Avaliar a influência das águas oriundas do rio Guamá na distribuição dos parâmetros abióticos e bióticos, nos lago Bolonha e Água Preta. Aplicar o Índice de Estado Trófico no sistema de captação de água do município de Belém; Aplicar o Índice de Qualidade da Água no sistema de captação de água utilizado para o abastecimento público da Região Metropolitana de Belém. 21 3 QUALIDADE DA ÁGUA 3.1 PARÂMETROS DE QUALIDADE DA ÁGUA A água contém diversos componentes, os quais provêm do próprio ambiente natural ou foram introduzidos a partir de atividades humanas. Para caracterizar uma amostra de água, são determinados diversos parâmetros, que representam as suas características físicas, químicas e biológicas. Esses parâmetros são indicadores da qualidade da água e constituem impurezas quando alcançam valores superiores aos estabelecidos para determinado uso (VON SPERLING, 1996). Entre esses parâmetros podem ser citados: coliformes, demanda bioquímica de oxigênio, turbidez, oxigênio dissolvido, temperatura, sólidos totais, fósforo, nitrogênio, demanda química de oxigênio e condutividade. 3.2 PADRÕES E CLASSIFICAÇÃO DAS ÁGUAS A água destinada a consumo humano deve preencher condições mínimas para que possa ser ingerida ou utilizada para fins higiênicos, o que se consegue por meio das estações de tratamento quando a água do manancial oferece riscos à saúde pública (DI BERNARDO, 1995). A Organização Mundial da Saúde – OMS considera prioritária a proteção da saúde pública e recomenda aos países em geral, em função das sugestões apresentadas, o estabelecimento dos parâmetros de qualidade e os valores limites a serem fixados, especialmente aqueles que podem causar dano ao ser humano, levando em conta as condições locais, uma vez que a adoção de parâmetros muito exigentes limita o emprego de alguma tecnologia econômica. No Brasil, o Conselho Nacional do Meio Ambiente – CONAMA publicou a Resolução n° 357/05, que classifica as águas doces, salobras e salinas, 22 estabelecendo o tipo de tratamento requerido para as águas destinadas ao abastecimento público, conforme mostra a Tabela 1. Tabela 1 – Classificação das águas doces e tratamento requerido segundo a Resolução do CONAMA nº 357/05. Classificação Tratamento requerido ao abastecimento para consumo humano Classe especial Desinfecção Classe 1 Tratamento simplificado Classe 2 Tratamento convencional Classe 3 Tratamento convencional ou avançado Fonte: (Di Bernardo, 1995) . Para cada classe são estabelecidos limites dos parâmetros de qualidade física, química, biológica e radiológica associados à classificação da Tabela 1. A Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT através da NB – 592 “Projeto de Estação de Tratamento de Água para Abastecimento Público”, considera os seguintes tipos de águas naturais: Tipo A: águas subterrâneas ou superficiais, provenientes de bacias sanitariamente protegidas, de acordo com o padrão de potabilidade. Tipo B: águas subterrâneas ou superficiais, provenientes de bacias não protegidas, que possam atender parâmetros de qualidade de acordo com o padrão de potabilidade com tecnologias de tratamento que não exijam coagulação química. 23 Tipo C: águas subterrâneas ou superficiais, provenientes de bacias não protegidas e que exijam a coagulação química para atender o padrão de potabilidade. Tipo D: águas subterrâneas ou superficiais, provenientes de bacias não protegidas sujeitas a poluição e que requerem tecnologias de tratamento especiais para atender ao padrão de potabilidade. As características das tecnologias de tratamento recomendadas para cada tipo de água são: Tipo A: desinfecção e correção do pH; Tipo B: desinfecção, correção do pH e: 1 - decantação simples para água contendo sólidos sedimentáveis, de modo a tender ao padrão de potabilidade; 2 - filtração, precedida ou não da decantação, quando a turbidez e a cor a parente forem inferiores a, respectivamente, 40 UNT e 20 UH; Tipo C: coagulação, seguida ou não de decantação, filtração rápida, desinfecção e correção de pH; Tipo D: tratamento mínimo de água Tipo C e tratamento complementar para cada caso. A Tabela 2 mostra os limites que a Resolução CONAMA n° 357/05, estabelece, aos parâmetros avaliados, para águas doces de Classe 2. 24 Tabela 2 – Limites estabelecidos para águas doces de Classe 2. Parâmetros Limites estabelecidos Oxigênio Dissolvido não inferior a 5 mg.L-1 Coliformes Fecais 1000 /100ml pH 6,0 a 9,0 Demanda Bioquímica de Oxigênio até 5 mg.L-1 Fósforo Total até 0,030 mg.L-1 Temperatura - Nitrogênio Total - Turbidez até 100UNT Sólidos Totais - Clorofila a até 30 mg.m-3 3.3 ÍNDICE DE QUALIDADE DA ÁGUA - IQA Para facilitar a interpretação das informações sobre qualidade da água de forma abrangente e útil, para especialistas ou não, a partir de um estudo feito em 1970 pela National Sanitation Foundation dos Estados Unidos, na Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental (CETESB) foi adaptado e desenvolvido o Índice de Qualidade das Águas (IQA), que é determinado pelo produto ponderado das qualidades de água correspondentes aos parâmetros de temperatura da amostra, pH, oxigênio dissolvido, DBO, coliformes fecais, nitrogênio total, fósforo total e sólido total. A cada parâmetro foi atribuído um peso, listados na Tabela 3, de acordo com sua importância relativa no cálculo do IQA (ROCHA et al., 2004). 25 Tabela 3 – Pesos dos Parâmetros que compõe o IQA Parâmetro Peso Relativo - wi Oxigênio Dissolvido (% OD) 0,17 Coliformes Fecais (NPM/100 ml) 0,15 pH 0,12 Demanda Bioquímica de Oxigênio – DBO (mg.L-1) 0,10 Fósforo Total (mg.L-1) 0,10 Temperatura (°C) 0,10 Nitrogênio Total (mg.L-1) 0,10 Turbidez (UNT) 0,08 Sólidos Totais (mg.L-1) 0,08 Fonte: CETESB, 2006. Os parâmetros de qualidade, que fazem parte do cálculo do IQA refletem, principalmente, a contaminação dos corpos hídricos ocasionada pelo lançamento de esgotos domésticos. É importante também salientar que este índice foi desenvolvido para avaliara qualidade das águas, tendo como determinante principal a sua utilização para o abastecimento público, considerando aspectos relativos ao tratamento dessas águas (CETESB, 2006). O IQA é calculado pela fórmula: IQA = p. qi. wi onde: 26 IQA= índice de qualidade da água (varia de 0 e 100); p = número "pi" (3,14...); qi = qualidade do i-ésimo parâmetro (entre 0 e 100); obtido da respectiva "curva de qualidade", em função de sua concentração ou medida. wi = peso correspondente ao i-ésimo parâmetro; atribuído por sua importância para a conformação global da qualidade, um número entre 0 e 1. Os valores do índice variam entre 0 e 100. A Tabela 4 mostra a classificação da qualidade das águas conforme o especificado: Tabela 4 - Classificação da qualidade das águas. Valor Qualificação 0 – 19 Imprópria 19 – 36 Imprópria para tratamento convencional 36 – 51 Aceitável 51 – 79 Boa 79 – 100 Ótima Fonte: CETESB, 2006. 3.3.1 Oxigênio Dissolvido Dentre os gases dissolvidos na água, o oxigênio (O2) é um dos mais importantes na dinâmica e na caracterização dos ecossistemas aquáticos. Esse gás é considerado como moderadamente solúvel, sendo este fator diretamente dependente da temperatura e pressão (ESTEVES, 1998). As principais fontes de oxigênio para a água são: a atmosfera e a fotossíntese. Por outro lado, as perdas são o consumo pela decomposição da 27 matéria orgânica (oxidação), perdas para a atmosfera, respiração de organismos aquáticos e oxidação de íons metálicos, como ferro e manganês (ESTEVES, 1998). Segundo Esteves (1998), durante o período de chuva há um aumento da concentração de matéria orgânica dissolvida e particulada, que se origina pela própria ressuspensão de sedimento ou a partir de águas tributárias e águas superficiais (escoamento superficial). Esta matéria orgânica é formada por inúmeros compostos em diferentes graus de decomposição. Durante a estabilização da matéria orgânica, as bactérias utilizam o oxigênio nos seus processos respiratórios, podendo vir a causar uma redução da sua concentração no meio, que dependendo da magnitude desse fenômeno, pode causar a morte de diversos organismos aquáticos, inclusive os peixes. Caso o oxigênio seja totalmente consumido, têm-se condições anaeróbias (ausência de oxigênio), com geração de maus odores (VON SPERLING, 1996). 3.3.2 Potencial Hidrogênionico O pH da água representa as condições de acidez ou alcalinidade em que mesma se encontra, pois expressa a concentração de íons de hidrogênio, ou mais precisamente a atividade do íon hidrogênio, na água. Nas águas naturais o pH varia de acordo com o terreno atravessado pela mesma. Áreas ricas em calcários conferem a água elevados valores de pH, enquanto que, as águas poluídas apresentam baixos valores, devido a decomposição de matéria orgânica (BRAZ, 1985). O pH fica entre 4 e 9 em águas naturais na maioria das vezes são ligeiramente alcalinos, devido a presença de carbonatos e bicarbonatos Do ponto de vista ambiental é um parâmetro que determina o desenvolvimento aquático pois os organismos aquáticos estão geralmente adaptados às condições de neutralidade e, em conseqüência, alterações bruscas do pH de 28 uma água podem acarretar o desaparecimento dos seres nela presentes (CETESB, 2005). 3.3.3 Demanda Bioquímica de Oxigênio A demanda bioquímica de oxigênio (DBO) representa a quantidade de oxigênio que é consumido pela respiração aeróbia na oxidação da matéria orgânica existente no meio aquático. Corresponde, na prática, a quantidade de oxigênio necessária à estabilização das matérias presentes oxidáveis bioquimicamente (BRANCO, 1978). Quando a DBO é alta o oxigênio rarefaz-se, e daí resulta condições anaeróbicas que retardam a decomposição de matéria orgânica, produzindo odores desagradáveis, além de eliminar peixes e destruir inúmeros microorganismos, cujas ausências por serem menos visíveis do que a dos peixes, são pouco sentidas, apesar de não menos importantes para o equilíbrio dos ecossistemas aquáticos (PROCHNOW, 1981; MOTA, 1999). 3.3.4 Nitrogênio Total O nitrogênio é um dos elementos mais importantes no metabolismo de ecossistemas aquáticos. Esta importância deve-se principalmente à sua participação na formação de proteínas, um dos componentes básicos da biomassa. O ciclo do nitrogênio em águas continentais é mostrado na Figura 1, destacam-se as formas de nitrogênio orgânico, amoniacal, nitrito e nitrato. As duas primeiras chamam-se formas reduzidas e as duas últimas formas oxidadas. Pode-se associar a idade da poluição com relação as formas de nitrogênio (ESTEVES, 1998). 29 Figura 1: Ciclo do nitrogênio (ESTEVES, 1998). Ainda segundo Esteves (1998), o nitrogênio está presente nos ambientes aquáticos sob várias formas, por exemplo: nitrato (NO3 -), nitrito (NO2 -), amônia (NH3), íon amônio (NH4 +), óxido nitroso (N2O), nitrogênio molecular (N2), nitrogênio orgânico dissolvido (peptídeos, purinas, aminas, aminoácidos, etc.), nitrogênio orgânico particulado (bactérias, fitoplâncton, zooplâncton e detritos), etc. O nitrogênio é um indicador de poluição por matéria orgânica, esgotos, despejos industriais, fertilizantes, etc. A maior parte do nitrogênio originalmente presente encontra-se na forma de nitrogênio orgânico. Este é gradualmente convertido a nitrogênio amoniacal e, posteriormente, se condições aeróbicas estão presentes, ocorre a oxidação da amônia a nitritos e nitratos. Assim, águas que contém maiores quantidades de nitrogênio orgânico e amoniacal 30 são consideradas como recentemente poluídas e apresentam-se potencialmente perigosas. Águas que contém nitrogênio na forma de nitratos são consideradas como tendo sido poluídas há longo tempo e oferece pequeno risco a saúde pública (SAWYER e MCCARTY, 1978 apud MENEZES, 1985). O nitrogênio total é o resultado da amônia livre e nitrogênio orgânico, sendo que o nitrogênio orgânico é definido como aquele nitrogênio organicamente ligado e no estado de oxidação (CETESB, 2000). 3.3.5 Fósforo Total O fósforo é um constituinte importante nos sistemas biológicos. Esta importância deve-se à participação deste elemento em processos fundamentais do metabolismo dos seres vivos, tais como: armazenamento de energia (forma uma fração essencial da molécula de ATP) e estruturação da membrana celular (através dos fosfolipídios) (ESTEVES, 1998). Em águas naturais este elemento pode ter a seguinte nomenclatura, de acordo com Chapra (2003) apud Silva (2006): a) P orgânico particulado: presentes nos seres vivos e nos detritos orgânicos; b) P inorgânico particulado: fosfatos minerais e fosfatos complexados a materiais sólidos; c) P orgânico dissolvido: presentes em colóides de compostos orgânicos que contenham fósforo. São originados pela decomposição do fósforo orgânico particulado; d) P inorgânico dissolvido: ortofosfatos ou fósforo reativo dissolvido. Representados por: H2PO4, HPO4 -2, PO4 -3; e) Fósforo total: representa a soma das formas orgânicas e inorgânicas, particuladas e dissolvidas. 31 O ciclo do fósforo é relativamente simples quando comparado ao do nitrogênio. As principais formas de fósforo são: fosfato, o qual é assimilado pelas algas e bactérias dentro da matéria orgânica celular; fósforo orgânico particulado, excretado na forma de fosfato ou como fósforo orgânico dissolvido, este últimopode ser decomposto pela ação da bactéria liberando fosfato (DAY,1989 apud SANTOS, 2004). Na Figura 2 é representado o ciclo do fósforo sem a influência da cadeia alimentar segundo Silva (2006) fica resumido aos seguintes processos: 1) Absorção: nutrientes inorgânicos dissolvidos são utilizados pelos produtores primários para formação de sua biomassa; 2) Adsorção: fósforo dissolvido adsorvido pelos sólidos suspensos; 3) Excreção: processo de excreção pelo fitoplâncton; 4) Morte: nutrientes tornam-se disponíveis após a morte dos produtores primários (autólise e decomposição da matéria orgânica morta); 5) Decomposição: a decomposição da matéria orgânica morta (particulada e dissolvida) libera nutriente inorgânico dissolvido; 6) Sedimentação: matéria orgânica particulada e sólidos suspensos podem sedimentar; 7) Ressuspensão: retorno do fósforo do sedimento para a coluna de água. Figura 2: Ciclo do fósforo (SILVA, 2006). 32 3.3.6 Temperatura A temperatura é uma variável de grande importância no meio aquático, pois influencia no metabolismo das comunidades, como produtividade primária, respiração dos organismos e decomposição da matéria orgânica (SANTOS et al., 2003). Em lagos tropicais outro fator a ser considerado é o fenômeno de estratificação da massa d’água. Segundo Esteves (1998), existe a presença de três camadas de diferentes gradientes de temperatura: uma camada superior chamada de epilímio, caracterizada por uma temperatura uniforme e quente, e uma camada inferior, o hipolímio, mais fria e mais densa. Entre as duas existe uma camada com uma marcada descontinuidade de temperatura, chamada metalímio. A grande maioria dos lagos de regiões tropicais, devido aos processos geológicos que os originaram, apresenta profundidades reduzidas. Além disso, nestas regiões a variação sazonal da temperatura é pouco acentuada em relação à variação diária. Na região amazônica, por exemplo, a amplitudes de variação diária de temperatura da atmosfera é maior do que a amplitude sazonal. Assim, devido a estes dois fatores, observam-se normalmente, em lagos tropicais, estratificações e desestratificações diárias da coluna d’água, ou seja, estratificação que se desenvolve durante o período do dia, culminando com o máximo de estabilidade térmica por volta das 16 e 17 horas e desestratificação noturna, devido à perda de calor para a atmosfera. Este processo de desestratificação diária, nestes lagos, é facilitado pela pouca diferença de temperatura entre o epilímio e o hipolímio (ESTEVES, 1998). 3.3.7 Turbidez É o grau de atenuação de intensidade que um feixe de luz sofre ao atravessá-la (e esta redução se dá por absorção e espelhamento, uma vez que as partículas que provocam turbidez nas águas são maiores que o 33 comprimento de luz branca), devido à presença de sólidos em suspensão, tais como partículas inorgânicas (areia, silte, argila) e de detritos orgânicos, algas e bactérias, plâncton em geral, etc. (CETESB, 2005). A erosão das margens dos rios em estações chuvosas é um exemplo de fenômeno que resulta em aumento da turbidez das águas, que pode decorrer do mau uso do solo em que se impede a fixação da vegetação. Este exemplo mostra também o caráter sistêmico da poluição, ocorrendo inter- relações ou transferência de problemas de um ambiente (água, ar ou solo) para outro (CETESB, 2005). Alta turbidez reduz a fotossíntese de vegetação enraizada submersa e algas. Logo a turbidez pode influenciar nas comunidades biológicas aquáticas. Além disso, afeta adversamente os usos domésticos, industrial e recreacional de uma água (SOUZA; LIMA, 2003). 3.3.8 Sólido Total Os sólidos presentes na água podem ser classificados em sólidos dissolvidos, que são capazes de atravessar papel de fibras de vidro e sólidos em suspensão que são retidos pelo papel de fibras de vidro de 0.45 µm. Os sólidos dissolvidos e em suspensão, por outro lado, diferenciam-se em fixos, que são as substâncias inorgânicas e em voláteis, que compreendem a matéria orgânica e os compostos transformáveis em vapor quando aquecidos a 600° C (BATALHA, 1998). As operações de secagem, calcinação e filtração são as que definem as diversas frações de sólidos presentes na água em sólidos totais, suspensão, dissolvidos, fixos e voláteis, com exceção dos sólidos sedimentáveis que são a porção dos sólidos em suspensão que sedimenta sob a ação da gravidade durante um período de uma hora, a partir de um litro de amostra mantida em repouso em um cone Imhoff (PIVELI, 2005). 34 Sob o ponto de vista do tratamento, os sólidos em suspensão (partículas com diâmetro médio superior a 1µm), são os mais fáceis de serem separados da água, pois prevalecem sobre eles os fenômenos de massa (gravitacionais), e geralmente são removidos por sedimentação simples. Os sólidos presentes no estado coloidal (diâmetro médio na faixa de 1nm - 1µm), já são suficientemente pequenos sendo removíveis por sedimentação, desde que precedida do processo de coagulação e floculação. Os flocos que apresentam baixas velocidades de sedimentação nos decantadores podem ser separados em filtros de areia ou filtros de camada dupla de areia e carvão antracito. A dificuldade maior sob o ponto de vista do tratamento consiste na separação de moléculas muito pequenas e íons dissolvidos na água. Nestes casos, apenas processos especiais de tratamento apresentam uma boa capacidade de remoção. Dentre estes processos, destacam-se aqueles que têm como princípio os fenômenos de adsorção, troca- iônica, precipitação químico e osmose reversa (PIVELI, 2005). 3.3.9 Coliformes Termotolerantes A preservação da qualidade das águas, particularmente em relação aos mananciais e águas de consumo humano, visto que sua contaminação por excretas de origem humana ou animal pode torná-las veículo na transmissão de agentes de doenças infecciosas e parasitárias, impõe a necessidade de exames para avaliação de sua qualidade do ponto de vista bacteriológico (CETESB, 1995). A identificação completa dos microrganismos patogênicos não se faz necessária, bastando à determinação de grupos de significado higiênico e sanitário. Para tanto se utiliza organismos indicadores de contaminação fecal. Na seleção deste indicador microbiológico têm-se como requisitos sua ocorrência em grande número nas fezes humanas, não se multiplicar no ambiente aquático e ser quantificável por métodos laboratoriais rápidos e simples (CETESB, 1995). 35 O grupo coliforme é um bom indicador porque aparece em grande quantidade nas fezes humanas. Cada pessoa pode eliminar até 100 bilhões deles num único dia, com isso a possibilidade deles serem encontradas é muito grande. Por serem exclusivos das fezes de animais homeotérmicos, uma vez identificada sua presença, pode-se afirmar que a água teve contato com as excretas desses animais. São tão resistentes quanto os patogênicos e sua identificação, do ponto de vista laboratorial, requer técnicas simples (JOHNSON & ROSENBERG, 1993). Este grupo abrange espécies que integram a família das enterobactérias, incluídos os gêneros: Klebsiella, Citrobacter, Enterobacter e Escherichia, sendo este último típico da flora intestinal, mas podendo ser a maioria deles encontradas em outros locais, como solo e vegetais (BRASIL, 2004b). É interessante ressaltar, que na maioria das águas brutas com que o sanitarista trabalha, os organismos patogênicos costumam, quase sempre, estar associados a partículas responsáveis pela turbidez, que parecem utilizá-las como substrato e forma de proteção. Assim sendo, quando se promove a redução da turbidez da água bruta, são também removidos os patogênicos a ela associados. Além disto, os organismos que porventura atravessem essa fase do tratamento ficam expostos a ação dos compostos desinfetantes, sendo por eles eliminados (VIANNA, 1992). 3.4 ÍNDICE DE ESTADO TRÓFICO - IET Um dos principais processos causadores da degradação da qualidade das águas em ambientes lênticos tem sido a eutrofização que consiste no enriquecimento excessivo de nutrientes, tais como fósforo e nitrogênio, provocando o crescimento descontrolado da vegetação. Gera-se então uma biomassa superior àquela que o sistema poderia naturalmente controlar. O aumento excessivo na população e sua posterior degradação no corpo aquático geram uma demanda de oxigênio grande, a qual pode então provocar 36 a morte de animais aquáticos (peixes) e também a proliferação de organismos anaeróbios (GRASSI, 2001). O Índice do Estado Trófico - IET tem por finalidade classificar os corpos da água em diferentes graus de trofia, ou seja, avalia a qualidade da água quanto ao enriquecimento por nutrientes e seu efeito relacionado ao crescimento excessivo das algas ou ao aumento da infestação de macrófitas aquáticas, a Tabela 5 mostra a classificação do Estado Trófico segundo o Índice de Carlson modificado (CETESB, 2006). O índice de trofia empregado neste trabalho foi o de Carlson (1977) modificado por Tolledo et al. (1983), sugerido para regiões de clima tropical: IET (PT) = 10 x {6 - [ln (80, 32/PT) / ln2)]} IET (CL) = 10 {6 - [(2, 04 – 0,695 ln * CL) / ln2] Onde: CL: concentração de clorofila a medida à superfície da água, em µL-1; PT: concentração de fósforo total medida à superfície da água, em µL-1; ln: logaritmo natural. Nos meses em que estejam disponíveis dados de ambas variáveis, o resultado será a média aritmética simples dos índices relativos ao fósforo total e clorofila a, segundo a equação: IET = [IET (PT) + IET (CL)] / 2 37 Tabela 5 – Classificação do Estado Trófico da água. Valor Estado Trófico Classes do IET IET ≤ 44 Oligotrófico 1 44 < IET ≤ 54 Mesotrófico 2 54 < IET ≤ 74 Eutrófico 3 IET > 74 Hipereutrófico 4 Fonte: CETESB, 2006. 3.4 Clorofila a A clorofila a é um tipo de pigmento encontrado em parte dos cloroplastos nas células vegetais que captam seletivamente fótons de comprimento de onda definidos e utilizam essa energia para desencadear o processo fotossintético (BRANCO, 1993). Existem vários tipos de clorofila, porém as mais conhecidas são as clorofilas a, b e c. A clorofila a, é a mais comum e o principal pigmento da maioria dos vegetais e algas superiores. A clorofila b é particularmente abundante nos vegetais terrestres (CLAYTON, 1974). As concentrações de clorofila têm sido medidas em ecossistemas aquáticos, pois permitem abordagem sobre a ocorrência de microorganismos fitoplanctônicos e fornecem informações úteis sobre a qualidade da água, principalmente em processos de eutrofização. A determinação da clorofila nas águas pode avaliar a capacidade de reoxigenação do corpo d’água e também de sua população de algas (ESTEVES, 1998). Segundo Esteves (1998), a classificação de ambientes aquáticos utilizando o critério de clorofila a, associada à questão da produtividade, é a seguinte: 38 a) Oligotróficos: lagos claros e baixa produtividade e teores máximos de clorofila a de 2 µg.L-1; b) Mesotróficos: lagos com produtividade intermediária e teores de clorofila a na faixa de 2 a 6 µg.L-1; c) Eutróficos: lagos com elevada produtividade comparada ao nível natural básico e teores de clorofila a na faixa de 6 a 18 µg. L-1; d) Hipertróficos: enriquecimento máximo de nutrientes; número excessivo de algas e plantas aquáticas ao ponto de impedir ou dificultar a navegação com teores de clorofila a acima de 18 µg. L-1. 39 4 ÁREA DE ESTUDO 4.1 A REGIÃO METROPOLITANA DE BELÉM A Região Metropolitana de Belém - RMB (Figura 3) é constituída pelos municípios de Belém, Ananindeua, Marituba, Benevides e Santa Bárbara. Abrange uma área de aproximada 1.200 km2, correspondendo a 0,1 % da superfície do Estado do Pará (OLIVEIRA, 2002). Nela residem cerca de 2.197.807 de pessoas, aproximadamente, 30% da população do Estado (IBGE, 2010). Fisiograficamente está localizada na Zona Guajarina, entre as coordenadas geográficas 01º 03’ e 01º 32’ de latitudes sul e 48º 11’ e 48º 39’ de longitudes oeste de Greenwich. Limita-se ao sul com o rio Guamá, ao norte com a Baia de Marajó, a oeste com a Baia do Guajará e a leste com o município de Santa Isabel do Pará (OLIVEIRA, 2002). 40 Figura 3: Localização geográfica da Região Metropolitana de Belém. Fonte: Universidade Federal do Pará (2004). 4.2 CLIMA A Região Guajarina, onde se localiza a área estudada, é caracterizada por um clima, quente e úmido, em virtude, também, de sua baixa altitude, da topografia plana e da vegetação densa. O tipo climático atual, de acordo com a classificação de Köppen, varia entre Am e Aw tropical úmido de floresta. É uma região chuvosa, com período de chuvas de dezembro a abril, enquanto de agosto a outubro registra-se a menor pluviosidade (OLIVEIRA, 2002). O regime térmico se caracteriza pela temperatura elevada em todos os períodos, resultando na média anual de 26,9 º C (Inmet, 2009). Os ventos alcançam a velocidade média mensal calculada para uma série de 2 anos (2008 - 2009) é 1,6 m/s, notando-se que são mais fortes no verão do que no inverno. Sobre a pressão atmosférica média mensal e anual 41 calculadas para uma série de 2 anos (2008 - 2009), os valores são muito próximos em quase todos os meses (Inmet, 2009). A umidade do ar, no transcorrer do ano, acompanha de perto o regime pluviométrico, ocorrendo os maiores valores no período de dezembro a junho, atingindo marcas de até 90%, e valores médios anuais de 70% (IDESP, 1991) As médias anuais de temperatura, precipitação pluviométrica, umidade relativa, vento, pressão e evaporação calculadas para uma série de 2 anos (2008 - 2009), estão representadas nas Tabelas 6 e 7 respectivamente, segundo os dados do Instituto Nacional de Meteorologia – Belém (Inmet, 2009). Tabela 6 – Dados meteorológicos (média mensal do período de 2008 – 2009). Temperatura °C Precipitação Pluviométrica (mm) Umidade Relativa (%) Velocidade Vento (m/s) Evaporação (mm) Pressão (atm) Janeiro 25,95 443,35 90,0 0,95 29,15 1.009 Fevereiro 25,70 436,40 91,0 0,95 22,45 1.009 Março 25,90 519,85 89,5 0,95 24,40 1.009 Abril 26,10 487,50 89,5 0,95 27,30 1.009 Maio 26,25 382,35 88,5 0,85 22,00 1.010 Junho 26,75 308,15 84,5 1,15 36,80 1.011 Julho 27,20 151,00 79,5 1,65 64,40 1.012 Agosto 27,75 122,10 77,5 1,80 76,80 1.010 Setembro 27,55 121,85 77,5 1,90 84,90 1.010 Outubro 27,70 126,45 77,0 2,0 77,10 1.009 Novembro 27,90 90,15 77,5 2,0 61,80 1.008 Dezembro 27,30 212,45 83,0 1,35 55,40 1.008 Fonte: Instituto Nacional de Meteorologia – Inmet / Belém. 42 Tabela 7 – Dados meteorológicos (média anual do período de 2008 – 2009). Dados Meteorológicos / Ano 2008 2009 Total Temperatura °C 25,13 25,20 25,16 Precipitação Pluviométrica (mm) 278.3 288,63283,4 Umidade Relativa (%) 83,25 83,91 83,58 Velocidade Vento (m/s) 1,39 1,35 1,37 Evaporação (mm) 48,45 49,99 49,22 Pressão (atm) 1.008 1.009 1.008 Fonte: Instituto Nacional de Meteorologia – Inmet / Belém. 4.3 GEOLOGIA A área da RMB está representada geologicamente, em sua quase totalidade, por sedimentos arenosos da unidade Pós-Barreiras constituídos por latossolos amarelos e, ainda, por sedimentos do Grupo Barreiras e sedimentos Holocênicos e, em subsuperfície, sedimentos pertencentes à Formação Pirabas (MATTA, 2004). Matta (2004) ressalta que as principais unidades lito-estratigráficas que ocorrem na região de Belém e Ananindeua são os do Grupo Barreiras, a unidade Pós-Barreiras e os Sedimentos Holocênicos. 43 4.4 GEOMORFOLOGIA Segundo Dias (1991), os lagos do Utinga estão inseridos numa grande região morfológica, a dos “baixos platôs amazônicos e planícies litorâneas” caracterizada pelas suas cotas altimétricas mais baixas, variando de 3 a 8 m, onde é possível distinguir vários elementos que participam da estrutura morfológica da região dos baixos platôs: a) Plataformas intermediárias, correspondendo ao nível altimétrico de 10 a 15 m do patamar terciário, representando os rebordos das cabeceiras dos cursos de água. Contornadas por encostas e escarpas, tem topo aplainado tabuliforme e solos predominantemente arenosos e concrecionários característicos do Grupo Barreiras. Apresenta pontos de estrangulamento, provenientes dos processos de erosão, remontando às nascentes dos aqüíferos, de superfície; b) Níveis de terraços escalonados em altitudes inferiores com cotas variando de 5 a 10 m - baixos patamares; c) Baixadas inundáveis correspondentes ao 4° nível geral do terraço, apresentam-se esculpidas sobre terrenos recentes, em sedimentos do quaternário. 4.5 VEGETAÇÃO Segundo Moreira (1996), no município de Belém ocorre três tipos principais de vegetação: a) de várzea típica de áreas inundáveis, sobre influência periódica das marés; b) de floresta densa, associadas aos terrenos mais elevados (terra firme) e c) florestas secundárias, em áreas uma vez desmatadas. Dentro do espaço, urbano nada mais resta da floresta tropical que existiu originalmente. A cobertura vegetal predominante na área do Utinga foi originalmente à floresta Tropical Úmida Perenifólia, apresentando uma grande heterogeneidade 44 na composição de espécies dicotiledôneas de porte médio a alto e, grandes variações na densidade. A variação do porte e da freqüência de determinadas espécies em ocorrências localizadas, vem em função da inundação de áreas florestais, provocada pela barragem dos cursos d’água do Água Preta e Bolonha, pelo desmatamento para ocupação agrícola e urbana (DIAS, 1991). Devido à interferência dos solos e dos principais processos modificadores como inundação e desmatamento, a floresta primitiva – foi sendo alterada na sua cobertura original. Atualmente as áreas desmatadas ou alteradas diretamente pela ação antrópica existem em maior proporção, comparadas às áreas contendo florestas primitivas (DIAS, 1991). 4.6 TOPOGRAFIA O relevo de Belém apresenta-se de plano a suavemente ondulado na forma de baixos platôs, sem escarpamentos, exceto no litoral. É caracterizado por um conjunto de canais recentes, furos, igarapés, paranás, meandros abandonados e lagos, marcado por um complexo sistema de terra e água, com partes submetidas a inundações freqüentes, tanto pelas águas das chuvas, como pelas águas das marés ou de equinócio. A topografia da cidade é pouco variável e baixa, variando de 25 m na ilha de Mosqueiro (parte mais alta) a 4 m nas cotas mais baixas. Esta região apresenta-se constituída por solos tipo concrecionário laterítico, amarelos e nas margens do rio Guamá, o tipo “Gley pouco úmido” (MERCÊS,1997). 4.7 HIDROGRAFIA O sistema hidrográfico de Belém é constituído por duas grandes bacias: a baia de Guajará e o rio Guamá. 45 4.7.1 Baia do Guajará O Estuário Guajarino é parte integrante de outro maior, o Estuário Amazônico ou Golfão Marajoara, situado na foz do rio Amazonas, um ambiente fluvial com influências marítimas, forma-se nas confluências dos rios Pará, Acará e Guamá (PARÁ,1990). A baía situa-se a oeste da cidade de Belém e recebe as águas do rio Guamá e Acará. Possui forma alongada e estreita, e está comprimida entre as terras continentais e as ilhas fluviais da Onça, Arapiranga, Cotijuba, Jararaca, Mirim, Paquetá Açu e Jutuba. Comunica-se com a baia do Marajó e sofre diretamente a influência das marés oceânicas. 4.7.2 Rio Guamá O rio Guamá, afluente do rio Pará, tem 700 km de extensão. Nasce na Serra dos Coroados, correndo em direção Sul – Norte até a cidade de Ourém, situada em sua margem direita. Seguindo para Oeste, encontra-se com o rio Capim. É navegável por pequenas embarcações até sua primeira cachoeira, a 225 km de Belém. Na foz, na Baia do Guajará, atinge 900 km de largura. O rio Guamá também é de fundamental importância, não somente no abastecimento de água para esta cidade como também no seu aspecto hidrológico (RIBEIRO, 1992). O rio Guamá e seus afluentes sofrem influências de marés e recebe constantemente sedimentos da baía do Guajará, esta que possui suas águas barrentas e, temporariamente, salobras no ápice do verão. A oscilação de suas águas, provocando variações sazonais, chegam a alagar parte das dezenas de ilhas e elevam o nível d’água dos inúmeros canais, inclusive de alguns setores da Região Metropolitana de Belém. Essa situação, aliada a outros parâmetros ambientais, é prejudicial ao abastecimento público, pois grande parte da água distribuída à população de Belém é aduzida do rio Guamá para o lago Água 46 Preta e daí, passando pelo lago Bolonha, transportada para a Estação de Tratamento de Água do Utinga (OLIVEIRA, 2002). 4.7.3 Lago Água Preta O lago Água Preta apresenta um volume de aproximadamente 9.905.000 m3 e uma área de 3.116.860 m2 (JUNIOR, M. I; COSTA, F. R, 2003), é formado pelas bacias hidrográficas dos igarapés Catu e Água Preta, do qual recebe o nome, encontra-se em grande parte nas terras do Utinga, as quais pertencem a COSANPA, em terras da EMBRAPA, e em áreas pertencentes a terceiros (CENSA/COSANPA, 1983). Considerado como principal lago que serve como fonte de abastecimento da cidade de Belém e com obras na barragem do lago em 1973, o lago Água Preta inicialmente com 6,0 x 106 m3 de água acumulada foi ampliado a fim de permitir uma reserva de 10,55 x 106 m3 de água acumulada, 3.116.868 m2 de área de lâmina d’água (CENSA/COSANPA, 1983). A carta batimétrica do lago Água Preta registra uma profundidade máxima de 4,4 m na porção central da bacia e profundidade mínima de 0,50 m na área próxima a do rio Guamá (SODRÉ, 2007). Apresenta uma larga faixa de vegetação e proteção. Possui três nascentes designadas como nº 3; nº 4 e nº 5. A nascente conhecida como n° 3 encontra-se localizada nos fundos de um conjunto habitacional Tropical, área onde estão instaladas indústrias, clubes recreativos e imóveis de ocupação residencial, a área é de terceiros, penetrando cerca de 1.800 m além dos limites das terras do Utinga. A nascente n° 4 localiza-se fora dos limites do Utinga e a nascente nº 5 penetra cerca de 750 m em terras de terceiros, ou seja, fora dos limites do Utinga, que são propriedades da COSANPA. 47 4.7.4 Lago Bolonha O lago Bolonha apresentauma forma alongada, com 2,10 x106 m3 de água acumulada, 512.540 m2 de lâmina d’água e profundidade máxima em torno de 7,64 m, é um dos mananciais que vem contribuindo ao longo do tempo, como fonte de água para o abastecimento da cidade de Belém (COSANPA, 1983). Possui duas nascentes designadas com o n° 1 e n° 2, a de n° 1 encontra-se nos fundos da Granja Santa Lúcia, do Ministério da Agricultura, e se localiza nas terras do Utinga, de propriedade da COSANPA, a nascente n° 2 encontra-se fora de suas propriedades, suas margens estão totalmente ocupadas, o qual direta ou indiretamente são lançados detritos no próprio manancial (CENSA/COSANPA apud RIBEIRO, 1992). A bacia hidrográfica do lago Bolonha encontra-se localizada na região metropolitana de Belém, entre a BR 316 e o limite da bacia hidrográfica do lago Água Preta, limitando-se ao Norte e a Leste: com terras do Hospital da Aeronáutica, da Assembléia Paraense, da fundação Pestalozzi, da Tuna Luso Brasileira, do Conjunto BASA, do DNER e cerca de 300 outros lotes pertencentes a terceiros; ao Sul com os terrenos da bacia do lago Água Preta e a Oeste com a barragem do Bolonha (CENSA/COSANPA, 1983). 48 4.8 HISTÓRICO DO ABASTECIMENTO DE ÁGUA DE BELÉM Dentro da história do abastecimento de água da cidade de Belém é possível observar que, os habitantes da cidade no período colonial, encontravam muitas dificuldades para obter água em quantidade e qualidade satisfatória. Os registros históricos revelam que os portugueses construíram poços e bicas públicas, para o uso de todos os moradores (RIBEIRO, 2002). No “Ensaio Corográfico sobre o Pará”, Baena (apud CRUZ, 1944) relata a existência de um igarapé no sítio Tapanã, denominado Domingos, nome de um antigo morador – o índio Domingos -, de águas cristalinas, do qual bebiam os capitães generais, bispos, capitalistas e altos funcionários públicos. A água era transportada em barris colocados nas canoas que faziam o transporte diuturnamente entre Fortaleza da Barra e a cidade. Em 1801, os governantes portugueses mandaram construir para uso dos moradores e áreas adjacentes, na Travessa Piedade, um chafariz enterrado de pedra, para o qual havia uma descida feita de duas escadas laterais de cinco degraus de ladrilho. Além dessa fonte de água outros dez poços públicos foram construídos, sendo seis de pedra e quatro de madeira. Existiam também poços particulares que eram franqueados pelo público. Também por essa época existia um alagadiço que mais tarde foi transformado em manancial (Paúl d’Água), que instituiu um rendoso comércio de venda de água para a população. Entretanto, esse manancial se encontrava em precárias condições de conservação e utilização, devido à intensa exploração e a falta de recursos financeiros do governo da província para realização de obras de proteção e recuperação (FEITOSA, 1994). Assim, em 1854, o presidente da Província, Sebastião do Rêgo Barros, sancionou a primeira lei para construção do sistema de abastecimento de água da cidade de Belém, com o objetivo de proteger a qualidade da água oriunda do manancial Paul D’Água e sua distribuição à população. No entanto, só foram realizados os estudos preliminares (FEITOSA, 1994). No governo do presidente Francisco Araújo Brusque, em 1862, a fim de melhorar o abastecimento de água da cidade de Belém, foi firmado contrato 49 com a empresa Mediclott & Cia. que propôs a utilização dos mananciais do Una como fonte de abastecimento, sem, no entanto, ter sido executado, pois, segundo Feitosa (1994), em 1864, havia divergências contratuais com a referida firma, pelo então Presidente Couto de Magalhães, o que contribuiu para que os serviços de distribuição de água continuassem a cargo dos “aguadeiros”. Em julho de 1865, o serviço passou à responsabilidade do Tesouro Provincial. Quatro anos mais tarde, em 1869, foi firmado entre o Presidente Conselheiro João Bento da Cunha Figueiredo e o Coronel João Augusto Corrêa, o primeiro contrato para o fornecimento de água canalizada da cidade de Belém. Toda via esse contrato foi reincidido sem que as obras tivessem sido iniciadas. A essa altura, dois mananciais, de Ananindeua e Marituba, já haviam sido objeto de estudos e concluída a aprovação dos mesmos para o abastecimento de Belém (IDESP, 1991). A poluição desses mananciais devido aos dejetos urbanos determinou a transferência das fontes de abastecimento de água para as novas estradas paralelas as de São Bráz e Constituição. Somente com a criação da Companhia das Águas do Grão Pará, em 1881 é que finalmente foram demarcados os terrenos que deviam ser desapropriados no Utinga, como necessários à conservação dos mananciais. De acordo com o Dr. Souza Dantas Filho, essa fonte poderia produzir, no inverno, nove milhões de litros de água e no verão cerca de quatro milhões, pelo que foi logo aceito como principal manancial aqüífero da Companhia (DIAS, 1991). A Figura 4, mostra em 1883 as obras de canalização das águas do Utinga. 50 Figura 4: Canalização das águas do Utinga. Fonte: COSANPA (2009). O serviço de abastecimento pela Companhia das Águas do Grão-Pará foi inaugurado em 1883, com captação de águas dos mananciais do Utinga (FEITOSA, 1994). Entre 1901 e 1907, quando o Utinga já se mostrava insuficiente para atender a demanda de água potável na cidade de Belém, foi determinada a captação de suas águas por meio de galerias subterrâneas filtrantes e a construção de uma represa em toda sua bacia. Nesta ocasião, foi também determinada a construção de muros ao longo de um pequeno canal (“rego”) que conduzia as águas de três nascentes (Utinga, Buiussuquara e Catu) para um poço de acumulação, evitando assim o seu contato com as áreas inundáveis (CODEM, 1987). Os lagos formadores dos mananciais de Belém foram criados na década de 30, a partir de barragens de cursos d’água. O primeiro a ser represado foi o rio Catu e os igarapés Buiussuquara e Utinga e, o segundo foi o rio Água Preta (SILVA, 1999). Em 1932 houve a construção do Canal Yuna (Figura 5), pelo qual as águas dos rios Água Preta e Catu eram desviadas para o Buiussuquara para que juntas chegassem até as bombas do Utinga (SILVA, 1999). 51 Figura 5: Canal Yuna. Fonte: COSANPA (2009). Em 1945, houve a reconstrução da barragem do lago Água Preta, elevando a sua altura em aproximadamente 0,8 m e também da barragem do lago Bolonha, elevada em aproximadamente 2,3 m. Deu-se também o inicio da construção de um novo canal que remanejava as águas do canal do Yuna e do igarapé Buiussuquara, finalizado em 1949 (SILVA, 1999). Em 1955, iniciou-se a construção da Estação de Tratamento de Água e a estabilização da barragem do lago água Preta. Após a conclusão destas obras, em 1957, foi instalada uma bomba de recalque para captar água do rio Guamá e, assim, complementar o abastecimento de água potável para a cidade de Belém, pois o sistema de lagos do Utinga não atendia a demanda da cidade durante o período de estiagem. Em 1968, procedeu-se a ampliação da capacidade de bombeamento (CODEM, 1987; FEITOSA, 1994). Na década de 80 houve a construção do atual canal de interligação entre os lagos Água Preta e Bolonha (Figura 6), como forma de manutenção de seus níveis. Apesar de receber as águas drenadas de suas bacias, o volume destes lagos é mantido pela captação de água do rio Guamá (SILVA, 1999). 52 Figura 6: Canal de ligação Água Preta - Bolonha
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