modelagem matematica de metais pesados na lagoa dos patos
Pereira, R. S.1*; Niencheski, L. F. H.²
1Instituto de Pesquisas Hidráulicas – IPH – UFRGS
Av. Bento Gonçalves 9500 – Porto Alegre/RS -  CEP.: 90650-001
2Laboratório de Hidroquímica – Dep. Química – FURG
Av. Itália Km 8 sn – Rio Grande/RS – CEP.:96201-900 – CP.:474
* regissp@vetorial.net

1.	INTRODUÇÃO

A poluição das águas é proveniente de praticamente todas atividades humanas, sejam elas domésticas, comerciais ou industriais. Cada uma dessas atividades gera poluentes característicos que têm uma determinada implicação na qualidade do corpo receptor. Entre os principais poluentes destas atividades estão os metais pesados, pois podem se bioacumular na flora e fauna do corpo receptor e conseqüentemente atingir o homem, produzindo efeitos subletais e letais, decorrentes de disfunções metabólicas.
Tendo em vista a importância da Lagoa dos Patos para todos ecossistemas que cercam e dela dependem, faz-se necessária uma avaliação dos metais pesados dissolvidos neste sistema, assim como compreender os processos que regem seu comportamento. Portanto, o objetivo deste trabalho é avaliar os processos relativos aos metais pesados na Lagoa dos Patos, utilizando o módulo WAQ (Water Quality), do modelo matemático Delft3D.

2.	MATERIAL E MÉTODOS

O módulo WAQ é um modelo tridimensional que representa a qualidade de água de ambientes naturais e artificiais. Este modelo resolve as equações de advecção-difusão-reação para uma larga quantidade de substâncias e processos [11].
Os dados dos metais dissolvidos utilizados no modelo foram obtidos pelo Programa Pró-Mar de Dentro [7]. Os dados foram coletados durante o período compreendido entre fevereiro de 1999 e janeiro de 2000, quando foram realizados 11 cruzeiros, onde foram estabelecidas 8 estações dentro do corpo da lagoa, no seu eixo principal, 3 estações nos principais tributários (Rio Guaíba, Rio Camaquã e Canal do São Gonçalo) e ainda uma estação na plataforma logo em seguida da saída dos Molhes da Barra (Figura 1).
Para a avaliação do comportamento dos metais presentes na lagoa, foi adicionada ao modelo a contribuição natural deste contaminante, assim como a adição pelos tributários, com a intenção de identificar a adição ou remoção dos metais no ambiente [10]. Como cada metal está submetido a processos diferentes, cada um foi avaliado individualmente. Quando valores reais forem maiores que os valores simulados, algum processo atuou e adicionou o metal ao ambiente, assim como valores reais menores que os simulados indicam a remoção do metal.

Figura 1: Localização das estações de amostragem e principais aportes.

3. 	RESULTADOS E DISCUSSÃO

Cromo (Cr): Na simulação do Cr, nota-se que existe a tendência de diminuição das concentrações do ponto 1 ao 6, nos meses de maiores descargas. Isto poderia sugerir a influência do material em suspensão proveniente do Guaíba, pois o material em suspensão proveniente do sistema do Guaíba e do Camaquã esta contaminado com cobre (Cu), zinco (Zn), chumbo (Pb) e cromo (Cr) [2].  Nos meses de pequenas descargas, o modelo indica a adição de Cr, devido a maior carga de material em suspensão, nas estações que sofrem maior influência do Guaíba (1, 2, 3 e 4). Comportamento diferente nos pontos 5 e 6, onde o modelo indica que existe a retirada do Cr do sistema,  pois nessas estações se dá maior taxa de sedimentação do material em suspensão. E nos pontos 7 e 8 as concentrações de Cr se comportam de maneira semelhante ao indicado nos meses de maior descarga.
Cobre (Cu): Ao longo dos 11 cruzeiros e 8 estações de amostragem e durante a simulação foram percebidas pequenas variações nas concentrações de Cu, o que indica que não existem grandes adições ou retiradas de Cu na Lagoa. Tanto os valores reais como a simulação mostraram que, nos meses em que havia um gradiente salino definido o cobre apresentou uma distribuição conservativa, como já havia sido observado na Lagoa dos Patos [9], e no estuário de Gironde, França [8].
Zinco (Zn): As simulações do comportamento do Zn na lagoa, indicaram que nas regiões de baixa salinidade, como a estação 2 e a 7 (período de vazante) houve sempre a retirada de Zn da lagoa. O processo de remoção de Zn, nas regiões de baixa salinidade se dá provavelmente a incorporação deste metal ao fitoplâncton, como observado na própria Lagoa dos Patos [13] e nos lagos Boskowo, Dominickie e Wielkie na Polônia [12]. Esse comportamento se deve a própria geologia da região. Nos cruzeiros onde foi encontrado um gradiente de salinidade estabelecido as concentrações de Zn decresceram do ponto 1 ao 8, o que sugere que processos como a diluição, oxidação de sedimento anóxico ressuspendido e diferentes taxas de sedimentação resultem na redução da concentração de metais [6].
Chumbo (Pb): Observando a variação temporal das concentrações de Pb, nota-se que em praticamente em todos meses existe retirada de Pb da lagoa. Isto indica que o Pb proveniente dos tributários está se depositando no fundo. Já nos meses de novembro e setembro as simulações indicam que há a adição de Pb, tendo em vista o comportamento do material em suspensão, que evidenciou que no mês de novembro ocorreu a ressuspensão do sedimento, é razoável afirmar que o Pb também foi ressuspenso, aumentando suas concentrações na coluna d´água. 
Níquel (Ni): Os resultados das simulações indicam que existe adição do metal nos meses de vazante e remoção nos meses de enchente.  A remoção deste metal nos meses de enchente se deve à água salgada, que resulta no comportamento conservativo do metal, conforme já observado no estuário da Lagoa dos Patos [13], e no estuário de Port Jackson (Austrália) [6]. A adição do Ni pode ser explicada pela rápida mudança de salinidade na lagoa a partir de março, pois águas com salinidade são dominadas por cátions monovalentes (Na+ e K+), enquanto que em águas doces as espécies dominantes são os cátions divalentes (Ca++ e Mg ++) essa mudança tem um efeito significante nas reações de troca, que envolvem o sedimento. 
Cádmio (Cd): As simulações mostram que na estação 1 existe a adição de Cd, devido a influência das descargas do rio Guaíba que recebe despejos industriais e águas do esgoto da região de Porto Alegre. Nas demais estações, nota-se que há a retirada de Cd nos meses de maior vazão e adição nos meses de menor descarga, semelhante ao encontrado no estuário de Gironde [8]. A adição de Cd nos meses de baixas descargas se deve à intrusão da água salgada na lagoa, pois o Cd presente no sedimento e na coluna d´água, na presença de íons Cl- forma complexos solúveis, que elevam as concentrações de Cd, processo observado no delta do rio Danúbio [5] e no rio Rhône [3]. Por outro lado, a remoção de Cd nos meses de altas descargas, se deve ao processo de adsorção do Cd aos sólidos suspensos [1]. 
Ferro (Fe): A avaliação do comportamento deste metal foi feita através apenas das medições de campo, já que o modelo não inclui este na sua relação de metais. As maiores concentrações encontradas nas estações ao norte da lagoa são provenientes da forma coloidal do Fe, característica dessa região. Enquanto que as menores concentrações na parte sul se deve ao encontro do Fe com a água de origem marinha, ocorrendo, então a floculação e finalmente a precipitação, diminuindo as concentrações de Fe,  e enriquecendo desta forma o sedimento [4].
Mercúrio (Hg) e Arsênio (As): Os dados experimentais demonstraram que as concentrações de Hg e Ar ficaram sempre abaixo de 0,5 e 5,0 g/L, respectivamente. Estes valores (abaixo do limite de detecção) indicam que a presença destes metais é praticamente nula. Assim sendo, não foi possível alimentar o modelo e executar as simulações.

4. CONCLUSÕES

As simulações mostraram que apesar de quase todos os metais pesados sofrerem influências não naturais, as concentrações de nenhum metal atingiram os valores máximos estipulados pela Resolução nº 20 do CONAMA. Através do modelo pode-se ainda identificar que o comportamento dos metais Cr, Cu e Pb é influenciado diretamente por ações antropogênicas, como esgotos domésticos provenientes da região de Rio Grande e Pelotas e esgotos industriais oriundos da atividade industrial da região de Porto Alegre. Enquanto que os metais Cd, Fe e Ni têm suas distribuições determinadas tanto por fatores antrópicos quanto naturais, como é o caso dos processos determinados pela intrusão da água salgado no estuário. E por último, os resultados indicam que as concentrações de Zn ao longo da lagoa dependem principalmente de aspectos naturais, como a geologia característica da região.

5.	REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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[2] BAISCH, P. Les oligo-elements metalliques du systeme fluvio-lagunaire dos Patos, Flux et devenir (Bresil). 1994. 345p. Tese (Doutorado em Geologia Marinha) - Universidade de Bourdeaux, Bourdeaux, 1994.
[3] ELBAZ-POULICHET, F.; GARNIER, J.; GUAN, D. M.; MARTIN, J. M.; THOMAS, A. J. The Conservative Behaviour of Trace Metals (Cd, Cu, Ni and Pb) and As in the Surface Plume of Stratified Estuaries. Estuarine, Coastal and Shelf Science. v.42, p. 289-310, 1996.
[4] FRANÇA, R. G. Metais pesados nos sedimentos do sul da Lagoa dos Patos: Identificação do melhor normalizante geoquímico. 1998. 90p.  Dissertação (Mestrado em Engenharia Oceânica) - Fundação Universidade Federal do Rio Grande, Rio Grande, 1998.
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[8] MICHEL, P.; BOUTIER, B.; CHIFFOLEAU, F. Net Fluxes of Dissolved Arsenic, Cadmium, Copper, Zinc, Nitrogen and Phosphorus from the Gironde Estuary (France). Estuarine, Coastal and Shelf Science. v.51, p.541-462, 2000.
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[10] PEREIRA, R. S. Processos que regem a qualidade da água da Lagoa dos Patos, segundo o modelo Delft3D. 2003. 149p.  Dissertação (Mestrado em Engenharia Oceânica) - Fundação Universidade Federal do Rio Grande, 2003.
[11] PEREIRA, R. S.; NIENCHESKI, L. F. H. Simulação computacional do acidente com o navio tanque Bahamas no porto de Rio Grande. In: Seminário e Workshop em Engenharia Oceânica. 2004.Rio Grande. Ed. da FURG, 2004. p. 17.
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[13] WINDOM, H. L.; NIENCHESKI, L. F.; SMITH, R. G. Biogeochemistry of Nutrients and Trace Metals in the Estuarine Region Patos Lagoon (Brazil). Estuarine, Coastal and Shelf Science. v.48, p. 113-123, 1999.