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UNIDADE 2 - CARACTERÍSTICAS DO
MONITORAMENTO
1 O conteúdo deste material pode ser reproduzido desde que citada a fonte.
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS........................................................................................
LISTA DE TABELAS.......................................................................................
1 COLETA DE DADOS DE PRECIPITAÇÃO (CHUVA)..................................
1.1 Pluviômetros...............................................................................................
1.2 Pluviógrafos................................................................................................
1.3 Radares Meteorológicos............................................................................
1.4 Satélite.......................................................................................................
2 COLETA DE DADOS DE NÍVEIS DOS CURSOS D'ÁGUA E DESCARGA
LÍQUIDA (VAZÃO)..........................................................................................
2.1 Volumétrico................................................................................................
2.2 Calhas Parshall..........................................................................................
2.3 Vertedor.....................................................................................................
2.4 Ultrassônico...............................................................................................
2.5 Eletromagnético.........................................................................................
2.6 Colorimétrico ou radioativo........................................................................
2.7 Molinete.....................................................................................................
2.8 Medição do Nível d’água...........................................................................
3 COLETA DE DADOS DE DESCARGA SÓLIDA..........................................
3.1 Técnicas de amostragem...........................................................................
4 COLETA DE DADOS DE QUALIDADE DA ÁGUA......................................
5 TÉCNICA DE ANÁLISE DE DADOS DE PRECIPITAÇÕES, NÍVEIS E
DESCARGA LÍQUIDA......................................................................................
6 ANÁLISE DE CONSISTÊNCIA DE SÉRIES PLUVIOMÉTRICAS...............
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Pluviômetro “Ville de Paris”
Figura 2 – Altura do pluviômetro
Figura 3 - Proveta Pluviométrica
Figura 4 – Pluviógrafo de báscula
Figura 5 – Estimativa de chuva usando radar
Figura 6 – Estimativa de chuva através de imagem de satélite
Figura 7 – Calha Parshall ilustrando as condições de afogamento e saída livre
Figura 8 – Calha ParshallFigura
9 – Vertedor triangular para medição de vazão em pequenos cursos d’água
Figura 10 – Vertedor triangular com soleira delgada em ângulo de 90º
Figura 11– Vertedor trapezoidal (Cipoletti)
Figura 12 – Vertedor retangular
Figura 13 – Esquema Emissor-receptor de ultra-som
Figura 14 – Medidor de vazão ultrassônico baseado no efeito Doppler.
Figura 15 – Esquema de instalação e réguas na margem do rio
Figura 16 – Limnígrafo de boia
Figura 17 – Sensor de pressão
Figura 18 – Gravação contínua em papel
Figura 19 – Distribuição da velocidade da corrente, concentração de sedimentos e da
descarga sólida em suspensão na seção transversal
Figura 20 – Garrafa de amostragem indicando níveis a serem obedecidos
Figura 21 – Exemplo de amostragem pelo método de igual incremento de largura
Figura 22 - Curvas Médias de Variação de Qualidade das Águas
Figura 23 – Análise de Dupla Massa – Sem inconsistências
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Valores de n e K para determinar a vazão
Tabela 2 – Métodos de medição de carga sólida
Tabela 3 – Parâmetros do Índice de Qualidade das Águas (IQA) e respectivos pesos
Tabela 4 – Classificação dos valores do Índice de Qualidade das Águas
Tabela 5 – Calcular Precipitação
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1 COLETA DE DADOS DE PRECIPITAÇÃO (CHUVA)
No Brasil a precipitação é convencionalmente medida por meio de aparelhos
chamados de pluviômetros ou pluviógrafos. Existe ainda a possibilidade de se medir
a precipitação por meio de radar (radares meteorológicos) ou imagens de satélite,
mas os erros associados a esses métodos ainda são relativamente grandes (TASSI
et al., 2007). No entanto, pelo fato de apresentarem medidas em um contínuo
espacial são excelentes ferramentas, que permitem a análise da distribuição
espacial da chuva, ao contrário dos pluviômetros e pluviógrafos, na qual a medição é
de caráter pontual.
Segundo Varejão-Silva (2005) denomina-se pluviometria (do latim pluvia, que
significa chuva) à quantificação das precipitações. Em se tratando de precipitações
sólidas (neve, por exemplo) essa quantificação é feita provocando-se antes a fusão
do gelo.
A quantidade de precipitação é normalmente expressa em termos da espessura da
camada d’água que se formaria sobre uma superfície horizontal, plana e
impermeável, com 1m2 de área. A unidade adotada é o milímetro, que equivale à
queda de um litro de água por metro quadrado da projeção da superfície terrestre.
Assim,
1 litro/m2 = 1 dcm3/100 dcm2 = 0,1 cm = 1 mm.
Uma precipitação de 50 mm equivale à queda de 50 litros de água por metro
quadrado de projeção do terreno (500.000 litros por hectare).
A precipitação é ainda caracterizada por sua duração (diferença de tempo entre os
instantes de início e término) e por sua intensidade, definida como a quantidade de
água caída por unidade de tempo e usualmente expressa em mm por hora (mm/h)
(VAREJÃO-SILVA, 2005, p. 405).
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1.1 Pluviômetros
O pluviômetro é um aparelho dotado de uma superfície de captação horizontal,
delimitada por um anel metálico e de um reservatório para acumular a água
recolhida, ligado a essa área de captação. É um aparelho que fornece o total de
água acumulado durante um intervalo de tempo (TASSI et al., 2007).
Em função dos detalhes construtivos, há vários modelos de pluviômetros usados no
mundo. No Brasil é bastante utilizado o tipo “Ville de Paris” (Figura 1). Esse
pluviômetro tem uma forma cilíndrica com uma área superior de captação da chuva
de 400 cm2, de modo que um volume de 40 ml de água acumulado no pluviômetro
corresponda a 1 mm de chuva.
Figura 1 - Pluviômetro “Ville de Paris”
Fonte: Disponível em: http://www.cchla.ufrn.br/estacao/index/fotos.html
Ainda segundo Tassi et al. (2007) a quantidade de chuva que entra no pluviômetro
depende da exposição ao vento, da altura do instrumento e da altura dos objetos
vizinhos ao aparelho. O efeito do vento altera as trajetórias do ar no espaço
circundante ao pluviômetro e causa turbulência nas bordas do instrumento,
produzindo erros na observação da chuva.
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A distância mínima dos obstáculos próximos (prédios, árvores, morros, etc.) deve
ser igual a quatro vezes a altura desse obstáculo, devendo o local de instalação
estar protegido do impacto direto do vento. O pluviômetro deve ser instalado a uma
altura de 1,50 m do solo (Figura 2).
Figura 2 – Altura do pluviômetro
Fonte: disponível em: http://www.observatorio-phoenix.org/k_ensaios/24_k16_a.htm
Nos pluviômetros da rede de observação mantida pela Agência Nacional de Águas
(ANA) a medição da chuva é realizada uma vez por dia, sempre às 7h da manhã,
por um observador que anota o valor lido em uma caderneta (TASSI et al., 2007).
Normalmente, segundo Tassi et al. (2007) durante o processo de monitoramento e
operação do instrumento podem ocorrer alguns erros que devem ser minimizados:
• Perdas por evaporação da água contida no coletor;
• Contagem incorreta do número de provetas resultantes, no caso de chuvas
importantes;
• Água derramada durante a transferência do coletor para a proveta;
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• Graduação da proveta não correspondente à área da boca do pluviômetro;
• Leitura defeituosa da escala da proveta;
• Anotação incorreta na caderneta do observador.
Os pluviômetros possuem reservatórios normalmente capazes de acumular a
precipitação ocorrida durante 24 horas, exceto sob situações de excepcional
abundância de chuva.
Para quantificar a água acumulada em um pluviômetro existem basicamente três
processos: usar uma proveta especialmente graduada, uma régua, ou uma balança.
Uma proveta capaz de indicar a quantidade de água acumulada em um dado
pluviômetro, diretamente em milímetros de precipitação, chama-se proveta
pluviométrica (Figura 3). A graduação da escala dessa proveta leva em conta sua
área de secção reta, bem como a do coletor do pluviômetro. Assim, uma dada
proveta pluviométrica somente pode ser usada em instrumentos que tenham área
de captação igual àquela considerada para definir a sua escala (VAREJÃO-SILVA,
2005).
Figura 3 - Proveta Pluviométrica
Fonte: disponível em: http://imageshack.us/photo/my-images/706/proveta.png/
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Para efetuar a determinação da precipitação, a água acumulada no reservatório do
pluviômetro deve ser previamente transferida à proveta. Faz-se a leitura da
quantidade indicada pela coluna de água dentro da proveta sobre a escala, usando
como referência o plano tangente ao menisco da coluna líquida, mantendo-se a
proveta perfeitamente a prumo.
Uma régua pluviométrica é uma escala que se mergulha verticalmente no vasilhame
contendo a água oriunda do pluviômetro. As réguas pluviométricas são
confeccionadas em material de baixa capilaridade. Segundo Varejão-Silva (2005) na
graduação da escala de uma régua pluviométrica são levadas em conta as áreas
das secções retas do vasilhame (π r2), da própria régua (s) e do coletor (π R2). A
distância (h) entre os dois traços consecutivos da escala, equivalentes à variação de
1 mm de precipitação, será:
Equação – Distância entre as escalas
h=πR2 / (πr 2−s ) .
O terceiro método de se quantificar a precipitação é por pesagem da água coletada.
Ainda que muito mais exato, tem o inconveniente de exigir uma balança de precisão.
1.2 Pluviógrafos
São aparelhos que registram em gráfico o total de precipitação acumulada ao longo
do tempo, imprescindíveis para estudos de precipitação de curta duração.
Tanto os pluviômetros quanto os pluviógrafos, costumam ter superfície receptora
circular com área entre 200 e 500 cm2 e são geralmente instalados a 1,50 m do solo.
Devem ser instalados de tal forma que não sofram influências de árvores, prédios ou
outros obstáculos.
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O pluviógrafo (Figura 4) permite um monitoramento contínuo; originalmente eram
mecânicos, utilizavam uma balança para quantificar a água e um papel para registrar
o total precipitado. Os pluviógrafos antigos com registro em papel foram
substituídos, nos últimos anos, por pluviógrafos eletrônicos com memória
(data-logger) (TASSI et al., 2007).
Figura 4 – Pluviógrafo de báscula
Fonte: Tassi et al., 2007.
O pluviógrafo mais comum atualmente é o de cubas basculantes, em que a água
recolhida é dirigida para um conjunto de duas cubas articuladas por um eixo central.
A água inicialmente é dirigida para uma das cubas e quando esta cuba recebe uma
quantidade de água equivalente a 20 g, aproximadamente, o conjunto báscula em
torno do eixo, a cuba cheia esvazia e a cuba vazia começa a receber água. Cada
movimento das cubas basculantes equivale a uma lâmina precipitada (por exemplo,
0,30 mm), e o aparelho registra o número de movimentos e o tempo em que ocorre
cada movimento.
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1.3 Radares Meteorológicos
Conforme anunciado anteriormente, os radares meteorológicos também podem
medir a chuva, e esta medição está baseada na emissão de pulsos de radiação
eletromagnética, que são refletidos pelas partículas de chuva na atmosfera, e na
medição da intensidade do sinal refletido (Figura 5). A relação entre a intensidade do
sinal enviado e recebido, chamado refletividade, é correlacionada à intensidade de
chuva em cada instante e dentro de um raio de até 200 km.
Figura 5 – Estimativa de chuva usando radar
Fonte: Tassi et al,. 2007.
No Brasil são poucos os radares para uso meteorológico. No estado de São de
Paulo é que existem alguns em operação. Em alguns países desenvolvidos como
Estados Unidos, Inglaterra e Alemanha a cobertura por radares para estimar a
chuva, é completa (TASSI et al., 2007).
1.4 Satélite
Também é possível fazer estimativas da precipitação a partir de imagens capturadas
por sensores instalados em satélites (Figura 6). A temperatura do topo das nuvens,
que pode ser estimada a partir de satélites, tem uma boa correlação com a
10 O conteúdo deste material pode ser reproduzido desde que citada a fonte.
precipitação (quanto mais quente a nuvem mais água ela contém). Além disso,
existem experimentos de radares a bordo de satélites que permitem melhorar a
estimativa baseada em dados de temperatura de topo de nuvem (TASSI et al.,
2007).
Figura 6 – Estimativa de chuva através de imagem de satélite
Fonte: Tassi et al.,2007.
11 O conteúdo deste material pode ser reproduzido desde que citada a fonte.
2 COLETA DE DADOS DE NÍVEIS DOS CURSOS D'ÁGUA E DESCARGA
LÍQUIDA (VAZÃO)
No planejamento e gerenciamento do uso dos recursos hídricos, o conhecimento
das vazões é necessário para se fazer um balanço de disponibilidades e demandas
ao longo do tempo.
Periodicamente são feitas medições de vazão em determinadas seções dos cursos
d’água (as estações ou postos fluviométricos). Diariamente ou de forma contínua
medem-se os níveis d’água nos rios e esses valores são transformados em vazão
através de uma equação chamada de curva-chave (PORTO et al., 2001).
Curva-chave é uma relação nível-vazão numa determinada seção do rio. Dado o
nível do rio na seção para a qual a expressão foi desenvolvida, obtém-se a vazão.
Não é apenas o nível da água que influencia a vazão: a declividade do rio e a forma
da seção (mais estreita ou mais larga) também alteram a vazão, ainda que o nível
seja o mesmo.
Entretanto, tais variáveis são razoavelmente constantes ao longo do tempo para
uma determinada seção. A única variável temporal é o nível. Assim, uma vez
calibrada tal expressão, a monitoração da vazão do rio no tempo fica muito mais
simples e com o custo muito menor (PORTO et al., 2001).
A expressão da curva-chave poder ser obtida através da medição de vazão em
diversos níveis. Tais pares de pontos podem ser interpolados, definindo a expressão
matemática da curva-chave.
As medições de vazão podem ser realizadas de diversas formas, que empregam
princípios distintos: volumétrico, colorimétrico, estruturas hidráulicas (calhas e
vertedores), velocimétrico, acústico e eletromagnético. A escolha do método
dependerá das condições disponíveis em cada caso. Cada um destes métodos será
12 O conteúdo deste material pode ser reproduzido desde que citada a fonte.
apresentado a seguir.
2.1 Volumétrico
Este método é baseado no conceito volumétrico de vazão, isto é, vazão é o volume
que passa por uma determinada seção de controle por unidade de tempo.
É utilizado um dispositivo para concentrar todo o fluxo em um recipiente de volume
conhecido. Mede-se o tempo de preenchimento total do recipiente. Este processo é
limitado a pequenas vazões, em geral pequenas fontes d’água, minas e canais de
irrigação (PORTO et al., 2001).
2.2 Calhas Parshall
As calhas Parshall são igualmente como os vertedores, estruturas construídas no
curso d’água e possuem sua própria “curva-chave”. Assim, a determinação de vazão
a partir do nível é direta para a seção onde a mesma está instalada. No entanto, se
não há ondas de cheia propagando pelo canal, a vazão que passa pela calha é a
mesma que passa por qualquer outra seção do rio. Pode-se então gerar a
curva-chave para outras seções de interesse medindo o nível da água em tais
seções e relacionando-os com a vazão medida pela calha ou vertedor (PORTO et
al., 2001).
O método (calha ou vertedor) se aplica a escoamento sob regime fluvial. Isto
consiste em forçar a mudança deste comportamento para o regime torrencial,
medindo-se a profundidade crítica.
No caso da calha, tal mudança é condicionada por um estreitamento da seção
conforme ilustrado abaixo nas Figuras 7 e 8.
13 O conteúdo deste material pode ser reproduzido desde que citada a fonte.
Figura 7 – Calha Parshall ilustrando as condições de afogamento e saída livre
Fonte: Porto et al., 2001.
Figura 8 – Calha Parshall
Fonte: Porto et al., 2001.
14 O conteúdo deste material pode ser reproduzido desde que citada a fonte.
Assim, com o conhecimento do nível da água na região da profundidade crítica
obtêm-se a vazão do canal, uma vez que a forma da seção da calha e a cota do
fundo são conhecidas. Se a saída de jusante se dá de forma livre (sem afogamento),
a vazão pode ser assim definida:
Equação – Vazão
QL=K .H n
Onde:
QL = vazão do canal;
H = profundidade crítica;
K e n = constantes que dependem das características da calha.
Conforme a Tabela 1 com valores de K e n para diversos padrões.
Tabela 1 - Valores de n e K para determinar a vazão
Valores de n- K (para vazão em m3/h)W N
K(inch) (mm)
1” 25,4 1,550 217,292” 50,8 1,550 434,583” 76,2 1,547 633,606” 152,4 1,580 1371,609” 228,6 1,530 1926,0012” 304,8 1,522 2484,0018” 457,2 1,538 3794,4024” 609,6 1,550 5133,6036” 914,4 1,556 7855,2048” 1219,2 1,578 10566,0060” 1524,0 1,587 13420,8072” 1828,8 1,595 16254,0084” 2133,6 1,601 19101,6096” 2438,4 1,606 21963,60
Fonte: Norma ASTM 1941:1975.
15 O conteúdo deste material pode ser reproduzido desde que citada a fonte.
Caso a saída da água do canal se dá sob afogamento, forma-se um ressalto
hidráulico e a vazão calculada pela expressão acima precisa ser corrigida:
Equação – Correção de vazão
QA=QL .C
Onde:
QA = vazão do canal:
C = coeficiente de redução:
As calhas Parshall não interferem no escoamento (como ocorre com os vertedores,
ao provocarem o remanso), mas apresentam um forte limitante: sua viabilidade está
restrita a pequenos canais (PORTO et al., 2001).
2.3 Vertedor
Este dispositivo também se baseia na determinação da vazão a partir da medição
do nível d’água. Existem diversos modelos de vertedores com diferentes curvas que
relacionam o nível d’água com a respectiva vazão.
• Vertedores de soleira delgada
São composições hidráulicas que forçam o escoamento a passar do regime
subcrítico (lento) para o regime supercrítico (rápido), para as quais a relação entre a
cota e vazão é conhecida. Dessa forma, o nível de água medido a montante com
uma régua pode ser utilizado para estimar diretamente a vazão (Figura 9).
16 O conteúdo deste material pode ser reproduzido desde que citada a fonte.
Figura 9 – Vertedor triangular para medição de vazão em pequenos cursos d’água
Fonte: Collischonn, 2011
Um vertedor triangular de soleira delgada com ângulo de 90° (Figura 10), por
exemplo, tem uma relação entre cota e vazão, que pode ser verificada pela seguinte
equação:
Equação – Vazão vertedor triangular
Q=1,42.h2,5
Onde:
Q = vazão (m³/s);
h = carga hidráulica (m) sobre o vertedor que é a distância do vértice ao nível da
água, medido a montante do vertedor.
A relação entre a cota e a vazão de um rio pode ser utilizada diretamente, porém
sugere-se que na maioria dos casos seja realizada a verificação em laboratório.
17 O conteúdo deste material pode ser reproduzido desde que citada a fonte.
Figura 10 – Vertedor triangular com soleira delgada em ângulo de 90º
Fonte: Collischonn, 2011
No caso de abertura trapezoidal, a forma que têm os lados com inclinação 4:1
(indicador de declividade dos taludes -1 unidade na horizontal e 4 unidades na
vertical) é conhecida como vertedor Cipoletti (Figura 11).
Figura 11– Vertedor trapezoidal (Cipoletti)
Fonte: Pereira e Mello
A dedução da equação de vazão parte da equação de Francis para vertedores com
duas contrações laterais e que fornece:
Equação – Equação de Francis – vertedores com duas contrações laterais
Q=1,861. L .h32
Onde:
Q = vazão (m³/s);
L = comprimento da soleira (m);
18 O conteúdo deste material pode ser reproduzido desde que citada a fonte.
h = carga hidráulica (m).
Além dos vertedores já apresentados, existem também os retangulares (Figura 12).
A equação para determinação de vazão de vertedores retangulares mais utilizada é
a proposta por Francis, pois é simples e oferece bons resultados.
Figura 12 – Vertedor retangular
Fonte: Pereira e Mello
• Equação de Francis para vertedores retangulares:
Equação – Equação de Francis – vertedores retangulares
Q=1,838. L .h32
Onde:
Q = vazão (m³/s);
L = comprimento da soleira (m);
h = carga hidráulica (m).
2.4 Ultrassônico
Dois aparelhos emissor-receptores de ultrassom são dispostos de forma a emitirem
19 O conteúdo deste material pode ser reproduzido desde que citada a fonte.
pulsos de cerca de 4MHz na direção do fluxo de água. De montante para jusante a
propagação do pulso é favorecida pelo fluxo de água, tendo a velocidade “v”
acrescida à sua velocidade de propagação neste meio fluido. No sentido oposto,
ocorre o contrário, conforme (Figura 13). Assim, como os dois pulsos são produzidos
simultaneamente aparece uma defasagem no tempo de recepção (PORTO et al.,
2001).
Equação – Velocidade “v”
v=c2 .∆T
2 . l
Onde:
∆T = diferença de tempo entre a recepção dos pulsos;
C = velocidade de propagação do som no fluido;
L = distância entre os emissor-receptores;
V = velocidade do escoamento na linha que liga os dois aparelhos;
Figura 13 – Esquema Emissor-receptor de ultra-som
Fonte: Porto et al., 2001, p.12.
O aparelho da Figura 14 fundamenta-se em outro princípio, o efeito Doppler.
20 O conteúdo deste material pode ser reproduzido desde que citada a fonte.
Figura 14 – Medidor de vazão ultrassônico baseado no efeito Doppler.
Fonte: Porto et al., 2001.
Este medidor possui emissores e receptores apontados para diversas direções. O
pulso de ultrassom emitido pelo aparelho é refletido por partículas presentes na
água. Portanto, o pulso refletido por uma partícula que caminha ao encontro do
aparelho é captado por este com frequência maior à que foi emitida.
Por outro lado, o pulso refletido por uma partícula que se afasta do equipamento
chega com velocidade e frequência menores que as emitidas. Com base nesta
diferença de frequência produzida pelo efeito Doppler, o aparelho calcula
diretamente a vazão do rio. Este equipamento possui um alcance de mais de 22 m e
é bastante utilizado para monitorar a vazão de forma permanente, sendo fixado, por
exemplo, em pilares de pontes (PORTO et al., 2001).
2.5 Eletromagnético
O princípio eletromagnético do método produz o perfil de velocidades do
escoamento. Assim, com o perfil da seção do rio pode se calcular sua vazão.
Um aparelho gera um campo magnético na água. Os íons presentes na água
(concentração conhecida) movem-se com a velocidade da mesma e alteram o
campo magnético que foi produzido. Tal perturbação é medida, fornecendo
21 O conteúdo deste material pode ser reproduzido desde que citada a fonte.
indiretamente a velocidade com que as partículas carregadas passaram pelo campo
(PORTO et al., 2001).
2.6 Colorimétrico ou radioativo
Existem situações nas quais a aplicação dos métodos anteriores é inviável ou até
mesmo impossível. Por exemplo:
• Escoamentos com velocidades altas, muita turbulência e leito irregular, como rios
de montanhas;
• Perigos devido a transporte de grandes sólidos, como troncos de árvores, ou
ainda presença de cachoeiras, etc.
Em situações como estas, pode-se utilizar uma técnica interessante, baseada na
diluição de um produto químico (ex: corante) de concentração conhecida, aplicado
ininterruptamente numa determinada seção do rio. Numa seção a jusante (o
escoamento deve ser suficientemente turbulento para provocar a total diluição),
mede-se a concentração deste produto.
Segundo Porto et al., (2001), a medição é feita depois de estabelecido o regime
permanente, ou seja, têm-se ao mesmo tempo aplicação do traçador (solução
química com vazão conhecida) na seção 1 e medição desta solução diluída na
seção 2 a jusante.
A vazão pode então ser assim definida:
Equação – Vazão
q .C1=(Q+q ) .C 2
Onde:
q = vazão do produto traçador;
Q = vazão do rio;
22 O conteúdo deste material pode ser reproduzido desde que citada a fonte.
C1 = concentração inicial do traçador;
C2 = concentração após total diluição no rio.
O produto químico utilizado como traçador não deve reagir com impurezas
existentes na água do rio e muito menos se prejudicial à fauna ou à flora. Caso seja
radioativo, deve-se corrigir o efeito do decaimento no tempo (PORTO et al., 2001).
2.7 Molinete
Molinetes: são aparelhos que permitem, desde que bem aferidos, o cálculo da
velocidade mediante a medida do tempo necessário para uma hélice ou concha dar
um certo número de rotações. Através de um sistema elétrico, o molinete envia um
sinal luminoso ou sonoro ao operador em cada, 5, 10 ou 20 (ou outro número
qualquer) voltas realizadas. Marca-se o tempo decorrido entre alguns toques, de
forma a se ter o número de rotações por segundo (n). Cada molinete, quando
tarado, recebe a sua curva V = a.n+b, onde “n” tem um significado acima visto e “a”
e “b” são constantes do aparelho, o que permite o calculo da velocidade V (m/s) em
cada ponto considerado (Pinto, 1976).
2.8 Medição do Nível d’água
O nível d’água deve ser medido simultaneamente com a medição vazão na
operação de determinação da curva-chave, a fim de se obter os pares de pontos
cota-descarga a serem interpolados. Uma vez definida a curva-chave, precisamos
monitorar apenas o nível d’água para obtermos a vazão do rio. O sufixo grafo é
aplicado quando o monitoramento do nível se dá de forma contínua ao longo do
tempo, sendo os registros realizados em papel ou data-logger. O sufixo metro é
aplicado a métodos que fazem a verificação do nível em intervalos discretos de
tempo, como a leitura da régua por um operador (PORTO et al., 2001).
23 O conteúdo deste material pode ser reproduzido desde que citada a fonte.
• Régua (limnímetro)
A forma mais simples para medir o nível de um curso d’água é colocar uma régua
vertical na água e observar sua marcação. As réguas na maioria das vezes são
constituídas de elementos verticais de 1 metro graduados em centímetro. São
placas de metal inoxidável ou de madeira colocadas de modo que o elemento
inferior fique na água mesmo em caso de estiagem excepcional conforme a (Figura
15).
Figura 15 – Esquema de instalação e réguas na margem do rio
Fonte: Porto et al., 2001.
A leitura de cotas é feita pelo observador com uma frequência definida pelo órgão
operador da estação, pelo menos uma vez por dia. Normalmente a precisão destas
observações é da ordem de centímetros.
• Limnígrafo
Segundo Porto et al., (2001), este equipamento grava as variações de nível
continuamente no tempo. Isto permite registrar eventos significativos de curta
duração ocorrendo essencialmente em pequenas bacias.
É possível classificar os tipos de limnígrafos segundo as quatro etapas da aquisição:
medição, transmissão de sinal, gravação e transmissão do registro.
24 O conteúdo deste material pode ser reproduzido desde que citada a fonte.
Quanto à medição:
Boia flutuante (Figura 16);
Figura 16 – Limnígrafo de boia
Fonte: Porto et al., 2001.
Sensor de pressão a gás, que possui uma membrana que separa o gás do interior
da célula da água do leito do rio. Tal membrana se deforma em função da coluna
d’água existente sobre ela, induzindo uma determinada pressão no gás, que é
constantemente monitorada (Figura 17).
25 O conteúdo deste material pode ser reproduzido desde que citada a fonte.
Figura 17 – Sensor de pressão
Fonte: Porto et al., 2001.
Borbulhador, que emprega um princípio parecido com o do sensor de pressão a gás.
A coluna d’água sobre o bico injetor é obtida a partir da pressão necessária para que
as bolhas de ar comecem a sair.
Sensor eletrônico (ou transdutor de pressão), que também se baseia na deformação
de uma membrana, percebida eletronicamente;
Ultrassônico, aparelho posicionado fora da água num suporte, emitindo
constantemente pulsos de ultrassom contra a superfície do rio (PORTO et al., 2001).
• Quanto à transmissão do sinal:
Mecânica, (pena ou codificador colocado na ponta de uma alavanca tipo “rosca sem
fim” movimentada com cabo e roldana) com sistema de redução da amplitude do
sinal em uma escala definida (1:1, 1:2, etc, sendo 1:10 a mais comum). O
mecanismo de rosca sem fim permite que se registrem níveis d’água quaisquer sem
a necessidade de se alterar a dimensão do limnígrafo. Quando o cursor (“pena”)
atinge o final do curso, seu trajeto é revertido. No gráfico do limnigrama (NA x
tempo) esta reversão aparecerá como um ponto anguloso.
26 O conteúdo deste material pode ser reproduzido desde que citada a fonte.
Eletrônica (cálculo e digitalização do sinal transmitido pelo sensor).
Quanto à gravação
Em suporte de papel, que pode ser: fita colocada em volta de um tambor com
rotação de uma hora a 1 mês; (Figura 18).
Figura 18 – Gravação contínua em papel
Fonte: Porto et al., 2001.
• Memorizada em suporte eletrônico (data-logger);
Transmitida em tempo real para uma central de operação.
27 O conteúdo deste material pode ser reproduzido desde que citada a fonte.
3 COLETA DE DADOS DE DESCARGA SÓLIDA
O ciclo hidrossedimentológico ocorre paralelamente ao ciclo hidrológico nas bacias
hidrográficas, pois é dependente do ciclo hidrológico nos processos de
deslocamento, transporte e depósito de partículas sólidas presentes na superfície da
bacia hidrográfica.
A produção de sedimentos na área de drenagem é afetada pelos seguintes fatores:
a precipitação, tipo de solo e formação geológica, cobertura do solo, uso do solo,
topografia, natureza da rede de drenagem, escoamento superficial, características
dos sedimentos e hidráulica dos canais.
A quantidade medida do sedimento transportado pelos cursos d’água é chamada
sedimentometria.
Segundo Carvalho et al., (2000), existem diversos métodos em sedimentometria,
que podem ser classificados como métodos diretos e indiretos. No nosso país a
sedimentometria tem sido realizada por amostragem de sedimento, análise no
laboratório e cálculos de obtenção da descarga sólida, sendo este procedimento
considerado um dos métodos indiretos.
A seguir serão apresentados os métodos de medição de carga sólida
simplificadamente na Tabela 2.
28 O conteúdo deste material pode ser reproduzido desde que citada a fonte.
Tabela 2 – Métodos de medição de carga sólida
Descarga
SólidaMedição Descrição
Equipamentos ou
metodologia de
medidaDescarga
Sólida em
Suspensão
Direta
Usa
equipamentos
que medem
diretamente
no curso d'
água a
concentração
ou outra
grandeza
como a
turbidez ou
ultrassom.
Medidor Nuclear
(portátil ou Fixo);
Ultrassônico ótico;
Ultrassônico
Doppler de
dispersão;
Turbidímetro;
ADCP (Doppler)
Indireta Coleta de
sedimento por
amostragem
da mistura
água-sedimen
to, análise de
concentração
e
granulometria
e cálculos
posteriores de
descarga
sólida.
Diversos tipos de
equipamentos: de
bombeamento,
equipamentos que
usam garrafas ou
sacas, sendo
pontuais
instantâneos,
pontuais por
integração e
integradores na
vertical (no Brasil
usa-se
29 O conteúdo deste material pode ser reproduzido desde que citada a fonte.
principalmente a
série
norte-americana -
U-59, DH-48,
DH-59, D-49, P-61
e amostrador de
saca).
Descarga
SólidaMedição Descrição
Equipamentos ou
metodologia de
medidaDescarga
Sólida de
Arrasto
Direta Amostradores ou
medidores
portáteis de
três tipos
principais (a
amostra é
coletada em
diversos
pontos da
seção
transversal,
determinada
o seu peso
seco, a
granulometria
é calculada a
descarga de
1) Cesta ou caixa -
medidores
Muhlhofer,
Ehrenberger, da
Autoridade Suiça e
outros;
2) Bandeja ou tanque -
medidores
Losiebsky,
Polyakov, SRIHH e
outros 3)
Diferença de
pressão -
medidores
Helly-Smith,
Arnhem, Sphinx, do
USCE, Karolyi, do
30 O conteúdo deste material pode ser reproduzido desde que citada a fonte.
arrasto); o
medidor fica
apoiado no
leito entre 2
min. a 2
horas de tal
forma a
receber no
receptor 30 a
50% de sua
capacidade.
PRI, Yangtze,
Yangtze-78 VUV e
outros
Indireta Coleta de
material do
leito, análise
granulométric
a, medida da
declividade,
da
temperatura,
parâmetros
hidráulicos e
cálculos da
descarga de
arrasto e de
material do
leito por
fórmulas (de
Ackers e
Tipos de equipamento:
1) De penetração
horizontal, tipos
caçamba de
dragagem e de
concha.
2) De penetração
vertical, tipos de
tubo vertical,
caçamba de
raspagem,
caçamba de
escavação e
escavação de
pedregulho.
3) Tipo piston-core
que retém a
31 O conteúdo deste material pode ser reproduzido desde que citada a fonte.
White, Colby,
Einstein,
Engelund e
Hansen,
Kalinske,
Laursen,
Meyer-Peter
e Muller,
Rottner,
Schoklitsch,
Toffaleti, Yang
e outras).
amostra por vácuo
parcial.
Descarga
SólidaMedição Descrição
Equipamentos ou
metodologia de
medidaDescarga Sólida
de Arrasto
Indireta 1) Traçadores
radioativos
2) Traçadores
de diluição,
sendo ambos
os métodos
com a
colocação do
traçador no
sedimento e
seu
Métodos:
1) Por coloração
direta do traçador
no sedimento do
leito do rio
2) Por coleta do
sedimento,
colocação do
traçador no
sedimento e seu
retorno ao leito.
32 O conteúdo deste material pode ser reproduzido desde que citada a fonte.
acompanham
ento com
equipamento
apropriado (o
traçador deve
ser escolhido
de tal forma a
não poluir o
meio
ambiente).
Método acústico -
utilizado para
pedras que se
chocam no
medidor.
(Pouco eficiente)
Descarga Sólida
Total
Direta Uso de estruturas
tipo blocos,
no leito, para
provocar
turbulência e
todo o
sedimento
Faz-se amostragem
do sedimento e
calcula-se como
descarga em
suspensão.
33 O conteúdo deste material pode ser reproduzido desde que citada a fonte.
fica sem
suspensão.
Descarga
SólidaMedição Descrição
Equipamentos ou
metodologia de
medidaDescarga Sólida
Total
Indireta Coleta de material
em suspensão
e do leito,
análise de
concentração,
análise
granulométric
a, medida de
temperatura,
parâmetros
hidráulicos e
cálculo da
descarga total
- método
modificado de
Einstein e
método
simplificado
de Colby.
Diversos tipos de
equipamentos: de
bombeamento,
equipamentos
que usam
garrafas ou
sacas, sendo
pontuais
instantâneos,
pontuais por
integração e
integradores na
vertical (no Brasil
usa-se
principalmente a
série
norte-americana -
U-59, DH-48,
DH-59, D-49,
34 O conteúdo deste material pode ser reproduzido desde que citada a fonte.
P-61 e
amostrador de
saca).
Fonte: Carvalho et al., 2000, p.18.
Os equipamentos de medida ou de amostragem em suspensão podem ser
classificados em vários tipos, conforme disposto por (Carvalho et al., 2000):
• Instantâneos ou integradores;
• Portáteis ou fixos;
• De bocal ou com bico;
• Instantâneos pontuais, pontuais por integração e por integração na vertical;
• Amostrador de tubo horizontal, de garrafa, de saca compressível, de
bombeamento, de integração, fotoelétrico, nuclear, ultrassônico ótico,
ultrassônico de dispersão e ultrassônico Doppler;
• Os equipamentos também podem ser classificados pela orientação de seus
bicos ou bocais como na direção da corrente ou em 90º com a corrente.
3.1 Técnicas de amostragem
• Amostragem do material em suspensão
Os métodos ou técnicas de amostragem são: pontual instantâneo, pontual por
integração e integração na vertical ou em profundidade.
Para Carvalho et al., (2000), as amostragens pontuais são empregadas somente em
35 O conteúdo deste material pode ser reproduzido desde que citada a fonte.
trabalhos específicos ou científicos, sendo a mais rotineira a integração na
vertical, porque permite a obtenção da concentração e da granulometria média
na vertical. Na amostragem por integração a amostra é coletada em um certo
tempo, normalmente superior a 10s, o que permite a determinação da
concentração média mais significativa do que a pontual instantânea.
A obtenção de valores médios em toda a seção é realizada através da amostragem
em várias verticais, uma vez que a distribuição de sedimentos é variável em
toda a largura do rio e em profundidade, conforme mostra a Figura 19.
Figura 19 – Distribuição da velocidade da corrente, concentração de sedimentos e da
descarga sólida em suspensão na seção transversal
Fonte: Guy et al., 1970 apud Carvalho et al., 2000.
Recomenda-se não fazer amostragens em locais de águas paradas, devendo-se
considerar somente a largura de água corrente. Tente não realizar amostragens
36 O conteúdo deste material pode ser reproduzido desde que citada a fonte.
atrás de bancos de areia e pilares de pontes.
Também é recomendado medir a temperatura da água para aquisição da
viscosidade cinemática, que é utilizada em diversas fórmulas de transporte de
sedimento. Para que a aquisição do dado seja correta, o termômetro deve ser
mergulhado completamente na água até que a temperatura se regularize, realizando
a leitura quase na superfície, na horizontal, sem retirá-lo da água.
Segundo Carvalho et al., (2000), além da necessidade de fazer amostragens em
verticais ao longo de toda a seção transversal, tanto em largura quanto em
profundidade, deve-se ter cuidado para coletar amostras em quantidade suficiente
,para que sejam realizadas análises com a precisão desejada.
Para o sedimento em suspensão deve-se fazer a sua análise de concentração e se
necessário também de granulometria. Fatores como quantidade e características dos
sedimentos, bem como qualidades químicas de componentes contidos na água
influenciam o processamento das amostras. Para não ocorrer erros de pesagem
deve-se ter cuidado para que as amostras possuam a quantidade de sedimento
necessário para oferecer condição de boa análise e com precisão desejada. Se as
amostras contêm grandes quantidades de sedimento, requerem bipartição da
amostra para não causar problemas de pesagem, ambos conduzindo a erros
indesejáveis.
• Amostragem por integração na vertical
Para Carvalho et al., (2000), a amostragem por integração na vertical pode ser
realizada em um só sentido ou em dois, de descida e subida. Faz-se em um só
sentido apenas quando se controla a entrada da amostra por abertura e fechamento
de válvula, como no caso do amostrador P-61. Os equipamentos DH-48, DH-59,
D-49, amostrador de saca e outros só permitem a amostragem em dois sentidos.
37 O conteúdo deste material pode ser reproduzido desde que citada a fonte.
Neste tipo de amostragem por integração na vertical, a mistura água-sedimento é
acumulada continuamente no recipiente, e o amostrador se move verticalmente em
uma velocidade de trânsito constante entre a superfície e um ponto a poucos
centímetros acima do leito, entrando a mistura numa velocidade quase igual à
velocidade instantânea da corrente em cada ponto na vertical.
Esse procedimento é conhecido com IVT, Igual Velocidade de Trânsito ( do inglês,
ETR, equal transit rate). Para não correr o risco de coletar sedimento de arrasto, o
amostrador não deve tocar o leito.
Para que a velocidade de entrada da amostra seja igual ou quase igual à velocidade
instantânea da corrente é necessário que o bico fique na horizontal, ou seja, o
amostrador deve ter cuidado para se movimentar sem haver inclinação. Isso ocorre
quando a velocidade de trânsito, ou de percurso é proporcional à velocidade média.
Segundo estudos em laboratório, os bicos apresentam diferentes constantes de
proporcionalidade, conformes as seguintes relações apresentadas por (Carvalho et
al., 2000):
Bico de 1/8”: vt = 0,2.vm
Bico de 3/16” e¼”: vt = 0,4.vm
Sendo
Vt – velocidade máxima de trânsito ou de percurso do amostrador
Vm – velocidade média da corrente na vertical de amostragem
Para a prática de campo calcula-se o tempo de amostragem pelas seguintes
equações:
38 O conteúdo deste material pode ser reproduzido desde que citada a fonte.
Equação – Tempo de amostragem para Bico de 1/8”
tmin =
2 . pVt
=2 . p
0,2 .Vm
Equação – Tempo de amostragem para Bico de 3/16” e 1/4"
tmin =
2 . pVt
=2 . p
0,4 .Vm
Sendo 2.p a distância percorrida de ida e volta pelo amostrador na profundidade p
da superfície para o leito.
Numa coleta por integração vertical o ideal é coletar aproximadamente 400 mL de
amostra água-sedimento para amostradores com garrafas com capacidade máxima
de 500 mL, nos quais são normalmente utilizados na maioria das medições
realizadas no País, conforme ilustração (Figura 20) abaixo:
39 O conteúdo deste material pode ser reproduzido desde que citada a fonte.
Figura 20 – Garrafa de amostragem indicando níveis a serem obedecidos
Fonte: Carvalho et al., 2000.
• Amostragem por igual incremento de largura, IIL
Devido a sua simplicidade esse é método mais utilizado para amostragem da
mistura água-sedimento. Neste método IIL a área da seção transversal é divida
numa serie de verticais igualmente espaçadas. Em cada vertical se utiliza a
amostragem por integração na vertical, mas com a mesma velocidade de trânsito em
todas as verticais.
Para isso deve-se usar sempre o mesmo amostrador com o mesmo bico. Como as
velocidades médias em cada vertical são diferentes, diminuindo geralmente do
talvegue para as margens, então as quantidades amostradas por garrafa vão se
reduzindo a partir do talvegue com quantidades proporcionais ao fluxo conforme
mostrado na (Figura 21).
40 O conteúdo deste material pode ser reproduzido desde que citada a fonte.
Segundo Carvalho et al., (2000), para a operação de campo e obtenção adequada
das diversas amostras, em primeiro lugar é realizada a medida da descarga líquida
com verticais escolhidas igualmente espaçadas para se obter as velocidades médias
da corrente para o cálculo dos tempos de amostragem. Em seguida, selecionam-se
as verticais escolhidas para as amostragens, dentre as quais é escolhida a vertical
de referência, a qual apresenta a maior velocidade média, se a seção for regular, ou
o maior produto entre velocidade média e profundidade, se a seção for irregular.
Assim, nessa vertical obtém-se a primeira amostra, adotando os procedimentos com
o cálculo do tempo mínimo de amostragem.
Figura 21 – Exemplo de amostragem pelo método de igual incremento de largura
Fonte: Edwards/Glysson, 1988 apud Carvalho et al., 2000.
Conforme a velocidade, o bico é escolhido: em baixas velocidades usa-se o bico de
1/4"; em velocidades moderadas, o bico de 3/16” e em maiores velocidades, o de
1/18”.
Ainda segundo Carvalho et al., (2000), é necessário que a primeira amostra parcial
seja otimizada, isto é, que seja coletado um volume até o limite permitido pela
garrafa do amostrador utilizados na posição de coleta, ou seja, na horizontal. As
41 O conteúdo deste material pode ser reproduzido desde que citada a fonte.
amostras parciais obtidas em cada vertical devem ser combinadas em uma só
amostra composta para determinação da concentração média e, caso seja
necessário, da granulometria.
• Amostragem por igual incremento de descarga, IID
No método IID, a seção transversal é dividida lateralmente em segmentos,
representando iguais incrementos de descarga para que seja feita em cada um
deles uma coleta de amostra, dividindo cada incremento em duas porções iguais.
Segundo Carvalho et al., (2000), para esse procedimento é necessário primeiro
efetuar a medição da descarga líquida e calculá-la. A partir desta medição, faz-se
um gráfico utilizando-se as porcentagens acumuladas da descarga, em ordenadas,
em função das distâncias em relação ao ponto inicial das medições em abscissas.
Fazem-se também os desenhos da seção transversal na parte inferior do gráfico e o
gráfico das velocidades médias em cada vertical da seção. Nas ordenadas obtêm-se
as porcentagens iguais ao número de amostras desejadas.
O próximo passo é a obtenção no gráfico das abscissas e profundidades desejadas
para as posições das coletas. Cada amostra parcial pode ser coletada utilizando o
bico do amostrador de acordo com a velocidade da corrente, calculando a
velocidade de trânsito máxima e o tempo mínimo de amostragem. A regra seguinte,
é que todas as amostras tenham o mesmo volume; é desejável ser de 400 mL ou
próximo disso, para amostradores de 500 mL de capacidade. Nesse método podem
ser coletados de 5 a 15 amostras parciais, que podem ser combinadas em uma só
amostra composta, ou analisadas individualmente.
• Anotações necessárias
Segundo Carvalho et al., (2000), existem dois processos de etiquetagem ou de
42 O conteúdo deste material pode ser reproduzido desde que citada a fonte.
identificação das amostras: o primeiro é etiquetar cada garrafa com todos os dados
necessários; o segundo é simplificar a etiquetagem da garrafa e criar uma lista
paralela.
Em qualquer processo é necessário identificar posto e rio, data, hora da coleta,
número da garrafa, abscissa e profundidade de amostragem, nível d’água,
temperatura da água, amostrador utilizado e nome do hidrometrista, todas
indispensáveis. Outras informações úteis podem constar de um relatório do
hidrometrista. Os recipientes com as amostras devem ser bem tamponados para
evitar derramamento durante transporte para o laboratório. Se possível, colocar um
esparadrapo ou fita colante indicando o nível d'água no frasco.
43 O conteúdo deste material pode ser reproduzido desde que citada a fonte.
4 COLETA DE DADOS DE QUALIDADE DA ÁGUA
Para uma adequada gestão dos recursos hídricos são primordiais o monitoramento e
a avaliação da qualidade das águas superficiais e subterrâneas, permitindo assim a
caracterização e análise de tendências em bacias hidrográficas, sendo essenciais
para várias atividades de gestão, tais como: planejamento, outorga, cobrança e
enquadramento dos cursos de água.
No Brasil o monitoramento da qualidade da água é realizado por uma variedade de
órgãos estaduais de meio ambiente e recursos hídricos, companhias de saneamento
e empresas do setor elétrico. Assim, não existem procedimentos padronizados de
coleta, frequência de coleta e análise das informações. Para permitir a comparação
dos resultados e tornar possível que se apliquem em diferentes locais as
experiências adquiridas, os procedimentos de coleta e análise dos dados devem ser
uniformes.
Segundo o Programa Nacional de Avaliação da Qualidade das Águas (PNQA)
lançado pela Agência Nacional de Águas, no monitoramento da qualidade das
águas, são acompanhadas as alterações nas características físicas, químicas e
biológicas da água, provenientes de atividades antrópicas e de fenômenos naturais.
Uma rede de monitoramento de qualidade de água é constituída dos seguintes
elementos:
• Pontos de coleta, denominados estações de monitoramento, definidos em
função dos objetivos da rede e identificados pelas coordenadas geográficas.
• Conjunto de instrumentos, utilizados na determinação de parâmetros em
campo e em laboratório.
• Conjunto de equipamentos utilizados na coleta: baldes, amostradores em
profundidade (garrafa de Van Dorn), corda, frascos, caixa térmica, veículos,
barcos e motores de popa.
44 O conteúdo deste material pode ser reproduzido desde que citada a fonte.
• Protocolos para a determinação de parâmetros em campo, para a coleta e
preservação das amostras, para análise laboratorial dos parâmetros de
qualidade e para identificação das amostras.
• Estrutura lógica de envio das amostras: locais para o envio das amostras,
disponibilidade de transporte, logística de recebimento e encaminhamento
das amostras para laboratório.
Para indicar a contaminação orgânica da água usa-se o Índice de Qualidade das
Águas, utilizados atualmente por dez unidades da Federação.
Segundo o PNQA o uso de índices de qualidade da água surge da necessidade de
sintetizar a informação sobre vários parâmetros físico-químicos, visando informar à
população e orientar as ações de planejamento e gestão da qualidade da água.
O Índice que Qualidade das Águas (IQA) foi elaborado em 1970 pelo National
Sanitation Foundation (NSF), dos Estados Unidos, a partir de uma pesquisa de
opinião realizada com especialistas em qualidade de águas.
No Brasil, a Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental (Cetesb) de São
Paulo o utiliza desde 1975. Nas décadas seguintes, outros Estados brasileiros
adotaram o IQA, que hoje é o principal índice de qualidade da água utilizado no país.
Segundo o PNQA os parâmetros de qualidade que fazem parte do cálculo do IQA
refletem, principalmente, a contaminação dos corpos hídricos ocasionada pelo
lançamento de esgotos domésticos. É importante também salientar que esse índice
foi desenvolvido para avaliar a qualidade das águas, tendo como determinante
principal sua utilização para o abastecimento público, considerando aspectos
relativos ao tratamento dessas águas.
A avaliação da qualidade da água obtida pelo IQA apresenta limitações, já que este
45 O conteúdo deste material pode ser reproduzido desde que citada a fonte.
índice não analisa vários parâmetros importantes para o abastecimento público, tais
como substâncias tóxicas, protozoários patogênicos e substâncias que interferem
nas propriedades organolépticas da água.
O IQA é composto por nove parâmetros, com seus respectivos pesos (W), que
foram fixados em função da sua importância para a conformação global da
qualidade da água (Tabela 3).
Tabela 3 – Parâmetros do Índice de Qualidade das Águas (IQA) e respectivos pesos
PARÂMETROS PESOSOxigênio dissolvido w= 0,17
Coliformes termotolerantes w= 0,15Potencial hidrogeniônico (pH) w= 0,12
Demanda bioquímica de oxigênio
(DBO5,20)w= 0,10
Temperatura da água w= 0,10Nitrogênio total w= 0,10
Fósforo total w= 0,10Turbidez w= 0,08
Resíduo total w= 0,08Fonte: Adaptado de Cetesb 2008.
Além de seu peso (w), cada parâmetro possui um valor de qualidade (q), obtido do
respectivo gráfico de qualidade em função de sua concentração ou medida (Figura
22).
46 O conteúdo deste material pode ser reproduzido desde que citada a fonte.
Figura 22 - Curvas Médias de Variação de Qualidade das Águas
1 1 0 ¹ 1 0 ² 1 0 ³ 1 0 4 1 0 5
C . F . # / 1 0 0 m l
N o t a : s e C . F . > 1 0 , q = 3 , 051
q 1
1 0 0
9 0
8 0
7 0
6 0
5 0
4 0
3 0
2 0
1 0
0
C o l i f o r m e s F e c a i sp a r a i = 1
w = 0 , 1 51
2
q 2
1 0 0
9 0
8 0
7 0
6 0
5 0
4 0
3 0
2 0
1 0
0
p Hp a r a i = 2
p H , U n i d a d e s
N o t a : s e p H < 2 , 0 , q = 2 , 02
s e p H > 1 2 , 0 , q = 3 , 02
3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2
w = 0 , 1 22
0
q 3
1 0 0
9 0
8 0
7 0
6 0
5 0
4 0
3 0
2 0
1 0
0
D e m a n d a B i o q u í m i c a d e O x i g ê n i op a r a i = 3
D B O , m g / l5
N o t a : s e D B O > 3 0 , 0 , q = 2 , 05 3
5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0
w = 0 , 1 03
0
q 4
1 0 0
9 0
8 0
7 0
6 0
5 0
4 0
3 0
2 0
1 0
0
N i t r o g ê n i o T o t a lp a r a i = 4
N . T . m g / l
N o t a : s e N . T . > 1 0 0 , 0 , q = 1 , 04
1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 1 0 0
w = 0 , 1 04
0
q 5
1 0 0
9 0
8 0
7 0
6 0
5 0
4 0
3 0
2 0
1 0
0
F ó s f o r o T o t a lp a r a i = 5
P O - T m g / l4
N o t a : s e P o - T > 1 0 , 0 , q = 1 , 054
1 2 3 4 5 6 7 8 1 0
w = 0 , 1 05
- 5
q 6
1 0 0
9 0
8 0
7 0
6 0
5 0
4 0
3 0
2 0
1 0
0
T e m p e r a t u r a( a f a s t a m e n t o d a t e m p e r a t u r a d e e q u i l í b r i o )
p a r a i = 6
N o t a : s e t < - 5 , 0 q é i n d e f i n i d o∆ 6
0 5 1 0 1 5 2 0
w = 0 , 1 06
A t , ° C
s e t > 1 5 , 0 q = 9 , 0∆ 6
0
q 7
1 0 0
9 0
8 0
7 0
6 0
5 0
4 0
3 0
2 0
1 0
0
T u r b i d e zp a r a i = 7
T u r b i d e z U . F . T .
N o t a : s e t u r b i d e z > 1 0 0 , q = 5 , 07
1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 1 0 0
w = 0 , 0 87
0
q 8
1 0 0
9 0
8 0
7 0
6 0
5 0
4 0
3 0
2 0
1 0
0
R e s í d u o T o t a lp a r a i = 8
R . T . m g / t
N o t a : s e R . T . > 5 0 0 , q = 3 2 , 08
1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0
w = 0 , 0 88
0
q 9
1 0 0
9 0
8 0
7 0
6 0
5 0
4 0
3 0
2 0
1 0
0
O x i g ê n i o D i s s o l v i d op a r a i = 9
O . D . % d e s a t u r a ç ã o
N o t a : s e O D . % s a t . > 1 4 0 , q = 4 7 , 09
4 0 8 0 1 2 0 1 6 0 2 0 0
w = 0 , 1 79
Fonte: Cetesb, 2008.
O cálculo do IQA é feito por meio do produtório ponderado dos nove parâmetros,
seguindo a seguinte fórmula:
Equação – Índice de qualidade de água
IQA=∏i=1
n
qiW i
Onde:
IQA = Índice de Qualidade das Águas, um número entre 0 e 100;
47 O conteúdo deste material pode ser reproduzido desde que citada a fonte.
qi = qualidade do i-ésimo parâmetro, um número entre 0 e 100, obtido da respectiva
“curva média de variação de qualidade”, em função de sua concentração ou medida
e,
wi = peso correspondente ao i-ésimo parâmetro, um número entre 0 e 1, atribuído
em função da sua importância para a conformação global de qualidade, sendo que:
Equação
∑i=1
n
W i=1
Onde:
n = número de variáveis que entram no cálculo do IQA.
Os valores do IQA são classificados em faixas, que variam entre os estados
brasileiros conforme o (Tabela 4).
Tabela 4 – Classificação dos valores do Índice de Qualidade das Águas
Faixas de IQA
utilizadas nos
seguintes
Estados: AL, MG,
MT, PR, RJ, RN,
RS
Faixas de IQA utilizadas
nos seguintes
Estados: BA, CE, ES,
GO, MS, PB, PE, SP
Avaliação da Qualidade
da Água
91-100 80-100 Ótima
71-90 52-79 Boa
51-70 37-51 Razoável
26-50 20-36 Ruim
0-25 0-19 PéssimaFonte: Adaptado de Cetesb 2008.
48 O conteúdo deste material pode ser reproduzido desde que citada a fonte.
5 TÉCNICA DE ANÁLISE DE DADOS DE PRECIPITAÇÕES, NÍVEIS E
DESCARGA LÍQUIDA
O objetivo de um posto de medição de chuvas é o de obter uma série ininterrupta de
precipitações ao longo dos anos ou o estudo da variação das intensidades de chuva
ao longo das tormentas. Em qualquer caso pode ocorrer a existência de períodos
sem informações ou com falhas nas observações, devido a problemas com os
aparelhos de registro e/ou com o operador do posto (TASSI et al., 2007).
Alguns processos empregados na consistência dos dados serão descritos a seguir:
• Identificação dos erros grosseiros
Os erros mais comuns observados são:
• Preenchimento errado do valor na caderneta de campo;
• Soma errada do número de provetas, quando a precipitação é alta;
• Valor estimado pelo observador, por não se encontrar no local no dia da
amostragem;
• Crescimento de vegetação ou outra obstrução próxima ao posto de
observação;
• Danificação do aparelho;
• Problemas mecânicos no registrador gráfico.
Após a análise, as séries poderão apresentar falhas, que devem ser preenchidas por
alguns dos métodos indicados a seguir.
• Preenchimento de falhas
Quando se trabalha com precipitação deseja-se uma série ininterrupta e mais longa
possível de dados. No entanto, podem ocorrer dias, ou períodos maiores em que o
49 O conteúdo deste material pode ser reproduzido desde que citada a fonte.
dado de precipitação não foi obtido, ocasionando assim uma falha. Para o
preenchimento de falhas podemos utilizar os seguintes métodos:
• Método de Ponderação Regional;
• Método de Regressão Linear.
O método de Ponderação Regional é um método simplificado normalmente utilizado
para o preenchimento de séries mensais ou anuais de precipitações, visando a
homogeneização do período de informações e a analise estatística das
precipitações.
Designado por x a estação que apresenta falha e por A, B e C as estações vizinhas,
pode-se determinar a precipitação Px da estação x pela média ponderada dos
registros das três estações vizinhas, onde os pesos são as razões entre as
precipitações médias anuais, assim, tem-se:
Equação – Precipitação Px
Px=13 ( NxNA PA+
NxNB
PB+NxNC
PC)
Onde:
PA, PB e PC = Precipitação nas estações A, B, C.
NA, NB e NC = Médias nas estações A, B, C.
Px, Nx = Precipitação média na estação em questão.
Exemplo: Considerando as precipitações dadas na tabela 5, calcular a precipitação.
50 O conteúdo deste material pode ser reproduzido desde que citada a fonte.
Tabela 5 – Calcular Precipitação
Ano A B C D1965 284,60 232,00 289,60 216,601966 129,00 139,00 122,70 117,501967 95,80 96,60 100,70 97,801968 89,80 80,00 92,70 131,101969 129,20 124,50 128,70 118,801970 158,60 149,80 174,60 150,001971 53,20 147,30 163,40 140,40Média 148,60 138,46 153,13 140,18
Fonte: Nota do autor
Assim, temos:
Px=13 (140,18
148,6089,80+
140,18138,46
80,00+140,18153,13
92,70)P x=83,52
51 O conteúdo deste material pode ser reproduzido desde que citada a fonte.
6 ANÁLISE DE CONSISTÊNCIA DE SÉRIES PLUVIOMÉTRICAS
• Método da Dupla Massa
Um dos métodos mais conhecidos para a análise de consistência dos dados de
precipitação é o Método da Dupla Massa, desenvolvido pelo Geological Survey
(USA).
A principal finalidade do método é identificar se ocorreram mudanças no
comportamento da precipitação ao longo do tempo, ou mesmo no local de
observação. Esse método é baseado no princípio que o gráfico de uma quantidade
acumulada, plotada contra outra quantidade acumulada, durante o mesmo período,
deve ser uma linha reta, sempre que as quantidades sejam proporcionais (TASSI et
al., 2007).
A declividade da reta ajustada nesse processo representa, então, a constante de
declividade. Especificamente, devem-se selecionar os postos de uma região,
acumular para cada um deles os valores mensais (se for o caso), e plotar num
gráfico cartesiano os valores acumulados correspondentes ao posto a consistir (nas
ordenadas) e de outro posto confiável adotado como base de comparação (nas
abscissas). Pode-se também modificar o método, considerando valores médios das
precipitações mensais acumuladas em vários postos da região, e plotar esses
valores no eixo das abscissas.
A Figura 23 exemplifica a análise de Dupla Massa para os postos 3252006 e
3252008, para um período de 37 anos de dados de precipitação mensal, onde se
pode observar que não ocorreram inconsistências. A declividade da reta determina o
fator de proporcionalidade entre as séries. A possibilidade de não alinhamento dos
postos segundo uma única reta existe e pode apresentar as seguintes situações:
52 O conteúdo deste material pode ser reproduzido desde que citada a fonte.
Figura 23 – Análise de Dupla Massa – Sem inconsistências
Fonte: Tassi et al., 2007.
Quando o gráfico anterior formar uma reta quer dizer que o posto pertence àquela
região meteorológica.
Alguns casos típicos serão apresentados abaixo por Barbosa, 2010:
Caso 1: Ok
- Série de valores proporcionais, homogênea;
Série confiável.
Fonte: Barbosa, 2010.
53 O conteúdo deste material pode ser reproduzido desde que citada a fonte.
Caso 2: Pode estar correto
- Erros sistemáticos;
- Mudança nas condições de observação;
- Existência de uma causa física real, por exemplo, presença de um reservatório
artificial e mudança no microclima;
- Pode ter ocorrido mudança de localização dos postos.
Pode-se modificar a reta dependendo do segmento que se considerou mais correto.
Fonte: Barbosa, 2010.
Caso 3: Não está correto
- Possíveis erros de transcrição;
- Talvez os postos pertençam a regiões meteorológicas diferentes.
Fonte: Barbosa, 2010
54 O conteúdo deste material pode ser reproduzido desde que citada a fonte.
Caso 4: Não está correto
- Postos em regiões meteorológicas diferentes.
Fonte: Barbosa, 2010.
Correção dos dados (Caso 2):
Passar os valores mais antigos para a tendência atual;
Passar os dados mais recentes para a tendência antiga.
Equação – Precipitação acumulada ajustada
Pc=Pa+MaMo
( Po−Pa )
Onde:
Pc = precipitação acumulada ajustada à tendência desejada.
Pa = Valor da ordenada correspondente à interseção das duas tendências.
Ma = Coeficiente angular da tendência desejada.
Mo = Coeficiente angular da tendência a corrigir.
Po = Valor acumulado a ser corrigido.
55 O conteúdo deste material pode ser reproduzido desde que citada a fonte.