Modelação da poluição difusa em águas superficiais

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Sanitária

A influência da poluição difusa e do regime hidrológico peculiar do semiárido na qualidade da água de um reservatório tropical

In semiarid region of northeast Brazil, the majority of reservoirs used for public supply has suffered degradation of water quality affected by diffuse pollution from agricultural and livestock areas of the watershed and by hydrologic regime peculiar to the region, characterized by a rainy season with higher volumes stored in reservoirs and a dry season with a reduction in water level due to high evaporation and increase of eutrophication. The Dourado reservoir, located in Currais Novos city, semiarid region of Rio Grande do Norte state, is one example of a water supply reservoir that can have degradation of water quality and impracticability of their use, due to the high external input of nutrients from non-point sources of watershed during the rainy season and increasing of eutrophication due to decrease the stored volume during the dry period. This study aimed to investigate and quantify diffuse pollution and the hydrologic regime of semiarid region in order to establish standards regarding the water quality of Dourado reservoir. The study period was between the months of May 2011 to March 2012. The diffuse pollution was quantified in terms of watershed from the mass balance of phosphorus in the reservoir, as in relation to areas under different types of land use within the riparian zone of the reservoir from the assessment of soil chemical properties and losses of phosphorus in each area. The influence of hydrological regime on water quality of the reservoir was evaluated from the monthly monitoring of the morphometric, meteorological and limnological features throughout the study period. The results showed that the reservoir has received a high load of phosphorus coming from the drainage basin and presents itself as a system able to retain some of that load tributary, giving an upward trend of the eutrophication process. Diffuse pollution by nutrients from areas under different types of land use within the riparian zone of the reservoir was higher in areas under the influence of livestock, being this area considered a potential diffuse source of nutrients to the reservoir. Regarding the water regime during the rainy season the reservoir was characterized by high concentrations of nutrients and small algal biomass, while in the dry season the reduction of volume and increase of the water retention time of the reservoir, contributing to the excessive growth algal biomass, favoring an increase in eutrophication and deterioration of water quality. In synthesis the water quality of Dourado reservoir is directed by diffuse pollution coming from the drainage basin and the hydrological regime of the peculiar semiarid region, where the rainy season is characterized by high input of allochthonous compounds from the tributaries and erosion of the soil in the reservoir riparian zone, and the dry season characterized by reducing the storage volume due to high evaporation, high residence time of water and consequent degradation of water quality due to the increase of eutrophication process

Modelagem da poluição difusa em uma bacia de drenagem urbana

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES

Water quality issues in rivers, lakes and reservoirs in Asian countries: an approach to the problems and the methodologies

Water covers over 70% of the Earth's surface, and is vital for all known forms of life. But only 3% of the Earth's water is fresh water, and less than 0.3% of all freshwater is in rivers, lakes, reservoirs and the atmosphere. However, rivers and lakes are an important part of fresh surface water, amounting to about 89%. In this Master Thesis dissertation, the focus is on three types of water bodies – rivers, lakes and reservoirs, and their water quality issues in Asian countries. The surface water quality in a region is largely determined both by the natural processes such as climate or geographic conditions, and the anthropogenic influences such as industrial and agricultural activities or land use conversion. The quality of the water can be affected by pollutants discharge from a specific point through a sewer pipe and also by extensive drainage from agriculture/urban areas and within basin. Hence, water pollutant sources can be divided into two categories: Point source pollution and Non-point source (NPS) pollution. Seasonal variations in precipitation and surface run-off have a strong effect on river discharge and the concentration of pollutants in water bodies. For example, in the rainy season, heavy and persistent rain wash off the ground, the runoff flow increases and may contain various kinds of pollutants and, eventually, enters the water bodies. In some cases, especially in confined water bodies, the quality may be positive related with rainfall in the wet season, because this confined type of fresh water systems allows high dilution of pollutants, decreasing their possible impacts. During the dry season, the quality of water is largely related to industrialization and urbanization pollution. The aim of this study is to identify the most common water quality problems in Asian countries and to enumerate and analyze the methodologies used for assessment of water quality conditions of both rivers and confined water bodies (lakes and reservoirs). Based on the evaluation of a sample of 57 papers, dated between 2000 and 2012, it was found that over the past decade, the water quality of rivers, lakes, and reservoirs in developing countries is being degraded. Water pollution and destruction of aquatic ecosystems have caused massive damage to the functions and integrity of water resources. The most widespread NPS in Asian countries and those which have the greatest spatial impacts are urban runoff and agriculture. Locally, mine waste runoff and rice paddy are serious NPS problems. The most relevant point pollution sources are the effluents from factories, sewage treatment plant, and public or household facilities. It was found that the most used methodology was unquestionably the monitoring activity, used in 49 of analyzed studies, accounting for 86%. Sometimes, data from historical databases were used as well. It can be seen that taking samples from the water body and then carry on laboratory work (chemical analyses) is important because it can give an understanding of the water quality. 6 papers (11%) used a method that combined monitoring data and modeling. 6 papers (11%) just applied a model to estimate the quality of water. Modeling is a useful resource when there is limited budget since some models are of free download and use. In particular, several of used models come from the U.S.A, but they have their own purposes and features, meaning that a careful application of the models to other countries and a critical discussion of the results are crucial. 5 papers (9%) focus on a method combining monitoring data and statistical analysis. When there is a huge data matrix, the researchers need an efficient way of interpretation of the information which is provided by statistics. 3 papers (5%) used a method combining monitoring data, statistical analysis and modeling. These different methods are all valuable to evaluate the water quality. It was also found that the evaluation of water quality was made as well by using other types of sampling different than water itself, and they also provide useful information to understand the condition of the water body. These additional monitoring activities are: Air sampling, sediment sampling, phytoplankton sampling and aquatic animal tissues sampling. Despite considerable progress in developing and applying control regulations to point and NPS pollution, the pollution status of rivers, lakes, and reservoirs in Asian countries is not improving. In fact, this reflects the slow pace of investment in new infrastructure for pollution control and growing population pressures. Water laws or regulations and public involvement in enforcement can play a constructive and indispensable role in environmental protection. In the near future, in order to protect water from further contamination, rapid action is highly needed to control the various kinds of effluents in one region. Environmental remediation and treatment of industrial effluent and municipal wastewaters is essential. It is also important to prevent the direct input of agricultural and mine site runoff. Finally, stricter environmental regulation for water quality is required to support protection and management strategies. It would have been possible to get further information based in the 57 sample of papers. For instance, it would have been interesting to compare the level of concentrations of some pollutants in the diferente Asian countries. However the limit of three months duration for this study prevented further work to take place. In spite of this, the study objectives were achieved: the work provided an overview of the most relevant water quality problems in rivers, lakes and reservoirs in Asian countries, and also listed and analyzed the most common methodologies.

Water quality in lakes and reservoirs in China

Dissertation elaborated for the partial fulfilment of the requirements of the Master Degree in Civil Engineering in the Speciality Area of Hydarulics

Avaliação da carga poluente afluente a uma massa de água – rio de S. Domingos

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia do Ambiente – Perfil de Engenharia Sanitária

Caracterização do estado trófico de Albufeiras do Norte Alentejano

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia do Ambiente – Ramo Engenharia Sanitária

O uso do solo como factor de influência na evolução de um sapal. Casos de estudo do Sapal de Corroios e do Sapal de Pancas

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia do Ambiente perfil Ordenamento do Território e Impactes Ambientais

O efeito da deposição salina nas características das escorrências rodoviárias em zonas costeiras

Tese de Doutoramento em Engenharia Civil.

Simulação de cenários alternativos de uso da terra em uma microbacia utilizando técnicas de modelagem e geoprocessamento

O modelo SWAT (Soil and Water Assessment Tool) foi aplicado na simulação de cenários alternativos de uso da terra na microbacia hidrográfica do Ribeirão dos Marins, em Piracicaba (SP), no biênio 1999/2000. Dois cenários foram simulados. No primeiro, o uso atual foi mantido numa faixa de mata ciliar de 30 m em toda a extensão dos cursos d'água e de 50 m ao redor das nascentes, de acordo com o Código Florestal. No segundo cenário, como as pastagens ocupavam 30,9 % da área da microbacia, nas encostas mais íngremes, com alto potencial erosivo, as áreas de pastagem foram substituídas por vegetação florestal. As simulações dos dois cenários foram comparadas com as condições do cenário atual em termos de produção de sedimentos. Os cenários geraram diferentes padrões espaciais da produção de sedimentos. Uma redução de 94,0 % na produção de sedimentos foi obtida com a substituição da pastagem por vegetação nativa (cenário 2). No cenário 1, a redução foi de 10,8 %. Esses resultados evidenciam a necessidade de tratar a paisagem em bacias hidrográficas de forma global, identificando as "áreas sensíveis ambientalmente", onde são necessárias práticas de controle dos processos erosivos e não somente práticas de proteção dispensada aos cursos d'água por meio da mata ciliar.

Simulação da produção de sedimentos para a microbacia hidrográfica do Ribeirão dos Marins (SP)

O modelo SWAT (Soil and Water Assessment Tool) foi aplicado para simular a carga de sedimentos produzida pela microbacia hidrográfica do Ribeirão dos Marins, em Piracicaba (SP), no biênio 1999/2000. A aplicação do modelo requer a entrada dos dados na forma espacializada que foi feita com o auxílio de uma interface entre o modelo e um Sistema de Informações Geográficas (SIG's). A microbacia foi discretizada em sub-bacias para determinar os parâmetros de entrada no modelo. Os resultados obtidos na simulação da produção de sedimentos foram comparados aos dados observados em um posto hidrossedimentométrico, localizado no terço superior da microbacia, utilizando o Coeficiente de Eficiência de Nash e Sutcliffe (COE) e o desvio dos dados simulados em relação aos observados (Dv). Para as condições específicas da microbacia do Ribeirão dos Marins, os resultados obtidos na simulação da produção de sedimentos pelo modelo, após a calibração, foram de 0,83, para o COE, e de -3,2 %, para o Dv, indicando um bom ajuste dos dados simulados comparados aos dados observados.

Calibração de modelo para a simulação de vazão e de fósforo total nas sub-bacias dos Rios Conrado e Pinheiro - Pato Branco (PR)

O desenvolvimento de modelos hidrológicos capazes de predizer o impacto de fontes difusas de poluição e do uso e ocupação do solo na qualidade das águas superficiais e subterrâneas tem auxiliado o estudo de agroecossistemas. Com esse objetivo, foi utilizado o modelo SWAT 2005 (Soil and Water Assessment Tool) para avaliar sua sensibilidade na predição da vazão e do fluxo de massa do P total. O estudo foi realizado em duas microbacias hidrográficas contíguas, dos rios Conrado e Pinheiro, afluentes do rio Pato Branco, localizadas nos municípios de Pato Branco e Mariópolis, no Estado do Paraná. Foram utilizados dados climatológicos do período 1979/2006 e dados observados de vazão e concentração de P total dos anos 2004/2005 de duas estações de monitoramento, localizadas na parte inferior do curso principal dos rios Conrado e Pinheiro. Utilizou-se a interface AvSWAT-X, com o SIG ArcView 3.3® e a extensão Spatial Analyst 2.0®, para entrada e manipulação dos dados. As médias anuais e mensais observadas de vazão e P total foram comparadas aos dados simulados. O Coeficiente de Eficiência de Nash-Sutcliffe (COE) foi utilizado para avaliar a eficiência do modelo. A modelagem foi melhorada com a associação de análise de sensibilidade, autocalibração e calibração manual, verificando-se que, com frequência de amostragem regular, o modelo SWAT 2005 realizou de forma aceitável as simulações de vazão e de exportação de P total. Já com frequência de amostragem irregular e pequeno número de dados, os procedimentos de análise de sensibilidade e de autocalibração não foram eficientes na calibração do modelo SWAT 2005 para a simulação de vazão e exportação de P total. Foram encontrados diferentes níveis de sensibilidade entre as duas estações, refletindo as desigualdades entre as Unidades de Resposta Hidrológica. A distribuição mensal simulada das exportações de P mostrou a heterogeneidade da aplicação do nutriente ao longo do ano.

Seleção dos indicadores da qualidade das águas superficiais pelo emprego da análise multivariada

Os fatores antrópicos e naturais que determinam a qualidade das águas superficiais na Bacia do Baixo Acaraú foram identificados pelo emprego da técnica de Análise Fatorial/Análise da Componente Principal (AF/ACP). Foram realizadas quatro campanhas no período de fev./2003 a mar./2004, em sete pontos de amostragem localizados ao longo do Rio Acaraú. Foram analisados 25 parâmetros físico-químicos e bacteriológicos. Pelo emprego da AF/ACP, identificou-se que o modelo de melhor ajuste para expressar a qualidade das águas na Bacia do Baixo Acaraú foi aquele composto por quatro fatores, explicando 82,1% da variância total. O primeiro fator representa a componente de sólidos em suspensão, expressando o processo de erosão e escoamento superficial. O segundo fator é definido por uma componente de nutrientes associados aos esgotos sanitários, às áreas agrícolas e a outras fontes de poluição difusa; o terceiro fator é indicativo da ação antrópica (componente orgânica), enquanto o quarto representa os sais solúveis que expressam o processo natural do intemperismo das rochas. Outro ponto observado é que a análise fatorial não resultou em grande redução no número de variáveis, uma vez que o melhor ajuste do modelo ocorreu com a inclusão de 18 das 25 variáveis analisadas.

Aplicação de água residuária de suinocultura em solo cultivado com soja: cobre e zinco no material escoado e no solo

O objetivo deste trabalho foi avaliar a poluição difusa referente ao cobre e ao zinco no solo e no material de escoamento superficial quando da aplicação de água residuária de suinocultura (ARS) em solo cultivado com soja, sob condição de chuva simulada. O experimento foi instalado em Toledo - PR, sendo aplicadas ao solo cinco taxas de ARS (0; 50; 100; 150 e 200 m³ ha-1 no ciclo), em três repetições por tratamento, divididas em seis aplicações ao longo do ciclo da soja. Foram instaladas calhas coletoras do material escoado e fizeram-se seis simulações de chuva durante o experimento, resultando em seis coletas do material escoado. Ao final do ciclo da soja, foram coletadas amostras de solo em cada uma das parcelas experimentais, em três profundidades, para a determinação do pH, da capacidade de troca de cátions, da matéria orgânica, do cobre e do zinco. Observou-se que houve perda de cobre e de zinco via escoamento superficial e que as maiores concentrações de cobre foram verificadas nas profundidades de 20-40 e 40-60 cm, enquanto o zinco apresentou maior concentração na camada de 0-20 cm e, ao final do experimento, aumentou nas demais profundidades.

Qualidade da água e sua relação espacial com as fontes de contaminação antrópicas e naturais: bacia hidrográfica do rio São Domingos - RJ

O objetivo do trabalho foi avaliar a qualidade das águas da Bacia Hidrográfica do Rio São Domingos (BHRSD), correlacionando-a com as possíveis fontes poluidoras advindas das características naturais e antrópicas da área. Alguns parâmetros físico-químicos foram analisados em 65 pontos (superficiais e subterrâneos) de amostragem. Os resultados foram confrontados com os limites estabelecidos pelas Resoluções CONAMA 357/05 (classe 2), que trata das águas superficiais, e CONAMA 396/08 (consumo humano), que contempla as águas subterrâneas. Foram analisados diversos cátions e ânions, temperatura, alcalinidade, pH, condutividade elétrica (CE), sólidos totais dissolvidos (STD), oxigênio dissolvido (OD), demanda bioquímica de oxigênio (DBO), coliformes termotolerantes e alguns agrotóxicos organoclorados e organofosforados. Os parâmetros que apresentaram inconformidades, com maior frequência, foram: alumínio dissolvido, boro total, ferro dissolvido, manganês total, nitratos, pH, OD, DBO e alguns organoclorados e organofosforados. Embora a área esteja situada em terreno cristalino tropical úmido, o que pode justificar os teores elevados de alumínio, manganês e ferro, os resultados apontam que o comprometimento da qualidade das águas da BHRSD é influenciado pela prática agrícola.