Utilização de wetlands formadas em áreas de extração mineral na melhoria da qualidade da água em rios

Orientador(a): Prof(a). Dr(a). Selma Aparecida Cubas

Coorientador(a): Prof(a). Dr(a). Leila Teresinha Maranho

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental. Defesa : Curitiba, 27/09/2024

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Resumo: O crescimento populacional, acelerado impulsionado pela urbanização, gera uma demanda crescente por matérias-primas, como areia e argila, que são exploradas nas margens de rios para suprir a construção civil. Além disso, quando não acompanhado de planejamento adequado e fiscalização rigorosa, esse crescimento também resulta em ocupações irregulares em áreas impróprias, como também as margens de rios. Este cenário foi especialmente evidente na região metropolitana de Curitiba a partir da década de 1940, com a intensificação da exploração mineral, resultando em cavas ao longo das margens de rios que compõem a bacia hidrográfica do Alto Iguaçu. Adicionalmente, o despejo irregular de esgoto não tratado nos corpos hídricos, contribuiu para a degradação da qualidade da água na bacia, agravando ainda mais a situação ambiental da região. Após o encerramento da mineração, as cavas passaram por um processo de sucessão ecológica transformando-se em wetlands, ecossistemas caracterizados por solo saturado de água e vegetação típica, composta por plantas denominadas macrófitas. Essas wetlands podem ser utilizadas como Soluções baseadas na Natureza (SbN) para o tratamento da água, sendo esse o objetivo desta pesquisa, analisar a utilização de wetlands formadas pela mineração, para a melhoria da água de rios. Para tanto, foi selecionada uma área composta por wetlands próximo da formação do rio Iguaçu, onde foram analisados a evolução da exploração mineral no local, a situação atual das wetlands, e foram propostas recomendações para a utilização delas na melhoria da qualidade da água de rios. A metodologia utilizada incluiu a análise de mapas, o levantamento da cobertura das macrófitas aquáticas com maior área de cobertura por veículo aéreo não tripulado e uma visita técnica ao local, além da formulação de recomendações específicas para uso e gestão das wetlands. Os resultados mostraram que a área de estudo foi explorada nas décadas de 1980 e 1990, com as atividades de mineração encerradas no início do século XXI. A sucessão ecológica levou cerca de 10 anos para transformar as cavas em wetlands. O levantamento da área de cobertura das macrófitas por VANT demonstrou ser uma solução tecnológica avançada, ágil e viável para a avaliação de grandes áreas. As espécies de macrófitas com maiores áreas de cobertura pertencem aos gêneros Salvinia, Cyperus, Typha e Eichhornia. Essas espécies são frequentemente associadas à melhoria da qualidade da água, uma vez que contribuem na remoção da matéria orgânica, nitrogênio, fósforo e metais pesados. Ao considerar as formas biológicas das macrófitas e suas respectivas áreas de cobertura nas wetlands, foi possível inferir a profundidade dessas wetlands, indicando um elevado potencial para o tratamento da água. As recomendações para o uso das wetlands na melhoria da qualidade da água abrangem: a definição do fluxo da wetland, a determinação do balanço hídrico, a implementação de intervenções técnicas, a gestão do sistema por meio de monitoramento contínuo e o manejo periódico das macrófitas, aproveitando seus benefícios para destinações sustentáveis. Com base na caracterização hidromorfológica e na vegetação presentes nas wetlands estudadas, é possível concluir que essas áreas têm o potencial de melhorar a qualidade da água de rios. O uso dessas wetlands para esse propósito representa uma nova destinação para as áreas, o que pode ajudar a evitar a ocupação irregular e contribuir para a recuperação ecológica

Abstract: The population growth, accelerated by urbanization, has led to increasing demand for raw materials such as sand and clay, which are extracted from riverbanks to supply the construction industry. Furthermore, in the absence of proper planning and stringent regulation, this growth has also resulted in the establishment of informal settlements in unsuitable areas, including riverbanks. This scenario became particularly evident in the Curitiba metropolitan area from the 1940s onwards, with the intensification of mineral extraction, resulting in pits along the riverbanks within the Upper Iguaçu River Basin. Additionally, the illegal discharge of untreated sewage into water bodies contributed to the degradation of water quality in the basin, further exacerbating the region’s environmental conditions. Following the cessation of mining activities, the pits underwent an ecological succession process, transforming into wetlands, ecosystems characterized by water-saturated soils and typical vegetation composed of aquatic macrophytes. These wetlands can be utilized as Nature-based Solutions (NbS) for water treatment, which is the focus of this research: to analyze the use of wetlands formed by mining activities to improve river water quality. To achieve this, a site consisting of wetlands was selected, where the evolution of mining in the area, the current state of the wetlands, and recommendations for utilizing these areas to enhance water quality were evaluated. The methodology involved map analysis, an assessment of aquatic macrophyte coverage using an unmanned aerial vehicle (UAV), a technical site visit, and the formulation of specific recommendations for the use and management of these wetlands. The results indicated that the study area was mined during the 1980s and 1990s, with extraction activities ending in the early 21st century. Ecological succession took approximately 10 years to transform the pits into wetlands. The UAV assessment of macrophyte coverage proved to be an advanced, efficient, and feasible technological solution for evaluating large areas. The macrophyte species with the largest coverage belong to the genera Salvinia, Cyperus, Typha, and Eichhornia. These species are frequently associated with water quality improvement, as they contribute to increased dissolved oxygen concentration and the removal of organic matter, nitrogen, phosphorus, and heavy metals. By considering the biological forms of the macrophytes and their respective coverage areas within the wetlands, it was possible to infer the depth of these wetlands, indicating a high potential for volumetric water treatment. The recommendations for utilizing wetlands to improve water quality include defining the wetland flow, determining the water balance, implementing technical interventions, managing the system through continuous monitoring, and periodically managing macrophytes to harness their benefits for sustainable purposes. Based on the hydromorphological characterization and vegetation present in the studied wetlands, it is possible to conclude that these areas have the potential to enhance river water quality. Utilizing these wetlands for this purpose represents a new use for the areas, helping to prevent informal settlements and contribute to ecological restoration