Características limnológicas de compartimentos - DSR

Anais XVI Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto - SBSR, Foz do Iguaçu, PR, Brasil, 13 a 18 de abril de 2013, INPE
Características limnológicas de compartimentos aquáticos opticamente ativos no
reservatório Itaúba, RS, Brasil
Ana Paula Vestena Cassol1
Waterloo Pereira Filho1
André Luis Domingues1
Felipe Correa dos Santos1
Maria Angélica Oliveira1
1
Universidade Federal de Santa Maria – UFSM
Centro Regional Sul de Pesquisas Espaciais – CRS/INPE
Avenida Roraima, n. 1000 – 97105-900 – Santa Maria - RS, Brasil
{aninhacassol; felipecorrea_rs}@hotmail.com
{waterloopf; eng.domingues; angelcure}@gmail.com
Abstract
Water reservoirs are of great social and economic importance due to their multiple uses. In the last few
decades, however, water quality has been deteriorating as a consequence of increased use by human
populations. Within this framework, this study aimed at analysing limnological variables of the Itaúba
reservoir, high course of the Jacuí river, RS, Brazil. Water transparency, total suspended solids, turbidity
and chlorophyll a were measured in the water sub-surface in ten GPS marked sampling stations. Spatially,
the lowest transparency and higher turbidity values were found at the site where the river Ivaí, a tributary,
reaches the reservoir, due to its high levels of chlorophyll a and total suspended solids. On the other hand,
at the confluence with the river Jacuí, another tributary, the waters were more transparent and
oligotrophic, demonstrating the diverse influences that the tributaries had on the reservoir and the need
for more detailed studies in a longer time frame.
Palavras-chave: geoprocessamento, represa, limnologia; geoprocessing, dam, limnology.
1. Introdução
A crescente preocupação com o aumento populacional e a escassez de recursos
hídricos no mundo, tem incentivado pesquisadores de todo o planeta a estudar a água
em seus diversos contextos na natureza. Os reservatórios são alvos frequentes dessas
pesquisas devido a sua multiplicidade de usos como o abastecimento público,
hidroeletricidade, tanques-redes, controle de inundações, captação para irrigação de
lavouras, entre outros (Baptista et al, 2001).
De uma maneira geral estes ecossistemas aquáticos têm seu funcionamento em
uma posição intermediária entre rio e lago, e podem ser divididos em três zonas (rio,
transição e lago) que se diferenciam por suas características limnológicas (Kimmel et
al., 1990). Algumas variáveis limnológicas podem agir como componentes opticamente
ativas influenciando na penetração da luz na coluna d’água, pelos processos de
absorção, reflexão e espalhamento da radiação eletromagnética. A partir da tecnologia
do sensoriamento remoto é possível observar características espectrais decorrentes
dessas interações da radiação eletromagnética com a água e seus componentes
opticamente ativos em uma visão sinótica do ambiente, muitas vezes podendo
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determinar compartimentos aquáticos com características distintas, como as zonas de
rio, transição e lago.
Uma dessas variáveis limnológicas é a turbidez da água que é a medida de sua
capacidade em dispersar a radiação (Esteves, 1998). Os principais responsáveis pela
turbidez em ambientes aquáticos são as partículas suspensas (bactérias, fitoplâncton,
detritos orgânicos e inorgânicos) e em menor proporção os compostos dissolvidos
(Esteves, 1998). A turbidez pode atenuar a penetração da luz solar na coluna d´água,
reduzindo sua transparência, prejudicando a fotossíntese das algas e plantas aquáticas
submersas (Wetzel, 2001).
A transparência da água é a medida da profundidade de desaparecimento visual
do disco de Secchi na coluna d’água, e corresponde a aproximadamente 10% da
radiação incidente na superfície da água (Wetzel, 1983). Esta metodologia é
amplamente utilizada por limnólogos para estimar a atenuação da radiação solar nos
ambientes aquáticos, devido à presença ou ausência de partículas e substâncias na água
que interagem com a radiação eletromagnética (Doods, 2002).
Naturalmente alguns lagos podem apresentar elevada concentração de sólidos
totais em suspensão, no entanto as atividades humanas sejam elas agrícolas ou urbanas
podem aumentar suas concentrações, prejudicando a produtividade primária e processos
de reprodução e respiração de outros animais (Doods, 2002). Dentre os componentes
dos sólidos suspensos estão os sedimentos de origem inorgânica como argila, silte e
areia e na fração orgânica fazem parte as bactérias, algas, zooplâncton e detritos
orgânicos (Esteves 1998).
Em um estudo realizado por Trentin (2009) no reservatório Passo Real as
variáveis transparência da água e sólidos totais em suspensão possibilitaram a distinção
de compartimentos aquáticos, apontando que as características espectrais da água
podem estar diretamente relacionadas com estas duas variáveis, que influenciam
principalmente nos processos que limitam a penetração da luz na coluna d’água, como a
absorção e o espalhamento da energia eletromagnética, determinantes na resposta
espectral da água.
O fitoplâncton é um dos principais fixadores de carbono e geradores de
biomassa sendo responsável pela produtividade primária no ambiente aquático
(Bellinger e Sigee, 2010). Em ambientes eutróficos, enriquecidos por nutrientes,
encontram-se altos níveis de produtividade primária, em contraste com ambientes
mesotróficos à oligotróficos onde há produtividade menor. Rotineiramente utiliza-se a
caracterização da clorofila a para determinação da biomassa algal em análises
limnológicas, o que pode nos fornecer importantes informações sobre o estado trófico
do corpo d’água (Bellinger e Sigee, 2010).
Nesse contexto buscou-se caracterizar e identificar no reservatório de Itaúba,
compartimentos aquáticos com características ópticas semelhantes, em função da
variação espacial de quatro variáveis limnológicas opticamente ativas (transparência,
totais de sólidos em suspensão, turbidez e clorofila a).
2. Caracterização da área de estudo
No Rio Grande do Sul muitos rios foram barrados para a construção de represas.
Um exemplo é o caso do alto curso do Rio Jacuí, localizado na Bacia Hidrográfica do
Alto Jacuí, na região centro norte do Estado, que teve a construção de uma série de
cinco reservatórios em cascata: Ernestina, Passo Real, Maia Filho, Itaúba e Dona
Francisca. A represa de Itaúba, a quarta do sistema em cascata, foi inaugurada em 1978
e está inserida entre os municípios de Estrela Velha, Júlio de Castilhos, Pinhal Grande e
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Salto do Jacuí. Sua área alagada é em torno de 13,29 km², apresenta um perímetro de
140,55 km e um desnível de aproximadamente 90 m próximo ao dique. Seu principal
afluente é o rio Ivaí e o restante das águas provém das barragens instaladas a montante
no rio Jacuí (Maia Filho, Passo Real e Ernestina). Sua área de alague é caracterizada
como do tipo fio d’água, com um relevo muito acidentado em seu entorno, mantendo
suas águas represadas em um vale encaixado e uma vegetação nativa bem preservada
em seu entorno. Sua bacia de drenagem é caracterizada pelo desenvolvimento de
atividades agrícolas como cultivo de soja, milho, trigo em sistema rotacional com o
cultivo do azevém e aveia preta. (CEEE, 2010). A principal finalidade deste reservatório
é o armazenamento de água para a geração de energia elétrica, com um potencial
energético de 500 MW.
3. Metodologia de Trabalho
A coleta de dados em campo foi realizada em 31 de agosto de 2012, em dez
estações amostrais no reservatório da UHE Itaúba com a utilização de barco e motor de
popa. Para a localização precisa dos pontos amostrais do reservatório foi utilizado um
aparelho GPS Garmin Etrex de precisão de 5 metros, com as coordenadas geográficas dos
pontos previamente armazenadas no aparelho. A transparência da água foi medida em
campo com a utilização de um disco de Secchi. Através da sonda multiparâmetros Horiba
modelo U-53 foram obtidos os valores de turbidez com resolução de 0,01 NTU e os dados
de clorofila a foram detectados através da sonda Trilux com resolução de 0,01 µg/L com
medição até 100 µg/L de clorofila a.
Para a determinação de sólidos totais em suspensão (TSS) foram realizadas
coletas de água em cada ponto amostral em sub-superfície, com a utilização de
recipientes com um litro de capacidade, que após a coleta são mantidos em recipientes
térmicos até a chegada ao laboratório. A determinação dos valores de TSS em laboratório
foi realizada por filtragem, conforme método apresentado em APHA (2005).
Os dados foram inseridos no banco de dados geográfico do software SPRING,
na forma de modelo numérico do terreno (MNT). A partir disto foi gerada uma grade
retangular (interpolador por média ponderada), para um posterior fatiamento em 20
classes temáticas. As classes das variáveis clorofila-a e transparência foram definidas de
acordo com os estados tróficos (Carlson, 1977) e às demais variáveis definidas
conforme a amplitude dos intervalos.
4. Resultados e Discussão
Os resultados das análises das características limnológicas na represa de Itaúba
mostraram-se heterogêneos considerando o contexto espacial do corpo d’água. A
transparência da água variou entre 45 e 165 cm nos diferentes pontos da represa (Figura
1), com um compartimento aquático de menor transparência localizado no braço oeste
(Rio Ivaí), estendendo-se em boa parte do setor intermediário da represa, com um
aumento gradual da transparência em direção ao dique. Um segundo compartimento é
observado no braço leste e a montante dos pontos 9 e 10, onde foram registrados os
maiores valores de transparência, influenciados pelas águas oriundas das barragens a
montante (baixas concentrações de sólidos em suspensão, Figura 2).
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Figura 1. Distribuição espacial da transparência da água (cm) no reservatório de Itaúba
em 31 de agosto 2012.
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Figura 2. Distribuição espacial do sólidos totais em suspensão (mg/L) no reservatório de
Itaúba em 31 de agosto 2012.
Os sólidos totais em suspensão variaram entre 2 e 16 mg/L (Figura 2), com as
maiores concentrações (acima de 10 mg/L), restritas ao braço oeste do reservatório,
fortemente influenciadas pelos sólidos em suspensão carreados pelas águas do rio Ivaí.
Já as demais áreas do reservatório, em geral apresentaram baixas concentrações de
sólidos em suspensão.
A variável turbidez apresentou um padrão de distribuição similar ao de sólidos
totais em suspensão, variando entre 5 e 72 NTU (Figura 3). Os valores mais elevados
ficaram restritos ao braço oeste da represa na região de influencia do rio Ivaí. As demais
regiões do reservatório apresentaram baixa turbidez.
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Figura 3. Distribuição espacial da turbidez (NTU) no reservatório de Itaúba em 31 de
agosto 2012.
As concentrações de clorofila a variaram entre 6 e 86 µg/L (Figura 4). A
distribuição destas concentrações no reservatório formaram alguns compartimentos com
diferentes graus de estado trófico. O maior valor de clorofila a ficou restrito a porção de
contribuição do rio Ivaí, sendo classificado como supereutrófico, valores de ambiente
mesotrófico podem ser encontrados na região do dique e oligotrófico na zona do rio
Jacuí com valores inferiores à 10 µg/L.
As características de transparência da água, TSS, turbidez e clorofila a com
valores mais elevados e homogêneos situados principalmente no braço oeste do
reservatório formam um compartimento influenciado pelo rio Ivaí. O aporte de sólidos
e nutrientes drenados pela bacia fortemente agrícola deste rio pode estar contribuindo
para a elevação dessas variáveis. No entanto a clorofila a possivelmente é a principal
contribuinte para os valores elevados de sólidos em suspensão e turbidez e
consequentemente para a reduzida transparência. Em virtude disso, em um contexto
espectral, espera-se que nesse compartimento haja uma influencia óptica maior da
componente clorofila a, com alta reflectância na banda do verde e também a presença
de um pico de reflectância no infravermelho próximo (710 a 715nm), devido ao
espalhamento celular do fitoplâncton (Lobo et al, 2009). Geralmente quando ocorrem
medidas a elevadas concentrações de clorofila a na água, duas regiões se destacam, um
na banda do azul (433nm) chamada de banda “Soret” e outra na banda do vermelho
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(entre 675 e 686nm) chamada de pico “alfa” (Richardson, 1996; Weaver e Wrigley,
1994).
Figura 4. Distribuição espacial da clorofila a (mg/L) no reservatório de Itaúba em 31 de
agosto 2012.
5. Conclusões
O contexto espacial mostra a influência do rio Ivaí e dos reservatórios a
montante nas características limnológicas avaliadas na represa. Os maiores valores das
variáveis turbidez, sólidos em suspensão e menores valores de transparência foram
influenciados pela presença de elevadas concentrações de clorofila a, caracterizando um
compartimento aquático fortemente influenciado pelo rio Ivaí, desde a foz deste
tributário até o dique da barragem, com um decréscimo das variáveis turbidez, sólidos
em suspensão e clorofila a no sentido montante jusante e aumento da transparência,
também nesse sentido. Elevadas concentrações de clorofila a e a baixa transparência da
água no tributário Ivaí demonstram sinais de eutrofização. O compartimento aquático
que recebe água dos reservatórios a montante (Maia Filho, Passo Real e Ernestina)
mostrou-se mais oligotrófico devido a origem de suas águas, assim como baixos valores
de turbidez e sólidos em suspensão e uma maior transparência. Dessa forma foi possível
identificar dois compartimentos aquáticos com características limnológicas opticamente
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distintas, devido principalmente as diferenças nas concentrações de clorofila a. O que
possibilita o uso do geoprocessamento como ferramenta na identificação destes
compartimentos, podendo futuramente ser utilizado como alternativa estratégica no
monitoramento e gestão desse ambiente.
Agradecimentos
Os autores agradecem ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e
Tecnológico (CNPq), processo 478961/2010, pelo auxilio financeiro para realização deste
trabalho.
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