Dinâmica temporal da qualidade da água em um córrego urbano / Temporal dynamics of water quality in an urban stream

RESUMO A urbanização conduz ao acréscimo de superfícies de baixa permeabilidade nas bacias hidrográficas, o que resulta em aumento no volume de água pluvial escoado superficialmente nos terrenos e, consequentemente, na ampliação de poluentes carreados aos cursos de água receptores, o que pode prejudicar a qualidade de suas águas. O objetivo principal da presente pesquisa foi analisar a variação da qualidade da água ao longo do dia em um córrego impactado por área urbana por meio do índice de qualidade das águas (IQACETESB) e dos parâmetros envolvidos no seu cálculo. A coleta de amostras foi realizada uma vez ao mês, durante o período de sete meses, nos seguintes horários: 8h, 14h e 19h. No geral, foram encontradas baixas concentrações de oxigênio dissolvido e altos teores de matéria orgânica e nutrientes no córrego avaliado. A amostragem em diferentes períodos do dia foi eficiente em relação ao entendimento dos processos antrópicos que acontecem na sub-bacia estudada (e.g., lançamento de esgoto doméstico in natura e aporte intenso de fósforo no período da manhã). Além disso, foi observada uma oscilação significativa no valor do IQACETESB entre os três períodos do dia, tal como em junho de 2018: 52 (manhã) e 23 (noite). Dessa forma, a avaliação do IQACETESB conduzida em apenas um horário do dia pode deixar passar informações essenciais para os gestores ambientais, resultando em uma visão errônea do problema.

ABSTRACT Urbanization leads to the addition of areas of low permeability in watersheds, which results in an increase in the volume of rainwater drained superficially and, consequently, in the expansion of pollutants carried to the receiving watercourses, which may impair the quality of their waters. The main objective of this research was to analyze the variation in water quality throughout the day in a stream impacted by urban areas through the water quality index (WQICETESB) and the parameters involved in its calculation. Sample collection was performed once a month, for a period of seven months, at the following times: 8:00 am, 2:00 pm, and 7:00 pm. In general, low concentrations of dissolved oxygen and high levels of organic matter and nutrients were found in the stream evaluated. Sampling at different times of the day was efficient in terms of understanding the anthropic processes that take place in the studied sub-basin (e.g., the release of fresh domestic sewage and intense phosphorus input in the morning). In addition, a significant fluctuation in the value of the WQICETESB was observed between the three periods of the day, as in June 2018: 52 (morning) and 23 (night). Thus, the evaluation of the WQICETESB conducted in only one hour of the day can pass on essential information for environmental managers, resulting in an erroneous view of the problem.

Melhoria da qualidade da água de rios urbanos: novos paradigmas a explorar - Bacia hidrográfica do rio Pinheiros em São Paulo / Improvement of water quality in urban rivers: new paradigms to explore - Pinheiros river basin, São Paulo, Brazil

RESUMO A questão da qualidade da água nos corpos d'água urbanos é complexa, pois passa pelo controle de cargas poluidoras pontuais e difusas. As cargas pontuais ainda são um problema recorrente no Brasil, porém são mais facilmente identificáveis. As cargas difusas não têm um ponto de lançamento específico, o que torna seu controle mais difícil, pois ocorrem principalmente em função da lavagem das superfícies durante as chuvas. Os corpos d'água em áreas urbanas são severamente afetados por tais descargas, que se refletem na qualidade das águas e em seus usos. Nesse contexto, este trabalho apresenta elementos do monitoramento da qualidade da água do rio Pinheiros nos últimos dez anos; analisa os resultados do monitoramento da Companhia Ambiental do Estado de São Paulo (Cetesb); verifica se há relação com resultados do monitoramento diário do projeto Avaliação da Qualidade das Águas do Sistema Pinheiros-Billings com o Protótipo Flotação; e, por fim, avalia o uso de sistema de biorretenção, que apresenta resultados significativos de reduções da carga poluidora do escoamento superficial chegando, em alguns casos, a mais de 90%. Essa solução é uma alternativa para a redução da poluição difusa na bacia do rio Pinheiros.

Abstract The issue of water quality in urban water bodies is complicated, as it involves controlling on point and diffuse pollution loads. Point loads are still a problem in Brazil, although more easily identifiable. Diffuse loads do not have a specific discharge point, which makes their control more difficult, and they happen mainly due to stormwater surface runoff. Urban water bodies are exposed to the diffuse pollution, which affects their water quality and multiple uses. Thus, this article presents the Pinheiros River's water quality monitoring over the last ten years, analyzes the monitoring results of São Paulo State Environmental Company (Cetesb), and verifies the existence of a relationship with these results with the daily monitoring of the project "Avaliação da Qualidade das Águas do Sistema Pinheiros-Billings com o Protótipo Flotação". Finally, it evaluates the use of a bioretention system with average reductions of runoff pollutants loads, in some cases, more than 90%, being an alternative for diffuse pollution control in the Pinheiros River basin.

Uso da cafeína como indicador de poluição por esgoto doméstico em corpos d'água urbanos / Use of caffeine as an indicator of pollution by domestic sewage in urban water bodies

RESUMO Nos centros populacionais, os ambientes aquáticos estão em constante degradação em consequência das atividades desenvolvidas nas bacias de drenagem, sendo o despejo de esgoto doméstico uma das maiores fontes de poluição. Monitoramentos ambientais de qualidade da água refletem os poluentes gerados nas áreas de influência e dão indícios das prováveis origens. Todavia, são as substâncias de uso exclusivamente antrópico que podem comprovar a existência do lançamento de tais cargas poluidoras. Nesse contexto, o presente trabalho teve como objetivo avaliar a eficiência da cafeína como indicador de poluição por esgoto doméstico. O método analítico utilizado para a sua identificação foi a cromatografia líquida de alta eficiência. Com o intuito de relacionar os resultados obtidos para a cafeína com a diluição e as fontes difusas de poluição, foram aferidos, ainda, dados de precipitação, oxigênio dissolvido e demanda bioquímica de oxigênio. A cafeína foi encontrada em todas as amostras analisadas, com concentrações variando de 0,01 a 7,80 mg.L−1. Os maiores valores foram observados no período chuvoso, relacionados ao transbordamento e ao vazamento de esgoto doméstico. Este estudo inferiu a utilização da cafeína como eficiente indicador de poluição por esgoto doméstico.

ABSTRACT In population centers, aquatic environments are in constant degradation due to the activities carried out in watersheds, with the release of domestic sewage being one of the biggest sources of pollution. Environmental monitoring of water quality reflects the inputs generated in the areas of influence and gives evidence of likely origins. However, it is the substances for exclusively anthropic use that can prove the existence of the release of such polluting loads. In this context, the present study aimed to evaluate the efficiency of caffeine as an indicator of pollution by domestic sewage. The analytical method used for its identification was high-performance liquid chromatography (HPLC). In order to relate the results obtained for caffeine with the dilution and nonpoint sources pollution, data on precipitation, dissolved oxygen, and biochemical oxygen demand were also measured. Caffeine was found in all samples analyzed, with concentrations ranging from 0.01 to 7.80 mg.L−1. The highest values were observed in the rainy season, related to the overflow and leakage of domestic sewage. This study infered the use of caffeine as an efficient indicator of pollution by domestic sewage.

Simulação temporal e espacial do aporte de sedimentos em bacia agrícola no município de Fernandópolis (SP) / A temporal and spatial simulation of the sediment input in an agricultural basin in the municipality of Fernandópolis, São Paulo, Brazil

RESUMO A caracterização do aporte de sedimentos em bacias hidrográficas representa uma importante ferramenta para subsidiar projetos de conservação do solo e de manejo de bacias hidrográficas. Assim, neste trabalho realizou-se uma análise temporal e espacial do aporte de sedimentos em bacia hidrográfica agrícola afluente do Ribeirão Santa Rita, situada em Fernandópolis, São Paulo, por meio de simulação com o uso de geoprocessamento. Para isto, realizou-se a simulação do aporte de sedimentos pelo método da equação universal de perda de solo modificada para bacias, no período de outubro de 2012 a setembro de 2013. Verificou-se um aporte total de sedimentos de 433,87 t no período avaliado, resultando em uma perda média de solo de 3,635 t.ha-1.ano-1. O período de maior aporte de sedimentos foi de dezembro de 2012 a março de 2013, quando foram produzidos 65,1% do total de sedimentos do período avaliado. No mês mais crítico, fevereiro de 2013, cerca de 15% da área total da bacia apresentou aportes de sedimentos variando de 2 a 15 t.ha-1.ano-1. A cultura da cana-de-açúcar foi a que mais contribuiu com os aportes de sedimentos, sendo responsável por 92% do total e com média de 6,343 t.ha-1.ano-1.

ABSTRACT The characterization of sediment input in watersheds is an important tool for projects that support soil conservation and watershed management. A spatial and temporal analysis of the sediment input in an agricultural watershed tributary of Santa Rita River was performed by means of a geoprocessing simulation in the municipality of Fernandópolis, São Paulo, Brazil. In order to accomplish this, there was a simulation of sediment delivery using the Modified Universal Soil Loss Equation (MUSLE) method for basins, from October 2012 to September 2013. There was a total of 433.87 t of sediments contributed in the period evaluated, resulting in an average soil loss of 3,635 t.ha-1.yr-1. The period with the greatest amount of sediment input was from December 2012 to March 2013. 65.1% of all the sediments were produced at that time. In the most critical month of sediment input, February 2013, about 15% of the total basin area showed sediment contributions ranging from 2 to 15 t.ha-1.yr-1. Sugarcane contributed the most sediment, accounting for 92% of the total, and an average of 6,343 t.ha-1.yr-1.

O efeito do hidrograma e da concentração afluentes na remoção de material particulado em canal gramado / The effect of hydrograph and of inlet concentration in particle removal on grassy channel

RESUMO Neste trabalho buscou-se avaliar o efeito do hidrograma e da concentração afluentes na remoção de material particulado em canal gramado construído em escala real. Para tal, foram investigados três hidrogramas de entrada e concentrações iniciais (Co) de material particulado: 65; 130; 195; 263, 327 e 400 mg/L, os quais foram descarregados em canal gramado de 100 m de extensão e declividade de 2%. O pico dos hidrogramas investigados foi da ordem de 11±2 L/s; e o tempo de base (tB), determinado no ponto de descarregamento no canal, variou entre 15, 25 e 35 minutos. O tempo de trânsito no canal (tT) foi da ordem de 10,5±2,5 minutos, o que corresponde à velocidade de 0,14±0,02 m/s. Para tB de 15 minutos, a média das máximas eficiências foi da ordem de 64±3%, para posição de 31±26 m. Para tB de 25 minutos, a média das máximas foi da ordem de 73±3%, para posições de 59±24 m. Finalmente, para tB de 35 minutos, a média das máximas eficiências obtidas foi da ordem de 65±3%, nas posições de 73±15 m. Verificou-se que 70% dos valores da constante de decaimento (k d) estão entre 0,005 e 0,015 s-1, e, ao desconsiderar o hidrograma representado por tB de 15 minutos, 90% dos dados estão no intervalo 0,005 ≤ k d ≤ 0,015 s-1. Além disso, foi identificada relação direta e proporcional entre a concentração final (C*) e as concentrações iniciais (Co).

ABSTRACT The present work investigated the effect of hydrograph and inlet concentration on the removal of particle matter on a constructed real scale grassy channel. For this, three input hydrographs and initial concentration (Co) of particulate matter were investigated, as following: 65; 130; 195; 263, 327 and 400 mg/L, which were discharged in a grassy channel with 100 m length and a 2% slope. The peak of the hydrographs investigated was around 11±2 L/s; and the time base (tB), determined in the unloading point on the channel, ranged between 15, 25 and 35 minutes. The transit time in the channel (tT) was about 10.5±2.5 minutes, corresponding to a speed of 0.14±0.02 m/s. For 15 minutes tB, the average of maximum efficiencies was around 64±3% for the position 31±26 m. For 25 minutes tB, it was around 73±3% for 59±24 m. Finally, for 35 minutes tB the average of maximum efficiencies was about 65±3% for 73±15 m. It was verified that 70% of the values of the decay constant (k d) are between 0.005 and 0.015 s-1; and, when the tB of 15 minutes is not considered, 90% of the data is in the range of 0.005≤ k d ≤0.015 s-1. Also, a direct and proportional behavior of the final concentration (C*) and the initial concentration (Co) was identified.

Avaliação do desempenho de canal gramado na remoção de material suspenso em escoamento superficial pluvial / Performance of natural channel on removing suspended matter from runoff

RESUMO Neste trabalho, buscou-se avaliar o desempenho de canal gramado na remoção de material suspenso presente em escoamento superficial em unidade construída em escala real. Para tal, foram investigadas diferentes concentrações iniciais de material particulado, o qual foi descarregado por meio de chuvas simuladas em canal de 100 m de extensão e declividade de 2%. As medidas de material particulado foram feitas mediante a análise de sólidos suspensos totais (SST) em diferentes posições ao longo do canal. Os hidrogramas de descarregamento e as lâminas de água no canal foram monitorados durante a passagem da onda de cheia. Avaliaram-se as frações removidas para cada evento isolado e também em conjunto, por intermédio da interpolação por krigagem. Remoções da ordem de 50% foram obtidas para a posição de 50 m do canal gramado e de 70% para a posição de 80 m. Os resultados mostraram que a remoção de material particulado é fortemente dependente da extensão do canal e que os aspectos dinâmicos decorrentes da passagem da onda de cheia influenciam no processo.

ABSTRACT In this study, the performance of a natural channel in removing particulate matter from runoff was evaluate. For this purpose, different initial concentrations of particles, which were discharged by means of simulated 100 m in length and slope of 2% channel rains, were investigated. The measurements of particulate matter were made by means of total suspended solids (TSS) at different positions along the channel. Hydrograph and water levels in the canal during the passage of the flood wave were monitored. The removed fractions for each one of the isolated essays and also in a combined way were evaluated, by applying kriging interpolation. Removals around 50% were obtained for the channel position of 50 m and 70% for channel position of 80 m. The results indicated that the removal of particulate material is strongly dependent on the extension of the channel and the dynamic aspects arising from the passage of the flood wave influence in the process.

Modeling pollution potential input from the drainage basin into Barra Bonita reservoir, São Paulo – Brazil / Modelagem do potencial de contribuição da bacia de drenagem para a poluição da qualidade da água do reservatório de Barra Bonita, São Paulo – Brasil

In this study multi-criteria modeling tools are applied to map the spatial distribution of drainage basin potential to pollute Barra Bonita Reservoir, São Paulo State, Brasil. Barra Bonita Reservoir Basin had undergone intense land use/land cover changes in the last decades, including the fast conversion from pasture into sugarcane. In this respect, this study answers to the lack of information about the variables (criteria) which affect the pollution potential of the drainage basin by building a Geographic Information System which provides their spatial distribution at sub-basin level. The GIS was fed by several data (geomorphology, pedology, geology, drainage network and rainfall) provided by public agencies. Landsat satellite images provided land use/land cover map for 2002. Ratings and weights of each criterion defined by specialists supported the modeling process. The results showed a wide variability in the pollution potential of different sub-basins according to the application of different criterion. If only land use is analyzed, for instance, less than 50% of the basin is classified as highly threatening to water quality and include sub basins located near the reservoir, indicating the importance of protection areas at the margins. Despite the subjectivity involved in the weighing processes, the multi-criteria analysis model allowed the simulation of scenarios which support rational land use polices at sub-basin level regarding the protection of water resources.

Este estudo aplica ferramentas de modelagem multicritério para mapear a distribuição espacial do potencial de contribuição da bacia de drenagem para a poluição do reservatório de Barra Bonita, Estado de São Paulo, Brasil. A bacia de drenagem Barra Bonita passou por intensas alterações no uso e cobertura da terra, incluindo um rápido aumento na conversão de pastagens em cana-de-açúcar nas últimas décadas. Assim sendo, este estudo contribui com a demanda de informação sobre os fatores (critérios) que afetam o potencial de poluição das bacias de drenagem através da construção de um Sistema de Informação Geográfica (SIG), com sua distribuição espacial ao nível de sub-bacia. A base de dados foi alimentada por diversos órgãos públicos, que forneceram informações georreferenciadas sobre a geomorfologia da bacia de drenagem, pedologia, geologia, rede de drenagem e precipitação. Imagens do satélite Landsat e ferramentas de geoprocessamento permitiram a obtenção do mapa de uso e cobertura da terra referente ao ano de 2002. Especialistas definiram as classificações e pesos de cada critério subsidiando o processo da modelagem. Obteve-se que o potencial sub-bacia para poluir o reservatório varia amplamente de um critério para o outro. Se somente o uso da terra for analisado, por exemplo, menos de 50% da área da bacia é classificada como tendo alto potencial de poluição da água do reservatório em questão. Essa área de alto potencial, nesse caso está associada às regiões mais próximas ao reservatório, indicando ser crucial a criação de áreas e preservação em sub-bacias próximas às margens do reservatório. Apesar da subjetividade envolvida no processo de ponderação, a análise multi-critério utilizada nesta pesquisa mostrou ser uma importante ferramenta para simulação de cenários que possam fornecer suporte às políticas de ordenamento e uso adequado da terra em nível de sub-bacia, visando à proteção dos recursos hídricos.