22º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental
14 a 19 de Setembro 2003 - Joinville - Santa Catarina
I-179 – CICLO NICTEMERAL E VERTICAL DE VARIÁVEIS AMBIENTAIS NO
AÇUDE EPITÁCIO PESSOA, SEMI-ÁRIDO PARAIBANO
Célia Regina Diniz(1)Engenheira Química – Universidade Federal da Paraíba/ UFPB Brasil. Mestre em Engenharia Sanitária e Ambiental - UFPB. Doutoranda em Recursos
Naturais - Universidade Federal de Campina Grande/UFCG. Professora Adjunta da
Universidade Estadual da Paraíba/UEPB. Tel: 0 (xx) 833341147; 0(xx) 83 99739644 email:
[email protected]
Beatriz Susana O. de Ceballos
Bioquímica – Universidade Nacional de Tucumán/Argentina. Mestre em Microbiologia e
Imunologia – Escola Paulista de Medicina/SP. Doutora em Ciências - Área de
Concentração Microbiologia Ambiental/ USP. Professora Adjunta/. Chefe do Laboratório
de Saneamento Ambiental. UFCG/DEC/CCT/AESA Tel:0(xx) 833333011Fax:0(xx)833101011.email: [email protected]
José Etham Lucena Barbosa
Biólogo - Universidade Estadual da Paraíba/Brasil.Mestre em Botânica – Universidade
Federal de Pernambuco. Doutor em Ecologia e Recursos Naturais – Universidade Federal
de São Carlos. Professor Titular da Universidade Estadual da Paraíba/UEPB. Tel: 0(xx)
832355340; e-mail: [email protected]
Annemarie Konig
Bióloga - Universidade Federal de São Carlos/Brasil. Doutora em Botânica - Universidade
de Liverpool/Inglaterra. Professora Adjunta Coordenadora da Área de Engenharia Sanitária
e Ambiental - UFCG/DEC/CCT/AESA. Tel: 0(xx) 833101154; 0 (xx) 83 3311041- e-mail:
[email protected]
Endereço(1): Rua Antônio José Santiago, 115, Bloco C, Aptº 402, Condomínio Santa
Bárbara II, Centenário, Campina Grande - PB, Brasil, CEP: 58.105.125. Tel.:
0xx833341147, email: [email protected]
RESUMO
O estudo das variações nictemerais (24 horas) tem grande importância para indicar os
principais mecanismos e as interações que ocorrem em curtos períodos de tempo nos
sistemas aquáticos. Este trabalho tem por objetivos estudar as variações físicas, químicas,
biológicas, na superfície e na coluna d’água durante um ciclo nictemeral no Açude Epitácio
Pessoa (Paraíba), no período de chuva. A amostragem ocorreu em um período de 24 horas,
em cinco profundidades (100%, 50%, 1% de intensidade luminosa, intermediário e fundo).
Foram analisados: temperatura da água, OD, pH, CE, turbidez, alcalinidade, bicarbonato,
dureza total, cálcio, magnésio, cloretos, sódio, potássio, fósforo total, ortofosfato solúvel,
DBO5 e clorofila ‘a’. A temperatura da água foi mais elevada durante o dia e na zona
eufótica, com pequenas variações entre a superfície e o fundo. Houve estratificação térmica
durante o dia e mistura durante a noite. OD seguiu o mesmo padrão de estratificação
térmica, com perfil clinogrado. O pH, alcalinidade e bicarbonato não apresentaram variação
nictemeral nem vertical acentuada. A CE foi mais elevada à noite e no hipolímnio. A
turbidez foi maior no fundo do açude. Dureza, cálcio e magnésio, tiveram maiores
concentrações durante o dia. Sódio e potássio foram mais elevados à noite, diminuindo com
a profundidade. Cloretos e DBO5 não apresentaram um padrão definido de variação.
Fósforo total aumentou com a profundidade e no período noturno. Ortofosfato solúvel foi
mais elevado durante o dia, sem variações acentuadas com a profundidade. A clorofila "a"
teve concentrações mais elevadas durante o dia (atividade fotossintética), diminuindo com a
profundidade. A ACP mostrou que o fator 1 teve correlações positivas com magnésio e CE,
e negativas com dureza, cálcio , clorofila ‘a’, OD e temperatura da água. No fator 2, houve
relações negativas com sódio e potássio, e positivas com bicarbonato e cloretos. No fator 3,
as associações entre variáveis não foram significativas ao nível de 10%. O agrupamento
entre horas e profundidades teve como fonte de maior variabilidade as mudanças entre o dia
e a noite em detrimento das variações entre a superfície e o fundo.
PALAVRAS-CHAVE: Ciclo Nictemeral, Qualidade de Água, Açude do Semi-árido
Paraibano.
INTRODUÇÃO
As interações múltiplas entre as variáveis físicas, químicas e biológicas que ocorrem no
interior da massa aquática com a bacia de drenagem e com os fatores climáticos regionais
determinam a qualidade da água dos corpos aquáticos. O aporte intenso de nutrientes, pelo
lançamento de esgotos domésticos e industriais e com as águas de escoamento superficial
de terras agropastoris, altera a qualidade dessas águas e principalmente, afeta o
abastecimento humano.
No Nordeste Brasileiro (1.663.230 Km2) a água é fundamental na determinação das
condições de vida das populações (VIEIRA, 1999), e devido à freqüência de grandes secas,
os açudes têm assumido um papel preponderante na solução para o abastecimento de água
da região (GUERRA, 1981; MOLLE; CADIER, 1992). O clima semi-árido é típico do
interior do Nordeste, sendo conhecido como Polígono das Secas, que corresponde a quase
todo sertão nordestino, caracteriza-se por temperaturas elevadas (média de 27ºC) e chuvas
relativamente escassas (médias anuais de 700 mm) e irregulares, que se concentram de 3 a
6 meses do ano (SILVA et al., 1987). Na Paraíba, destaca-se o Açude Epitácio Pessoa
(Boqueirão), 7º29’20"S e 36º17’3"W que represa as águas dos rios Paraíba e Taperoá. Está
inserido no Trópico Semi- árido, foi construído entre 1952 e 1956 na região dos Cariris
Velhos, com o menor índice pluviométrico do Brasil (<100mm anuais). Possui uma área de
26.784ha, capacidade 450.421.000 m3 e volume de 150.081.000m3 (33,34% da capacidade
máxima). Serve como reservatório de abastecimento d'água das cidades de Campina
Grande, Pocinhos, Boqueirão, Queimadas, Caturité, Riacho de Santo Antônio e de outros
centros populacionais menores, rurais e urbanos. Ao todo, beneficia uma população
estimada em mais de meio milhão de pessoas (REGO; ALBUQUERQUE; RIBEIRO,
2000).
Alguns estudos sazonais das variáveis físicas, químicas, biológicas e microbiológicas foram
feitos neste reservatório (CEBALLOS, 1995), porém não foram analisadas suas variações
nictemerias. Em regiões tropicais, as variações sazonais são meno s pronunciadas que as que
ocorrem num ciclo de 24 horas (ESTEVES et al., 1988) e se caracterizam, principalmente,
pela alternância de períodos de seca e de chuva. A diferença de apenas 0,5ºC entre a
superfície e a parte inferior da coluna d’água, permitem que um corpo d’água em regiões
tropicais apresente estratificação térmica relativamente estável (PAYNE, 1986), visto que
as altas temperaturas observadas nestas regiões, fazem com que pequenas diferenças na
temperatura da água correspondam a grandes diferenças de densidade (BOZELLI et al.,
1992). Portanto, diferentes pesquisas têm buscado evidenciar nesses ecossistemas as
modificações de qualidade que ocorrem na água ao longo do dia, já que as alterações das
variáveis ambientais e o comportamento das comunidades aquáticas, neste espaço de
tempo, podem ser marcantes. Os objetivos desse estudo são conhecer a amplitude de
variação de parâmetros ambientais e sua influência na qualidade da água num ciclo de 24
horas, ao longo da coluna d’água, do Açude Epitácio Pessoa (Paraíba), durante a estação
chuvosa, na busca de subsídios para a compreensão da dinâmica deste Açude. A
complementação do estudo com ciclo nictemeral na época seca poderá servir para o
planejamento do gerenciamento de ecossistemas aquáticos do semi-árido.
MATERIAIS E MÉTODOS
A amostragem ocorreu num período de 24 horas (28 e 29/05/2002), a intervalos de três
horas em cinco profundidades: 100%, 50% e 1%, de intensidade luminosa, zona
intermediária e no fundo. A transparência foi medida com o disco de Secchi, e foi usada
para estimar ao longo da coluna d'água a penetrabilidade da luz e determinar a extensão da
zona eufótica. As amostras de água foram coletadas com garrafa de Van Dorn (5 litros). A
temperatura da água foi medida com um termômetro de reversão (0,01 de resolução).
Imediatamente após as coletas, as amostras de água foram levadas ao laboratório para seu
processamento. A determinação dos parâmetros físicos e químicos seguiram as
determinações especificadas em APHA (1995). Foram avaliados, pH, condutividade
elétrica (CE); oxigênio dissolvido (OD) pelo método de Winkler – modificação azida,
DBO5 pelo método dos frascos padrões, alcalinidade (titulométrico – potenciométrico –
H2SO4), a turbidez pelo método nefelométrico, bicarbonato (HCO3), dureza total, cálcio
(Ca), magnésio (Mg) e cloretos (Cl-) foram medidos através do método titulométrico, sódio
(Na) e potássio (K) através do fotômetro de chama, fósforo total (Pt) e ortofosfato solúvel
(PO4), quantificados pelo método do ácido ascórbico e leitura em espectrofotômetro e
clorofila "a" (extração a quente com metanol 90%). O tratamento estatístico dos dados foi a
análise descritiva: média aritmética, desvio padrão (DP) e coeficiente de variação (CV). A
Análise de Componentes Principais (ACP) foi utilizada para ordenar a variabilidade entre
as profundidades e as horas em relação as variáveis estudadas e para comparar as diferentes
unidades amostrais. Foi utilizado o programa Statistics versão 5.5 (Statsoft Inc., 2000).
RESULTADOS E DISCUSSÃO
A média da temperatura da água foi de 26,1ºC e CV = 0,5% (Tab. 1, Fig.1), teve os maiores
valores durante o dia (max = 26,4/11:00h e 14:00h) na zona eufótica. As diferenças entre
superfície e fundo foram inferiores a 1,0ºC (14:00-17:00h), mas permitiram estratificações
térmicas estáveis durante o dia. O resfriamento noturno, entre 23:00h e 08:00h, provocou
mistura na coluna d’água. As concentrações de OD (Tab. 1, Fig. 2), seguiram o mesmo
padrão de estratificação térmica, com amplitude de 3,4mg/l, revelando um perfil clinogrado
com concentrações mais elevadas na zona eufótica (7,9 mg/l) entre 14:00 e 20:00h, e mais
baixas (4,5 mg/l), na zona afótica (entre 17: 00 e 08:00h). Os maiores valores médios
ocorreram durante o dia (6,6 mgO2/l) e os menores (6,4 mgO2/l) durante a noite, embora as
diferenças foram pequenas.
Tabela 1- Valores de tendência central, dispersão absoluta e relativa para parâmetros
físicos, químicos e biológicos do açude Epitácio Pessoa - PB, período de chuva (maio/02).
Estatística
Temp. (ºC)
pH
CE
m mho/cm
Turbidez (UT)
Alcal (mg/l)
Dur (mg/l)
Ca (mg/l)
Mg (mg/l)
HCO3 (mg/l)
Média
26,1
7,1
520,0
4,3
82,3
102,1
19,4
39,3
109,4
Vmáx
26,4
8,00
533
6
90
125
46
54
128
Vmin
25,9
6,25
505
3,3
65
80
8
12
92
DP
0,14
0,4
6,1
0,6
4,1
8,9
8,0
9,1
8,1
CV
0,5%
5,6%
1,2%
12,9%
5,0%
8,8%
41,2%
23,2%
7,4%
Estatística
Na
(mg/l)
K (mg/l)
Cl (mg/l)
Ptot
(mg/l)
PO4
(mg/l)
Cl "a"
(m g/l)
DBO5 (mg/l)
OD
(mg/l)
Média
67,6
5,4
75,4
0,018
0,004
2,7
3,2
6,5
Vmáx
72,2
5,7
99,0
0,080
0,020
3,7
6,0
7,9
Vmin
58,3
5,0
45,0
0,000
0,000
1,7
2,0
4,5
DP
4,0
0,2
10,9
0,013
0,006
0,4
1,2
1,0
CV
5,9%
3,7%
14,5%
72,2%
150,0%
14,8%
37,5%
15,4%
Figs. 1 e 2: Variação vertical e nictemeral de temperatura e OD, no Açude Epitácio Pessoa,
PB.
Os valores de pH (Tab. 1, Fig. 3) não apresentaram variação nictemeral nem vertical
acentuada (média = 7, CV = 5,6%), típico de ambientes tamponados. A condutividade
elétrica (Tab. 1, Fig. 4) variou de 533m mho/cm (02:00h) a 505m mho/cm (14:00h), sendo
mais elevada no período noturno e em direção à região mais profunda. Este gradiente
vertical de concentração pode estar associado ao acúmulo de íons e processo de
decomposição nas regiões mais profundas.
Figs. 3 e 4: Variação vertical e nictemeral de pH e CE, no Açude Epitácio Pessoa, PB.
Os valores de turbidez (Tab. 1, Fig. 5) variaram de 3,3 a 6,0 UT, aumentando com a
profundidade, pelo revolvimento do material no fundo do açude. Alcalinidade e
Bicarbonato (Tab. 1, Figs. 6, 7) não apresentaram variação nictemeral nem vertical
acentuada. Dureza (média = 102,1 mg/l, CV = 8,8%) cálcio (média = 19,4 mg/l, CV =
41,2%) e magnésio (média = 39,3 mg/l, CV = 23,2%) tiveram maiores concentrações
durante o dia (Tab. 1, Figs. 8, 9, 10).
Figs. 5, 6, 7, 8, 9, 10: Variação vertical e nictemeral de Turbidez, Alcalinidade,
Bicarbonato,
Dureza, Cálcio e Magnésio no Açude Epitácio Pessoa, PB.
As concentrações de sódio (Tab. 1, Fig. 11) foram mais elevadas à noite (70mg/l) e
inferiores no hipolímnio (65,3mg/l). Potássio (Tab. 1, Fig. 12) teve comportamento
semelhante, variando pouco: entre 5,7 e 5mg/l. Cloretos (Tab. 1, Fig. 13) e DBO5 (Tab. 1,
Fig. 14) não apresentaram um padrão definido de variação. A DBO5 apresentou valores
baixos (média = 3,2mg/l).
Figs. 11, 12, 13, 14: Variação vertical e nictemeral de Sódio, Potássio, Cloretos e DBO5 no
Açude Epitácio Pessoa, PB.
Fósforo total (Tab. 1, Fig. 15) variou entre min = 0,0mg/l e max = 0,08mg/l (média = 0,018
mg/l, CV = 72,2%) sendo crescente com a profundidade e com a chegada da noite. O
aumento da concentração de fósforo total com a profundidade pode estar relacionado com
baixas concentrações de OD na parte inferior da coluna d’água. Os valores médios de
ortofosfato solúvel (Tab. 1, Fig. 16) apresentaram média = 0,004 mg/l e CV = 150%, e
foram mais altos durante o dia (0,006mg/l), não havendo variações acentuadas com a
profundidade.
Figs. 15, 16: Variação vertical e nictemeral de Fósforo Total e Ortofosfato Solúvel, no
Açude Epitácio Pessoa, PB.
A clorofila ‘a’ (Tab. 1, Fig. 17) variou entre 3,7m g/l e 1,7m g/l (média = 2,7m g/l, CV =
14,8%) , com valores mais elevados durante o dia, pela atividade fotossintética,
decrescendo com o aumento da profundidade devido a atenuação da luz solar.
Figs. 17: Variação vertical e nictemeral da Clorofila ‘a’, no Açude Epitácio Pessoa, PB.
A ACP mostrou que os três primeiros fatores acumulam 44% da variância do sistema,
como ilustra a Tabela 2. O fator 1 (Tab. 3, Fig. 19) apresentou associações positivas com
Mg e CE, e negativas com dureza, Ca, clorofila ‘a’, OD e temperatura da água. No fator 2
(Tab. 3, Fig. 19), as relações significativas estabeleceram-se negativamente com o Na e K,
e positivas com HCO3 e cloretos. Para o fator 3, a disposição gráfica manteve-se inalterada,
no entanto, as associações entre variáveis foram baixas (não significativas ao nível de
10%). A forte variabilidade horária e vertical das variáveis, contribuiu para que a maioria
das Componentes Principais representem apenas sinais aleatórios, sendo não consideradas
pelo critério de Kaiser; e as três únicas significativas acumulem relativamente pouca
variância.
O agrupamento entre horas e profundidades teve como fonte de maior variabilidade as
mudanças temporais (dia/noite) em detrimento das espaciais (superfície/fundo). O
componente 2, segregou positivamente os horários de luz correspondentes às maiores
concentrações de Ca, Mg, HCO3 e turbidez da água, e negativamente os horários noturnos
e sua relação com os íons K e Na. Nas Figs. 18 e 19 a dinâmica dos íons Ca, Mg, HCO3 e
cloretos em escalas horárias, têm relação com as propriedades geológicas da bacia de
drenagem que favorecem a presença de uma água de dureza elevada assim como as
variáveis DBO5, CE e cloretos se relacionam com a entrada de esgotos.
Tabela 2– Autovalores dos três componentes principais extraídos através da Análise de
Componentes Principais (ACP) dos dados da nictemeral do eixo vertical do açude Epitácio
Pessoa, período de chuva, 2002.
Extração
Autovalores
% de variância
Autovalores acumulado
% de acumulação
1
3,7
19,5
3,7
19,5
2
2,7
14,1
6,4
33,6
3
2,0
10,6
8,4
44,1
Tabela 3 – Coeficientes de correlações entre as variáveis físicas, químicas e biológicas
analisadas e os três primeiros eixos da ordenaçãona ACP para a distribuição da nictemeral
no eixo vertical do açude Epitácio Pessoa, no período da chuva, 2002.
Componentes Principais
Variáveis
Fator 1
Fator 2
Fator 3
Variáveis
Fator 1
Fator 2
Fator 3
Temperat.
-0,472
-0,158
0,669
HCO3
0,061
0,498
0,184
pH
-0,150
-0,414
-0,275
Na
0,218
-0,854
-0,042
CE
0,541
0,242
0,168
K
-0,050
-0,846
-0,085
Turbidez
-0,265
0,079
-0,686
Cl0,336
0,461
-0,069
Alcal.
-0,294
-0,066
-0,183
Pt
0,360
-0,094
-0,401
Dureza
-0,467
0,424
-0,003
PO4
-0,499
0,031
-0,425
Ca
-0,821
0,121
-0,226
Clor_"a"
-0,673
0,159
0,117
Mg
0,837
0,017
0,186
DBO5
0,293
0,246
-0,050
OD
-0,508
-0,282
0,637
Fig. 18. Ordenação (ACP) dos horários e profundidade para o Açude Epitácio Pessoa, O
número representa o horário e as letras as profundidades (A=superfície; B=3,5m; C=5m; D
= 10m;E=20m).
Fig. 19. Ordenação (ACP) das Variáveis Físicas, Químicas e Biológicas, no Açude Epitácio
Pessoa, PB.
CONCLUSÕES
O açude Epitácio Pessoa apresentou estratificação térmica estável no período iluminado,
apesar da baixa amplitude de variação entre a superfície e o fundo, devido às altas
temperaturas das regiões semi-áridas, que possibilitam que pequenas amplitudes de
temperatura na água correspondam a grandes diferenças na sua densidade. O
comportamento de OD seguiu o da temperatura, onde os valores mais elevados durante o
dia (zona eufótica), podem estar associados à atividade fotossintética, evidenciada pelos
resultados de clorofila "a". Dos parâmetros restantes, alguns (pH, turbidez e alcalinidade)
tiveram poucas variações ao longo do dia enquanto outros cresceram à noite e com a
profundidade (CE, fósforo total) e outros nas horas de luz (ortofosfato solúvel, dureza,
cálcio, magnésio e bicarbonato).
A análise de componentes principais apresentou (ACP) como fonte de maior variabilidade
as mudanças temporais (dia/noite) em detrimento das espaciais (superfície/fundo). Os
ventos, correntes e o funcionamento hidráulico da represa são funções de força
consideráveis à variabilidade dos parâmetros analisados na escala tempo-espaço
nictemeral/vertical o que, certamente, propiciou a redução da inércia hidrodinâmica do
sistema.
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REGO, J. C.; ALBUQUERQUE, J. P. T.; RIBEIRO, M.M.R. Uma análise da crise de
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