Uma nova abordagem para integração entre quantidade e qualidade da água para a avaliação da poluição difusa

Abstract

Resumo: A quantificação do aporte de poluentes que chegam aos rios por mecanismos difusos depende de mensuração adequada das suas concentrações nos momentos em que a vazão é aumentada pelo escoamento superficial – provocado por chuvas de maior intensidade. A arte da coleta automática de amostras se impõe para que seja possível acompanhar o desenrolar de eventos de chuva, exigindo parcimônia na escolha e na regulagem de amostradores automáticos. A variabilidade dos eventos, entretanto, impõe limites aos pesquisadores, que precisam ajustar equipamentos a eventos vindouros, sabendo que um inadequado ajuste da amostragem aos hidrogramas pode conduzir a estimativas erradas para as concentrações médias dos eventos. A definição prévia de parâmetros como o patamar de nível ou vazão a partir do qual a amostragem será iniciada, ou como os intervalos de tempo, nível, vazão ou volume transportado que determinarão a coleta de novas amostras é fonte de dúvidas e incertezas. Nesta pesquisa apresenta-se o conceito "Variavel Hidrológica Dinámica", como sendo um parâmetro qualquer cuja variação possa ser utilizada para determinar mais adequadamente os melhores momentos para a realização de coletas automáticas de amostras. O conceito foi testado utilizando informações do nível da seção em estudo, localizada no rio Barigui, na região metropolitana de Curitiba, e verificado por meio de um esquema de amostragem controlado pelo Datalogger da estação hidrométrica automática nela instalada, o qual foi programado para efetuar cálculos comparativos entre leituras diferentes e disparar o processo da coleta de amostras de um amostrador automático convencional de acordo com a evolução dos eventos, ajustando-o automaticamente, em tempo real, ao hidrograma do evento. Resultados demonstraram que o método produz coleções de amostras mais representativas para a turbidez média do evento – parâmetro de comparação escolhido em função da confiabilidade da leitura do sensor automático utilizado na estação. Para ampliar a possibilidade de utilização desta técnica de amostragem, um amostrador microprocessado foi projetado e construído. O aparelho demonstrou, em testes operacionais de mais de 180 dias, ser capaz de realizar a amostragem comandada pela Variável Hidrológica Dinâmica e espelhar as coletas realizadas pelo esquema implementado no datalogger da estação hidrológica automática. Uma vez comprovada a capacidade do equipamento, denominado SBN, foi realizado um teste comparativo entre a amostragem do aparelho e a amostragem automática convencional mais comumente utilizada – operada por temporização – ficando demonstrada a superioridade da amostragem do SBN para os mesmos eventos.

Abstract: The quantification of diffuse pollutions process affecting water bodies is dependent of pollutant concentration measurements taken from water samples collected during runoff events. A good match between the samples collection to the shape of the hydrograms is desired for the better estimation of the loads. Sampling is usually done by automatic equipment, which has to be pre-set to collect samples in a fixed scheme which is based in level and/or time or flow fixed boundaries set based on the previous knowledge of the river behavior. Unfortunately, a fixed scheme cannot respond for the variability of the future events, which may or may not be proper represented by the samples to be collected. This thesis presents a new dynamic approach for the process of triggering the taking of samples – an adaptive scheme capable of automatically making decisions based on the real time evolution of the events. In such approach the datalogger of a hydrologic station is programmed to perform comparative tests on the values of stage readings, in order to decide when to send a triggering signal for an automatic sampler for proceeding taking a sample. This new scheme was tested in a semi-urban river catchment with good results. Following that, a micro-processed automatic sampler was designed and produced to join together the intelligence and the collecting abilities in a single instrument. The new sampler was tested in the same hydrologic station with good results. The instrument was also tested in parallel with an automatic sampler set with a level triggered timed scheme. Results shown that the dynamic scheme produced a better match for the event mean turbidity, for the results obtained by analyzing the both sample collections were compared to automatic measurements taken each 150s during the events.