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MANUAL DO CURSO DE LICENCIATURA EM GESTÃO AMBIENTAL 2º Ano Disciplina: HIDROLOGIA Código: ISCED21-GEOCFE016 Total Horas/1o Semestre: 150 Créditos (SNATCA): 6 Número de Temas: 8 INSTITUTO SUPERIOR DE CIÊNCIAS E EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA - ISCED ISCED CURSO: GESTÃO AMBIENTAL; 20 Ano Disciplina/Módulo: Hidrologia i Direitos de autor (copyright) Este manual é propriedade do Instituto Superior de Ciências e Educação a Distância (ISCED), e contém reservados todos os direitos. É proibida a duplicação ou reprodução parcial ou total deste manual, sob quaisquer formas ou por quaisquer meios (electrónicos, mecânico, gravação, fotocópia ou outros), sem permissão expressa de entidade editora (Instituto Superior de Ciências e Educação a Distância (ISCED). A não observância do acima estipulado o infractor é passível a aplicação de processos judiciais em vigor no País. Instituto Superior de Ciências e Educação a Distância (ISCED) Direcção Académica Rua Dr. Almeida Lacerda, No 212 Ponta - Gêa Beira - Moçambique Telefone: +258 23 323501 Cel: +258 82 3055839 Fax: 23323501 E-mail: isced@isced.ac.mz Website: www.isced.ac.mz ISCED CURSO: GESTÃO AMBIENTAL; 20 Ano Disciplina/Módulo: Hidrologia ii Agradecimentos O Instituto Superior de Ciências e Educação a Distância (ISCED) e o autor do presente manual agradecem a colaboração dos seguintes indivíduos e instituições na elaboração deste manual: Pela Coordenação Pelo design Direção Académica do ISCED Direção de Qualidade e Avaliação do ISCED Financiamento e Logística Pela Revisão Instituto Africano de Promoção da Educação a Distancia (IAPED) Mário Silva Uacane Elaborado Por: Luís Deixa Joaquim – Mestrado em Ciências e Sistemas de Informação Geográfica, pela Universidade Católica de Moçambique ISCED CURSO: GESTÃO AMBIENTAL; 20 Ano Disciplina/Módulo: Hidrologia iii Índice Visão geral 1 Benvindo à Disciplina/Módulo de Hidrografia ................................................................. 1 Objectivos do Módulo....................................................................................................... 1 Quem deveria estudar este módulo ................................................................................. 1 Como está estruturado este módulo ................................................................................ 2 Ícones de actividade ......................................................................................................... 3 Habilidades de estudo ...................................................................................................... 3 Precisa de apoio? .............................................................................................................. 5 Tarefas (avaliação e auto-avaliação) ................................................................................ 6 Avaliação ........................................................................................................................... 6 TEMA – I: INTRODUÇÃO AO ESTUDO DA HIDROGRAFIA 9 UNIDADE Temática 1.1. O conceito e perfil histórico da hidrografia ............................... 9 Introdução ......................................................................................................................... 9 Sumário ........................................................................................................................... 11 Exercícios de AUTO-AVALIAÇÃO ..................................................................................... 11 UNIDADE Temática 1.1. Objectos aquáticos e noção da hidrosfera .............................. 13 Introução ......................................................................................................................... 13 Sumário ........................................................................................................................... 16 Exercícios de AUTO-AVALIAÇÃO ..................................................................................... 16 TEMA – I: CARACTERÍSTICAS DAS ÁGUAS NATURAIS 17 UNIDADE Temática 2.1. Características Físicas das Águas: Cor, Turbidez, Sólidos, Temperatura, Sabor e Odor. ........................................................................................... 17 Introdução ....................................................................................................................... 17 Sumário ........................................................................................................................... 30 Exercícios de AUTO-AVALIAÇÃO ..................................................................................... 30 UNIDADE Temática.2.2: Características Químicas das Águas Naturais .......................... 33 ISCED CURSO: GESTÃO AMBIENTAL; 20 Ano Disciplina/Módulo: Hidrologia iv Introdução ....................................................................................................................... 33 Sumário ........................................................................................................................... 42 Exercícios de AUTO-AVALIAÇÃO ..................................................................................... 42 Exercícios de AUTO-AVALIAÇÃO DO TEMA 2 ................................................................. 45 TEMA – III: CICLO HIDROLÓGICO 47 UNIDADE Temática 3.1: Conceito do ciclo hidrológico e as suas diferentes fases ........ 47 Introdução ....................................................................................................................... 47 Sumário ........................................................................................................................... 50 Exercícios de AUTO-AVALIAÇÃO ..................................................................................... 51 TEMA IV: ÁGUAS SUPERFICIAIS 53 UNIDADE Temática 1.1.4.1. Hidrografia dos oceanos .................................................... 53 Introdução ....................................................................................................................... 53 Sumário ........................................................................................................................... 67 Exercícios de AUTO-AVALIAÇÃO ..................................................................................... 67 UNIDADE Temática. 4.2: Rios .......................................................................................... 69 Introdução ....................................................................................................................... 69 Sumário ........................................................................................................................... 79 Exercícios de AUTO-AVALIAÇÃO ..................................................................................... 80 UNIDADE Temática.4.3: Hidrografia dos Lagos e Pântanos ........................................... 82 Introdução ....................................................................................................................... 82 Sumário ........................................................................................................................... 89 Exercícios de AUTO-AVALIAÇÃO .....................................................................................89 Exercícios de AUTO-AVALIAÇÃO DO TEMA 4 ................................................................. 91 TEMA V: ÁGUAS SUBTERRÂNEAS E AQUÍFEROS. 92 UNIDADE Temática 5.1. Águas Subterrâneas ................................................................. 92 Introdução ....................................................................................................................... 92 Sumário .......................................................................................................................... 99 Exercícios de AUTO-AVALIAÇÃO ..................................................................................... 99 ISCED CURSO: GESTÃO AMBIENTAL; 20 Ano Disciplina/Módulo: Hidrologia v UNIDADE Temática.5.2. Aquíferos ................................................................................ 101 Introdução ..................................................................................................................... 101 Sumário ......................................................................................................................... 111 Exercícios de AUTO-AVALIAÇÃO ................................................................................... 112 Exercícios de AUTO-AVALIAÇÃO DO TEMA V ............................................................... 113 TEMA VI: GLACIARES 115 UNIDADE Temática 6.1. Glaciares, sua formação, crescimento e destruição .............. 115 Introdução ..................................................................................................................... 115 Sumário ......................................................................................................................... 131 Exercícios de AUTO-AVALIAÇÃO ................................................................................... 131 TEMA VII: HIDROGRAMA 134 UNIDADE Temática 7.1. Hidrograma ............................................................................ 134 Introdução ..................................................................................................................... 134 Sumário ......................................................................................................................... 139 Exercícios de AUTO-AVALIAÇÃO ................................................................................... 139 TEMA VIII: RECURSOS HÍDRICOS 142 UNIDADE Temática 8.1: Recursos Hídricos, seus impactos e usos ............................... 142 Introdução ..................................................................................................................... 142 Sumário ......................................................................................................................... 156 Exercícios de AUTO-AVALIAÇÃO ................................................................................... 156 ISCED CURSO: GESTÃO AMBIENTAL; 20 Ano Disciplina/Módulo: Hidrologia 1 Visão geral Benvindo à Disciplina/Módulo de Hidrografia Objectivos do Módulo Ao terminar o estudo deste módulo de Hidrografia deverá ser capaz de: conhecer a origem e ocorrência das águas superficiais, subterrâneas e glaciares, identificar as características físicas e químicas das águas naturais, conhecer o ciclo hidrológico e a sua importância na manutenção da vida no planeta. Objectivos Específicos Conceitualizar a Hidrografia; Descrever as propriedades físicas e químicas das águas; Debruçar sobre a circulação da água na natureza; Caracterizar os oceanos; Demonstrar a importância económica dos oceanos; Descrever os mecanismos de poluição dos oceanos; Caracterizar as águas subterrâneas; Explicar o processo de contaminação das águas subterrâneas; Caracterizar os glaciares; Descrever a importância dos glaciares na manutenção do equilíbrio térmico. Quem deveria estudar este módulo Este Módulo foi concebido para estudantes do 2º ano do curso de licenciatura em Gestão Ambiental do ISCED. Poderá ocorrer, contudo, que haja leitores que queiram se actualizar e consolidar seus conhecimentos nessa disciplina, esses serão bem vindos, não sendo necessário para tal se inscrever. Mas poderá adquirir o manual. ISCED CURSO: GESTÃO AMBIENTAL; 20 Ano Disciplina/Módulo: Hidrologia 2 Como está estruturado este módulo Este módulo de Hidrografia, para estudantes do 2º ano do curso de licenciatura em Gestão Ambiental, à semelhança dos restantes do ISCED, está estruturado como se segue: Páginas introdutórias Um índice completo. Uma visão geral detalhada dos conteúdos do módulo, resumindo os aspectos-chave que você precisa conhecer para melhor estudar. Recomendamos vivamente que leia esta secção com atenção antes de começar o seu estudo, como componente de habilidades de estudos. Conteúdo desta Disciplina / módulo Este módulo está estruturado em Temas. Cada tema, por sua vez comporta certo número de unidades temáticas ou simplesmente unidades,. Cada unidade temática se caracteriza por conter uma introdução, objectivos, conteúdos. No final de cada unidade temática, são incorporados antes o sumário, exercícios de auto-avaliação, só depois é que aparecem os exercícios de avaliação. Os exercícios de avaliação têm as seguintes caracteristicas: Puros exercícios teóricos/Práticos, Problemas não resolvidos e actividades práticas algunas incluindo estudo de caso. Outros recursos A equipa dos académicos e pedagogos do ISCED, pensando em si, num cantinho, recóndito deste nosso vasto Moçambique e cheio de dúvidas e limitações no seu processo de aprendizagem, apresenta uma lista de recursos didácticos adicionais ao seu módulo para você explorar. Para tal o ISCED disponibiliza na biblioteca do seu centro de recursos mais material de estudos relacionado com o seu curso como: Livros e/ou módulos, CD, CD- ROOM, DVD. Para elém deste material físico ou electrónico disponível na biblioteca, pode ter acesso a Plataforma digital moodle para alargar mais ainda as possibilidades dos seus estudos. ISCED CURSO: GESTÃO AMBIENTAL; 20 Ano Disciplina/Módulo: Hidrologia 3 Auto-avaliação e Tarefas de avaliação Tarefas de auto-avaliação para este módulo encontram-se no final de cada unidade temática e de cada tema. As tarefas dos exercícios de auto-avaliação apresentam duas características: a) apresentam exercícios resolvidos com detalhes; b) exercícios que mostram apenas respostas. As tarefas de avaliação são semelhantes às de auto-avaliação mas sem mostrar os passos, devendo obedecer o grau crescente de dificuldades do processo de aprendizagem, umas a seguir a outras. Parte das terefas de avaliação será objecto dos trabalhos de campo a serem entregues aos tutores/doceentes para efeitos de correcção e subsequentemente nota. Também constará do exame do fim do módulo. Pelo que, caro estudante, fazer todos os exercícios de avaliação é uma grande vantagem. Comentários e sugestões Use este espaço para dar sugestões valiosas, sobre determinados aspectos, quer de natureza científica, quer de natureza diadáctico- Pedagógica, etc, sobre como deveriam ser ou estar apresentadas. Pode ser que graças as suas observações que, em de confiança, classificamo-las de úteis, o próximo módulo venha a ser melhorado. Ícones de actividade Ao longo deste manual irá encontrar uma série de ícones nas margens das folhas. Estes ícones servem para identificar diferentes partes do processo de aprendizagem. Podem indicar uma parcela específica de texto, uma nova actividade ou tarefa, uma mudança de actividade, etc. Habilidades de estudo O principal objectivodeste campo é o de ensinar/aprender a aprender. Aprender aprende-se. Durante a formação e desenvolvimento de competências, para facilitar a aprendizagem e alcançar melhores resultados, implicará empenho, dedicação e disciplina no estudo. Isto é, os bons resultados apenas se conseguem com estratégias eficientes e eficazes. Por isso é importante saber como, onde e quando estudar. Apresentamos algumas sugestões com as quais esperamos que caro estudante possa rentabilizar o tempo dedicado aos estudos, procedendo como se segue: ISCED CURSO: GESTÃO AMBIENTAL; 20 Ano Disciplina/Módulo: Hidrologia 4 1º Praticar a leitura. Aprender a Distância exige alto domínio de leitura. 2º Fazer leitura diagonal aos conteúdos (leitura corrida). 3º Voltar a fazer leitura, desta vez para a compreensão e assimilação crítica dos conteúdos (ESTUDAR). 4º Fazer seminário (debate em grupos), para comprovar se a sua aprendizagem confere ou não com a dos colegas e com o padrão. 5º Fazer TC (Trabalho de Campo), algumas actividades práticas ou as de estudo de caso, se existirem. IMPORTANTE: Em observância ao triângulo modo-espaço-tempo, respectivamente como, onde e quando estudar, como foi referido no início deste item, antes de organizar os seus momentos de estudo reflicta sobre o ambiente de estudo que seria ideal para si. Estudo melhor em casa/biblioteca/café/outro lugar? Estudo melhor à noite/de manhã/de tarde/fins de semana/ao longo da semana? Estudo melhor com música/num sítio sossegado/num sítio barulhento!? Preciso de intervalo em cada 30 minutos, em cada hora, etc. É impossível estudar numa noite tudo o que devia ter sido estudado durante um determinado período de tempo; Deve estudar cada ponto da matéria em profundidade e passar só ao seguinte quando achar que já domina bem o anterior. Privilegia-se saber bem (com profundidade) o pouco que puder ler e estudar, que saber tudo superficialmente! Mas a melhor opção é juntar o útil ao agradável: Saber com profundidade todos conteúdos de cada tema, no módulo. Dica importante: não recomendamos estudar seguidamente por tempo superior a uma hora. Estudar por tempo de uma hora intercalado por 10 (dez) a 15 (quinze) minutos de descanso (chama-se descanso à mudança de actividades). Ou seja que durante o intervalo não se continuar a tratar dos mesmos assuntos das actividades obrigatórias. Uma longa exposição aos estudos ou ao trabalho intelectual obrigatório, pode conduzir ao efeito contrário: baixar o rendimento da aprendizagem. Por que o estudante acumula um elevado volume de trabalho, em termos de estudos, em pouco tempo, criando interferência entre os conhecimentos, perde sequência lógica, por fim ao perceber que estuda tanto mas não aprende, cai em insegurança, depressão e desespero, por se achar injustamente incapaz! ISCED CURSO: GESTÃO AMBIENTAL; 20 Ano Disciplina/Módulo: Hidrologia 5 Não estude na última da hora; quando se trate de fazer alguma avaliação. Aprenda a ser estudante de facto (aquele que estuda sistemáticamente), não estudar apenas para responder a questões de alguma avaliação, mas sim estude para a vida, sobre tudo, estude pensando na sua utilidade como futuro profissional, na área em que está a se formar. Organize na sua agenda um horário onde define a que horas e que matérias deve estudar durante a semana; Face ao tempo livre que resta, deve decidir como o utilizar produtivamente, decidindo quanto tempo será dedicado ao estudo e a outras actividades. É importante identificar as ideias principais de um texto, pois será uma necessidade para o estudo das diversas matérias que compõem o curso: A colocação de notas nas margens pode ajudar a estruturar a matéria de modo que seja mais fácil identificar as partes que está a estudar e Pode escrever conclusões, exemplos, vantagens, definições, datas, nomes, pode também utilizar a margem para colocar comentários seus relacionados com o que está a ler; a melhor altura para sublinhar é imediatamente a seguir à compreensão do texto e não depois de uma primeira leitura; Utilizar o dicionário sempre que surja um conceito cujo significado não conhece ou não lhe é familiar; Precisa de apoio? Caro estudante, temos a certeza que por uma ou por outra razão, o material de estudos impresso, lhe pode suscitar algumas dúvidas como falta de clareza, alguns erros de concordância, prováveis erros ortográficos, falta de clareza, fraca visibilidade, páginas trocadas ou invertidas, etc). Nestes casos, contacte os serviços de atendimento e apoio ao estudante do seu Centro de Recursos (CR), via telefone, sms, E-mail, se tiver tempo, escreva mesmo uma carta participando a preocupação. Uma das atribuições dos Gestores dos CR e seus assistentes (Pedagógico e Administrativo), é a de monitorar e garantir a sua aprendizagem com qualidade e sucesso. Dai a relevância da comunicação no Ensino a Distância (EAD), onde o recurso as TIC se torna incontornável: entre estudantes, estudante – Tutor, estudante – CR, etc. As sessões presenciais são um momento em que você caro estudante, tem a oportunidade de interagir fisicamente com staff do seu CR, com tutores ou com parte da equipa central do ISCED indigetada para acompanhar as sua sessões presenciais. Neste período pode apresentar dúvidas, tratar assuntos de natureza pedagógica e/ou administrativa. ISCED CURSO: GESTÃO AMBIENTAL; 20 Ano Disciplina/Módulo: Hidrologia 6 O estudo em grupo, que está estimado para ocupar cerca de 30% do tempo de estudos a distância, é muita importância, na medida em que permite-lhe situar, em termos do grau de aprendizagem com relação aos outros colegas. Desta maneira ficará a saber se precisa de apoio ou precisa de apoiar aos colegas. Desenvolver hábito de debater assuntos relacionados com os conteúdos programáticos, constantes nos diferentes temas e unidade temática, no módulo. Tarefas (avaliação e auto-avaliação) O estudante deve realizar todas as tarefas (exercícios, actividades e autoavaliação), contudo nem todas deverão ser entregues, mas é importante que sejam realizadas. As tarefas devem ser entregues duas semanas antes das sessões presenciais seguintes. Para cada tarefa serão estabelecidos prazos de entrega, e o não cumprimento dos prazos de entrega, implica a não classificação do estudante. Tenha sempre presente que a nota dos trabalhos de campo conta e é decisiva para ser admitido ao exame final da disciplina/módulo. Os trabalhos devem ser entregues ao Centro de Recursos (CR) e os mesmos devem ser dirigidos ao tutor/docente. Podem ser utilizadas diferentes fontes e materiais de pesquisa, contudo os mesmos devem ser devidamente referenciados, respeitando os direitos do autor. O plágio1 é uma violação do direito intelectual do(s) autor(es). Uma transcrição à letra de mais de 8 (oito) palavras do testo de um autor, sem o citar é considerado plágio. A honestidade, humildade científica e o respeito pelos direitos autorais devem caracterizar a realização dos trabalhos e seu autor (estudante do ISCED). Avaliação Muitos perguntam: Como é possível avaliar estudantes à distância, estando eles fisicamente separados e muito distantes do docente/turor!? Nós dissemos: Sim é muito possível, talvez seja uma avaliação mais fiável e concistente. Você será avaliado durante os estudos à distância que contam com um mínimo de 90% do total de tempo que precisa de estudar os conteúdos do seu módulo. Quando o tempo de contacto presencial conta com um máximo de 10%) do total de tempo do módulo. A 1 Plágio - copiar ou assinar parcial ou totalmente uma obra literária, propriedade intelectual de outras pessoas, sem prévia autorização.ISCED CURSO: GESTÃO AMBIENTAL; 20 Ano Disciplina/Módulo: Hidrologia 7 avaliação do estudante consta detalhada do regulamentada de avaliação. Os trabalhos de campo por si realizados, durante estudos e aprendizagem no campo, pesam 25% e servem para a nota de frequência para ir aos exames. Os exames são realizados no final da cadeira disciplina ou modulo e decorrem durante as sessões presenciais. Os exames pesam no mínimo 75%, o que adicionado aos 25% da média de frequência, determinam a nota final com a qual o estudante conclui a cadeira. A nota de 10 (dez) valores é a nota mínima de conclusão da cadeira. Nesta cadeira o estudante deverá realizar pelo menos 2 (dois) trabalhos e 1 (um) (exame). Algumas actividades práticas, relatórios e reflexões serão utilizados como ferramentas de avaliação formativa. Durante a realização das avaliações, os estudantes devem ter em consideração a apresentação, a coerência textual, o grau de cientificidade, a forma de conclusão dos assuntos, as recomendações, a identificação das referências bibliográficas utilizadas, o respeito pelos direitos do autor, entre outros. Os objectivos e critérios de avaliação constam do Regulamento de Avaliação. ISCED CURSO: GESTÃO AMBIENTAL; 20 Ano Disciplina/Módulo: Hidrologia 9 TEMA – I: INTRODUÇÃO AO ESTUDO DA HIDROGRAFIA UNIDADE Temática 1.1. O conceito e perfil histórico da hidrografia Introdução Caro estudante, nessa primeira unidade temática, terá como enfoque principal, a definição do termo hidrografia, seu objecto de estudo. E também poderá se apresentar o caminho percorrido pela hidrografia desde passado até a actualidade. Ao completar esta unidade, você deverá ser capaz de: Objectivos específicos Definir os conceitos “Hidrografia e Hidrologia” Identificar o objecto de estudo da Hidrografia Explicar o percurso histórico da Hidrografia Desenvolvimento De acordo com Húo (2009), o objecto de estudo da hidrografia é a Hidrosfera. A hidrosfera corresponde a parte líquida da geosfera. Vemos então que os fenómenos hidrográficos serão os correspondentes , tanto a águas continentais superficiais ou subterrâneas, como as dos oceanos. Para Lagem (1996), a Hidrografia divide-se em Hidrologia, o estudo das águas superficiais e subterrâneas; e a Oceanografia, o estudo das águas dos mares e oceanos, essas últimas constituem-se por si só um conhecimento específico. Alguns autores colocam a Liminologia (águas lacustres) como uma subdivisão especial da Hidrologia. Assim sendo, Hidrologia é a ciência que estuda a ocorrência, distribuição e movimentação da água no planeta Terra. A definição actual deve ser ampliada para incluir aspectos de qualidade da água, ecologia, poluição e descontaminação “Os mais antigos trabalhos de drenagem e irrigação em larga escala são atribuídos ao Faraó Menés, fundador da primeira dinastia egípcia, que barrou o rio Nilo próximo a Mênphis, com uma barragem de 15m e extensão de aproximadamente 500 ISCED CURSO: GESTÃO AMBIENTAL; 20 Ano Disciplina/Módulo: Hidrologia 10 metros, para alimentar o canal de irrigação. Também no Egipto encontram-se os primeiros registos sistemáticos de níveis de enchentes. Estes registos datam de 3.500 a.C. e indicavam aos agricultores a época oportuna de romper os diques para inundar e fertilizar as terras agricultáveis. Nota-se que, aos egípcios, pouco importavam o estudo da Hidrologia como ciência mas sim a sua utilização. Muitos conceitos erróneos e falhas de compreensão atravessaram o desenvolvimento da engenharia no seu sentido actual. Os gregos foram os primeiros filósofos que estudaram seriamente a Hidrologia, com Aristóteles sugerindo que os rios eram alimentados pelas chuvas. Sua maior dificuldade era explicar a origem da água subterrânea. Somente na época de Leonardo da Vinci (por volta de 1.500 d.C.) a ideia da alimentação dos rios pela precipitação começou a ser aceite. No entanto, foi apenas no ano de 1694 que Perrault, através de medidas pluviométricas na bacia do rio Sena, demonstrou, quantitativamente, que o volume precipitado ao longo do ano era suficiente para manter o volume escoado. O astrónomo inglês Halley, em 1693, provou que a evaporação da água do mar era suficiente para responder por todas as nascentes e fluxos de água. Mariotte, em 1686, mediu a velocidade do rio Sena. Estes primeiros conhecimentos de Hidrologia permitiram inúmeros avanços no Século XVIII, incluindo o teorema de Bernoulli, o Tubo Pitot e a Fórmula de Chèzy, que formam a base da Hidráulica e da Mecânica dos Fluidos. Durante o Século XIX, foram feitos significantes avanços na teoria da água subterrânea, incluindo a Lei de Darcy. No que se refere à Hidrologia de águas superficiais, muitas fórmulas e instrumentos de medição foram criados. Chow (1954) chamou o período compreendido entre 1900 e 1930 como o Período do Empirismo. O período de 1930 a 1950 seria o Período da Racionalização. Datam desta época o Hidrograma Unitário de Sherman (1932) e a Teoria da Infiltração de Horton (1933). Entre 1940 a 1950 foram feitos significantes avanços no entendimento do processo de evaporação. Em 1958, Gumbel lança as bases da moderna hidrologia estocástica. A partir da década de 70, a Hidrologia passa a contar com os avanços computacionais, o que levaram ao desenvolvimento de muitos modelos de simulação” (Húo:2009) ISCED CURSO: GESTÃO AMBIENTAL; 20 Ano Disciplina/Módulo: Hidrologia 11 Sumário A Hidrografia trata das águas continentais superficiais ou subterrâneas, como as dos oceanos, sua ocorrência em diversos estados (sólido, líquido e gasoso), sua distribuição ao longo do planeta terra. A Hidrologia é a ciência que estuda a ocorrência, distribuição e movimentação da água no planeta Terra. A definição actual deve ser ampliada para incluir aspectos de qualidade da água, ecologia, poluição e descontaminação. O objecto de estudo da hidrografia é a água da Terra, abrange por isso Oceanos, Mares, gelo, água do subsolo, lagos, água da atmosfera e rios Exercícios de AUTO-AVALIAÇÃO ISCED CURSO: GESTÃO AMBIENTAL; 20 Ano Disciplina/Módulo: Hidrologia 12 1. Qual é o objecto de estudo da hidrogafia a) Oceanografia; b) Hidrologia;c)Liminologia; d) águas continentais superficiais; e) água da Terra, abrangendo oceanos, mares, geleiras, água do subsolo, lagos, água da atmosfera e rios 2. A ciência que se dedica ao estudo dos lagos chama se a) Oceanografia; b) Hidrologia;c)Liminologia; d) águas continentais superficiais 3. A Oceanografia, trata de: a) Águas superficiais continentais; b) águas lacustres; c)águas oceânicas; d) águas dos oceanos e mares 4. Em 1958, são lançadas as bases da moderna hidrologia estocástica, pelo a) Halley; b) Leonardo da Vinci; c) Mariotte; d) Gumbel 5. O astrónomo que em 1693, provou que a evaporação da água do mar era suficiente para responder por todas as nascentes e fluxos de água, foi a) Halley; b) Leonardo da Vinci; c) Mariotte; d) Gumbel 6. Em 1686, foi medida a velocidade do rio Sena pelo a) Halley; b) Leonardo da Vinci; c) Mariotte; d) Gumbel 7. Somente na época de (----------), por volta de 1.500 d.C., a ideia da alimentação dos rios pela precipitação começou a ser aceite. Preencha o espaço vazio, entre parenteses, com a expressão mais certa das indicadas abaixo a) Halley; b) Leonardo da Vinci; c) Mariotte; d) Gumbel Respostas: 1e); 2c); 3d); 4d); 5a); 6c);7b) https://pt.wikipedia.org/wiki/Terra ISCED CURSO: GESTÃO AMBIENTAL; 20 Ano Disciplina/Módulo:Hidrologia 13 UNIDADE Temática 1.1. Objectos aquáticos e noção da hidrosfera Introdução Caro estudante, esta unidade temática tratará de objectos aquáticos e a sua ligação com a hidrosfera. E também serão discutidas as várias hipóteses e teorias que sustentam ou explicam o surgimento da hidrosfera. Exercícios 1. Defina o conceito Hidrografia 2. Qual é o bjecto de Estudo da Hidrografia 3. Qual é subdivisão da Hidrografia 4. Que relação existe entre a Hidrogafia e a Hidrologia 5. Quais são os momentos mais marcantes no percurso histórico da Hidrografia ISCED CURSO: GESTÃO AMBIENTAL; 20 Ano Disciplina/Módulo: Hidrologia 14 Ao completar esta unidade, você deverá ser capaz de: Objectivos específicos Identificar os objectos aquáticos Diferenciar os objectos aquáticos Interpretar as leis que sustentam o surgimento da Hidrosfera Desenvolvimento O recurso aquático predominante na hidrosfera é o oceano se seguindo restantes ambientes aquáticos, como rios, lagos, lagoas e mares e todas as águas subterrâneas, bem como as águas marinhas, águas glaciais e lençóis de gelo, vapor de água. É pertinente que ao falarmos da hidrosfera nos restringíssemos em primeira mão sobre as teorias que explicam a sua origem. O surgimento da Hidrosfera é discutível. Existem várias hipóteses e teorias, de acordo com Húo (2009), que explicam este acontecimento e todas elas estão em conexão com a origem da Terra. A primeira teoria de E. Zuss, a evaporação do magma, defende que a hidrosfera resultou das emanações do magma em fusão, no processo do vulcanismo, tendo alimentado a atmosfera em vapor de água, gases e poeiras. As poeiras teriam contribuído para a formação de núcleos de condensação e consolidado a crusta terrestre, o que poderia ter facilitado a consolidação e a retenção da água; a segunda foi defendida por Vinogradov por volta do ano 1959, onde segundo o autor, a hidrosfera terá resultado da actividade vulcânica através do qual foi emitido o magma e as substâncias voláteis e infusíveis como amoníaco, cloro, oxigénio, hidrogénio, dióxido de carbono que ter-se- iam deslocado por convecções à superfície da Terra, local pelo qual processou-se a refrigeração e cristalização da massa fundida. A água ter-se-ia sintetizado a partir do oxigénio e hidrogénio que se deslocavam à atmosfera em forma de vapor de água. Tendo o vapor de água se refrescado e condensado à elevadas altitudes da atmosfera, as gotas de água submetidas à força de gravidade, caiam em direcção à superfície da Terra que de novo evaporavam-se, elevando-se às camadas superiores da atmosfera para transmitir o calor terrestre ao espaço cósmico frio. Como resultado deste mecanismo de troca de energia entre os espaços cósmico frio e http://pt.wikipedia.org/wiki/Oceano http://pt.wikipedia.org/wiki/Rio http://pt.wikipedia.org/wiki/Mar http://pt.wikipedia.org/wiki/Gelo http://pt.wikipedia.org/wiki/Vapor ISCED CURSO: GESTÃO AMBIENTAL; 20 Ano Disciplina/Módulo: Hidrologia 15 terrestre quente, as primeiras gotas de chuva teriam atingido a superfície da Terra; e finalmente tem – se a teoria catastrófica que defende que a hidrosfera ter-se-ia formado a partir dos fragmentos resultantes da colisão de duas estrelas. Os fragmentos dispersos pelo universo foram colidindo durante longo período de tempo. A Terra foi recebendo os meteoritos e planetóides que nela colidiam devido a sua maior força de atracção. Estes meteoritos continham muita água. Os meteoritos incandescentes ao colidirem com a Terra, tornaram-se num oceano de magma. A contínua queda dos meteoritos sobre o oceano de magma, fez com que os materiais mais pesados (ferrosos) se afundassem e o vapor de água contido neles se evaporasse para alta atmosfera, tendo-se condensado e criado aí nuvens espessas. À medida que a queda dos planetóides foi diminuindo, a temperatura do oceano do magma foi baixando e consequentemente a temperatura do ar, o que condicionou a descida das espessas nuvens que provocaram chuvas intensas que reduziram cada vez mais a temperatura da terra, o que favoreceu a que a água da chuva atingisse a superfície da Terra e, assim, se formasse a Hidrosfera. Actualmente, tem lugar a transferência de água a partir das rochas em fusão, do manto para os oceanos – água juvenil (que se origina nas altas profundidades e supõe-se estar relacionada com a actividade magmática). Contudo, este acréscimo é compensado pelo equilíbrio mantido através da perda de uma parte de água sob efeito do bombardeamento de raios solares sobre as gotas de água (vapor de água) o que concorre para que uma parte de hidrogénio liberto escape do efeito gravitacional para o espaço cósmico. A hidrosfera será neste caso a esfera que compõe todas as águas do planeta, as quais formam uma camada descontínua sobre a superfície da Terra. O termo hidrosfera vem do grego: hidro + esfera = esfera da água a qual corresponde a 71% de toda a superfície terrestre. Esta esfera compreende todos os rios, lagos, lagoas, as águas subterrâneas e as águas glaciais, bem como as águas marinhas onde esta última perfaz cerca de 97%, ocupando o maior espaço. Para cada um dos componentes da hidrosfera podemos encontrar algumas ciências específicas que se dedicam ao estudo de cada uma delas, nomeadamente, a oceanografia, estuda os oceanos e mares no que respeita as suas propriedades físicas e químicas, bacias oceânicas entre outros aspectos; a potamologia, estuda o comportamento dos cursos de água, tanto superficiais como subterrâneas (rios e águas subterrâneas), a sua localização e http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81gua http://pt.wikipedia.org/wiki/Planeta http://pt.wikipedia.org/wiki/Terra http://pt.wikipedia.org/wiki/Gr%C3%A9cia http://pt.wikipedia.org/wiki/Rio http://pt.wikipedia.org/wiki/Lago http://pt.wikipedia.org/wiki/Lagoa ISCED CURSO: GESTÃO AMBIENTAL; 20 Ano Disciplina/Módulo: Hidrologia 16 utilização relacionado com o resto dos fenómenos físico – geográficos em especial com os climatológicos, geomorfológicos, pedológicos, entre outros; e a limnologia, estuda os lagos e pântanos. Sumário O recurso aquático predominante na hidrosfera é o oceano se seguindo restantes ambientes aquáticos, como rios, lagos, lagoas e mares e todas as águas subterrâneas, águas glaciais e lençóis de gelo, vapor de água. O estudo de cada um dos recursos aquáticos possui um nome específico, como por exemplo a oceanografia que se dedica ao estudo de oceanos e mares Exercícios de AUTO-AVALIAÇÃO 1.A Hidrosfera teria se formado a partir dos fragmentos resultantes da colisão de duas estrelas. Esta teoria é pertencente: a) Zuss;b) Vinogradov;c) teoria catastrófica;d)Davis 2. A Hidrosfera resultou das emanações do magma em fusão, no processo do vulcanismo, tendo alimentado a atmosfera em vapor de água, gases e poeiras. Esta constitui teoria de: a) Zuss; b) Vinogradov; c) teoria catastrófica; d) Davis 3. A Hidrosfera terá resultado da actividade vulcânica através do qual foi emitido o magma e as substâncias voláteis e infusíveis como amoníaco, cloro, oxigénio, hidrogénio, dióxido de carbono que se teria deslocado por convecções à superfície da Terra, local pelo qual processou-se a refrigeração e cristalização da massa fundida. Essa é a teoria de a)Zuss;b) Vinogradov;c) teoria catastrófica;d)Davis 4. Constituem objectos aquáticos a) Rios, lagoas, oceanos, potamologia. B) Oceanografia, potamologia, limnologia; c) rios, lagoas, oceanos d) Oceanografia, limnologia, potamologia 5. Constituem ciências queestudam os oceanos e mares, rios e águas subterrâneas, lagos e pântanos, respectivamente a)Rios, lagoas, oceanos, potamologia. b)Oceanografia, potamologia, limnologia c)Rios, lagoas, oceanos d) Oceanografia, limnologia, potamologia Respostas: 1c); 2a);3b);4c);5b Exercícios 1.De acordo com Vinogradov, como surgiu a Hidrosfera? 2. Qual o recurso aquático mais predominante na hidrosfera http://pt.wikipedia.org/wiki/Oceano http://pt.wikipedia.org/wiki/Rio http://pt.wikipedia.org/wiki/Mar http://pt.wikipedia.org/wiki/Gelo http://pt.wikipedia.org/wiki/Vapor ISCED CURSO: GESTÃO AMBIENTAL; 20 Ano Disciplina/Módulo: Hidrologia 17 3. Como se chama a ciência que se dedica ao estudo do recurso aquático mais predominante na hidrosfera? 4. Faz a subdivisão da hidrosfera 5. Mencione pelo menos quatro recursos aquáticos por si estudados. TEMA – II: CARACTERÍSTICAS DAS ÁGUAS NATURAIS UNIDADE Temática 2.1. Características Físicas das Águas: Cor, Turbidez, Sólidos, Temperatura, Sabor e Odor. Introdução Esta unidade temática irá explicar com mais detalhe cada característica física das águas naturais, isto é, a cor, turbidez, sólidos, temperatura, sabor e odor. Ao completar esta unidade, você deverá ser capaz de: Objectivos específicos Identificar as características físicas das águas naturais Diferenciar as características físicas das águas naturais Esclarecer a importância do estudo das características físicas das águas naturais Desenvolvimento 2. 1.1. Cor das Águas Definição A cor de uma amostra de água está associada ao grau de redução de intensidade que a luz sofre ao atravessá-la (e esta redução dá-se por absorção de parte da radiação eletromagnética), devido à presença de sólidos dissolvidos, principalmente material em estado coloidal orgânico e inorgânico. Dentre os colóides orgânicos pode-se mencionar os ácidos húmicos e ISCED CURSO: GESTÃO AMBIENTAL; 20 Ano Disciplina/Módulo: Hidrologia 18 fúlvico, substâncias naturais resultantes da decomposição parcial de compostos orgânicos presentes em folhas, dentre outros substratos. Também os esgotos sanitários se caracterizam por apresentarem predominantemente matéria em estado coloidal, além de diversos efluentes industriais contendo taninos (efluentes de curtumes, por exemplo), anilinas (efluentes de indústrias têxteis, indústrias de pigmentos, etc), lignina e celulose (efluentes de indústrias de celulose e papel, da madeira, etc.). Há também compostos inorgânicos capazes de possuir as propriedades e provocar os efeitos de matéria em estado coloidal. Os principais são os óxidos de ferro e manganês, que são abundantes em diversos tipos de solo. Alguns outros metais presentes em efluentes industriais conferem-lhes cor mas, em geral, íons dissolvidos pouco ou quase nada interferem na passagem da luz. (Piveli:2004) Importância nos estudos de controlo de qualidade de águas Com relação ao abastecimento público de água, a cor, embora seja um atributo estético da água, não se relacionando necessariamente com problemas de contaminação, é padrão de potabilidade (valor máximo permissível 5 uHazen pela portaria n° 36, de 1990, do Ministério da Saúde de Brasil). A presença de cor provoca repulsa psicológica pelo consumidor, pela associação com a descarga de esgotos. Também a Resolução n° 20 do Conselho Nacional de Meio Ambiente – CONAMA, do mesmo país, que dispõe sobre os níveis de qualidade das águas naturais do território brasileiro, inclui a cor como parâmetro de classificação. Esta limitação é importante, pois nas águas naturais associa-se a problemas de estética, às dificuldades na penetração da luz e à presença de compostos recalcitrantes (não biodegradáveis, isto é, de taxas de decomposição muito baixas) que em geral são tóxicos aos organismos aquáticos. Embora existam técnicas mais específicas para a identificação de substâncias tóxicas na água, a presença de cor verdadeira na água pode ser indicadora dessa possibilidade. No entanto, a não inclusão como padrão de emissão (artigo n° 21 da resolução n° 20 do CONAMA/Brasil) permite que determinadas indústrias contem com as diluições sofridas no corpo receptor e não necessitem de tratamento adicional específico para a remoção da cor residual de efluentes tratados por processos biológicos, por exemplo. O tratamento físico-químico em nível terciário, à base do emprego de coagulantes, apresenta custo elevado devido ao grande consumo do produto e à grande produção de lodo a ser desidratado e disposto em aterro. ISCED CURSO: GESTÃO AMBIENTAL; 20 Ano Disciplina/Módulo: Hidrologia 19 No controle da qualidade das águas nas estações de tratamento, a cor é um parâmetro fundamental, não só por tratar-se de padrão de potabilidade como também por ser parâmetro operacional de controlo da qualidade da água bruta, da água decantada e da água filtrada, servindo como base para a determinação das dosagens de produtos químicos a serem adicionados, dos graus de mistura, dos tempos de contacto e de sedimentação das partículas floculadas. Por serem parâmetros de rápida determinação, a cor e a turbidez são muito úteis nos ensaios de floculação das águas e nos ensaios de sedimentação em colunas e de filtração em leitos granulares. Para os problemas de lançamento de efluentes industriais, deverá ser levada em consideração a necessidade de atendimento aos padrões de cor do corpo receptor. (Piveli:2004) Determinação da cor A cor das águas tem sido historicamente medida através de comparação visual, empregando-se soluções padrão de cor e fonte de luz. Para estudos envolvendo necessidades de medidas com maior grau de precisão, o método de determinação da cor por espectrofotometria é recomendado. Para os controles rotineiros de estações de tratamento de água e em estudos limnológicos, o uso do comparador visual é bastante razoável. Neste, a amostra é disposta em um tubo de Nessler enquanto no outro adiciona-se água destilada. Ligando-se a lâmpada do aparelho, vai-se observar uma mancha escura no campo referente à amostra, devida à absorção de parte da radiação luminosa, enquanto no campo da água destilada a imagem é bastante clara. Em seguida, deverá ser pesquisada no disco de cor qual a posição que leva à coincidência entre as manchas. O disco de cor contém uma solução sólida de cloroplatinato de potássio (K2PtCl6) em cloreto de cobalto (CoCl2), daí o nome de método platina-cobalto. Esta solução tem uma tonalidade esverdeada, tal como as águas do rio europeu que era estudado quando o parâmetro foi introduzido. Assim, uma água com cor 5, apresentará sombreamento semelhante ao produzido pela água destilada quando se posiciona sobre ela o disco na posição 5, que contém a solução com 5 mg/L de platina. Quando os valores da cor são muito elevados, como é o caso de efluentes industriais, devem ser preparadas diluições prévias da amostra até reduzir a cor abaixo do alcance do disco; mas, para este caso, o método espectrofotométrico é mais recomendado. ISCED CURSO: GESTÃO AMBIENTAL; 20 Ano Disciplina/Módulo: Hidrologia 20 Deve ser observado que este método de comparação visual é de certa forma subjectivo, dependendo da sensibilidade do operador. Além disso, as diversas águas apresentam colorações muito diferentes da solução de cloroplatinato, dificultando a comparação. Quanto ao resultado da cor, cinco unidades de cor ou 5 UC representa o mesmo que 5 mg/L Pt, ou 5 uHazen. É importante fornecer o pH da amostra quando se utiliza este método para a avaliação da cor de águas naturais, não sendo apropriado para águas contaminadaspor resíduos industriais. A cor pode ser determinada por espectrofotometria visível, quando esta propriedade é expressa pelo comprimento de onda (λ) dominante na transmissão da luz em um equipamento apropriado a tais medidas (espectrofotômetro). Dessa forma, cobre se todo o espectro luminoso e não apenas tons amarelos e marrons. Águas naturais possuem intensidade de cor que varia entre 0 e 200 unidades pois, acima disso, já seriam águas de brejo e pântano com elevada concentração de matéria orgânica dissolvida. Coloração abaixo de 10 unidades quase não é perceptível. No Brasil, aceita-se para água bruta, isto é, antes do seu tratamento e distribuição em sistemas urbanos, valores de até 75 unidades de cor (Resolução CONAMA nº 20, de 18/06/86). (idem) Cor real e cor aparente Na determinação da cor, a turbidez da amostra causa interferência, absorvendo também parte da radiação eletromagnética. Esta coloração é dita aparente pois é como o ser humano a vê, mas é, na verdade, em parte resultado da reflexão e dispersão da luz nas partículas em suspensão. A diferenciação entre a cor verdadeira e a cor aparente, que é incrementada pela turbidez, é dada pelo tamanho das partículas, isto é, pode ser generalizado que partículas com diâmetro superior a 1,2 μm causam turbidez, já que partículas coloidais e dissolvidas causam cor. Para a obtenção da cor real ou verdadeira há a necessidade de se eliminar previamente a turbidez através de centrifugação, filtração ou sedimentação. A centrifugação é o método mais aconselhável porque na filtração ocorre absorção de cor da amostra no papel de filtro e, na sedimentação, existem sólidos em suspensão que se sedimentam muito lentamente e não são removidos. (Piveli:2004) Remoção de cor ISCED CURSO: GESTÃO AMBIENTAL; 20 Ano Disciplina/Módulo: Hidrologia 21 Os métodos tradicionais de remoção de cor de águas para abastecimento público e residuárias industriais são à base de coagulação e floculação. Os tipos e as dosagens de coagulantes, bem como os efeitos dos auxiliares de floculação (polieletrólitos), variam de acordo com as características das águas. No tratamento de águas para abastecimento, as dificuldades na floculação ocorrem quando a água apresenta cor elevada e turbidez baixa. Neste caso, a falta de partículas maiores que possibilitem a ocorrência de nucleação, torna-os pequenos e de baixa velocidade de sedimentação. Isto tem sido motivo frequente do uso da pré-cloração das águas para abastecimento público, isto é, a aplicação de cloro na etapa de coagulação e floculação para a oxidação de compostos coloidais e consequente melhora na floculação. Devido à possibilidade de formação de trihalometanos (THMs) durante este processo, outros processos oxidativos têm sido estudados, como por exemplo o emprego da ozonização da água. Neste caso, a formação de aldeídos é que pode ser problemática. Os THMs são compostos orgânicos halogenados, neste caso clorados, associados ao sério problema de saúde pública que é o desenvolvimento do câncer no organismo humano. Estudos de remoção de cor à base de outros agentes oxidantes ou através de radiações, também têm sido desenvolvidos. (Piveli:2004) 2.1.2.Turbidez das águas Definição Turbidez de uma amostra de água é o grau de atenuação de intensidade que um feixe de luz sofre ao atravessá-la (e esta redução se dá por absorção e espalhamento, uma vez que as partículas que provocam turbidez nas águas são maiores que o comprimento de onda da 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.. A erosão das margens dos rios em estações chuvosas é um exemplo de fenómeno que resulta em aumento da turbidez das águas e que exige manobras operacionais, como alterações nas dosagens de coagulantes e auxiliares, nas estações de tratamento de águas. A erosão pode decorrer do mau uso do solo, em que se impede a fixação da vegetação. Este exemplo mostra também o carácter sistémico da poluição, ocorrendo interrelações ou transferência de problemas de um ambiente (água, ar ou solo) para outro. Os esgotos sanitários e diversos efluentes industriais também provocam elevações na turbidez das águas. Um exemplo típico deste ISCED CURSO: GESTÃO AMBIENTAL; 20 Ano Disciplina/Módulo: Hidrologia 22 facto ocorre em consequência das actividades de mineração, onde os aumentos excessivos de turbidez têm provocado formação de grandes bancos de lodo em rios e alterações no ecossistema aquático. (ENI: 2015) Importância nos estudos de controlo de qualidade das águas A turbidez também é um parâmetro que indica a qualidade estética das águas para abastecimento público. O padrão de potabilidade (portaria n° 36 de Janeiro de 1990) é de 1,0 UNT. Nas estações de tratamento de água, a turbidez, conjuntamente com a cor, é um parâmetro operacional de extrema importância para o controle dos processos de coagulação-floculação, sedimentação e filtração. Há uma preocupação adicional que se refere à presença de turbidez nas águas submetidas à desinfecção pelo cloro. Estas partículas grandes podem abrigar microrganismos, protegendo-os contra a acção deste agente desinfetante. Daí a importância das fases iniciais do tratamento para que a qualidade biológica da água a ser distribuída possa ser garantida. E é por isso também que a cloração de esgotos sanitários tem seus efeitos limitados. Nas águas naturais, a presença da turbidez provoca a redução de intensidade dos raios luminosos que penetram no corpo da água, influindo decisivamente nas características do ecossistema presente. Quando sedimentadas, estas partículas formam bancos de lodo onde a digestão anaeróbia leva à formação de gases metano e gás carbónico, principalmente, além de nitrogénio gasoso e do gás sulfídrico, que é malcheiroso. O movimento ascencional das bolhas de gás ocasiona o arraste de partículas orgânicas não totalmente degradadas, aumentando a demanda de oxigénio na massa líquida (demanda bentônica). Nos problemas relativos às águas residuárias, os parâmetros cor e turbidez não são normalmente utilizados, dando-se preferência às medidas directas dos valores de sólidos em suspensão e sólidos dissolvidos. Este fato é possível porque as faixas de concentração de sólidos são elevadas, permitindo obter uma precisão significativa na análise gravimétrica. Em águas de abastecimento, por outro lado, o uso da turbidez é muito mais expressivo do que a concentração de sólidos em suspensão medida directamente. Embora não seja muito frequente o emprego da turbidez na caracterização de esgotos, é comum dizer-se, por exemplo, que uma água residuária tratada por processo anaeróbio apresenta turbidez mais elevada do que se o fosse por processo aeróbio, devido ISCED CURSO: GESTÃO AMBIENTAL; 20 Ano Disciplina/Módulo: Hidrologia 23 principalmente ao arraste de sólidos provocado pela subida das bolhas de gases resultantes da fermentação. Também para os processos aeróbios, um aumento na turbidez do esgoto tratado é indicativo de problemas no reactor biológico onde ocorre a floculação. (Piveli:2004). Determinação da turbidez A determinação da turbidez em águas iniciou-se com o turbidímetro de vela de Jackson. Este turbidímetro é constituído de um tubo de vidro graduado sob o qual se posiciona uma vela acesa. À medida que se adiciona amostra ao tubo e se observa pela outra extremidade em relação à vela, a chama reduz de intensidade progressivamente até desaparacer por completo, quando deverá ser efectuada a leitura na escala. Este método obedece ao princípio da “turbidimetria”, ou seja, a fonte de luze o observador encontram-se em posições opostas (ângulo de 180°) e os resultados são expressos em UJT (Unidade Jackson de Turbidez). Este método, no entanto, apresenta a limitação de não determinar valores baixos de turbidez (abaixo de 25 UNT), como é o caso da água tratada, porque partículas muito pequenas não dispersam a luz na faixa amarelo-vermelho do espectro electromagnético, que corresponde à chama da vela. Assim, foi necessário desenvolver outros métodos, que são chamados de nefelométricos, mais sensíveis, que consistem em um equipamento dotado com uma fonte de luz (filamento de tungsténio), que incide na amostra, e um detector fotoeléctrico capaz de medir a luz que é dispersa em um ângulo de 90o em relação à luz incidente. A turbidez assim medida é fornecida em unidades nefelométricas de turbidez (UNT), comparável à UJT. Antes da determinação do valor da turbidez da amostra, a escala apropriada deverá ser escolhida e calibrada. Para esta calibração, são utilizadas suspensões-padrão de formazina (contém sulfato de hidrazina e hexametilenotetramina) ou de sílica. Desta forma, os resultados de turbidez podem também ser expressos em termos de mg/L de formazina ou sílica, dependendo do padrão utilizado na calibração. Os resultados expressos desta forma são equivalentes àqueles representados por UNT. (Piveli:2004) Remoção da turbidez As partículas que provocam turbidez nas águas são as mais fáceis de serem separadas, por tratar-se de sólidos em suspensão sobre os quais, devido às baixas relações área superficial/volume apresentadas, ISCED CURSO: GESTÃO AMBIENTAL; 20 Ano Disciplina/Módulo: Hidrologia 24 ocorre a predominância de fenómenos gravitacionais. Assim, a turbidez pode ser removida através de sedimentação simples, utilizando-se decantadores, sendo também possível e interessante em alguns casos o emprego da flotação por ar dissolvido. A filtração pode ser entendida como um processo complementar aos anteriores, ou ser empregada directamente em casos de águas de baixa cor e turbidez. Nos projectos dos decantadores, um dos parâmetros mais importantes a ser definido é a taxa de escoamento superficial (vazão aplicada por área em planta do decantador). Para esta finalidade, são conduzidos ensaios em colunas de sedimentação, onde o principal parâmetro de controlo é a turbidez remanescente (residual) em função do tempo. (Piveli:2004) 2.1.3. Sólidos em águas Em saneamento, sólidos nas águas correspondem a toda matéria que permanece como resíduo, após evaporação, secagem ou calcinação da amostra a uma temperatura pré-estabelecida durante um tempo fixado. Em linhas gerais, as operações de secagem, calcinação e filtração são as que definem as diversas fracções de sólidos presentes na água (sólidos totais, em suspensão, dissolvidos, fixos e voláteis). Os métodos empregados para a determinação de sólidos são gravimétricos (utilizando-se balança analítica ou de precisão), com excepção dos sólidos sedimentáveis, cujo método mais comum é o volumétrico (uso do cone Imhoff). (Piveli:2004) Importância nos estudos de controlo de qualidade das águas Nos estudos de controlo de poluição das águas naturais e principalmente nos estudos de caracterização de esgotos sanitários e de efluentes industriais, as determinações dos níveis de concentração das diversas fracções de sólidos resultam em um quadro geral da distribuição das partículas com relação ao tamanho (sólidos em suspensão e dissolvidos) e com relação à natureza (fixos ou minerais e voláteis ou orgânicos). Este quadro não é definitivo para se entender o comportamento da água em questão, mas constitui-se em uma informação preliminar importante. Deve ser destacado que, embora a concentração de sólidos voláteis seja associada à presença de compostos orgânicos na água, não propicia qualquer informação sobre a natureza específica das diferentes moléculas orgânicas eventualmente presentes que, inclusive, iniciam o processo de volatilização em temperaturas diferentes, sendo a faixa compreendida entre 550-600°C uma faixa de referência. Alguns compostos orgânicos volatilizam-se a partir de 250°C, enquanto que outros exigem, por exemplo, temperaturas superiores a 1000°C. ISCED CURSO: GESTÃO AMBIENTAL; 20 Ano Disciplina/Módulo: Hidrologia 25 No controle operacional de sistemas de tratamento de esgotos, algumas fracções de sólidos assumem grande importância. Em processos biológicos aeróbios, como os sistemas de lodos activados e de lagoas aeradas mecanicamente, bem como em processos anaeróbios, as concentrações de sólidos em suspensão voláteis nos lodos dos reactores têm sido utilizadas para se estimar a concentração de microrganismos decompositores da matéria orgânica, isto porque as células vivas são, em última análise, compostos orgânicos e estão presentes formando flocos em grandes quantidades relativamente à matéria orgânica “morta” nos tanques de tratamento biológico de esgotos. Embora não representem exactamente a fracção activa da biomassa presente, os sólidos voláteis têm sido utilizados de forma a atender as necessidades práticas do controle de rotina. Imagine-se as dificuldades que se teria, se fosse utilizada, por exemplo, a concentração de DNA para a identificação da biomassa activa nos reactores biológicos! Algumas fracções de sólidos podem ser inter-relacionadas, produzindo informações importantes. É o caso da relação SSV/SST que representa o grau de mineralização de lodos. Por exemplo, determinado lodo biológico pode ter relação SSV/SST = 0,8 e, depois de sofrer processo de digestão bioquímica, ter esse valor reduzido abaixo de 0,4. Os níveis de concentração de sólidos sedimentáveis e de sólidos em suspensão são relacionadas entre si, constituindo-se em outro parâmetro prático de grande importância no controle operacional dos sistemas de tratamento biológico de esgotos, conhecido por índice volumétrico de lodo (IVL). O IVL representa o volume ocupado por unidade de massa de lodo. IVL (ml/g) = (( sólidos sedimentáveis (mlL) /sólidos em suspensão (mg/L)) x1000 Os lodos que se apresentam em boas condições de sedimentabilidade apresentam valores de IVL baixos. Por exemplo, os processos de lodos activados convencionais apresentam IVL em torno de 100 quando em boas condições de funcionamento, sendo este valor ainda menor quando se utiliza oxigénio puro. Os processos com aeração prolongada apresentam valores de IVL maiores, uma vez que a ocorrência em maior extensão de fase endógena no sistema leva à formação de flocos menores e mais leves. O nível de sólidos sedimentáveis nos efluentes finais descarregados ISCED CURSO: GESTÃO AMBIENTAL; 20 Ano Disciplina/Módulo: Hidrologia 26 pelas indústrias é também extremamente importante por se tratar de Parâmetro da legislação. As concentrações de sólidos em suspensão são medidas importantes no controle de decantadores e outras unidades de separação de sólidos. Constituem parâmetro utilizado em análises de balanço de massa. Isto vale também para águas de irrigação, uma vez que excesso de sólidos dissolvidos pode levar a graves problemas de salinização do solo. A presença de sólidos dissolvidos relaciona-se também com a condutividade eléctrica da água. Deve-se salientar que a determinação das fracções de sólidos é muito mais recomendada para águas fortemente poluídas e esgotos do que para águas limpas. Pouco são usadas nas estações de tratamento de água para abastecimento público, excepto as mais modernas que recuperam águas de lavagem de filtros e tratam e destinam adequadamente os lodos separados nos decantadores. Nas ETAs, parâmetros indirectos como a cor e a turbidez devem ser preferivelmente usados, umavez que a análise gravimétrica apresenta baixa precisão para níveis reduzidos de sólidos, além do tempo relativamente longo necessário para a execução da mesma. (Piveli:2004) Remoção de sólidos Embora os sólidos, sob o ponto de vista de tamanho, sejam classificados apenas em sólidos em suspensão e sólidos dissolvidos, existem três faixas de tamanho com comportamentos distintos sob o ponto de vista do tratamento. Os sólidos em suspensão (partículas com diâmetro médio superior a 1μ), são os mais fáceis de serem separados da água. Prevalecem sobre eles fenómenos de massa (gravitacionais), e geralmente são removidos por sedimentação simples. Intermediariamente, os sólidos presentes no estado coloidal (diâmetro médio na faixa 1mμ - 1μ), já são suficientemente pequenos de forma a apresentar relações área superficial/volume que os tornam estáveis na água devido aos campos eletrostáticos desenvolvidos. Desta forma, são removíveis por sedimentação, desde que precedida de 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 de tratamento consiste na ISCED CURSO: GESTÃO AMBIENTAL; 20 Ano Disciplina/Módulo: Hidrologia 27 separação de moléculas muito pequenas e íons dissolvidos na água. Nestes casos, apenas processos especiais de tratamento apresentam boa capacidade de remoção. Dentre estes processos, destacam-se aqueles que têm como princípio os fenómenos de adsorção, troca- iônica, precipitação química e osmose reversa. Nas estações de tratamento de esgotos sanitários e de efluentes industriais predominantemente orgânicos, ocorrem reduções nas concentrações de sólidos voláteis dos despejos que são tratados por processos biológicos. (Piveli:2004) 2.1.4.Temperatura A temperatura é uma condição ambiental muito importante em diversos estudos relacionados ao monitoramento da qualidade de águas. Sob o aspecto referente à biota aquática, a maior parte dos organismos possui faixas de temperatura "óptimas" para a sua reprodução. Por um lado, o aumento da temperatura provoca o aumento da velocidade das reacções, em particular as de natureza bioquímica de decomposição de compostos orgânicos. Por outro lado, diminui a solubilidade de gases dissolvidos na água, em particular o oxigénio, base para a decomposição aeróbia. Esses dois factores se superpõem, fazendo com que nos meses quentes de verão os níveis de oxigénio dissolvido nas águas poluídas sejam mínimos, frequentemente provocando mortandade de peixes e, em casos extremos, exalação de maus odores devido ao esgotamento total do oxigénio e consequente decomposição anaeróbia dos compostos orgânicos sulfatados, produzindo o gás sulfídrico, H2S. Desta forma, a definição da temperatura de trabalho nos estudos de autodepuração natural faz-se necessária para a correcção das taxas de desoxigenação e de reaeração, normalmente obtidas para a temperatura de referência de 20°C. No campo do tratamento biológico de esgotos, as temperaturas mais elevadas registradas nos países do hemisfério sul levam a comportamentos diferentes dos registrados em sistemas existentes no hemisfério norte. Os modernos reactores utilizados no tratamento anaeróbio de efluentes industriais podem, no Brasil, operar à temperatura ambiente, enquanto na Europa necessitam de controle a 35°C. Os sistemas de lagoas de estabilização são também bastante favorecidos por este aspecto. ISCED CURSO: GESTÃO AMBIENTAL; 20 Ano Disciplina/Módulo: Hidrologia 28 Até mesmo entre as diferentes regiões do território brasileiro, as cargas orgânicas admissíveis nos sistemas de lagoas variam de acordo com as temperaturas médias registradas. Os processos físico-químicos em que ocorre equilíbrio, como por exemplo a dissociação do cloro e os processos de precipitação química, são também dependentes da temperatura, mas o efeito não é tão significativo como nos processos biológicos. A temperatura da água é normalmente superior à temperatura do ar, uma vez que o calor específico da água é bem maior do que o do ar. Devido às importantes influências da temperatura sobre a configuração dos ambientes aquáticos, normalmente este parâmetro é incluído nas legislações referentes ao controle da poluição das águas. No Estado de São Paulo, é imposto como padrão de emissão de efluentes a temperatura máxima de 40oC, lançados tanto na rede pública coletora de esgotos como directamente nas águas naturais. Além disso, nestas últimas não poderá ocorrer variação superior a 3oC com relação à temperatura de equilíbrio. Isto é importante para efluentes industriais produzidos a quente, como os de tinturarias, galvanoplastias, indústrias de celulose, etc. A temperatura das águas é medida de maneira bastante simples através de termómetros de mercúrio. A temperatura do ar, variável controlada em diversos estudos ambientais, pode também ser medida através dos termómetros de máximas e mínimas, que registram as temperaturas limites durante determinado período, por exemplo, 24 horas. A temperatura de efluentes industriais pode ser reduzida através do emprego de torres de resfriamento. Qualquer outro processo que provoque aumento da superfície de contato ar/água pode ser usado, como aspersores, cascateamento, etc.. Em muitos casos, apenas o tempo de detenção hidráulico dos efluentes em tanques de equalização é suficiente para promover a redução desejada de temperatura. (Piveli:2004) 2.1.5. Sabor e odor A água pura não produz sensação de odor ou sabor nos sentidos humanos. Uma das principais fontes de odor nas águas naturais é a decomposição biológica da matéria orgânica. No meio anaeróbio, isto é, no lodo de fundo de rios e de represas e, ISCED CURSO: GESTÃO AMBIENTAL; 20 Ano Disciplina/Módulo: Hidrologia 29 em situações críticas, em toda a massa líquida, ocorre a formação do gás sulfídrico, H2S, que apresenta odor típico de ovo podre, de mercaptanas e amônia, esta última ocorrendo também em meio aeróbio. Águas eutrofizadas, isto é, águas em que ocorre a floração excessiva de algas devido à presença de grandes concentrações de nutrientes liberados de compostos orgânicos biodegradados, podem também manifestar sabor e odor. Sabe-se que certos gêneros de algas cianofíceas (algas azuis, resistentes às condições de severa poluição) produzem compostos odoríficos, em alguns casos até mesmo tóxicos. Outra fonte que causa problemas de sabor e odor nas águas para abastecimento público refere-se à presença de fenóis. Esses compostos, mesmo quando presentes em quantidades diminutas reagem com o cloro residual livre formando clorofenóis que apresentam odor característico e intenso. Além destas fontes principais, existe ainda o gosto na água proveniente de metais, acidez ou alcalinidade pronunciadas, cloreto (sabor salgado), etc.. Na legislação brasileira aparece apenas a designação “não objectável” para sabor e odor, o que representa certa subjectividade. A legislação paulista é talvez rigorosa demais, condenando a presença de qualquer tipo de odor senão o de cloro. Nos Estados Unidos é utilizada a técnica do odor limite para quantificar o problema, que consiste em proceder-se a diluições da amostra até que o odor não seja mais detectado. Se, por exemplo, apenas com diluições superiores a 1:5 os odores não podem mais ser percebidos, diz-se que aquela amostra de água apresenta odor limite 5. É óbvio que é uma técnica que também envolve subjectividade e imprecisões, mas é uma maneira de se aproximar melhor à questão, que pode ser interessanteem diversos estudos. Para uma identificação precisa das concentrações dos compostos aromáticos presentes na água, técnicas analíticas sofisticadas como a cromatografia gasosa ou cromatografia/ espectrometria de massa podem ser necessárias. A adsorção em carvão activado granular ou em pó é a técnica mais empregada e eficiente no controle de odor. Em casos particulares, ISCED CURSO: GESTÃO AMBIENTAL; 20 Ano Disciplina/Módulo: Hidrologia 30 como no importante problema da liberação de H2S de processos anaeróbios, perceptível pelo olfato humano em concentrações da ordem de apenas 1 ppb, técnicas oxidativas empregando-se cloro, peróxido de hidrogénio e ozonização, entre outras, ou técnicas de precipitação química com sais de ferro, podem ser testadas. Essa medida, no entanto, deverá ser bem planeada, devendo ser primeiramente testada em menor escala para a verificação da eficiência real e para a identificação de problemas operacionais como a descarga de oxidante residual que possa resultar em efeito tóxico ao meio. A inibição da proliferação de odores intervindo-se na actividade biológica tem sido aplicada com sucesso. Muitas cidades, principalmente as de clima quente, sofrem com o problema da exalação de maus odores pela rede colectora de esgotos. A origem desse problema é a redução anaeróbia do sulfato para sulfeto, com consequente liberação do H2S. Aplicada continuamente uma solução de nitrato de sódio, ocorre preferencialmente a redução do nitrato em nitrogénio gasoso, inibindo-se o crescimento das bactérias redutoras de sulfato e a exalação do gás sulfídrico. (Piveli:2004) Sumário Os principais parâmetros utilizados para caracterizar fisicamente as águas naturais são a cor, a turbidez, os níveis de sólidos nas suas diversas fracções, a temperatura, o sabor e o odor. Embora tais parâmetros sejam físicos, fornecem indicações preliminares importantes para a caracterização da qualidade química da água como, por exemplo, os níveis de sólidos em suspensão (associados à turbidez) e as concentrações de sólidos dissolvidos (associados à cor), os sólidos orgânicos (voláteis) e os sólidos minerais (fixos), os compostos que produzem odor, etc.. Para além dos parâmetros utilizados para caracterizar fisicamente a água, também existem outros que são utilizados para caracterizar quimicamente a água que são: dureza, acidez, alcanidade, condutibilidade eléctrica, os seguintes apectos: Exercícios de AUTO-AVALIAÇÃO 1.A cor de uma amostra de água está associada ao grau de redução de ISCED CURSO: GESTÃO AMBIENTAL; 20 Ano Disciplina/Módulo: Hidrologia 31 intensidade que a luz sofre ao atravessá-la. Esta redução dá se por a) Coagulação b) Absorção de parte da radiação electromagnética c) Cor elevada e turbidez baixa d) Absorção e espalhamento 2. Um dos métodos tradicionais de remoção de cor de águas para abastecimento público e residuárias industriais é a) Coagulação b) Absorção de parte da radiação electromagnética c) Cor elevada e turbidez baixa d) Absorção e espalhamento 3. No tratamento de águas para abastecimento, as dificuldades na floculação ocorrem quando a água apresenta a) Coagulação b) Absorção de parte da radiação electromagnética c) Cor elevada e turbidez baixa d) Absorção e espalhamento 4. Turbidez de uma amostra de água é o grau de atenuação de intensidade que um feixe de luz sofre ao atravessá-la. Esta redução se dá por a) Coagulação b) Absorção de parte da radiação electromagnética c) Cor elevada e turbidez baixa d) Absorção e espalhamento 5. Os decantadores são utilizados para a remoção de a) turbidez; b) cor ; c) temperatura; d) sabor 6. A água pura a) produz sensação de odor e sabor nos sentidos humanos b) produz sensação de sabor nos sentidos humanos c) produz sensação de odor nos sentidos humanos ISCED CURSO: GESTÃO AMBIENTAL; 20 Ano Disciplina/Módulo: Hidrologia 32 d) não produz sensação de odor nem sabor nos sentidos humanos 7. Em águas superficiais é mais comum a presença de a) ácido sulfúrico derivado da presença de sulfetos metálicos b) ácidos orgânicos c) alcanidade d) sólidos incorporados ao seu meio 8. Os sólidos, sob o ponto de vista de tamanho, são classificados apenas em sólidos a) em suspensão e dissolvidos b) em suspensão c) dissolvidos d) nenhuma das anteriores 9) As partículas com diâmetro médio superior a 1μ, são as mais fáceis de serem separadas da água, e essas se designam se de sólidos a) em suspensão e dissolvidos b) em suspensão c) dissolvidos d) nenhuma das anteriores 10. A decomposição biológica da matéria orgânica, faz com que a) a água não tenha odor b) a água tenha odor c) a água tenha temperaturas mais baixas c) a água tenha temperaturas mais altas Respostas: 1b);2a); 3c);4d); 5a); 6d); 7b); 8a); 9b); 10b. Exercícios 1. Como que é feita a determinação da cor das águas? 2. O que entende por turbidez das águas? 3. Sobre a dureza da água, diferencie a dureza temporária da dureza permanente? ISCED CURSO: GESTÃO AMBIENTAL; 20 Ano Disciplina/Módulo: Hidrologia 33 4. Água pura não possui odor nem sabor. Comente a afirmação 5. De onde provem o odor que sentimos nas águas que correm em certos recursos aquáticos? UNIDADE Temática.2.2: Características Químicas das Águas Naturais Introdução Esta unidade temática vai tratar das características químicas das águas naturais, em que cada característica será detalhada isoladamente. Ao completar esta unidade, você deverá ser capaz de: Objectivos específicos Distinguir as características químicas das águas naturais Diferenciar das características químicas das águas naturais Explicar a importância do estudo das características químicas das águas naturais Desenvolvimento 2.2.1. Dureza Definição Dureza é um parâmetro característico da qualidade de águas de abastecimento industrial e doméstico sendo que do ponto de vista da potabilização são admitidos valores máximos relativamente altos, ISCED CURSO: GESTÃO AMBIENTAL; 20 Ano Disciplina/Módulo: Hidrologia 34 típicos de águas duras ou muito duras. Quase toda a dureza da água é provocada pela presença de sais de cálcio e de magnésio (bicarbonatos, sulfatos, cloretos e nitratos) encontrados em solução. Assim, os principais íons causadores de dureza são cálcio e magnésio tendo um papel secundário o zinco e o estrôncio. Algumas vezes, alumínio e ferro férrico são considerados como contribuintes da dureza. (ENI: 2015) Classificação A dureza total da água compõe-se de duas partes: dureza temporária e dureza permanente. A dureza é dita temporária, quando desaparece com o calor, e permanente, quando não desaparece com o calor, ou seja, a dureza permanente é aquela que não é removível com a fervura da água. A dureza temporária é a resultante da combinação de íons de cálcio e magnésio que podem se combinar com bicarbonatos e carbonatos presentes.(Idem) Características Normalmente, reconhece-se que uma água é mais dura ou menos dura, pela maior ou menor facilidade que se tem de obter, com ela, espuma de sabão. As águas duras caracterizam-se, pois, por exigirem consideráveis quantidades de sabão para produzir espuma, e esta característica já foi, no passado, um parâmetro de definição, ou seja, a dureza de uma água era considerada como uma medida de sua capacidade de precipitar sabão. O carácter das águas duras foi, por muito tempo, para o cidadão comum o aspecto mais importante por causa das dificuldades
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