Estudos Da Limnologia Do Reservatório De Tapacurá Em Pernambuco: Problemas Da Gestão De Reservatórios No Semi-Árido Brasileiro

XV Símpósio Brasileiro de Recursos Hídricos, Curitiba 2003, Brazil

ESTUDOS DA LIMNOLOGIA DO RESERVATÓRIO DE TAPACURÁ EM PERNAMBUCO: PROBLEMAS DA GESTÃO DE RESERVATÓRIOS NO SEMI-ÁRIDO BRASILEIRO Guenter Gunkel1, Kristina Rueter1, Jorge Casallas1, Maria do Carmo Sobral2 Resumo: O manejo dos recursos hídricos nas regiões semi-áridas e áridas é de grande interesse pelos sérios problemas relacionados à qualidade bem como à quantidade hídrica. Por esse motivo, estudos são realizados na bacia hidrográfica do Rio Capibaribe no Nordeste brasileiro, avaliando a qualidade da água, o ecossistema aquático e a armazenagem de água para abastecimento e outros tipos de uso. São apresentados resultados da bacia do Rio Tapacurá, afluente principal do Rio Capibaribe, e do reservatório de Tapacurá, construído há 25 anos. A vazão diária apresenta grande variabilidade, entre a estação seca (0,02 m3/s) e o período chuvoso (0,9 m3/s) com temporários escoamentos máximos de até 130 m3/s. A deterioração da qualidade da água é devido à poluição por esgotos domésticos e por efluentes da indústria açucareira. Manifestam-se os seguintes problemas sérios de qualidade de água: alto nível trófico, crescimento excessivo de algas e ocorrência de cianobactérias (entre outras Cylindrospermopsis raciborskii) Abstract: Water management of the semi arid and arid zones is of high interest due to severe problems of water quality and of the amount of available water. Thus investigations are carried out concerning the Capibaribe river basin in the Northeast of Brazil, to evaluate the water quality, the aquatic ecosystems and the storage of water for anthropogenic use. Aim of the project is to develop a sustainable and ecological orientated river basin management for the semiarid zone. Results are given for the sub basin of Rio Tapacurá with the 25 years old Tapacurá Reservoir. Daily water flow shows a wide scattering with a dry period (0.02 m3/sec), a wet period (0.9 m3/sec) and high flow rates of up to 130 m3/sec. Water quality impact is done by sewage and waste water of the sugar cane production. This leads to severe problems of the water quality in the Tapacurá Reservoir with a high trophic level, mass development of algae and the occurrence of blue green algae (among else Cylindrospermopsis raciborskii).

Palavras-chave: Limnologia, semi-árido, eutrofização, reservatório, Tapacurá, Pernambuco

INTRODUÇÃO Os trópicos semi-áridos apresentam por natureza uma região que demonstra periodicamente problemas de escassez de água e problemas de qualidade de água. Considera-se assim necessário a intensificação dos esforços da gestão de recursos hídricos para garantir o abastecimento, assim 1

Universidade Técnica de Berlim, Departamento de Controle da Qualidade de Água, Strasse des 17. Juni 135, 10623 Berlin, Alemanha; Fone: +49 30 31425847, fax: +49 30 314 23850, [email protected] 2 UFPE, Professor Adjunto do Depto de Engenharia Civil, Av. Acadêmico Hélio Ramos s/n; 50000-000; Recife; PE; Brasil; Fone/fax: +55 81 32718744; [email protected]

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como reduzir o consumo ou as perdas de água. Além disso, torna-se igualmente necessária a proteção e gestão ambiental dos ecossistemas aquáticos (água subterrânea, rios, lagos, águas costeiras) na qualidade de fundamentos para um abastecimento sustentável e de boa qualidade, como foi exigido e formulado entre outros pela 'Wasserrahmenrichtlinie’ da União Européia (EU, 2000) ou pelo Ecossystem Health Concept dos Estados Unidos da América (EPA 1996, 1998). A proteção de ecossistemas e uso de água necessita de uma discussão intensa e aberta que ainda não teve início em muitas partes da América Latina. O desenvolvimento de uma gestão de recursos hídricos sustentável no semi-árido é dificultado pelas condições climáticos instáveis. Estes resultam de períodos de precipitações intensas e secas extremas, provocando alternadamente, por um lado inundações e erosão e por outro lado períodos de seca sem vazão nenhuma. Em consequência das condições extremas a fauna e flora limitam-se a nimais de pouca tolerância e a espécies de grande tolerância o que torna provável uma biodiversidade baixa. Tal biodiversidade baixa resulta numa capacidade tampão reduzida do ecossistema, de maneira que perturbações ou alterações nas condições ambientais resultam em grandes oscilações na composição das comunidades de espécies (biocenose) e na biomassa delas. As fortes oscilações serão ainda promovidas pela alta produtividade no semi-árido, por conseqüência da alta intensidade da radiação solar e do desenvolvimento rápido de altas biomassas. Várias metodologias de classificação e avaliação de ecossistemas aquáticos em região tropical foram desenvolvidos nas últimas décadas, mas foram poucos os estudos em região semi-árida ou árida tropical, por exemplo pela elaboração de um modelo da reserva (do ciclo) de água (WAVES, bacia hidrográfica do Jaguaribe, Ceará, Bronstert et al. 1999). No âmbito do programa UNIBRAL (Sobral & Gunkel, 2002) realizam-se estudos da bacia hidrográfica do Rio Capibaribe, Pernambuco. Os assuntos principais relativos à ecologia das águas são: – Desenvolvimento e Implementação de um procedimento de monitoramento de águas correntes (rios). – Desenvolvimento de procedimentos avançados para a avaliação da qualidade das águas, estabelecendo a base de uma gestão ambiental de bacias hidrográficas. – Avaliação da qualidade da água de reservatórios através de estudos de ecossistemas limnológicos. – Análise da possibilidade de minimizar, com gastos razoáveis, a poluição proveniente da bacia hidrográfica. – Análise da possibilidade de reduzir a eutrofia dos reservatórios, atingindo um estado trófico aceitável, por meio de uma gestão ambiental das bacias hidrográficas. – Quais são as condições que proporcionam o predomínio de cianobactérias tóxicas no fitoplâncton de reservatórios eutróficos? – Precisa-se considerar periódicos os processos de aumento de salinidade em solos e reservatórios? – Avaliação da utilidade de barragens subterrâneas no leito dos rios na gestão de recursos hídricos. – Avaliação da metodologia da captação de água em distância definida do corpo d’água facilitando a filtração pelas margens do rio para garantir um abastecimento melhor e mais seguro. – Os primeiros resultados do programa foram a avaliação do monitoramento de águas e do sistema de classificação da qualidade da água (Sobral et al. 2002) e a avaliação e o desenvolvimento avançado das barragens subterrâneas por Costa et al. (2000).

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METODOLOGIA A barragem de Tapacurá foi construída em 1977, com o objetivo de proteção das cheias. Em 1987 o coroamento foi aumentado de 3 m de altura, e hoje o reservatório garante o abastecimento dos 3 milhões de habitantes da Região Metropolitana do Recife. A área de drenagem é de 470,5 km2. O trecho superior do rio começa no município de Gravatá (390 m em relação ao nível do mar), o curso médio termina alcançando o reservatório de Tapacurá (100 m). A jusante da barragem, o Rio Tapacurá deságua no Rio Capibaribe (80 m). A precipitação média anual varia entre 820 mm (Gravatá) e 1.630 mm (desagüamento no Rio Capibaribe), no entanto a evapotranspiração é de 2.000 mm/a. O balanço hídrico mensal fica negativo de novembro até junho. Uma caraterização abrangente da bacia foi elaborada por Braga et al. (2000, 2001). Foram realizados amostragens de água, sedimentos e plâncton em cinco pontos do reservatório nos anos 2002 (março – abril, dezembro) e 2003 (janeiro - fevereiro). Nas amostras foram analisados os parâmetros limnológicos relevantes (Quadro 1). Temperatura, condutividade elétrica, pH e O2 foram medidas por sondas apropriadas, Ptotal, SRP, NO2, NO3, NH4, N-Kjeldahl, Fe, Mn segundo às metodologias de Standard Methods (APHA 1995). As amostras de sedimentos foram analisadas segundo às normas da German Standard Methods (DEV 2003: DIN/EN 1189, 12879, 12880 und 25883) após digestão com H2SO4 à 175 °C. Quadro 1. Barragem de Tapacurá e indicação dos pontos amostrados.

RESULTADOS A bacia Predominante na bacia é o uso da agricultura, a maioria da população dos municípios mora em vilas e em pequenas cidades. A densidade demográfica é relativamente baixa de 228 hab/km2, 3

cerca de 40 % dos habitantes são residentes de cidades. No entanto a coleta e o tratamento dos esgotos domésticos é de nível muito baixo, somente 11 % da população possui ligação em rede de esgoto, embora 57 % possua canalização interna de água. O tratamento de esgotos coletados realizase em lagoas facultativas, em domicílios sem ligação em rede, podendo haver infiltração e contaminação do subsolo. No período chuvoso, altas cargas, especialmente de fósforo, provenientes do solo atingem o rio através os mecanismos do wash off e wash out. Na região urbana (Vitória de Santo Antão, 113.000 habitantes e Pombos, 23.000 habitantes) e nas vilas encontram-se fontes pontuais de poluição intensa onde esgotos insuficientemente tratados são lançados no Rio Tapacurá. O uso agrícola abrange 88 % da área da bacia, predominado por policultura (35 %), pecuária (30 %) e o cultivo da cana-de-açúcar que ainda ocupa 12 % da área. Os esgotos da indústria de cana-de-açúcar são reutilizados na irrigação, o que resulta em altas cargas no solo e alto transporte nas águas correntes; exigindo o esgoto da indústria de cana-de-açúcar uma DBO5 de 16.500 mg/l O2. Os lixões ilegais, que recebem 42 % do lixo gerado na bacia, representam uma fonte poluidora difusa adicional, provocando altas cargas no período chuvoso através o processo de lixiviação. Os aterros sanitários existentes também não possuem uma calafetação adequada e o sistema de drenagem é ineficiente, funcionando também como fontes poluidoras nos períodos de chuva. Rio Tapacurá A vazão do Rio Tapacurá é caracterizada pela alta variação diária da vazão, ocorrendo anualmente variações de 0,02 m3/s a 128 m3/s. A análise das vazões diárias facilita a distinção entre um período de baixa vazão (0,02 – 0,06 m3/sec) e outro período de alta vazão (0,8 – 1,4 m3/sec); adicionalmente ocorrem vazões máximas de 128 m3/sec (Quadro 2). Sob ponto de vista hidroecológico, este regime de vazões representa um fator de estresse considerável, resultando, além do efeito hidraúlico a carência de oxigênio durante períodos prolongados de vazão mínima.

Quadro 2. Vazão do Tapacurá a montante do reservatório de Tapacurá (ANEEL, 2001).

1000,00

Vazao (m3/s)

100,00

10,00

1,00

0,10

0,01 0

50

100

150

200

250

300

350

400

Dias

4

O Rio Tapacurá é altamente poluído por descargas da bacia hidrográfica, especialmente pelos esgotos orgânicos da indústria de cana-de-açúcar e pelos cianidos contidos na manipueira proveniente da indústria de mandioca (casas de farinha, 70 m3 de esgotos/dia), bem como os esgotos domésticos. Embora a capacidade de auto-depuração seja naturalmente alta, devido à temperatura em torno de 30 °C, é extremamente baixa a vazão no período seco provocando uma limitação considerável da capacidade de auto-depuração. Atualmente, um programa de monitoramento de qualidade de água das bacias do Rio Capibaribe e Rio Tapacurá e do reservatório de Tapacurá foi realizado pela CPRH. De modo exemplar, alguns resultados do Rio Tapacurá, oriundos deste programa são demostrados abaixo (tabela 1). A qualidade da água foi caraterizada por: – Alta temperatura da água, cerca de 30 °C; – Valor pH moderado de 7,2; – Grande intervalo da condutividade elétrica de 187 até 2.585 µS/cm (25 e 75 percentil), abrangendo condições de água doce até água salobra; – Altas concentrações de ferro (de 0,8 à 1,5 mg/l Fe; 25 e 75 percentil); – Nível muito elevado de fósforo total (média: 1,28 mg/l P); – concentrações de oxigênio muito baixas (50 percentil = 1,4 mg/l O2), atribuído à demanda bioquímica de oxigênio extremamente alta (50 percentil DBO5 = 6,2 mg/l O2); deve-se presumir, para períodos de vazão reduzido, a destruição completa da fauna aquática por falta de oxigênio; – contaminação significativa por bactérias coliformes (75 percentil = 160 x 103 n/100 ml) atribuido à poluição por esgotos domésticos.

Tabela 1: Qualidade da água do Rio Tapacurá (Monitoramento da Companhia Pernambucana de Saneamento - COMPESA, 1997 – 1998). Parametros

n

25 percentil

50 percentil 75 Percentil Média

Desvio padrão

24 33 24

32 7,0 187

29 7,2 955

28 7,8 2.585

29,6

2,8

1.490

1.530

33 24

7,6 54

16,0 218

24,5 372

23,6 271

34,5 225

24 20 19 32 31 27

nd 0,26 0,81 0 4,3 1,7 • 103

0,02 0,52 1,1 1,4 6,2 11 • 103

0,10 1,87 1,53 5,0 23,0 160 • 103

0,06 1,28 1,45 2,66 29,9 49 • 103

0,09 1,41 1,00 2,85 62,2 68 • 103

Rio Tapacurá Temperatura (°C) pH Conductividade elétrica (µS/cm) Turbidez (UT) Alcalinidade (mg/l CaCO3) NO3-N (mg/l) Ptot (mg/l) Fe (mg/l) O2 (mg/l) DBO5 (mg/l) Coliforme bactérias (n/100 ml)

5

A avaliação crítica dos dados de qualidade de água do Rio Tapacurá (tabela 1) demostra déficit no programa de monitoramento: – A coleta dos dados de campo é insuficiente de modo que, em relação aos nutrientes, não foram registrados todos os parâmetros de importância (dados omissos: NH4+, NO2-, Ntot, fósforo solúvel reativo - SRP, Ptot); por conseqüência, o cálculo de balanços de N (N inorgânico) bem como o cálculo de razões N/P não pode ser efetuado. – Alguns parâmetros de importância não foram registrados (DCO, Fesolúvel). – O programa de monitoramento não fornece séries de dados de suficiente densidade temporal: ao Rio Tapacurá 33 amostragens foram realizadas (1997 – 1998), no entanto, somente 20 entre elas foram sujeitadas à análise de fósforo. – As estações de monitoramento não foram escolhidas de maneira que sejam permitidas conclusões relativas à poluição por esgotos industriais e domésticos, faltam estações de referência. – O programa de monitoramento não considera a estrutura diversificada do ecossistema aquático (por exemplo trechos de alta velocidade ou de estagnação, reservatórios, águas estuarinas, águas costeiras e arrecifes). As classes de qualidade de água do CONAMA (1986) referem-se a poucos parâmetros e exibem limites muito altos (Sobral et al. 2002) para garantir a proteção de ecossistemas intactos de águas correntes. A aplicação da classificação do CONAMA resulta na classe 4 a montante do reservatório, atribuída à carência de oxigênio (concentração de O2, DBO5), às altas concentrações de fósforo e ao número de coliformes frequentemente alterados. O Reservatório de Tapacurá As barragens que formam o reservatório de Tapacurá foram construídas em terreno de colinas. A superfície máxima do reservatório é de 963 ha, o comprimento das margens é de 49 km, o fator de desenvolvimento marginal é de 4,5. Em adição, existem 4 ilhas, as quais apresentam um comprimento marginal de 7 km. O reservatório é pouco profundo, 25 % da superfície fazem parte do litoral apresentando uma profundidade inferior à zona trofolítica (cerca de 5 m), 45 % da superfície apresenta uma profundidade inferior à termoclina temporária (cerca de 8m). Os principais dados morfológicos do reservatório de Tapacurá são demostrados na tabela 2: Tabela. 2: Dados morfológicos e de funcionamento do Reservatório Tapacurá Parâmetros Reservatório Tapacurá Finalidade

Localização Vazão de entrada (média anual) Bacia de captação Altura da barragem Superfície máxima

Contenção de cheias Abastecimento da cidade de Recife (3 Milhoes de habitantes) 8° 02’ S 35° 07’ W 1 – 4,2 m3/sec 470,5 km2 40 m 9,632,300 m2 6

Volume máximo Profundidade máxima Profundidade média segundo a porcentagem de volume total: Tempo de residência (teórico)

em 100 % em 54 % em 10 % em 100 % em 54 % em 10 %

96,600,000 m3 21 m 9,7 m 7,4 m 4,1 m 2,3 anos 1,3 anos 0,2 anos

Balanço hídrico no reservatório O clima semi-árido na bacia hidrográfica de Tapacurá condiciona grandes alterações na vazão do afluente e na cota atingida ao longo do ano. Tais características são atribuídas a distribuição do regime pluviométrico com a concentração da ocorrência de precipitações aos meses entre junho e novembro. Em adição, ocorrem oscilações de longo prazo no regime pluviométrico, que podem ter a sua origem no fenômeno pacífico chamado El Niño. Isso provoca fortes ocilações da cota do reservatório até, irregularmente, deixando secar completamente o mesmo (Quadro 3). Assim, a qualidade de água é seriamente danificada, entre outros efeitos ocorre a dissolução da estratificação térmica (Bouvy et al. 2003). Quadro 3. Ocilações da cota do reservatório Tapacurá Reservatorió Tapacurá 1997 - 2001

Enchimento (%)

100 80 60 40 20

Ja n

9 M 7 ai 9 Se 7 t9 Ja 7 n 9 M 8 ai 9 Se 8 t9 Ja 8 n 9 M 9 ai 9 Se 9 t9 Ja 9 n 0 M 0 ai 0 Se 0 t0 Ja 0 n 0 M 1 ai 0 Se 1 t0 1

0

Uma primeira tentativa de estabelecer o balanço hídrico do reservatório releva grande déficit na avaliação dos fatores (tabela 3), fazendo-se necessária a aplicação de modelos avançados e mais complexos para obter resultados confiáveis (Almeida et al, 2003).

7

Tabela. 3: Balanço hídrico do Reservatório Tapacurá (2001) m3/dia

Reservatório Tapacurá Vazões de entrada: Contribuição do Rio Tapacurá Precipitação na superfície do lago Vazões de saída: Vertedouro Abastecimento público (COMPESA) Evaporação Modificação de cota

+ 142.000 + 26.500 0 - 141.000 - 29.000 - 68.500

Estratificação térmica no reservatório de Tapacurá No reservatório de Tapacurá, cuja profundidade máxima é de 21 m, estabelece-se uma estratificação térmica, no entanto o gradiente é pequeno com diferenças de cerca de 2,5 °C e temperaturas absolutas em torno de 30 °C. A termoclina localiza-se entre 6 e 8 m. A estratificação térmica é pouco estável e dissolve-se em conseqüência a eventos meteorológicos como vento, precipitações, arrefecimento noturno. O nível da cota representa papel importante na manifestação de mistura completa. A periodicidade de mistura completa no reservatório não é conhecida pela falta de um monitoramento de intensidade e duração apropriado. Relacionado ao estabelecimento de uma estratificação térmica há a ocorrência dos chamados underflows – a água do Rio Tapacurá é de temperatura inferior e de densidade maior que a água do reservatório. A água do rio, rica em nutrientes e matéria orgânica, penetra na camada do hipolímnio (quadro 4) provocando a deterioração da qualidade da água nessa camada. O que vem a por em risco a captação de água para abastecimento na região entre 10 m e 19 m de profundidade. Quadro 4. Variabilidade espacial da concentração de N, medido na forma de Kjeldahl-N no reservatório de Tapacurá (26 – 30/04/2003)

Distancia do barragem [km]

Nitrogeno Kjeldahl Profundidade (m)

6

2

4

6

8

10

12

14

Sedimentos

4

2

(mg/l)

1.4 1.2 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0

8

Composição química da água do reservatório A qualidade da água do reservatório (tabela 4) sofre deterioração por altas cargas de poluentes inseridas no afluente (Rio Tapacurá) bem como poluição por fontes difusas, ainda não identificadas, que atingem o reservatório diretamente. As principais atividades, responsáveis pela poluição da água são a agricultura, pecuária e cultivo de cana-de-açúcar. Destaca-se as altas concentrações de nutrientes (N, P), tornando provável a intensificação da produção primária. Seguinte à produção primária elevada se manifestam carências de oxigênio no hipolímnio provocando a redução química de ferro. Este processo resulta em altas concentrações de Fe 2+ e na liberação de fósforo através processos de dissolução (chamada fertilização interna de fósforo). Tabela 4. Qualidade da água do reservatório de Tapacurá (dados de 2001 – 2003, composição de dados da COMPESA e de dados obtidos em estudos do Programa Unibral) Parâmetros pH Condutividade Elétrica (µS/cm) Turbidez (FAU) Alcalnidade (mg/l CaCO3) O2 (mg/l) DBO5 (mg/l) Ptotal PSR - Fósforo solúvel reativo N total (mg/l) NO2 (mg/l) NO3 (mg/l) NH4 (mg/l) Cloretos (mg/l) SO4 (mg/l) Ferro solúvel (mg/l) Ferro total (mg/l)

Reservatório Tapacurá 7, 0 – 8,6 280 - 480 1,3 – 7 60 - 87 Epilímnio: 3,6 – 6,5 Hipolímnio: < 1 6–8 Epilímnio: 0,03 – 0,10 Hipolímnio: 0,18 - 0,14 Epilímnio: 0,00 – 0,04 Hipolímnio: 0,06 - 0,10 0,15 – 2,71 0,001 – 0,025 0,03 – 0,08 0,0 – 1,35 66 - 82 9 - 16 0,15 - 0,47 Acumulação no hipolímnio 0,16 – 0,54 Acumulação no hipolímnio

Sedimentos Na zona próxima a entrada do reservatório, provenientes do Rio Tapacurá, os sedimentos estão de aparência de cor marrom (Gyttja) e apresentam alto contéudo de areia e de lixo. Em direção à barragem principal os sedimentos ficam de consistência mais fina e apresentam maior teor de sulfides (Sapropel). Em nenhuma das cinco estações de amostragem foi registrada a presença de 9

macrozoobêntos nos sedimentos. O peso seco dos sedimentos vária entre 19,5 % (afluente) e 37,2 % (barragem). O contéudo de matéria orgânica (em % do peso seco) vária entre 9,3 e 11 % (afluente e meio do reservatório) e 16,3 % (barragem). A concentração de fósforo total encontrada nos sedimentos de camadas superficiais, entre 0 e 20 cm da superfície do lago, foi amostrada em 0,6 - 1,3 g/kg em peso do sedimento. No entanto, as maiores concentrações de fósforo total estão localizadas nas camadas mais profundas. O nitrogenio Kjeldahl (TN) vária entre 26 e 75 g/kg de peso seco (0 – 20 cm). Observa-se o aumento da concentração ao longo do reservatório na direção da barragem.

Limitação da Produção Primária A limitação da produção primária investiga-se através a razão atômica N : P, os estudos de março/abril 2002 indicam a limitação significativa por fósforo, N : P = 1 : 51 (epilímnio, relação molar), somente a partir de N : P = 1 : 14 ocorre a limitação por nitrogênio. Por falta de dados adicionais, não foi confirmado se a limitação por P predomina durante o ano inteiro. Eutrofização O estado trófico do reservatório de Tapacurá, deve ser classificado segundo dados levantados nos anos 2002 e 2003, como eutrófico: – A transparência (disco de Secchi) é de 0,4 – 1,3 m, – Ocorrência do hipolímnio carente de oxigênio, em circunstâncias variáveis anaeróbico, – Os sedimentos são anaeróbicos (lodo), somente na zona do afluente do Rio Tapacurá ocorrem sedimentos arenosos, – Ocorre liberação de fósforo no hipilímnio, – Presença de cianobactérias (Microcystis, Cylindrospermopsis) que produzem florescimento e crescimento excessivos (provocando num reservatório semelhante, na cidade de Caruaru a intoxicação seguida de morte, por microcistina de 26 pacientes submetido ao tratamento de diálise, Jochimsen et al. 1998), – A média das concentrações de clorofila é de 6,7 µg/l, ocorrem valores máximos extremos, – Ocorre um desenvolvimento intenso de macrófitas flutuantes (Eichhornia crassipes) A ocorrência de cianobactérias ao longo do ano destacada por florescimentos periódicos de origem ainda desconhecido, é proposta para estudos posteriores. As espécies predominantes são Cylindrospermopsis raciborski (forma reta), Anabaena spec., Pseudoanabaena spec., Microcystis spec. Merismopedia spec. e Lyngbia spec., além disso ocorrem periodicamente diatomácias (Aulacoseira spp.), Cryptomonas (Crytomonaceae) e Closterium (Desmidiaceae). O quadro 5 demonstra o desenvolvimento de Cylindrospermopsis raciborski nos anos de 2002 e 2003, estabelece-se, em três semanas, no reservatório inteiro uma população de 120 000 colónias, sem indicações de um desenvolvimento localmente limitado. Este desenvolvimento extremo manifesta-se na taxa do biovolume – num prazo de 2 semanas a população de Cylindrospermopsis realizou um aumento de biomassa de 7% iniciais de biomassa total a 77 % (quadro 6). Ao mesmo tempo, a alteração do biovolume é relativamente pequena (quadro 7).

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Quadro 5. Desenvolvimentp de Cylindrospermopsis raciborski entre 26/12/2002 e 04/02/2003, em numero de colônias. 14.000.000 Próxima à desagua do rio Centro del reservoir

12.000.000

Biovolume (µm3/ml)

10.000.000

8.000.000

6.000.000

4.000.000

2.000.000

0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

Semanas

Quadro 6. Biovolume da população de Cylindrospermopsis durante o florescimento (crescimento excessivo) entre 26/12/2002 e 04/02/2003 (%) 100

Próxima à desagua do rio Centro del reservoir Perto da barragem

Biovolume (%)

80

60

40

20

0 1

2

3

4

5

6

7

Semanas

11

Quadro 7. Biovolume total da algas durante o florescimento (crescimento excessivo) entre 26/12/2002 e 04/02/2003 (µm3/ml) 16.000.000

Próxima à desagua do rio Centro del reservoir Perto da barragem

14.000.000

Biovolume (µm3/ml)

12.000.000 10.000.000 8.000.000 6.000.000 4.000.000 2.000.000 0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

Semanas

Carga crítica de fósforo segundo Vollenweider O cálculo da carga crítica de fósforo (em g P/m2 ano) realiza-se segundo Vollenweider (1976) e demostra como, em grande escala, o estado trófico depende do grau de enchimento do reservatório. A relação da carga crítica provocando eutrofização ("critical load", mg m-2 a-1) calcula-se segundo Vollenweider (1976) considerando a profundidade média do reservatório (zm) e o tempo de retenção da água no reservatório τw (equação 1). Lc = cc ⋅ q s (1 + z m / q s )

(1)

cc: concentração crítica de fósforo total (limite entre mesotrofia e eutrofia) qs: zm/tw zm:profundidade média tw: tempo de retenção teórica Tem-se como concentração crítica de fósforo total. A concentração calculada caracteriza-o no estado de transição entre o mesotrófico e eutrófico. Em região de clima temperado utilizam-se valores de 10 - 30 µg/l para concentração crítica, recomendam-se valores de 50 - 60 µg/l para concentração crítica em região tropical (Thornton & Nduku 1982, CEPIS 1988). Relacionando às superfícies correspondentes aos respectivos graus de enchimento, as cargas críticas são: a) 100 % enchimento: LP,100% = 17026 mg TP m-2 a-1 b) 54 % enchimento: LP,54% = 8312 mg TP m-2 a-1 c) 10 % enchimento: LP,10% = 25286 mg TP m-2 a-1

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Para manter a carga crítica provocando eutrofização, com objetivo de transformar o reservatório de Tapacurá, de acordo com os critérios para reservatórios tropicais, em estado mesotrófico com concentração máxima de fósforo total (TP) de 55 µg/l, deveria-se reduzir a concentração do afluente de a) 96,5 % até 0,09 mg/l TP, suponha o grau de enchimento de 100 % ; b) 91,7 % até 0,22 mg/L TP, suponha o grau de enchimento de 54 %; c) 94,2 % até 0,15 mg/L TP, suponha o grau de enchimento de 10 %. Em adição à redução da carga no afluente necessita-se igualmente reduzir a carga interna de nutrientes proveniente da libertação através de processos de oxirredução. DISCUSSÃO Deve-se classificar eutrófico o reservatório de Tapacurá, em concordância com ambos os sistemas de classificação, OECD e CEPIS (Tabela 5). Foram identificados como fontes principais da eutrofização as altas cargas de nutrientes provenientes da bacia hidrográfica, as quais são provenientes do saneamento insuficiente e ao uso agrícola, ainda que a quantidade limitada de dados levantados não permitam conclusões terminais. Destaca-se a concentração moderada de fósforo (média no epilímnio é de 0,04 mg/l) em conjunto com o crescimento excessivo do fitoplâncton ou, no reservatório, de macrófitas flutuantes. Dois aspetos destacam-se por sua importância fundamental: a radiação solar alta durante o ano inteiro e a ocorrência de mistura completa ou parcial da água, chamada situação polimítica e, respectivamente, atelomítica (Gunkel & Casallas 2002, 2002a); ambos fenômenos são caraterísticos de lagos e reservatórios tropicais. O desenvolvimento de macrófitas e de fitoplântons no reservatório é de grande importância – a predominância de macrôfitas flutuantes (Eichhornia crassipes) ocupando até 35 % da superfície diminuiu de modo considerável nos últimos anos, atualmente ocorrem em períodos aleatórios o crescimento excessivo de cianobactérias, nos quais o uso da água para abastecimento é proibido segundo às diretrizes da WHO. A ocorrência de Cylindrospermopsis em massa foi registrada várias vezes, por exemplo em julho de 1988 manifestando-se pelo número de 84.000 colônias/ml e um valor de 45,6 µg/l Chl a; (Nascimento et al. 2000) bem como em abril de 1999, caraterizado por um valor de 116 µg/l Chl a (Bouvy et al. 2003). Consideram-se o fenômemo El Niño em conjunto com a cota baixa no reservatório (Bouvy et al. 2003) como iniciadores dos desenvolvimentos em massa de algas (Microcystis aeruginosa e Cylindrospermopsis raciborskii). O crescimento de Cylindrospermopsis relaciona-se também ao estabelecimento de uma estratificação térmica (Branco & Senna 1994). Do estudo de 39 reservatórios na região tropical brasileira, deduz-se que são de preferência em águas profundas, de temperatura e pH elevados, hipertróficas apresentando baixa concentração de amônio, que desenvolvem crescimentos em massa de Cylindrospermospsis (Bouvy et al. 2000) – a influência da limitação por N ou P, a predominância de cianobactérias durante limitação por P e a concorrência entre Cylindrospermopsis e Microcystis. Os resultados do reservatório de Tapacurá demostram o rápido crescimento em massa de algas dentro de poucas dias, envolvendo a redistribuição de espécies, deixando a biomassa quase constante.

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Tabela 5. Classificação do estado trófico de lagos segundo OECD, 1982 e CEPIS,1988. Parâmetros OECD P total, média (µg/l) desvio padrão N total, média (mg/l) desvio padrão Chlorofila a, média (µg/l) desvio padrão Clorofila a, máx. (µg/l) desvio padrão Profundidade do disco Secchi, média (m) desvio padrão CEPIS P total, média (µg/l) desvio padrão Clorofila a, máx. (µg/l) desvio padrão

Oligotrófico

Mesotrófico

Eutrófico

Reservatório Tapacurá

8,0 4,9 – 13,3 0,66 0,37 - 1.18 1,7 0,8 – 3,4 4,2 2,6 – 7,6

26,7 14,5 - 49 0,75 0,49 –1,17 4,7 3,0 – 7,4 16,1 8,9 - 29

84,4 38 – 189 1,87 0,86 – 4,08 14,3 6,7 - 31 42,6 16,9- 107

36

9,9 5,9 – 16,5

4,2 2,4 – 7,4

2,.45 1,5 – 4,0

0,56

21,3 14,5 - 39 3,6 2,1 – 6,1

39.6 29 - 54 6,7 4,0 – 11,1

118 56 - 246 17,4 9,7 – 31,3

36

1.010 6,3 116,0

116,0

Necessita-se, para o monitoramento do crescimento extremamente rápido de algas, amostragens periódicas, analisando abundância e diversidade das algas em turno semanal. Não foi verificada a suposição relacionando o crescimento excessivo de algas à importação de algas provenientes do Rio Tapacurá, acredita-se na existência de outros fatores responsáveis ainda indeterminados.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Almeida, T. A., Voss, F., Pfuetzner, B., Montenegro, S. M. G. L. (2003) Análisede disponibilidade hídrica usando o modelo hidrológico ArcEGMO: estudo de caso Seebach, Alemanha. XV Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos. Curitiba. (submetido). ANEEL (2001) Relatório anual das vazoes do Rio Tapacurá. Estação Vitória de Santo Antão. Sistema Hidro. Brasília. APHA (1995) American Public Health Association (Ed.): Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 19th Edition. Washington, D.C., 874 S. Bouvy M., Falcao, D., Marinho, M. Pagano, M. & Moura A. (2000) Occurrence of Cylindospermopsis (Cyanobacteria) in 39 Brazilian tropical reservoirs during the 1998 drought. Aquatic Microbial Ecology 23, 13-27. Bouvy, M., Nascimento, S. M., Molica, R. J. R., Huszar, V. & Azevedo, S. M. F. O. (2003) Limnological features in Tapaacura reservoir (northeast Brasil) durino a severe drougt. (submetido). 14

Branco, C. W. C. & Senna, P. A. C. (1994) Factors influencing the development of cylindrospermopsis raciborski and Microcystis aeruginosa in the Paranoá Reservoir, Brasilia, Brazil. Algoligical Studies 75, 85-96, Schweizerbarth, Stuttgart. Bronstert, A., Jaeger, A., Güntner, A., Hauschild, M., Doell, P. Krol, M. (2000) Integrated modelling of water availability and water use in the semi-arid Northeast of Brazil. Phys. and Chem. of the Earth 25, 2, 27-232. CEPIS (1988) Proceedings of the Fourth Meeting of the Regional Project on Eutrophication of Warm-Water Tropical Lakes. Bearbeitet von Salas, H. J., Martino, P., Pan American Health Association (PAHA), Pan American Center for Sanitary Engineering and Environmental Sciences (CEPIS) (Ed.), Lima. CONAMA (1986) Resolução No 20, de 18 de Junho de 1986. Conselho Nacional do Meio Ambiente. Diário Oficial da Uniao, 1135-1161. Rio de Janeiro. Costa, W. D.; Cirilio, J. A.; Abreu, H. F. G.; Costa, M. R. (2000) O aparente insucesso das barragens subterrâneas no estado de Pernambuco. 1. Congresso Mundial Integrado de Águas Subterrâneas, Fortaleza – Ceará 2000. DEV (2003) Deutsche Einheitsverfahren. Loseblattsammlung. VCH Weinheim. EPA (1996) Summary of State Biological Assessment Programms for Streams and Rivers. EPA 230-R-96-007. U.S. Environmental Protection Agency, Office of Water. Washington, D.C. EPA (1998) Lake and Reservoirs Bioassessment and Biocriteria. Technical Guidance Document. EPA 841-B-98-007. U.S. Environmental Protection Agency, Office of Water. Washington, D.C. EU (2000) Directiva 2000/60/CE do Parlamento Europeu do Conselho de 23-10-2000 que estabelece um quadro de acção comuniit´tria no domínio da política da agua. - L327/1. Gunkel, G. & Casallas, J. (2002) Limnology of an Equatorial High Mountain lake, Lago San Pablo, Ecuador: The Significance of Deep Diurnal Mixing for Lake Productivity. Limnologica 32, 33-43. Gunkel, G. & Casallas, J. (2002a) Limnological of an equatorial high mountain lake, Lago San Pablo, Ecuador: Limitation of lake productivity by deep diurnal mixing. Proc. Int. Ass. Theoret. Applied Limnol. 28, 1818-1823. Jochimsen, E. M., Carmichael, W. W., Cardo, D. M., Cookson, S. T., Holmes, C. E. M., Antunes, M. B., de Melo Filho, D. A., Lyra, T. M., Barreto, V. S. T., Azevedo, S. M. F. O. & Jrvis, W. R. (1998) Liver failure and death after exposure to microcystins at a hemodialysis center in Brazil. New England Journal of Medicine 338, 873-878. Nascimento, M. S., Reis, R. J., Bouvy, M., Ferreira, A., Sampaio da Silva, L. H., Huszar, V. & Azevedo, S. (2000) Toxic cyanobacterial blooms in the Tapacurá Reservoir, Northeast Brazil. 9th TASMANIA Conference, (abstract). OECD (1982) Eutrophication of waters - monitoring, assessment and control. - Organisation for Economic Co-operation and Development. Paris, 154 pp. Sobral, M. do C. & G. Gunkel (2002) UNIBRAL - ein neuer Baustein in den Beziehungen der TU Berlin und Brasilien. TU International 52/53, 50-53. Sobral, M., Gunkel, G., S. Montenegro, J. Aureliano & A. C. Ferraz ( (2002) Evaluation of the Water Monitoring System for Tropical River Basins in Northeast Brazil. Proceedings of the 9th Internat. Specialised Conf. Watershed & River Basin Management, Edinburgh. IWA preprinted 2002, Edinburgh; Wat. Sci. & Tech. (accepted). Thornton, J. A. & Nduku, W. K. (1982) Water chemistry and nutrient budgets. In: J. A. Thornton. Lake McIlwaine. Monogr. Biol. 49, 43-59. Junk, The Hague.

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Vollenweider 1976: Vollenweider, R. A.: Advances in defining critical loading levels for phosphorus in lake eutrophication, Mem. Inst. Ital Idrobiol. Bott., Marco di Marchi, 33, 5383. AGRADECIMENTOS Este estudo foi realizado no âmbito do programa UNIBRAL em cooperação da Universidade Técnica de Berlim (TU Berlin) com a Universidade Federal de Pernambuco (UFPE), com apoio financeiro do DAAD (Serviço de Intercâmbio Acadêmico da Alemanha) e da CAPES (Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior). Agradecemos ao suporte amável da COMPESA (Companhia Pernambucana de Saneamento) e do ITEP (Instituto Tecnológico do Estado de Pernambuco).

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