Modelagem da qualidade da água do rio Piracicaba visando a avaliação de sua capacidade de autodepuração | Water quality modeling of Piracicaba river aiming to evaluate its ability to self- purification

A poluição dos corpos hídricos é um problema mundial e o seu controle é um dos grandes desafios da gestão dos recursos hídricos. Dessa forma, o objetivo da pesquisa foi avaliar a capacidade de autodepuração do rio Piracicaba, localizado no estado de Minas Gerais, utilizando modelos matemáticos de qualidade da água como subsídio para a tomada de decisão nos processos de planejamento e gestão dos recursos hídricos. A análise compreendeu o estudo da qualidade da água ao longo de seis trechos de monitoramento, perfazendo um total de 190,76 km. Foram utilizados, para o estudo da autodepuração do rio Piracicaba, os modelos matemáticos de Streeter-Phelps modificado e QUAL-UFMG, considerando dois períodos distintos (seco e chuvoso). No estudo foram considerados dados de qualidade da água para as variáveis oxigênio dissolvido (OD), demanda bioquímica de oxigênio (DBO), nitrogênio total (NT) e fósforo total (PT), os quais foram utilizados na calibração e validação dos modelos, sendo os dados oriundo das campanhas de monitoramento de qualidade de água do “Projeto Águas de Minas”, realizado pelo Instituto Mineiro de Gestão das Águas (IGAM). Posteriormente, foi verificado o atendimento das variáveis de qualidade da água com os limites estabelecidos pela Resolução CONAMA no 357/2005, bem como o índice de conformidade ao enquadramento, segundo metodologia desenvolvida pelo Canadian Council of Ministers of Environment. Por fim, foi simulado um cenário futuro de qualidade da água previsto no Plano para Incremento do Percentual de Tratamento de Esgotos Sanitários na Bacia Hidrográfica do Rio Piracicaba. Os resultados mostraram que, em relação aos processos de calibração para as variáveis OD e DBO, ambos os modelos matemáticos de qualidade de água estimaram satisfatoriamente as informações qualitativas quando comparadas com as observadas nas seções de monitoramento no rio Piracicaba. Para a variável PT, o modelo QUAL-UFMG não apresentou resultados satisfatórios para as condições em que o estudo foi realizado. Foi observado, durante o período seco, que a qualidade da água no trecho do município de João Monlevade, após receber os efluentes do município, não satisfaz às condições de enquadramento do rio Piracicaba, apresentando valores de DBO cima do permitido pela legislação para águas doces de classe 2. Para as demais variáveis não foram constatados violação dos limites estabelecidos pela legislação em ambos os períodos avaliados. Com relação ao índice de conformidade ao enquadramento, as variáveis apresentaram excelente aderência para o período chuvoso e boa para o período seco. Considerando a simulação feita para o cenário futuro, a partir da remoção da carga orgânica em virtude da consideração das ETEs fora de operação, em obras e em projeto existentes na bacia do rio Piracicaba, as concentrações das variáveis de qualidade da água analisadas se mantiveram dentro do permitido pela legislação para águas doces classe 2.

The pollution of bodies of water is a worldwide problem, and its control is one of the large challenges faced by the water resource management. The main objective of this research was to evaluate the self-purification capacity of the Piracicaba river, Minas Gerais State, using mathematical water quality models to assist in the decision making of the water resource management and planning. The analysis included the water quality study of six monitoring sections that total 190.76 km. The modified Streeter-Phelps model and the QUAL-UFMG model were used for the self- purification study of the Piracicaba river on two distinct periods (dry and rainy). Water quality data for the following variables were considered for the study: dissolved oxygen (DO), biochemical oxygen demand (BOD), total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP). These variables were utilized in the calibration and validation of the models, with the data been taken from the “Projeto Águas de Minas” (Waters of Minas Project) water quality monitoring campaigns driven by the “Instituto Mineiro de Gestão das Águas” (Water Resource Management Institute in MG). Subsequently, the variables' compliance of CONAMA resolution n° 357/2005 and of the Canadian Council of Ministers of the Environment Water Quality Index was verified. In conclusion, a simulation for the future water quality scenario was made as projected by the “Plano para Incremento do Percentual de Tratamento de Esgotos Sanitários na Bacia Hidrográfica do Rio Piracicaba” (Piracicaba River Basin ́s Sewage Treatment Percentage Incrementation Plan). According to the calibration processes for DO and BOD, both models represented the qualitative information observed in the monitored sections of Piracicaba river. For the variable total phosphorus, QUAL- UFMG model did not achieve satisfactory results for the conditions under which the study was conducted. The water quality in the João Monlevade municipality section during dry periods didn't meet the Piracicaba River's standards, with BOD values higher than permitted by the legislation for the Class II fresh water, after receiving the municipality’s effluents. The other variables presented no violation of parameters set by the legislation on both the dry and the rainy periods. The variables presented excellent ranking for the rainy period and good ranking for the dry period according to the water quality index. Considering the simulation done for the future scenario, from the organic load removal under consideration of STPs out of operation, under construction and project existing in the Piracicaba river’s basin, concentrations of water quality variables remained within permitted by law to Class II fresh water.

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