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ESTUDO SOBRE CORRELAÇÃO ENTRE TURBIDEZ E SÓLIDOS EM
SUSPENSÃO PARA ESTIMATIVA DA VAZÃO SÓLIDA EM UMA
PEQUENA BACIA
Gustavo R. Lopes1, Bruno E. Távora2, Ronaldo M. dos Santos3 & Sérgio Koide4
RESUMO --- A estimativa das taxas de produção de sedimento em uma bacia é uma importante
ferramenta na previsão de assoreamento de reservatórios e de parâmetros de qualidade de água para
tratamento e abastecimento. A obtenção direta da produção de sedimento é bastante limitada, por
necessitar de coleta e análise laboratorial. Outro problema é a variação temporal da geração de
sedimentos não captada por amostras pontuais seja devido à sazonalidade das estações chuvosa e de
estiagem ou até mesmo ao longo de um único evento pluviométrico. A obtenção indireta e contínua
de dados pode ajudar a melhor prever a produção de sedimentos em uma bacia, constituindo
importante ferramenta de gestão e controle. O presente trabalho procurou identificar correlações
entre dados de turbidez obtidos continuamente por sonda automática e de sólidos em suspensão
determinados em amostras pontuais, em diferentes eventos.
ABSTRACT --- The rate estimative of sediment production in a basin is an important tool in the
prediction of reservoirs silting and the quality parameters for water treatment and supply. The direct
sediment production obtaining is very limited, because it needs sampling and laboratory analysis.
Another problem is the temporal variation of the sediment production not captured by point
samples. This variation can occur at different scales, as in the rainy and drought seasons or even
over a single precipitation event. The indirect and continuous data obtaining can help to better
predict the production of sediment in a basin, being an important tool for management and control.
This study sought to identify correlations between data obtained continuously by automatic
turbidity probe and the suspended soils determined in point samples, at different events.
Palavras-chave: Turbidímetro, Sólidos em Suspensão, Capão Cumprido
1 Aluno de Mestrado do Programa de Tecnologia Ambiental e Recursos Hídricos da Universidade de Brasília. E-mail: [email protected]; 2 Aluno de Mestrado do Programa de Tecnologia Ambiental e Recursos Hídricos da Universidade de Brasília; 3 Aluno de Doutorado do Programa de Tecnologia Ambiental e Recursos Hídricos da Universidade de Brasília; 4 Professor Associado do Departamento de Engenharia Civil e Ambiental da Universidade de Brasília.
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1. INTRODUÇÃO
O transporte de sedimentos pelos rios é um fenômeno complexo que depende de processos
erosivos que ocorrem nas vertentes da bacia e no leito e margens dos rios e que fornecem material
que, por sua vez, depende da energia do fluxo para ser transportado. A combinação dessas variáveis
com fornecimento de material e energia do fluxo resulta em um fenômeno com grande variação no
tempo e no espaço. O transporte de sedimentos é um processo natural e faz parte da evolução da
paisagem originando formas geomorfológicas (Santos et al., 2001).
A erosão, o transporte de sedimentos nos cursos d’água, o assoreamento de rios e
reservatórios têm causado vários danos ambientais e econômicos, inclusive a diminuição da vida
útil de aproveitamento de recursos hídricos, tornando indispensável a realização de estudos
sedimentológicos (Carvalho et al., 2005).
Devido aos altos custos operacionais normalmente associados à realização de monitoramentos
sedimentométricos, existe a necessidade de avaliar possibilidades que tornem esse monitoramento
mais simples. Segundo Lewis (2003) a coleta automática de dados é essencial para a medição de
sólidos em suspensão durante eventos de cheia, particularmente para pequenas bacias.
Neste trabalho são apresentados estudos sobre a correlação entre a turbidez mensurada de
forma automática, através do turbidímetro automático e medições in loco por meio de amostragem,
na sub-bacia do Capão Comprido que está inserida na bacia do lago Descoberto, um dos principais
mananciais produtores de água do Distrito Federal, com capacidade estimada de suprimento de
cerca de 2/3 da demanda global desse território (Campana et al., 1998). Essa sub-bacia vem sendo
estudada pelo Programa de Pós-Graduação em Tecnologia Ambiental e Recursos Hídricos
(PTARH/UnB) há alguns anos, como parte do projeto “Bacias Representativas”, em uma parceria
entre com a EMBRAPA Cerrados, com financiamento da FINEP/CT-HIDRO.
2. MATERIAL E MÉTODOS
2.1. Caracterização da Área de estudo
A área estudada é a sub-bacia do Capão Comprido, no Distrito Federal. Essa sub-bacia insere-
se na bacia do lago Descoberto que por sua pertence à bacia do rio Descoberto, que tem sua área no
estado de Goiás e no Distrito Federal.
O lago do Descoberto, formado pelo represamento do rio Descoberto, é utilizado para fins de
abastecimento de água de diversas cidades do DF, como Ceilândia, Taguatinga, Guará, Gama e
outros núcleos urbanos. Os principais cursos de água afluentes ao lago são: o rio Descoberto, o
ribeirão das Pedras, o ribeirão Rodeador e os córregos Chapadinha, Capão Comprido e Pulador. É
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um dos principais mananciais produtores do Distrito Federal, com capacidade estimada de
suprimento de até 6 m³/s o que representa cerca de 2/3 da demanda global da unidade federativa em
questão (Campana et al., 1998).
A sub-bacia do Capão Comprido, apresentada na Figura 1, possui uma área aproximada de
16,40 km², localizando-se entre as latitudes 15°43’42”S e 15°45’41”S e as longitudes 48°10’07”W
e 48°06’13”W. As cotas altimétricas variam de 1030 a 1270 metros e a agricultura se destaca como
uma das principais atividades da economia local (Fernandes, 2005).
Figura 1 - Inserção da bacia do Capão Comprido no Distrito Federal e localização da seção estudada.
2.1.1. Clima
CODEPLAN (1984) utilizou a classificação de Köppen em todo o Distrito Federal e
analisando esse estudo verificou-se que os tipos climáticos Tropical de altitude (Cwa) e Tropical de
altitude (Cwb) são os dois que podem identificar o clima na sub-bacia. O tipo Cwa se caracteriza
pelas temperaturas inferiores a 18°C no mês mais frio, uma média superior aos 22°C no mês mais
quente e, nesse caso, altitudes entre 1000 e 1200 metros. O tipo Cwb se caracteriza pela mesma
faixa de temperatura para o mês mais frio, porém com média inferior a 22°C no mês mais quente e,
nesse caso, cotas altimétricas superiores a 1200 metros (Lima, 2003).
O clima na região caracteriza-se pela existência de duas estações bem definidas: uma chuvosa
e quente, que se prolonga de outubro a abril, e outra, fria e seca, de maio a setembro. Novembro,
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dezembro e janeiro são os meses com maior índice pluviométrico e junho, julho e agosto com
menor.
2.1.2. Solos
Reatto et al. (2003b) realizaram estudo sobre os tipos de solo na bacia do lago Descoberto. Na
sub-bacia do Capão Comprido pode-se perceber a predominância do latossolo vermelho (Figura 2).
Reatto et al. (2003a) afirmam que esses são solos minerais não hidromórficos, profundos,
apresentando horizonte B espesso, estruturas predominantes maciças ou em blocos subangulares ou
em forma muito pequena granular, textura variando de média a argilosa, acentuadamente drenados e
com alta permeabilidade. Esse solo é resultado de um alto grau de intemperismo formando uma
estrutura bastante porosa, com alto índice de vazios e por conseqüência um baixo peso específico
(Bicalho, 2006).
Figura 2 – Caracterização do solo na bacia do Capão Comprido (Adaptado de Reatto et al., 2003a)
2.1.3. Uso e ocupação solo
A sub-bacia em questão está dentro da área de abrangência do Projeto Integrado de
Colonização Alexandre Gusmão, que foi criado com o objetivo de abastecer o Distrito Federal com
frutas, legumes e verduras, caracterizando-se como uma bacia predominantemente rural, sendo
explorada com agricultura e pecuária em pequenas propriedades. A olericultura e, em menor escala,
a fruticultura são a base da produção agrícola local (Nascimento et al., 2000).
Além das atividades agrícolas como o cultivo de hortaliças, a cobertura do solo é composta
também por mata ciliar, reflorestamento e remanescentes de vegetação do cerrado, representados
por fisionomias de campo limpo, de campo cerrado e de cerrado.
Bacia do Lago Descoberto
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2.1.4. Hidrossedimentologia
Segundo Bicalho (2006) a sub-bacia do Capão Comprido apresenta carga de sedimento em
suspensão mais elevada do que outras sub-bacias com características semelhantes, como o
Chapadinha, com valores descarga de sedimentos em suspensão específica da ordem de 26
t/km².ano.
2.2. Trabalho de campo
No estudo da bacia experimental do Capão Comprido – DF estão sendo colhidos em campo
dados hidrossedimentológicos, fluviométricos, pluviométricos, meteorológicos, piezométricos e
outros. Os dados hidrossedimentológicos utilizados neste trabalho foram obtidos através de
turbidímetro com registrador SL2000-TS, de Solar Instrumentação, amostrador manual USDH-48 e
amostrador automático ISCO 6712, todos instalados em uma seção que vem sendo monitorada e
operada pela CAESB (Companhia de Saneamento Ambiental do Distrito Federal) em parceria com
o PTARH/UnB.
2.2.1. Amostrador Manual USDH-48
Utilizou-se para as coletas das amostras de sedimento o amostrador USDH-48 (Figura 3). As
amostras foram coletadas em garrafas de vidro com capacidade de 1 litro.
Figura 3 – Amostrador Manual USDH-48
Segundo Bicalho (2006) verificou-se pelas concentrações que a seção do Capão Comprido
pode ser considerada uma seção bem misturada com relação a distribuição das concentrações de
sedimento em suspensão, pois as concentrações médias nas verticais variam pouco em relação a
concentração media da seção, com variação média baixa. Buscando confirmar o padrão de mistura
completa sugerido por Bicalho (2006) foram realizadas três campanhas de amostragem entre os dias
13/11/2008 e 04/02/2009, com o amostrador manual USDH-48 através método da Integração na
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Vertical com Igual Incremento de Largura. Confirmou-se, então, que a coleta pontual de amostras,
desde que em profundidade correta deve ser representativa.
2.2.2. Turbidímetro automático SL2000-TS
Segundo Solar (2008), esse equipamento possui sensor que trabalha com dois princípios de
operação: a transmitância e a reflectância. Esse tipo de turbidímetro utiliza além do detector de luz
espalhada, um detector da luz transmitida através da amostra, e calcula a razão entre essas duas
intensidades de luz detectadas.
Os dados são adquiridos e armazenados com intervalos programáveis. O equipamento foi
configurado para fazer medição a cada 10 minutos
Na ocasião da instalação buscou-se a disposição do sensor a fim de obter maior uniformidade
e representatividade em termos de sedimento em suspensão. A sonda foi posicionada em um
suporte enterrado dois metros evitando, assim, o arraste do equipamento em eventos extremos.
Figura 4– Turbidímetro automático SL2000-TS instalado e transferindo dados para o computador
2.2.3. Amostrador do Tipo Automático ISCO 6712
O amostrador ISCO 6712 foi utilizado em diversas campanhas para coletar amostras pontuais
em um determinado intervalo de tempo já que esse modelo automático pode ser programado para
fazer até 24 coletas com volume e intervalo de tempo previamente definidos. A Figura 5 mostra
detalhes desse tipo de amostrador.
Na utilização do equipamento, em 10 campanhas se obtiveram amostras satisfatórias, o que
totaliza aproximadamente 220 amostras. Entre essas quatro amostragem foram feitas após a
instalação do turbidímetro automático SL2000-TS.
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Figura 5 – Amostrador do tipo automático ISCO 6712
Assim como no turbidímetro automático, buscou-se enterrar o suporte a dois metros de
profundidade para que a mangueira de sucção pudesse ficar segura sempre no mesmo local, que foi
escolhido distante das margens.
Por não existir segurança na área onde eram feitas as coletas, instalava-se o equipamento
acorrentado a uma árvore e após a coleta de amostras o equipamento era removido.
2.2.4. Seção de controle
Os equipamentos foram instalados na seção de controle localizada próximo ao exutório do
córrego Capão Comprido (Figura 1). Na seção existe um linígrafo da marca Global Water, réguas
de medição e se utiliza ADV (Acustic Doppler Velocimeter) e molinete para medição periódica de
vazão.
2.3. Análises no Laboratório
A concentração de sedimentos em suspensão foi determinada pelo método de filtração e
gravimetria, utilizando-se filtro de nitrato de celulose com malha de 0,45 µm. Essa metodologia é
considerada uma das mais adequados para análises de amostras, pois apresenta simplicidade na
operação e oferece uma precisão considerável (Carvalho, 1994).
Segundo Carvalho (1994) alguns cuidados devem ser adotados para evitar erros nas análises.
Dentre eles pode-se citar a lavagem prévia dos filtros com água destilada antes de filtrar a amostra,
a secagem desses filtros pré-lavados em estufa a 100º C e a pesagem dos filtros imediatamente após
saírem da estufa e mantendo-os no dissecador entre uma pesagem e outra, pois o ganho de umidade
poderia alterar o resultado.
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Figura 6 – Manifold utilizado na filtragem, manuseio das amostras e filtros após filtragem
2.4. Correlação entre Turbidez e Sólidos em Suspensão
Buscando encontrar a correlação entre a turbidez e os sólidos em suspensão comparou-se as
medidas de turbidez, em NTU, realizadas pelo turbidímetro automático SL2000-TS e com as
medidas dos sólidos em suspensão, em mg/L, das amostras coletadas no mesmo instante pelo
amostrador automático ISCO 6712.
A Figura 7 mostra gráficos com os valores de Turbidez e Sólidos em Suspensão, no tempo,
para cada um dos quatro eventos que foram registrados simultaneamente pelo amostrador e
turbidímetro automático.
Turbidímetro e Amostrador no Tempo (Evento 1)
0
5
10
15
20
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Tu
rbid
ez (
NT
U)
0
0.005
0.01
0.015
0.02
Só
lid
os e
m
Su
sp
en
são
(m
g/L
)
Turbidímetro (NTU) Amostrador (mg/L)
Turbidímetro e Amostrador no Tempo (Evento 2)
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 20 40 60 80 100 120
Tu
rbid
ez (
NT
U)
0
0.5
1
1.5
Só
lid
os e
m
Su
sp
en
são
(m
g/L
)
Turbidímetro (NTU) Amostrador (mg/L)
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Turbidímetro e Amostrador no Tempo (Evento 3)
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5T
urb
idez (
NT
U)
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
Só
lid
os e
m
Su
sp
en
são
(m
g/L
)
Turbidímetro (NTU) Amostrador (mg/L)
Turbidímetro e Amostrador no Tempo (Evento 4)
0
10
20
30
40
50
60
0 2 4 6 8 10 12 14
Tu
rbid
ez (
NT
U)
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
Só
lid
os e
m
Su
sp
en
são
(m
g/L
)
Turbidímetro (NTU) Amostrador (mg/L)
Figura 7 – Comparativo, por evento, entre os dados de turbidez e sólidos em suspensão no tempo.
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Com os pontos para as duas tendências definidas se utilizou equações lineares para definir
essas tendências tendo em vista que os processos fiscos envolvidos na determinação ótica da
turbidez, era esperada uma diferença de tendência na correlação entre turbidez e sólidos em
suspensão para vazões baixas e vazões altas, o que se confirma.
y = 0.0006x + 0.0046
R2 = 0.9239
y = 0.0014x - 0.1646
R2 = 0.9084
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
Turbidez (NTU)
Só
lid
os e
m S
usp
en
sã
o (
mg
/L)
Figura 8 – Curvas de Tendência e equações.
Analisando a Figura 8 percebe-se que até o valor da concentração de sólidos em suspensão
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(CSS) igual a aproximadamente 0,22 mg/L e a turbidez (T) equivalente a 390 NTU existe uma
tendência e acima disto existe outra, as equações lineares que as representam são:
0046,00006,0 +×= TCSS :. para 390<T (1)
R² = 0,9239
1646,00014,0 −×= TCSS :. para 390>T (2)
R² = 0,9084
Em que CSS (mg/L) e T (NTU).
Essas duas equações foram utilizadas para encontrar os valores de sólidos em suspensão para
todo o intervalo de tempo que o turbidímetro automático coletou os dados na seção do córrego
Capão Comprido.
Ao final do período em análise ocorreu um desbarrancamento na margem do córrego a
montante da seção e uma grande quantidade de sedimentos foi lançada no corpo hídrico (Figura 9) o
que aumentou carga de sedimento por longo período. A Figura 10 mostra, no intervalo destacado, o
período de dados em que a seção recebeu sedimentos acima do normal por causa do
desbarrancamento.
Figura 9 – Desbarrancamento de encosta a jusante da seção.
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11
0
2
4
6
8
10
12
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000
Tempo
Só
lid
os
em
Su
sp
en
sã
o (
mg
/L)
Solidos Calculados Amostrador (mg/L)
Figura 10 – Sólidos em suspensão calculados e observados e intervalo com sedimentos gerados pela queda de barranco na encosta.
Para verificar as equações representativas dessa correlação se utilizou as amostras coletadas
no evento quatro e se gerou o gráfico que é apresentado na Figura 11. Percebe-se que existem
alguns pontos fora da tendência, o que poderia ser explicado por imprecisão na análise no
laboratório, já que a concentração de sólidos em suspensão é baixa.
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.1
15:46:06 15:56:06 16:06:06 16:16:06 16:26:06 16:36:06 16:46:06 16:56:06 17:06:06 17:16:06 17:26:06 17:36:06
Tempo
Só
lid
os e
m S
usp
en
são
(m
g/L
)
Sólidos em Suspensão (observados) Sólidos em Suspensão (calculados)
Figura 11 – Validação das equações de correlação através das amostras do quarto evento
4. CONCLUSÕES
A determinação da correta correlação entre turbidez e sólidos em suspensão é importante no
monitoramento e gestão de bacias hidrográficas, já que a medição automática da turbidez durante
Após o desbarrancamento
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todo o período do dia possibilita uma estimativa do transporte de sedimento durante o período e,
portanto de quantidade total transportada nessa bacia durante o período chuvoso.
Pode-se afirmar que o resultado apresentado nesse artigo é satisfatório, mas é o passo inicial
para se conseguir correlações melhores com a obtenção de mais amostras para gerar dados de
sólidos em suspensão, principalmente durante eventos de cheias, já que, como afirmam Merten e
Poleto (2006), 90% do fluxo de sedimentos em suspensão são transportados durante o período das
cheias e por isso uma maior quantidade de dados deve ser coletada nesse período.
No entanto, o uso de uma única equação para a correlação pode acarretar erros consideráveis
na carga total de sedimentos, pois apesar da pequena concentração nas vazões baixas, esses têm
permanência muito elevada em pequenas bacias da região.
AGRADECIMENTOS
Ao CNPq e CAPES pelas bolsas e ao CT-Hidro, Finep, Finatec, FAPDF e CNPq.pelos
recursos concedidos em diversos projetos de pesquisa que viabilizaram a execução dos estudos.
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