O aumento das superfícies impermeáveis ocasionado pelo processo de urbanização, aliado à falta de planejamento das diversas infraestruturas necessárias à drenagem urbana, favorecem a degradação ambiental e, por consequência, a qualidade de vida da população. Nesse contexto, os telhados verdes apresentam características de impacto positivo no cenário da drenagem urbana, interceptando e absorvendo parte da energia que chega ao seu entorno. O reconhecimento dos fatores positivos oferecidos pelos vegetais motivou a busca da aliança de sistemas que comportem vegetais vivos como componentes integrados à estrutura de ambientes construídos. No entanto, embora a retenção de água da chuva e a diminuição do escoamento das águas pluviais sejam duas funções primárias dos telhados verdes, o seu potencial de poluição pode afetar negativamente a sua ampla utilização, restringindo suas ações ecológicas e sociais. Dessa forma, o presente trabalho avaliou se diferentes composições de substratos, para uso em telhados verdes extensivos, interferem na qualidade da água lixiviada e na retenção de água pluvial. No primeiro momento foram avaliadas a adição dos bagaços de malte e de cana-de-açúcar misturados individualmente com um substrato comercial na proporção em volume de 1:4, respectivamente, e comparados com o substrato controle composto apenas pelo substrato comercial. Foram analisados 8 parâmetros para a qualidade da água lixiviada. Os resultados indicaram que só houve redução significativa com relação aos ânions nitrato e sulfato, sendo o substrato com bagaço de cana-de-açúcar (C) com melhor desempenho na retenção de nutrientes. O substrato controle apresentou melhores resultados quanto à turbidez e a cor verdadeira. Os outros parâmetros analisados não tiveram diferença significativa entre os tratamentos e o controle. Concomitantemente à esse experimento, também foi analisada a adição da zeólia, em mistura de substrato para telhado verde e em sistema de filtro nos módulos experimentais. Foram analisados onze parâmetros para a qualidade da água lixiviada e a retenção. Houve redução significativa com relação ao parâmetro cor verdadeira, sendo o substrato FZ com melhor desempenho. Os substratos com a mistura de zeólita (MZ) e utilização da zeólita em filtro (FZ) não apresentaram diferenças significativas para a condutividade elétrica (CE), pH e os ânions cloreto e nitrato. A média de retenção de água foi maior para o substrato com a adição da zeólita (MZ) com 68,58 % e volume médio armazenado de 23,47 mm. No entanto, estatisticamente não houve diferença significativa entre a capacidade de retenção de água para os diferentes substratos analisados. Houve uma maior evidência de relação entre a taxa de retenção e o período seco antecedente, ou seja, o período seco influenciou mais que o volume da precipitação, conforme resultados da correlação Pearson. De maneira geral, a proporção da mistura pode ser fator importante para a retenção de nutrientes. Em termos de desempenho da qualidade da água lixiviada os resultados mostraram-se promissores, no
entanto, recomenda-se fazer o monitoramento por tempo superior, a fim de se verificar as possíveis melhorias, assim como, limitações da utilização dos bagaços de malte e de cana-de- açúcar, bem como, da zeólita em substratos de telhados verdes.
Dissertações
Diversidade da Comunidade Bacteriana em Sedimentos do Rio Cuiabá
Comunidades de microrganismos em sedimentos de rios possuem papel fundamental na ecologia deste ecossistema, em que as bactérias além de serem um dos grupos mais abundantes, estão envolvidas no ciclo de nutrientes do ambiente. O presente estudo teve o objetivo de investigar a comunidade bacteriana a partir de material genético extraído de sedimentos do canal do Rio Cuiabá, no Estado do Mato Grosso, Brasil, utilizando abordagem por metabarcoding na região do gene 16S rRNA em diferentes períodos sazonais. A caracterização molecular da microbiota bacteriana foi feita a fim de verificar a diversidade alfa e beta em dois períodos sazonais (cheia e estiagem) em quatro pontos amostrais, totalizando oito amostras, na qual foram submetidas ao sequenciamento de nova geração pela plataforma Illumina HiSeq2500, gerando um total de 444.147 sequências brutas, na qual 327.647 foram classificadas como efetivas. A partir dessas sequências efetivas foram produzidas 14.035 OTUs em todas amostras, na qual 502 foram exclusivas da cheia e 307 OTUs únicas para estiagem. Foram obtidos 37 filos e os dez mais abundantes correspondem a mais de 91 % de toda a microbiota bacteriana e o índice de boa cobertura das amostras foi superior a 98 %, indicando um bom sequenciamento. Os filos mais abundantes foram: Proteobacteria, Acidobacteria, Actinobacteria, Nitrospirae, Bacteroidetes, Verrucomicrobia, Chloroflexi, Latescibacteria, Gemmatimonadetes, Firmicutes. Também foram determinados os filos encontrados em apenas um período sazonal, no qual o filo Fusobacteria foi constatado no período de cheia e os filos Chlamydiae, SR1 Absconditobacteria e Microgenomates no período de estiagem. A diversidade alfa avaliou a riqueza e diversidade das amostras, e apesar do período de cheia ter obtido valores superiores, não foi possível afirmar que houve uma grande diferença entre os períodos, essa constatação foi observada também ao analisar a diversidade beta em ambas distâncias métricas (ponderada e não ponderada), que indicaram que as amostras e os períodos sazonais possuem alta similaridade. O teste estatístico ANOSIM, confirmou que não houve variação significativa (p = 0,612) entre os períodos sazonais. O teste-t indicou que os dois filos que obtiveram diferença significativa (p < 0,05) foram Actinobacteria e Firmicutes. A partir dessas análises foi concluído que a microbiota bacteriana dos sedimentos do Rio Cuiabá não sofre alteração significativa em relação aos períodos sazonais.
Regionalização da Vazão de Referência a partir de Características Fisiográficas e Percentual de Vegetação Nativa Remanescente em Bacias Hidrográficas
A água é o composto químico mais valioso que existe no planeta devido à sua importância para todas as mais variadas formas de vida nele existente. Portanto, a sua conservação deve ser rigorosa. No Brasil, a Política Nacional dos Recursos Hídricos (Lei no 9.433/97) preconiza que os estados, união ou distrito federal tem o direito de outorgar o uso da águas. Desta forma, cabe a estes determinar a melhor metodologia para que a escassez hídrica não ocorra, todavia a quantidade de estações fluviométricas no território brasileiro é incipiente para o monitoramento dos recursos hídricos. Assim, a regionalização de vazões de referência torna-se uma medida alternativa a tal problemática. Porém, existem inúmeras técnicas que podem ser aplicadas para tal metodologia. Considerando essa premissa, este trabalho está dividido em dois capítulos, sendo que o primeiro teve como objetivo avaliar a aplicação do método Tradicional e Análise de Componentes Principais para determinação de regiões hidrologicamente homogêneas. E o segundo, a regionalização da vazão mínima de referência (Q95) a partir do método Tradicional. Em ambos, foram utilizadas bacias hidrográficas pertencentes à parte norte da região hidrográfica do Paraguai no estado de Mato Grosso. Dessas bacias foram extraídas as características fisiográficas e índices relativos à vegetação nativa remanescente para que fossem avaliadas equações de regressão linear múltipla a partir de índices de validação de modelos preditivos. Os resultados de comparação de metodologia indicaram que o método Tradicional tem maior vantagem sobre a Análise de Componentes Principais, contudo em apenas uma região foi possível ter índices estatísticos satisfatórios e os índices relativos à porcentagem de vegetação nativa remanescente e a taxa de desmatamento não apresentaram relações significativas com a vazão mínima. Quando considerada a mesma região como homogênea, foi possível obter coeficientes de determinação e Nash-Sutcliffe iguais a 0,91, mas o modelo resultou em um viés de 8,94 m3/s. Como medida alternativa torna-se viável a sua aplicação, entretanto, ressalta-se que a implantação de novas estações hidrométricas, especial fluviométricas, deve ser consolidada para que o monitoramento dos recursos hídricos no estado seja otimizado.
Qualidade das Águas Subterrâneas em Aquífero Freático: Estudo das Microbacias dos Córregos para tudo e Sapateiro, Cuiabá-MT.
Este trabalho constitui parte de um projeto maior (Projeto Água para o futuro) que tem por objetivo a proteção das nascentes da área urbana de Cuiabá. O objetivo específico deste trabalho foi investigar parâmetros indicadores da qualidade física, química e bacteriológica das águas do Aquífero Freático de duas microbacias com diferente grau de urbanização. Para este fim, foram monitorados cinco poços do tipo cacimba, sendo dois construídos na microbacia do córrego Para Tudo (menos urbanizado), dois na microbacia do córrego Sapateiro (mais urbanizado) e um localizado no divisor de água entre as microbacias, que foi utilizado como valor de branco (background). Os resultados das análises físicas, químicas e bacteriológicas permitiram as seguintes conclusões: 1. As águas subterrâneas nas duas microbacias estão contaminadas por coliformes termotolerantes e coliformes totais. Tal resultado, provavelmente está ligado a falta de cuidados sanitários nos poços, a presença de fossas negras e a criação de animais; 2. Não foi possível concluir, com certeza, se as águas subterrâneas da microbacia mais urbanizada (córrego do Sapateiro), estava impactada por fatores ligados ao uso e ocupação do solo, isto é, atividades antrópicas. A maioria dos parâmetros físicos, químicos e bacteriológicos estudados apresentaram maiores concentrações na microbacia do córrego Para Tudo, que é menos urbanizada e; A condutividade elétrica, alcalinidade de bicarbonatos, pH, sódio, coliformes termotolerantes e totais excedem os Valores Máximos Permissíveis (VMP) das legislações vigentes, podendo indicar riscos para a saúde humana.
Modelagem da Vazão e Transporte de Sedimentos Suspensos na Bacia Hidrográfica do Rio São Lourenço/MT
Muitos modelos matemáticos de predição de vazão e transporte de sedimentos apresentam um grande potencial para serem utilizados no planejamento dos recursos hídricos, pois através destes é possível estimar impactos causados pelas atividades agrícolas. Com base nessa premissa, utilizou-se o modelo SWAT (Soil and Water Assessment Tool) em uma bacia hidrográfica de uso predominantemente rural (22.199 km2) no sudeste do Estado de Mato Grosso-MT, para avaliar a sua aplicabilidade para simular a vazão e o transporte de sedimentos em suspensão. Para calibração e validação foram disponíveis medições de três estações fluviométricas e sedimentológicas (São Pedro da Cipa, São Lourenço e Rondonópolis). As simulações de vazão foram avaliadas por meio de análise visual dos hidrogramas e das curvas de permanência da vazão, e quantitativamente a partir do coeficiente de determinação (R2), o índice de Nash-Sutcliffe (NSE), o índice de eficiência Kling-Gupta modificado (KGE’) e o Porcentagem de viés (PBIAS). Devido ao desempenho limitado da simulação mensal, com NSE entre -1,13 e -0,16, foi realizada análise de sensibilidade e calibração para o período (2004-2012) e validação (2013-2016), tornando os resultados satisfatórios para a Calibração o NSE de 0,46 à 0,64 e para a validação de 0,65 à 0,67. As simulações mensais dos sedimentos em suspensão representaram adequadamente o ciclo anual do transporte, porém com sub/super-estimativas entre 29,4 à 395,4 % para a simulação inicial, já na simulação após a calibração teve uma sub/superestimativa entre 5,5 e 152,5. Além disso foi gerado o mapa de produção de sedimentos para a Bacia Hidrográfica do Rio São Lourenço onde foram identificadas as áreas de maior produção de sedimentos (Campo Verde, Jaciara, Dom Aquino, Poxoréo e Pedra Preta) e também foram analisadas algumas características como uso de solo, tipo de solo, declividade e altitude para essas áreas de maior produção.
Avaliação da Alteração Hidrológica pela Implantação de Empreendimentos Hidrelétricos em Rios da Região Hidrográfica do Alto Paraguai
O Pantanal possui grande diversidade de espécies animais e vegetais, e para a manutenção da integridade deste ecossistema é fundamental que se faça avaliação do impacto de todas as atividades desenvolvidas pelos seres humanos em escala regional. A presente Dissertação visa conduzir o estudo de impacto da operação do conjunto de hidrelétricas na Região Hidrográfica do Alto Paraguai (RHAP) com foco na avaliação das alterações de parâmetros hidrológicos pelo método dos Indicadores de Alteração Hidrológica, do inglês Indicators of Hydrologic Alteration (IHA). No presente estudo foram analisados diferentes empreendimentos hidrelétricos na RHAP, avaliando dados de vazão antes e após o início das suas respectivas operações através do software IHA 7.1. A partir dos resultados de IHA, realizou-se, inicialmente, testes de hipóteses (t de Student) para verificar a representatividade da variação das médias de cada parâmetro antes e após a operação dos empreendimentos hidrelétricos e em comparação com estações controle sem interferência de hidrelétricas. Os resultados obtidos no presente estudo mostram que todos os empreendimentos hidrelétricos avaliados apresentaram algum tipo de variação, com destaque para a UHE Manso e o complexo hidrelétrico do rio Jauru, com valores de AHmédio de 49,30% e 31,11%, respectivamente. Além disso, a alteração hidrológica foi maior e mais frequente em parâmetros relacionados à frequência e duração de pulsos de máxima e mínima (Grupo 4) e os relacionados à taxa e frequência das alterações das condições de escoamento (Grupo 5), evidenciando impactos relacionados à regularização da vazão dos rios pela operação das hidrelétricas da RHAP, principalmente nos empreendimentos com geração de energia elétrica a partir do enchimento de reservatórios.
Diagnóstico Ambiental e Aplicação de Método Multicritério para Avaliação da Qualidade de Água em uma Microbacia Urbana
O desenvolvimento urbano e a ocupação desordenada do solo provocam alterações tanto na qualidade como na quantidade dos recursos hídricos em uma bacia hidrográfica. Neste contexto, o objetivo desta pesquisa foi ordenar os principais fatores decorrentes do processo de uso e ocupação do solo que contribuem para a deterioração da qualidade da água superficial e subterrânea da microbacia do Córrego Fortaleza, Cuiabá-MT. A metodologia consistiu no diagnóstico ambiental da microbacia para definição do cenário real, inspirado nos componentes do Método VERAH (Vegetação, Erosão, Resíduos, Água e Habitação) e posteriormente, na modelagem e aplicação do Método Multicritério de Apoio à Tomada de Decisão TOPSIS. Na etapa do diagnóstico ambiental, a Vegetação foi analisada por meio da caracterização fitossociológica, com amostragem em 13 parcelas de 20 x 50 m, e do mapeamento e quantificação da APP em ambiente SIG. A Erosão foi identificada por meio da geração do mapa de suscetibilidade à erosão, também em ambiente SIG, utilizando análise multicritério. Em relação aos Resíduos, foram calculados a geração per capita e a eficiência de coleta. Também foi aplicada a Técnica ADRS, que permitiu determinar a composição gravimétrica e as características físicas, químicas e microbiológicas dos resíduos sólidos. Os bolsões de resíduos encontrados na microbacia foram caracterizados, medidos e mapeados. As águas superficiais foram monitoradas no período de jun/2017 a mar/2018, compreendendo as duas estações (estiagem e chuvosa), em 3 pontos de coleta, denominados Nascente (N), Meio (M) e Exutório (E). Os parâmetros analisados foram Temperatura, STD, CE, pH, OD, Cor verdadeira, Turbidez, ST, DBO5, DQO, Alcalinidade, Dureza, Nitrito, Nitrato, Coliformes Totais e E. coli. Para a avaliação das relações entre os parâmetros analisados foram geradas matrizes de correlação de Pearson (r). A qualidade da água superficial do córrego foi calculada e expressa de acordo com o IQA – CETESB. O monitoramento das águas subterrâneas foi realizado em 7 poços alocados na microbacia entre jul/2017 e jan/2018. O monitoramento quantitativo ocorreu por meio do estudo do comportamento do nível estático (NE) dos poços, e o qualitativo, por meio das análises dos seguintes parâmetros: Temperatura, STD, CE, pH, Cor verdadeira, Turbidez, ST, DBO5, Alcalinidade, Dureza, Nitrito, Nitrato e Ferro. Para informações quanto à Habitação, foi aplicado um questionário estruturado para obtenção de informações acerca do nível socioeconômico dos moradores, condições de saneamento básico dos bairros e localização em relação ao córrego. Com a aplicação do Método TOPSIS, foram ordenados os impactos ambientais na qualidade da água da microbacia. A alternativa Habitação, foi a que se encontrou mais próxima da situação anti-ideal, correspondendo ao impacto mais significativo na qualidade da água da microbacia, sobretudo em relação ao lançamento de esgotos domésticos in natura, corroborando os resultados do monitoramento da qualidade das águas superficiais e subterrâneas. O Método TOPSIS mostrou-se eficiente na solução do problema apresentado, pois além da sua facilidade de aplicação, permitiu a obtenção de dados confiáveis na identificação dos impactos mais críticos na qualidade da água da microbacia do Córrego Fortaleza.
Estudo das principais direções do fluxo subterrâneo no carste de Nobres/MT
Os aquíferos cársticos, objeto desta pesquisa, são formados em rochas solúveis e são caracterizados pela presença de fraturas ampliadas e condutos, que formam uma ligação hidráulica, caracterizando uma rede de drenagem subterrânea. Trata-se de áreas muito propícias à ação dos processos de dissolução, de uma forma mais intensificada perante as outras litologias. Deste modo, as regiões cársticas podem apresentar um rápido transporte de poluentes em seus condutos. Além de problemas geotécnicos, como subsidência e colapso. Considerando as características supracitadas, a área de estudo localizada no município de Nobres torna-se importante objeto de estudo. Este município é rico em atrativos turísticos devido às belezas características de regiões cársticas e relacionadas aos recursos hídricos, como surgências. Desta maneira, tendo em vista as restrições naturais de aquíferos cársticos e a carência de estudos sobre as surgências cársticas de Nobres/MT, surge a necessidade de um estudo que unifique as informações, fornecendo uma visão geral das surgências da área, principalmente no que se relaciona às direções do fluxo subterrâneo que alimenta estas feições. Sendo assim, este trabalho vista verificar as principais direções do fluxo subterrâneo na surgência “Bate Palma” e relacionar estas direções com outras surgências analisadas. A metodologia utilizada para esta pesquisa deu-se a partir da integração, compilação e interpretação de estudos geofísicos realizados em surgências no município Nobres (MT). Além disso, foram realizados ensaios geofísicos, através do método da eletrorresistividade, por meio da técnica do caminhamento elétrico. Diante da confecção dos mapas de contorno para os parâmetros envolvidos (resistividade e potencial espontâneo), obteve-se direções E-W, NNE-SSW e N-S do fluxo subterrâneo. A partir das pseudosseções e mapas de resistividades aparentes produzidos foi possível verificar menores valores na porção mais superficial do substrato, e valores mais elevados nas maiores profundidades, induzindo respectivamente, na existência de um solo saturado próximo a superfície e rochas carbonáticas com poucas fraturas e/ou maciças. Além disso, as principais direções do fluxo subterrâneo, de E-W, foram perceptíveis em diferentes profundidades analisadas a partir do caminhamento elétrico e se confirmaram no mapa de isovalores de potencial espontâneo.
Determinação de metais potencialmente tóxicos em amostras de água e sedimentos nas bacias dos rios Cuiabá e São Lourenço – MT
A contaminação dos recursos hídricos está diretamente ligada às atividades antrópicas. Algumas dessas atividades estão relacionadas à presença de metais que uma vez na água causam grande preocupação, pois estes não possuem caráter de biodegradabilidade, podendo acumular na biota aquática e chegar a níveis elevados causando efeitos adversos para o ambiente e a saúde humana. As bacias do rio Cuiabá e São Lourenço são de grande importância, pois a água dos seus rios é utilizada para diversos usos, além de abrangerem as principais cidades de Mato Grosso e por serem afluentes do rio Paraguai, o principal rio formador do Pantanal. Frente ao exposto, o objetivo deste trabalho foi a determinação da concentração de Cu, Cr, Cd, Mn, Fe, Pb e Zn em águas superficiais e sedimentos de fundo de rio das bacias do Rio Cuiabá e São Lourenço, Mato Grosso, Brasil. Os metais nas amostras de água foram determinados por espectrometria de absorção Atômica em chama e por espectrometria de emissão atômica com plasma indutivamente acoplado e, as amostras de sedimento por espectroscopia de absorção atômica em chama. Os resultados obtidos foram comparados com os valores máximos permitidos (VMP) pela Resolução no 357/2005 para a água doce de Classe II e pela Canadian Council of Ministers of the Environment (CCME) para os sedimentos. A análise de agrupamento hierárquica (AHA) revelou a existência de quatro agrupamentos para as amostras de água e dois agrupamentos para as amostras de sedimento. Com intuito de avaliar a qualidade dos agrupamentos foi realizada uma análise discriminante (AD) que mostrou uma classificação correta em 80% para as amostras de água e 79% para as amostras de sedimento. Além disso, a AD no modo “stepwise forward” mostrou que foi possível reduzir o número de variáveis avaliadas mantendo a mesma eficácia na classificação dos grupos. Gráficos de excedência mostraram que a maior parte dos resultados de concentração dos metais encontrados ficou abaixo do limite estabelecido pela legislação. Porém atenção deve ser dada para Pb e Cr que tanto nas amostras de água, quanto nas de sedimento foram encontrados valores de concentração acima do estabelecido pela legislação em alguns pontos da bacia do rio Cuiabá e São Lourenço, possivelmente proveniente de atividades antrópicas, como descartes de efluentes domésticos e industriais.
Transiente hidráulico em sistema elevatório de água bruta: abordagem para situação real
Os sistemas de abastecimento de água devem fornecer serviços confiáveis ao consumidor satisfazendo as demandas de água, evitando desperdícios econômicos e ambientais. Um dos grandes desafios no gerenciamento, por parte dos gestores de água, refere-se aos custos de implementação e operacionais e nos sistemas elevatórios (SEs), bem como a confiabilidade do desempenho hidráulico do sistema, fortemente associados a variação na pressão decorrente de falha da bomba podendo gerar sérios danos ao sistema. Neste aspecto, destaca-se a importância do transiente hidráulico na análise de variação de pressão decorrentes de falhas na bomba, podendo causar danos estruturais e afetar negativamente a qualidade da água. Sendo assim, o estudo teve como objetivo auxiliar no processo de seleção da melhor alternativa para atenuação de variação de pressão em sistema elevatório de água bruta. Para alcançar o objetivo, os procedimentos metodológicos a serem adotados foram: (1) compreensão do transiente hidráulico; (2) modelo de simulação hidráulica (MSH) para falha da bomba por queda de energia; (3) calibração do MSH para a área de estudo; (4) avaliação da calibração do MSH; (5) identificação de alternativas para controle de transiente; e, (6) seleção da melhor alternativa de dispositivo de proteção. O método utilizado para auxilio da tomada de decisão na escolha da melhor alternativa foi satisfatório, selecionando a alternativa 3 como melhor opção (custo de implementação R$ 322,00; custo com manutenção R$ 5499,00; e, desempenho hidráulico de -122,73 mca). Porém, a calibração não obteve resultados satisfatórios (valores superiores que 10% para MAPE e 2 mca para RMSE), demonstrando que o MSH precisa ser aprimorado para representação da situação real. Isto demonstra a importância e necessidade de estudos do transiente hidráulico em situações reais, de forma que o pesquisador se familiarize com situações inesperadas e informações imprecisas, tornando-se parte do conhecimento para desenvolvimento de novas possibilidades de solução e atuação nas pesquisas futuras.
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