1 BRUNO PEREIRA TONIOLO METODOLOGIA DE AVALIAÇÃO DE DEGRADAÇÃO AMBIENTAL UTILIZANDO TÉCNICAS DE GEOPROCESSAMENTO E SENSORIAMENTO REMOTO NA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO COTIA - SP Sorocaba 2020 2 BRUNO PEREIRA TONIOLO METODOLOGIA DE AVALIAÇÃO DE DEGRADAÇÃO AMBIENTAL UTILIZANDO TÉCNICAS DE GEOPROCESSAMENTO E SENSORIAMENTO REMOTO NA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO COTIA - SP Dissertação apresentada como requisito para a obtenção do título de Mestre em Ciências Ambientais da Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” na Área de Concentração, Diagnóstico, Tratamento e Recuperação Ambiental. Orientador: Prof. Dr. Roberto Wagner Lourenço Coorientador: Prof. Dr. Darllan Collins da Cunha e Silva Sorocaba 2020 Sistema de geração automática de fichas catalográficas da Unesp. Biblioteca do Instituto de Ciência e Tecnologia, Sorocaba. Dados fornecidos pelo autor(a). Essa ficha não pode ser modificada. T665m Toniolo, Bruno Pereira Metodologia de avaliação de degradação ambiental utilizando técnicas de geoprocessamento e sensoriamento remoto na Bacia Hidrográfica do Rio Cotia - SP / Bruno Pereira Toniolo. -- Sorocaba, 2020 123 f. : il., tabs., fotos, mapas Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual Paulista (Unesp), Instituto de Ciência e Tecnologia, Sorocaba Orientador: Roberto Wagner Lourenço Coorientador: Darllan Collins da Cunha e Silva 1. Qualidade da Água. 2. Morfometria. 3. Poluição Difusa. 4. Indicadores Ambientais. 5. Geotecnologias. I. Título. AGRADECIMENTOS Agradeço primeiramente à minha pequena família que me criou com amor e me preparou com disciplina para viver a vida como ela é – embora tenha seus bons momentos, na maior parte do tempo é realista e dura, nos fazendo aprender mais com o sofrimento do que com a ternura: ao meu velho José Luiz, à minha mamãe Dalva, à minha titia Neusa, à minha companheira Bruna, e, in memorian, à minha vozinha Joana. Agradeço a todos os funcionários da UNESP Sorocaba que, sempre solícitos, me auxiliaram nas diversas vezes que precisei dos serviços deles. Tenho a certeza que a reputação que a UNESP possui como referência de excelência em estudo, também se deve ao esforço e eficiência destes servidores. Deixo meus agradecimentos também ao meu coorientador, professor Darllan que sempre me atendeu prontamente e com bom humor. Sua mentoria contribui muito ao meu aprendizado e sua dedicação a ensinar me motiva também. Também agradeço ao professor Roberto “China” que aceitou a troca da minha orientação, mesmo sendo uma pessoa extremamente ocupada com os afares do campus. Agradeço também ao professor Dr. Antonio Germano que inicialmente foi meu orientador e no período foi muito prestativo em tirar minhas dúvidas. Agradeço a todas amizades que fiz durante esta estadia: Ocimar “Pé de Macaco”, Rodrigo, Bruna, Narlon, Acácio, Flaviano, os professores Admilson e Gerson na disciplina Gestão Ambiental (as visitas de campo foram muito proveitosas), Jomil e Jocy Ana da disciplina de SIG (até então só mexia no QGIS), além de outros que conversei brevemente. Deixo minhas saudações ao pessoal da SABESP com quem convivo há oito anos, em especial do Cadastro Técnico: Valdinei, Tarcísio, Guida, Sandra, Carlinhos, Luís etc. Também saúdo os colegas professores das ETECs São Paulo e Carlos de Campos: são mais de seis anos de convívio aprendendo tanto com eles quanto com os alunos. Não posso deixar de ser grato aos meus melhores amigos que sempre me apoiaram nos momentos mais difíceis da minha vida: André, mais sábio do que marceneiro, Rogério Samurai, japonês parceiro da FATEC e Lucindo que me mostrou o que é ter bom gosto pra hard rock. Por fim, quero agradecer a todas pessoas que conheci e de alguma forma marcaram minha vida, tanto aquelas que possuo ainda contato ou aquelas que já passaram. TONIOLO, B. P. Metodologia de Avaliação da Degradação Ambiental Utilizando Técnicas de Geoprocessamento e Sensoriamento Remoto na Bacia Hidrográfica Do Rio Cotia – SP. 2020. 123 f. Dissertação (Mestrado em Ciências Ambientais) – Instituto de Ciência e Tecnologia de Sorocaba, UNESP – Universidade Estadual Paulista, Sorocaba, 2020. RESUMO As cargas pontuais e difusas de poluição contribuem para a degradação ambiental, especialmente na qualidade dos recursos hídricos. Diante disso, o objetivo desta pesquisa foi avaliar os efeitos das atividades antrópicas na Bacia Hidrográfica do Rio Cotia (SP) sobre a qualidade das águas superficiais e a poluição de origem difusa com os diferentes usos e ocupação da terra, a partir de uma análise multitemporal com o auxílio de geotecnologias. A partir da delimitação de áreas de contribuição de cinco postos de monitoramento, foram determinados os parâmetros morfométricos, o mapeamento do uso da terra e a determinação dos seguintes indicadores ambientais: Índice de Qualidade da Água (IQA), Índice de Transformação Antrópica (ITA), Potential Non-Point Pollution Index (PNPI) e o Modelo de Correlação entre o Uso do Solo e Qualidade da Água (MQUAL). A análise morfométrica mostrou que a bacia tem formato alongado, é pouco sujeita a inundações e de ordem hídrica igual a seis. A qualidade da água no Baixo Cotia oscila entre Regular e Ruim e o Alto Cotia possui uma qualidade Ótima devido à conservação de sua vegetação nativa. Foi constatada que a precipitação pode influenciar nas alterações de alguns parâmetros de qualidade como Temperatura, Nitrogênio Total e Fósforo Total. A expansão urbana foi crescente entre 2002 a 2019, suprimindo a cobertura vegetal e colocando em risco os recursos naturais. O ITA classificou a bacia como de degradação moderada, sendo o Baixo Cotia classificado como fortemente degradado e o Alto Cotia como fracamente degradado. O PNPI médio da bacia é categorizado como de baixo potencial, apresentando manchas isoladas de alto potencial, inclusive nas margens do Rio Cotia. O MQUAL indicou que o aporte diário de poluentes na bacia é notável, com cerca de 10 kg de Fósforo Total, 200 kg de Nitrogênio Total e 8 toneladas de sólidos em suspensão, de forma que as classes mais poluidoras são a área urbana e indústria. A correlação linear entre o ITA e o IQA confirmou que as classes antropizadas do uso da terra são inversamente proporcionais à qualidade da água e que as áreas naturais influenciam de forma benéfica ao IQA. Palavras chaves: Qualidade da Água; Morfometria; Poluição Difusa; Indicadores Ambientais; Geotecnologias. TONIOLO, B. P. Environmental Degradation Assessment Methodology Using Geotechnology Techniques in the Cotia River Watershed – SP. 2020. 123 f. Dissertação (Master’s degree Environmental Science) – Instituto de Ciência e Tecnologia de Sorocaba, UNESP – Universidade Estadual Paulista, Sorocaba, 2020. ABSTRACT The punctual and diffuse pollution loads contribute to environmental degradation, especially in the quality of water resources. Therefore, the objective of this research was to evaluate the effects of anthropic activities in the Cotia River Watershed (SP) regarding the water quality and diffuse pollution with different uses and land occupation, based on a multitemporal analysis using geotechnologies. From the delimitation of the contribution areas of five monitoring posts, the morphometric parameters, the mapping of land use and the following environmental indicators were determined: Water Quality Index (IQA), Anthropic Transformation Index (ITA), Potential Non-Point Pollution Index (PNPI) and the Correlation Model Between Land Use and Water Quality (MQUAL). The morphometric analysis showed that the basin has an elongated shape, is little predisposed to flooding and has a hydric order equal to six. The water quality in Low Cotia oscillates between regular and poor and High Cotia has an excellent quality due to the conservation of its native vegetation. It was found that precipitation can influence changes in some quality parameters such as Temperature, Total Nitrogen and Total Phosphorus. The urban expansion increased between 2002 and 2019, suppressing vegetation cover and putting natural resources at risk. The ITA classified the basin as moderately degraded, Baixo Cotia classified as highly degraded and Alto Cotia as weakly degraded. The watershed's average PNPI is categorized as low potential, with isolated high potential patches, including on the banks of the Cotia River. The MQUAL indicated that the daily supply of pollutants in the watershed is remarkable, with about 10 kg of Total Phosphorus, 200 kg of Total Nitrogen and 8 tons of suspended solids, so that the most polluting classes are the urban area and industry. The linear correlation between the ITA and the IQA confirmed that the anthropized classes of land use are inversely proportional to the quality of the water and that the natural areas have a beneficial influence on the IQA. Keywords: Water Quality; Morphometry; Diffuse Pollution; Environmental Indicators; Geotechnology. LISTA DE FIGURAS Figura 1. Mapa de localização da BHRC. .......................................................................... 25 Figura 2. Mapa de localização dos postos de monitoramento. ........................................... 30 Figura 3. Mapa da rede de drenagem. ................................................................................ 47 Figura 4. Mapa hipsométrico da BHRC. ............................................................................ 52 Figura 5. Curva hipsométrica da BHRC............................................................................. 53 Figura 6. Mapa de declividade da BHRC. .......................................................................... 54 Figura 7. Perfil longitudinal do Rio Cotia. ......................................................................... 56 Figura 8. Mapas pedológico da BHRC. ............................................................................. 58 Figura 9. Mapa da direção de fluxo da água da BHRC. ..................................................... 59 Figura 10. Mudança da foz do Rio Cotia entre década de 1980 e 1990 para atualmente. . 61 Figura 11. Mapa de áreas de contribuição dos postos de monitoramento. ......................... 62 Figura 12. Variação média do IQA ao longo do espaço (a) e do tempo da BHRC (b) nos períodos seco e chuvoso. ..................................................................................................... 65 Figura 13. Variação média do IQA ao longo do tempo da AC COTI03900 (a) e AC PEDA03900 (b). .................................................................................................................. 67 Figura 14. Variação média do IQA ao longo do tempo da AC MOVE3500 (a) e AC COTI03800 (b). ................................................................................................................... 67 Figura 15. Variação média do IQA ao longo do tempo da AC COGR00900. ................... 68 Figura 16. Valores médios do Oxigênio Dissolvido ao longo do espaço (a) e do tempo (b). ............................................................................................................................................. 70 Figura 17. Valores médios de coliforme termotolerante no espaço (a) e tempo (b). ......... 71 Figura 18. Valores médios de pH ao longo do espaço (a) e do tempo (b). ........................ 72 Figura 19. Valores médios de DBO ao longo do espaço (a) e do tempo (b). ..................... 73 Figura 20. Valores médios de temperatura ao longo do espaço (a) e do tempo (b). .......... 73 Figura 21. Valores médios de Nitrogênio Total ao longo do espaço (a) e do tempo (b). .. 74 Figura 22. Valores médios de Fósforo Total ao longo do espaço (a) e do tempo (b). ....... 75 Figura 23. Valores médios de Turbidez ao longo do espaço (a) e do tempo (b). ............... 76 Figura 24. Valores médios de Sólido Total (ST) ao longo do espaço (a) e do tempo (b). . 77 Figura 25. Mapas do IQA em período seco por área de contribuição. ............................... 80 Figura 26. Mapas do IQA em período chuvoso por área de contribuição. ......................... 81 Figura 27. Mapas de uso e ocupação da terra para 2002 (a), 2011 (b) e 2019 (c). ............ 83 Figura 28. Mapas de uso e ocupação da terra da AC COTI03900 para 2002 (a), 2011 (b) e 2019 (c). ............................................................................................................................... 84 Figura 29. Mapas de uso e ocupação da terra da AC PEDA03900 para 2002 (a), 2011 (b) e 2019 (c). ............................................................................................................................... 85 Figura 30. Mapas de uso e ocupação da terra da AC MOVE03500 para 2002 (a), 2011 (b) e 2019 (c). ............................................................................................................................... 86 Figura 31. Mapas de uso e ocupação da terra da AC COTI03800 para 2002 (a), 2011 (b) e 2019 (c). ............................................................................................................................... 87 Figura 32. Mapas de uso e ocupação da terra da AC COGR00900 para 2002 (a), 2011 (b) e 2019 (c). ............................................................................................................................... 88 Figura 33. Mapas do ITA para 2002 (a), 2011 (b) e 2019 (c). ........................................... 92 Figura 34. Mapas do PNPI na BHRC para 2002 (a), 2011 (b) e 2019 (c). ........................ 95 Figura 35. Mapas do PNPI na AC COTI03900 para 2002 (a), 2011 (b) e 2019 (c). ......... 98 Figura 36. Mapas do PNPI na AC PEDA03900 para 2002 (a), 2011 (b) e 2019 (c). ........ 99 Figura 37. Mapas do PNPI na AC MOVE03500 para 2002 (a), 2011 (b) e 2019 (c). ..... 100 Figura 38. Mapas do PNPI na AC COTI03800 para 2002 (a), 2011 (b) e 2019 (c). ....... 101 Figura 39. Mapas do PNPI na AC COGR00900 para 2002 (a), 2011 (b) e 2019 (c). ...... 102 Figura 40. Mapas de Fósforo Total para 2002 (a), 2011 (b) e 2019 (c). .......................... 106 Figura 41. Mapas de Nitrogênio Total para 2002 (a), 2011 (b) e 2019 (c). ..................... 106 Figura 42. Mapas de Sólido Total para 2002 (a), 2011 (b) e 2019 (c). ............................ 107 LISTA DE TABELAS Tabela 1. Classes de declividade. ....................................................................................... 27 Tabela 2. Descrição dos parâmetros morfométricos........................................................... 28 Tabela 3. Localização dos pontos de monitoramento IQA-CETESB. ............................... 31 Tabela 4. Parâmetros, unidades de medida e pesos relativos do IQA. ............................... 32 Tabela 5. Classificação do IQA com definição. ................................................................. 32 Tabela 6. Adaptação das classes de uso da terra. ............................................................... 36 Tabela 7. Chaves de intepretação para mapeamento do cobertura e uso da terra. ............. 37 Tabela 8. Média aritmética do peso do ITA. ...................................................................... 39 Tabela 9. Valores do CLC. ................................................................................................. 42 Tabela 10. Valores do ROI. ................................................................................................ 43 Tabela 11. Coeficientes de correção ao ROI em função da declividade. ........................... 44 Tabela 12. Coeficientes de exportação (kg/km²/dia) correspondentes ao uso da terra....... 45 Tabela 13. Parâmetros morfométricos. ............................................................................... 48 Tabela 14. Classes de declividade por área. ....................................................................... 55 Tabela 15. Classes de declividade por frequência. ............................................................. 55 Tabela 16. Quantidade de pixels de direção de fluxo de água. ........................................... 60 Tabela 17. Síntese dos valores de estatística descritiva do IQA no período seco. ............. 63 Tabela 18. Síntese dos valores de estatística descritiva do IQA no período chuvoso. ....... 64 Tabela 19. Valores médios dos parâmetros do IQA. .......................................................... 68 Tabela 20. Resultados do teste Shapiro-Wilk. .................................................................... 78 Tabela 21. Resultados dos testes de hipótese T Student e Wilcoxon para os parâmetros. .. 79 Tabela 22. Percentuais de uso da terra na BHRC. .............................................................. 82 Tabela 23. Valores médios do ITA. .................................................................................... 94 Tabela 24. Frequência das classes do PNPI. ...................................................................... 97 Tabela 25. Quantificação de cargas poluidoras (kg/dia) por classe de uso de solo. ......... 103 Tabela 26. Aporte de carga poluente anual (ton/ano) gerada por área de contribuição. .. 108 Tabela 27. Correlação de Pearson entre ITA e IQA no período seco (ps). ...................... 109 Tabela 28. Correlação de Pearson entre ITA e IQA no período chuvoso (pc). ................ 110 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS AC – Área de Contribuição APP – Área de Preservação Permanente BHRC – Bacia Hidrográfica do Rio Cotia CAD – Computer Aided Design (Desenho Assistido por Computador) CETESB – Companhia Ambiental do Estado de São Paulo CPRM – Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais CT – Coliformes Termotolerantes DBO – Demanda Bioquímica de Oxigênio DI – Distance Indicator (Indicador de Distância) EMBRAPA – Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária ETA – Estação de Tratamento de Água ETE – Estação de Tratamento de Esgoto IBGE – Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística FT – Fósforo Total IQA – Índice de Qualidade da Água IQApc – IQA calculado para o período chuvoso IQAps – IQA calculado para o período seco IPT – Instituto de Pesquisas Tecnológicas ITA – Índice de Transformação Antrópica LAP-CI – Landscape Assessment Protocol Index Conservation (Protocolo de Avaliação da Paisagem – Índice de Conservação) LCI – Land Cover Indicator (Indicador de Uso da Terra) MDE – Modelo Digital de Elevação MDEHC – Modelo Digital de Elevação Hidrologicamente Consistente MQUAL – Modelo de Correlação entre o Uso do Solo e a Qualidade da Água NT – Nitrogênio Total OD – Oxigênio Dissolvido pc – Parâmetro do IQA analisado no período chuvoso. Ex.: ODpc pH – Potencial Hidrogeniônico PNPI – Potential Non-Point Pollution Index (Indicador de Poluição Não Pontual Potencial) ps – Parâmetro do IQA analisado no período seco. Ex.: FTpc ROI – Run-Off Indicator (Indicador de Escoamento) SABESP – Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo SEADE – Fundação Sistema Estadual de Análise de Dados SIG – Sistema de Informação Geográfica SIRGAS – Sistema de Referência Geocêntrico para as Américas ST – Sólidos Totais ou Sólido em Suspensão Temp. – Variação de Temperatura Turb. – Turbidez UTM – Universal Transverse Mercator APRESENTAÇÃO O que me motivou a fazer esta pesquisa foi o fato da Bacia Hidrográfica do Rio Cotia (BHRC) possuir poucos estudos e apresentar um contraste socioambiental muito forte: enquanto a face sul, denominada Reserva Morro Grande ou Alto Cotia, é uma área de proteção ambiental, remanescente de Mata Atlântica, tendo uma biodiversidade alta e uma paisagem linda; a face norte, chamada de Baixo Cotia é uma região altamente urbanizada, com forte vulnerabilidade social, carente de infraestrutura pública como hospitais e escolas de qualidade, por exemplo, possuindo infelizmente um cenário fuliginoso e muito sujo. Além da proximidade da bacia ao meu local de trabalho e residência contribuírem na decisão, o que facilita o deslocamento das visitas de campo. Minha experiência na SABESP como cadista, especialmente na confecção de mapas temáticos baseados em planos diretores e relatórios de impactos ambientais, corroborou o fato que a qualidade da água dos corpos hídricos é diretamente proporcional à qualidade de vida da sociedade, isto é, se existe um rio limpo e potável que abastece à jusante uma população, provavelmente esta população é bem administrada, possui baixa desigualdade social e, principalmente, seus moradores vivem com dignidade, mesmo não possuindo alto patrimônio. Portanto, eu sentia a necessidade de criar um “tutorial” que mapeasse as desconformidades sociais e ambientais dos municípios operados pela SABESP, de forma a auxiliar os colegas de trabalho que só trabalhavam a luz de dados tubulares e poucas plantas – destas, a maioria desatualizada –, dificultando a rotina. O que me levou a fazer o mestrado foi o amadurecimento da ideia de que criar somente um roteiro dos comandos do ferramental era algo superficial e, após muitas leituras e discussões com pessoas mais experientes, eu percebi que para um tutorial metodológico ser profundo, ele precisa de embasamento técnico. Daí a dissertação se encaixou perfeitamente como uma forma de “padronização científica” da minha ideia. No começo, queria apenas elaborar um manual com rotinas para gerar mapas de fragilidade ambiental (baseado em erosão) e vulnerabilidade social (baseado em indicadores sociais), porém, ao discutir com os meus orientadores, verifiquei que estes temas já estavam bem difundidos na literatura e, então, decidi destrinchar um tema relativamente pouco abordado, que é a correlação da poluição difusa no uso da paisagem e na qualidade das águas superficiais. No início enfrentei algumas dificuldades. Primeiro, em escolher a poluição difusa como proposta de modelagem ambiental, pois eu havia pensado em mensurar os resíduos erosivos a partir da Equação Universal de Perda de Solo (EUPS), porém ela tem uma aplicação destacada em bacias hidrográficas com predominância agrária, o que não é o caso da Bacia do Rio Cotia, que possui uma grande malha urbana cujo fator de uso e conservação do solo (CP) é considerado nulo na EUPS, já que há uma grande impermeabilização do solo. Além disso, foi difícil aplicar a metodologia numa bacia hidrográfica e não nos municípios operados pela SABESP, sendo que no começo eu relutava em aceitar o conceito de bacia hidrográfica, o qual é mais complexo e extrapola os limites administrativos, uma vez que a bacia se comporta ecologicamente de forma dinâmica e os limites administrativos permanecem indiferentes às interferências físicas ou antrópicas. Acredito que o uso de técnicas de geoprocessamento enriquece muito o trabalho, pois com as informações espacializadas você tem uma interpretação diferente de como os componentes analisados se comportam, facilitando a tomada de decisões. Seria muito interessante se os pesquisadores publicassem seus mapas na nuvem em forma de webmap para facilitar o compartilhamento das informações. Bem, eu fiz minha parte e alguns dos meus mapas podem ser consultados nesse link no servidor ArcGIS Online: . Existem vários estudos na literatura sobre qualidade da água, poluição difusa e mapeamento de uso da terra, mas para a bacia em questão há poucos trabalhos desse tipo e, por isso, espero que essa dissertação oriente trabalhos futuros de pesquisadores que busquem analisar espacialmente tanto a BHRC quanto outras bacias hidrográficas similares. https://www.arcgis.com/apps/View/index.html?appid=2018d373880343478a3b2b98fbf79462 https://www.arcgis.com/apps/View/index.html?appid=2018d373880343478a3b2b98fbf79462 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................... 16 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA............................................................................................................ 18 2.1 A BACIA HIDROGRÁFICA E SEUS PROCESSOS NATURAIS ........................................... 18 2.2 USO DA TERRA E SUAS CONSEQUÊNCIAS NOS RECURSOS HÍDRICOS .................... 19 2.3 A POLUIÇÃO DIFUSA E OS MODELOS CORRESPONDENTES ....................................... 20 2.4 A GEOTECNOLOGIA APLICADA AO PLANEJAMENTO AMBIENTAL ........................ 22 3 OBJETIVOS......................................................................................................................................... 24 3.1 OBJETIVO GERAL .................................................................................................................... 24 3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ...................................................................................................... 24 4 MATERIAL E MÉTODOS ................................................................................................................ 25 4.1 ÁREA DE ESTUDO ..................................................................................................................... 25 4.2 CARACTERIZAÇÃO MORFOMÉTRICA DA BACIA HIDROGRÁFICA ......................... 27 4.3 DETERMINAÇÃO DO ÍNDICE DE QUALIDADE DA ÁGUA .............................................. 30 4.4 DELIMITAÇÃO DAS ÁREAS DE CONTRIBUIÇÃO ............................................................. 34 4.5 MAPEAMENTO DO USO DA TERRA ..................................................................................... 35 4.6 CÁLCULO DO ÍNDICE DE TRANSFORMAÇÃ ANTRÓPICA ............................................ 39 4.7 DETERMINAÇÃO DO POTENCIAL DE POLUIÇÃO DIFUSA ........................................... 40 4.7.1 CÁLCULO DO INDICADOR DE USO DA TERRA (LCI) .............................................. 41 4.7.2 CÁLCULO DO INDICADOR DE DISTÂNCIA (DI) ........................................................ 42 4.7.3 CÁLCULO DO INDICADOR DE RUN-OFF (ROI) ......................................................... 42 4.8 ESTIMATIVA DE CARGA POLUIDORA DIFUSA ................................................................ 45 5 RESULTADOS E DISCUSSÃO ......................................................................................................... 47 5.1 ANÁLISE DA CARACTERIZAÇÃO MORFOMÉTRICA ..................................................... 47 5.2 ANÁLISE DAS ÁREAS DE CONTRIBUIÇÃO ........................................................................ 58 5.3 ANÁLISE DA QUALIDADE DA ÁGUA .................................................................................... 63 5.4 ANÁLISE DO MAPEAMENTO DO USO DA TERRA ............................................................ 81 5.5 ANÁLISE DO ÍNDICE DE TRANSFORMAÇÃO ANTRÓPICA ........................................... 91 5.6 ANÁLISE DO POTENCIAL DE POLUIÇÃO DIFUSA ........................................................... 95 5.7 ANÁLISE DA ESTIMATIVA DE CARGA POLUIDORA DIFUSA ..................................... 103 5.8 ANÁLISE INTEGRADA DAS INFORMAÇÕES ................................................................... 108 6 CONCLUSÃO .................................................................................................................................... 112 REFERÊNCIAS .......................................................................................................................................... 114 APÊNDICES ................................................................................................................................................ 123 APÊNDICE A – MAPA DE HIDROGRAFIA DO IGC ....................................................................... 123 16 1 INTRODUÇÃO Os recursos naturais e o sistema físico estão em constante modificação devido às atividades antrópicas e à evolução natural, e estas mudanças podem impactar de forma negativa na sociedade e no meio ambiente. Desta forma, a análise integrada de dados espaciais pode contribuir de forma significativa na identificação dos diferentes tipos de degradação resultante dessas modificações (LOURENÇO; OLIVEIRA; VIANNA, 2007; SIMONETTI et al., 2019). Um importante atributo na análise integrada de dados espaciais consiste na geração de indicadores de sustentabilidade ambiental, em especial na degradação dos recursos hídricos em bacias hidrográficas decorrentes especialmente das ações humanas (SILVA et al., 2017). Assim, a qualidade da água é fundamental para a garantia da segurança hídrica, de maneira que os métodos avaliativos estejam em constante desenvolvimento para assegurar sustentavelmente a saúde pública (GIRI; QIU, 2016; WONG; HU, 2014). O Índice de Qualidade da Água (IQA) avalia a qualidade dos cursos d’água, o qual permite avaliar quantitativamente o estado da água, convertendo dados de parâmetros limnológicos – Oxigênio Dissolvido, pH, temperatura e Turbidez por exemplo – como subíndices ponderados para então combinar numa pontuação singular, tendo como principal benefício uma comunicação de fácil interpretação (SEMA, 2014). Assim, considera-se o IQA eficiente na representação das condições de poluição dos corpos hídricos, facilitando análises comparativas entre locais distintos de amostragem e identificando as alterações nas tendências da qualidade da água (RODRIGUES, 2018). Os corpos hídricos sofrem pelo recebimento de poluentes de origem pontual e não pontual, sendo que a primeira é perceptível pelas descargas de indústria e rede de esgotos e a segunda mais difícil de identificar, pois advém da superfície terrestre e da atmosfera, intermitentemente, a depender da intensidade da precipitação e do tipo e densidade da rede drenagem da região (MANSOR; TEIXEIRA FILHO; ROSTON, 2006). Segundo Haupt (2009) são vários aspectos ambientais que contribuem na piora do IQA, os quais se destacam: uso desenfreado de pesticidas, ausência de práticas de conservação do solo, discrepância na coleta e tratamento de esgoto sanitário, crescimento acelerado de resíduos sólidos, movimentos de terra excessivos e emissão de altas taxas de poluentes por indústrias e automóveis. Nesta conjuntura, os modelos matemáticos podem ser úteis para identificar regiões com maior aporte de carga poluente e as mais vulneráveis ao recebimento da poluição difusa, 17 especialmente quando a elaboração é feita por Sistemas de Informação Geográfica (SIG) para auxiliar nas tomadas de decisões sobre o planejamento ambiental (MORUZZI et al., 2012). Os Sistemas de Informações Geográficas (SIGs) podem contribuir de forma significativa nos estudos voltados para identificação e monitoramento de regiões potencialmente emissoras de carga poluidoras, bem como nos estudos que focam na questão do escoamento superficial, em especial os relacionados com as formas de transporte de sedimentos e nutrientes em suspensão decorrentes das atividades agropecuárias (STEINKE; FERREIRA; SAITO, 2012). O entendimento dos efeitos do uso da terra, relacionados com as condições de relevo e classes pedológicas, sobre a qualidade da água é necessário para predizer a poluição dos recursos hídricos em bacias hidrográficas, especialmente as que não são monitoradas e carecem de informações. Assim, o uso das geotecnologias auxilia na análise ambiental, avaliando como a antropização da paisagem se comporta espacialmente e influencia as condições qualitativas em bacias hidrográficas (SILVA, 2018). Considerando a importância da associação correlata do uso múltiplo da terra com a qualidade da água e com a poluição difusa, vários autores realizaram estudos nesse âmbito, tais como o de Haupt (2009) que identificou áreas fragilizadas pela poluição difusa na Bacia do Rio Jundiaí – SP, o de Ortega (2011) que avaliou as ações antrópicas Bacia do Córrego Ipê – SP, o de Steinke, Ferreira e Saito (2012) que calcularam a carga poluente nas áreas úmidas da Bacia Hidrográfica da Lagoa Mirim – fronteira entre Brasil e Uruguai, o de Silva et al. (2017) que propuseram indicadores de sustentabilidade na Bacia Hidrográfica do Rio Una (SP) e de Rodrigues (2018) que calculou o IQA na Bacia do Igarapé da Prata (PA). Neste contexto, a hipótese desta pesquisa é que os efeitos deletérios da ação antrópica modificam os parâmetros limnológicos dos cursos d’água . Portanto, as geotecnologias se fazem como uma ferramenta essencial para verificar a correlação entre os diferentes usos da terra e a poluição difusa que impactam na qualidade das águas superficiais de uma bacia hidrográfica. 18 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1 A BACIA HIDROGRÁFICA E SEUS PROCESSOS NATURAIS Conforme a Lei Federal, nº 9.433 de 1997 da Política Nacional dos Recursos Hídricos (PNRH), a bacia hidrográfica consiste numa unidade de gerenciamento nos planos de recursos hídricos feitos para os estados e para o país, servindo para o planejamento das ações humanas (BRASIL, 1997). Segundo Targa et al. (2012), bacia hidrográfica é definida como um grupo de terras delimitadas por divisores topográficos, possuindo uma malha de drenagem que faz o escoamento da água para um só ponto chamado exutório, sendo que o sistema de drenagem é composto de nascentes para córregos perenes, olhos de água para córregos intermitentes, denominados de afluentes e subafluentes. De acordo com Ortega (2011), as definições de bacia e sub bacia se associam a uma hierarquia dentro do sistema drenante, de forma que cada bacia hidrográfica se conecta com outra de nível superior, a constituir em relação à última uma sub bacia. Logo, o termo “microbacia”, mesmo fomentado nacionalmente, é de denotação subjetiva. Neste sentido, a divisão de uma bacia hidrográfica em sub-bacias possibilita a contextualização de dificuldades difusas, devido à aproximação da escala gráfica, facilitando o reconhecimento dos pontos degradantes dos recursos naturais e o comprometimento da aptidão sustentável do uso da terra (PACHECO, 2013). Os elementos das bacias hidrográficas – recursos, naturais, classes de solo, vegetação e clima, por exemplo – coexistem de forma permanente e dinâmica, a responder às alterações naturais e antrópicas, as quais perturbam o meio ambiente como um todo (SILVA et al., 2017). Os eventos naturais que acontecem numa determinada bacia hidrográfica estão fortemente associados ao ciclo hidrológico, sendo que as chuvas são responsáveis pela chegada da energia, ao mesmo tempo em que a evapotranspiração e os fluxos são alguns dos eventos que correspondem à saída de energia (OLIVEIRA et al., 2007). As águas pluviais, a declividade do relevo, os tipos de solos e a cobertura vegetal influenciam na dinâmica dos fluxos, causando duas condições distintas na qualidade da água. Na primeira situação, positiva, pode haver a diluição das cargas poluidoras pela renovação das águas da chuva e aumentando a concentração de oxigênio na água, o que é vital para manter a vida aquática. Na segunda situação, negativa, dependendo da conservação do solo, o deflúvio transporta as partículas atmosféricas e terrestres, as quais são carreadas aos corpos 19 hídricos e drenadas pelo solo, contribuindo para com a poluição destes recursos naturais (GIRARDI, 2008; SILVA, 2009). A cobertura vegetal auxilia no grau de infiltração e o solo exposto aumenta o grau de escoamento, porém ambos determinam no ecossistema o montante de substâncias carreados durante o escoamento, uma vez que o solo sem cobertura vegetal pode sofrer processos erosivos pela ação da precipitação, assim ampliando a quantidade de matéria transportada (RODRIGUES; NEVES, S.; NEVES, J., 2014). A dinâmica dos fluxos de uma bacia hidrográfica depende do escoamento, percolação, infiltração e interceptação. A interceptação é feita pelas árvores que armazenam as águas pluviais e os arbustos que acumulam estas águas no solo, protegendo o solo contra erosão. A água não interceptada passa da superfície para o interior do solo até o lençol freático, isto é, a infiltração que depende da porosidade, umidade e matéria orgânica presente no solo. Por fim, a percolação é o avanço da água na zona não saturada do solo (SÁNCHEZ, 2013; SILVEIRA et al., 2014). O equilíbrio e manutenção do ciclo hidrológico dependem desses processos supracitados, entretanto, a antropização do solo compromete a dinâmica natural. Assim, a bacia hidrográfica permite a análise de diferentes variáveis integradas, seja do meio físico, biótico ou antrópico (BARBOSA, 2015). 2.2 USO DA TERRA E SUAS CONSEQUÊNCIAS NOS RECURSOS HÍDRICOS As ações antrópicas são atividades do ser humano sobre o ecossistema, geralmente com intenção de modificação da paisagem. Neste sentido, as ações humanas podem ser restritamente vegetativas, isto é, para subsistência e estritamente arbitrárias, ou seja, referente a volição do ser humano (ORTEGA, 2011). O uso desenfreado dos recursos naturais por causa do crescimento demográfico gera conflitos nos processos de ocupação do solo, especialmente nos ambientes com limite urbano-rural, isto é, locais periurbanos cujas particularidades, como por exemplo, ilhas de calor, diminuição de fragmentos florestais e supressão da cobertura vegetal para pavimentação, não respeitam a conservação dos recursos hídricos e diminuem a resiliência do ecossistema inserido na malha urbanizada (RODRIGUES, 2018). O enfoque do periurbano foi objeto de estudo de Caiado e Santos (2003) que analisaram o crescimento do assentamento urbano nos municípios de São Paulo e 20 constataram que a variedade de usos recentes do solo está desatualizada frente ao método estipulado pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatísticas (IBGE), evento que reforça o encerramento da dualidade periferia-centro, uma vez que as áreas rurais são paulatinamente substituídas por edificações (TONIOLO; SILVA; LOURENÇO, 2020). A ocupação antrópica por meio de usos múltiplos do solo sinalizam a ausência de propostas de ordenamento territorial, ocasionando impactos ambientais negativos como diminuição da matéria orgânica, salinização, impermeabilização, compactação e desmoronamento de terras, poluição do solo, supressão de matas ciliares, queimadas, erosão, desertificação, irrigação, mineração, perda da flora e fauna; todos estes impactos antrópicos agregados com impactos naturais, como por exemplo, terremotos, erupções vulcânicas, inundações, tornados e maremotos, contribuem na piora da biodiversidade (GOUVEIA; GALVANIN; NEVES, 2013; SIMONETTI et al., 2019). Embora a agropecuária tenha função importante na economia brasileira, a ausência de práticas conservacionistas também faz desta atividade um agente de degradação. O excesso de sedimentos, fertilizantes, pesticidas e estrumes carregados aos corpos hídricos diminuem o oxigênio e elevam a temperatura da água, resultando num ambiente adverso para os organismos sobreviverem. O arado excessivo e as águas da chuva também causam o empobrecimento do solo, contribuindo para a erosão hídrica: o terreno tem sua estrutura desprendida de matéria orgânica rica em nutrientes e esta, por sua vez, deposita-se nas depressões dentro das vertentes e fundos de vales (GIRI; QIU, 2016). A ocupação da paisagem pode alterar a qualidade da água por meio da poluição e da contaminação, sendo que a primeira está relacionada com as propriedades físicas da água, enquanto a segunda está associada às modificações químicas e biológicas, como bactérias, vírus ou substâncias tóxicas. Porém, ambas coexistem e são intensificadas pelo escoamento superficial, precipitação e infiltração (PINHEIRO, 2004). 2.3 A POLUIÇÃO DIFUSA E OS MODELOS CORRESPONDENTES A urbanização e a agricultura estão entre as atividades humana que mais geram poluição. Esta pode ser classificada quanto ao tipo (física, química e biológica), quanto ao setor produtivo (urbana, comercial, rural e industrial) e quanto à fonte (difusa ou concentrada). A poluição difusa é conceituada como aquela cuja distribuição espacial alcança extensas regiões com transporte de material, com lançamentos aleatórios e 21 associados com eventos de chuva, possuindo difíceis monitoramento e quantificação (CARVALHO, 2011). As variáveis que mais induzem no transportamento de cargas não pontuais são a cobertura vegetal, o uso da terra, a composição geológica e a permeabilidade do solo, além da declividade do terreno, sendo que, quanto maior a área de contribuição (AC), maior será a expectativa de detenção da matéria produzida. Nas áreas urbanas, as principais fontes de poluição difusa são o escoamento superficial das vias, acúmulo atmosférico de micropartículas secas e úmidas, chuva ácida, resíduos sólidos e lançamentos de efluentes de área com ou sem tratamento de esgoto. Já nas áreas agrícolas os principais agentes de poluição difusa são os dejetos de animais, pesticidas, fertilizantes e sedimentos, sendo estes com o peso mais forte devido às erosões laminar e linear (sulco, ravina e voçoroca) (HAUPT, 2009). O escoamento superficial propicia o transporte de matéria dissoluta e de sólidos suspensos, aumentando a sua intensidade devido à impermeabilização do solo. Referente ao tipo de solo, quanto maior o diâmetro da partícula, mais vulnerável à erosão a região está e, por consequência, maior será o aporte de sedimentos. A declividade também influencia no transporte das partículas, uma vez que quanto maior a inclinação, maior a probabilidade de erosão, piorando ainda mais se a região íngreme não tiver cobertura vegetal, pois esta funcionada como uma barreira, diminuído a velocidade e impacto das águas pluviais (LOPES, 2003). O nitrogênio, especialmente em sua forma de nitrato, é um dos mais comuns agentes de poluição difusa, pois tem facilidade para ficar aderido às partículas do solo e permanece em constante dissolução, sendo prontamente transportado ou lixiviado pelo escoamento superficial; ao contrário do que acontece com o nitrogênio em forma amoniacal. A remoção de vegetação arbórea para transformação de áreas agrícolas ou áreas urbanas libera também grande quantidade de nitrato (CERETA et al., 2005). Desta forma, os modelos de poluição difusa aparecem como instrumentos eficientes de simulação para estudar as cargas poluentes, auxiliando nas análises espaciais e temporais. Estes modelos possuem abordagem empírica ou abordagem estatística (SHEN et al., 2012). Os modelos empíricos são usados em regiões experimentais, exigem poucos dados de entrada, possuem processamento simplificado, dispensam calibração e validação, porém não consideram o fator de migração dos poluentes (XIANG; WANG; LIU., 2017). Os modelos empíricos fazem a conexão de parâmetros hidrológicos com parâmetros de sedimentos, exigem maior entrada de inputs, apresentam espacialmente informações mais claras, contudo 22 precisam de constante calibração e validação, sendo restritos a bacias que possuem abundância de dados hidrológicos (SHEN et al., 2012). A escolha de qual modelo de poluição difusa a ser usado dependerá da taxa de amostragem disponível para a área de estudo, baseando-se numa série de fatores como uso de solo, hidrologia, relevo, clima e tipo de solo, por exemplo. Entre os modelos de poluição difusa, destacam-se o Hydrologic Simulation Program-Fortran (HSPF), o Soil & Water Assessment Tool (SWAT), o Modelo de Coeficientes Médios de Exportação (CME), o Spreadshhet Tool for Estimating Pollutant Load (STEPL), o Potential Non-Point Pollution Index (PNPI), o Modelo Matemático de Correlação do Solo x Qualidade de Água (MQUAL), o XP-Aqualm e o Moneris (XIANG et al., 2017). A maioria destes modelos, com exceção do PNPI, MQUAL e CME, são complexos, exigindo um volume grande de dados de entrada, séries históricas longas, além da exigência de todas variáveis envolvidas na modelagem, o que demanda muito tempo do analista. Como, infelizmente, a maioria das bacias hidrográficas brasileiras não são instrumentadas e com poucos postos de monitoramento, assim apresentando insuficiência de dados, é recomendável nestes casos a aplicação de modelos simplificados como o PNPI, MQUAL e CME, em ambiente SIG (HAUPT, 2009; STEINKE; FERREIRA; SAITO, 2012). 2.4 A GEOTECNOLOGIA APLICADA AO PLANEJAMENTO AMBIENTAL A geotecnologia pode ser definida como um conjunto de procedimentos que realizam coleta, processamento, análise e disponibilização de informação geográfica de determinado local, focando nos processos que abrangem a análise espacial de dados geográficos, além de permitir também o compartilhamento desses dados. As geotecnologias podem ser dividas em topografia e geodésia, geoprocessamento, sistemas globais de navegação de satélites (GNSS), Sistemas de Informações Geográficas (SIG); Sensoriamento Remoto e Fotogrametria (NOVO, 2010). As geotecnologias ajudam no gerenciamento das bacias hidrográficas, oferecendo maior rapidez no processamento de dados e diminuição de custos quando comparados às visitas de campo. Possuem caráter multidisciplinar, sendo utilizável em recursos hídricos, cadastro municipal e rural, análise biológica, obras de saneamento básico, obras de engenharia, educação, agronegócio e geração e transmissão de energia elétrica (VON SPERLING, 2005; NOVO, 2010). 23 O avanço tecnológico possibilita a criação de softwares cada vez mais potentes para executar atribuições intricadas, mas com alta precisão, a processar simultaneamente vários dados. Da mesma forma, a evolução da tecnologia permite o aperfeiçoamento dos satélites e sensores, oferecendo imagens espaciais com resolução espacial cada vez melhor. Assim, as técnicas de geotecnologias, baseadas em softwares e hardwares específicos, conseguem analisar as ocorrências na paisagem e fazer a correlação espacial delas por meio de diversos algoritmos (LOURENÇO et al., 2012). Existem vários trabalhos com apoio de geotecnologias para auxiliar no planejamento ambiental dos recursos hídricos. Oliveira et al. (2007) fizeram a delimitação automática de sub bacias hidrográficas e cálculo de parâmetros morfométricos no Rio de Janeiro, obtendo comportamentos distintos, enquanto as regiões interioranas apresentaram aspecto mais suavizado, as bacias do litoral exibiram escarpas íngremes. Elesbon et al. (2011) caracterizaram por geoprocessamento os parâmetros morfométricos da bacia hidrográfica do rio São Mateus entre Minas Gerais e Espírito Santo, a qual apresentou uma rede de drenagem semelhante à hidrografia do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatísticas (IBGE), em escala 1:250.000, utilizando um limiar de 500 do fluxo acumulado da água. Gouveia, Galvanin e Neves (2013) calcularam o Índice e Transformação Antrópica (ITA) para a Bacia do Córrego do Bezerro Vermelho em Tangará, Mato Grosso, obtendo como resultado uma alteração severa da paisagem, com diminuição de 35% da cobertura florestal e 100% da vegetação secundária, além de um aumento de 248% da agricultura. Silva (2018) estudou a associação da qualidade das águas da bacia hidrográfica do Rio Uberaba (Minas Gerais) com o uso da terra, resultando na predominância de áreas agropecuárias e que os parâmetros de fósforo total, turbidez e coliformes termotolerantes apresentaram concentrações acima do estabelecido pela legislação ambiental. 24 3 OBJETIVOS 3.1 OBJETIVO GERAL Analisar a relação da poluição de origem difusa com os diferentes usos da terra e seus efeitos deletérios sobre a qualidade das águas superficiais na Bacia Hidrográfica do Rio Cotia com o auxílio de geotecnologias. 3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS Para alcançar o objetivo geral são propostas as seguintes etapas de desenvolvimento metodológico: • Determinar os parâmetros morfométricos da bacia; • Analisar o Índice de Qualidade da Água (IQA) e dos parâmetros que o compõem entre 2002 a 2018; • Delimitar as áreas de contribuição (AC’s) dentro da bacia em função dos postos de monitoramento e divisores topográficos; • Mapear a cobertura e uso da terra para os anos de 2002, 2011 e 2019; • Determinar os efeitos da ação humana na paisagem por meio do Índice de Transformação Antrópica (ITA) para os anos de 2002, 2011 e 2019; • Qualificar o risco de poluição difusa, através do modelo Potential Non-Point Pollution Index (PNPI) para os anos de 2002, 2011 e 2019; • Quantificar as cargas poluentes de origem difusa por meio do Modelo de Correlação entre o Uso do Solo e a Qualidade da Água (MQUAL) para os anos de 2002, 2011 e 2019. 25 4 MATERIAL E MÉTODOS 4.1 ÁREA DE ESTUDO Para o desenvolvimento desta pesquisa foi selecionada a Bacia Hidrográfica do Rio Cotia (BHRC), a qual está situada à oeste da Região Metropolitana de São Paulo (RMSP), contemplando os municípios de Barueri (2,80%), Carapicuíba (6,92%), Cotia (79,32%), Embu das Artes (7,01%), Jandira (2,81%) e Vargem Grande Paulista (1,15%). Possui uma área de 251,36 km², sendo dividida em duas regiões com características específicas em relação às suas diferenças físicas e de situação de preservação do meio ambiente: Baixo Cotia e Alto Cotia (Figura 1) (SABESP, 2019). Figura 1. Mapa de localização da BHRC. Fonte: Autoria própria. O Baixo Cotia apresenta um cenário altamente urbanizado, com córregos constantemente contaminados e assoreados, decorrentes de ocupação não planejada, falta de estrutura de saneamento básico e presença de atividades industriais, o que acaba comprometendo a qualidade da água tratada (SÃO PAULO, 2007). Segundo Metzger et al. (2006), o Alto Cotia sofre pouca pressão antrópica por possuir a Reserva Florestal do Morro Grande que é um dos maiores remanescentes florestais do 26 Planalto Atlântico Paulista, porém o local já conviveu com forte desmatamento para a expansão da malha urbana e agricultura, e mais antigamente para exploração de carvão e lenha. Na Reserva do Morro Grande estão localizadas as cabeceiras do Rio Cotia, as Represas Pedro Beicht e Cachoeira da Graça, e desde 1916 o Sistema Produtor do Alto Cotia, operado pela Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo (SABESP), que fornece água para mais de 500 mil moradores da RMSP. Conforme a Fundação Sistema Estadual de Análise de Dados (SEADE, 2020), a população residente da BHRC era de aproximadamente 495 mil habitantes para o ano de 2019, 445 mil habitantes para o ano de 2011 e 390 mil habitantes para o ano de 2002, apresentando uma taxa de crescimento populacional aproximada de 12% para ambos períodos. A área de estudo situa-se num clima subtropical úmido denominado Cwa, com verões quentes e invernos secos, de acordo com a classificação de Koppen-Geiger (EMBRAPA, 2015), sendo que a temperatura média no inverno é de 16ºC, enquanto no verão a temperatura média é de 22ºC. A precipitação pluviométrica média anual da BHRC apresenta variação de 1380 a 1730 mm, com maior intensidade à montante da bacia (DAEE, 2020). A bacia está situada em duas regiões geomorfológicas: Planalto de Ibiúna e Planalto Paulistano, caracterizada pela presença de morrotes (correspondendo a 55,9% da abrangência territorial) em todos municípios com relevo ondulado, declividade entre 10 a 30% e amplitude de 60 a 90 metros; morros baixos (20,0%) com também relevo ondulado, declividade entre 20 e 30% e predominando amplitudes de 90 a 110 metros; planícies aluviais (12,8%) distribuídas pelos principais córregos e com inclinação inferior a 5%; colinas (8,6%) com relevo suave, declividade de até 30%, amplitudes que variam de 40 a 70 metros e situada como uma mancha ao redor do Reservatório Pedro Beicht em Cotia, associada como uma borda de falha cujos sedimentos do período terciário predominam; morros altos (1,5%) com relevo ondulado, amplitude de 140 a 160 metros, inclinação entre 10 e 30% e marcados por encostas entalhadas e vales fechados; e por fim 1,2% de hidrografia (SÃO PAULO, 2007; SILVA; OLIVEIRA, 2009). Com relação a geologia da BHRC, existe a predominância de migmatitos a gnaisses graníticos. Na face oeste da bacia, verifica-se granitos, assim como numa diminuta porção sul da Reserva do Morro Grande, ambas advindas de formações pré-cambrianas. Através da rede de drenagem, observa-se a presença de aluviões fluviais, isto é, areia, argila e cascalho cenozóicos da Formação Caçapava e Formação São Paulo. Na face leste da BHRC, há 27 presença pequena de micaxisto e meta-arenito, sendo que a maioria das falhas presentes estão na direção Sudoeste-Nordeste (ALMEIDA et al., 1981). A vegetação da área de estudo é composta majoritariamente por cobertura de florestas ombrófila densa e mesófila semi-decidual, sendo identificadas 73 famílias de plantas como por exemplo Asteraceae, Euphorbiaceae, Fabaceae, Melastomataceae e Rubiaceae; e referente à fauna foram encontradas 82 espécies de répteis, 77 espécies de aves e 5 espécies de pequenos mamíferos (SÃO PAULO, 2007). Referente aos pontos de destaque, a bacia é cortada pela Rodovia Raposo Tavares (SP- 270) ao norte e próximo do exutório da bacia está localizada a Estação de Tratamento de Esgoto (ETE) Barueri no Rio Tietê, próxima da Rodovia Castelo Branco (SP-280). 4.2 CARACTERIZAÇÃO MORFOMÉTRICA DA BACIA HIDROGRÁFICA O modelo digital de elevação hidrologicamente consistente (MDEHC) e a rede de drenagem foram utilizados para criar os seguintes componentes de relevo da BHRC: mapas de declividade e hipsométrico (Moore et al., 1993), parâmetros morfométricos (Teodoro et al., 2007) e perfil longitudinal do Rio Cotia. A carta de declividade foi gerada pela ferramenta Slope do Spatial Analist Tools do software ArcMap 10.5 (ESRI, 2016) e reclassificada conforme a Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA) (EMBRAPA, 1979), na Tabela 1. Tabela 1. Classes de declividade. Classe (%) Relevo < 3 Plano 3 a 8 Suavemente ondulado 8 a 20 Ondulado 20 a 45 Fortemente ondulado 45 a 75 Montanhoso > 75 Fortemente montanhoso Fonte: EMBRAPA (1979). A carta hipsométrica foi reagrupada pelo método de quebras naturais (jenks), o qual segundo Girardi (2008), reduz a variância intraclasse e aumenta a variância interclasse, melhorando a precisão do agrupamento dos dados. 28 Os valores geométricos como extensão, área e quantidade foram extraídos do programa ArcGIS e tabulados na planilha eletrônica Excel para se calcular os parâmetros morfométricos, conforme as equações apresentadas na Tabela 2. Tabela 2. Descrição dos parâmetros morfométricos. Parâmetros Equação Descrição Definição Índice de compacidade (Kc) Kc = 0,28 x P/√A P = perímetro (km) A = área da bacia (km²) Compara a forma da bacia a um círculo, sendo que quanto mais circular, maior a probabilidade de enchentes (CARDOSO et al., 2006). Fator de forma (F) F = A/L² A = área da bacia (km²) L = comprimento da bacia (km) Relacionada o comprimento axial e a largura média. Quanto maior este índice mais larga é a bacia e mais vulnerável a enchentes. (OLIVEIRA et al., 2007). Índice de circularidade (Ic) IC = 12,57 x A/P² A = área da bacia (km²) P = perímetro da bacia (km) Afeta na composição do hidrograma de vazão na foz do rio principal (OLIVEIRA et al., 2007). Densidade da drenagem (Dd) Dd = ∑L/A L = comprimento dos canais (km) A = área da bacia (km²) Aponta o nível de consistência da rede de drenagem (CARDOSO et al., 2006). Densidade hidrográfica (Dh) Dh = n/A n = número de canais A = área da bacia (km²) Mostra a quantidade de corpos de água pela área da bacia (TEODORO et al., 2007). Tempo de concentração (Tc) Tc = 57 x ( ∑L3 Ah )0,385 L = comprimento do rio principal (km) Ah = variação da altura (m) Tempo preciso para que toda bacia seja escoada (SILVEIRA, 2005). Índice de sinuosidade (Is) Is = ∑L/dv L = comprimento dos canais (km) dv = distância vetorial entre os pontos extremos do rio principal (km) Mostra a relação entre o comprimento do canal principal e o comprimento de seus afluentes (OLIVEIRA et al., 2007). 29 Parâmetros Equação Descrição Definição Índice de rugosidade (Ir) Ir = Hm x Dd Hm = amplitude altimétrica (m) Dd = densidade de drenagem Altos valores apontam elevada transmissividade hidráulica (BARROS; MAGALHÃES JÚNIOR; RAPOSO, 2010). Amplitude altimétrica (Hm) Hm = A. Máx. −A. Mín. A. Máx. = maior altitude da bacia (m) A. Mín. = menor altitude da bacia (m) Mostra a diferença entre as altitudes da bacia (TEODORO et al., 2007). Declividade do rio principal D = A. Máx. −A. Mín. L 𝑥 100 A. Máx. = maior altitude do rio principal (m) A. Mín. = menor altitude do rio principal (m) L = comprimento do rio (m) Altera a vazão de escoamento de um rio (ELESBON et al., 2011). Declividade da bacia D = A. Máx. − A. Mín. L 𝑥 100 A. Máx. = maior altitude da bacia (m) A. Mín. = menor altitude da bacia (m) L = comprimento do rio (m) Altera a velocidade do escoamento superficial, influenciando na capacidade de retenção de água a ser subterrânea no solo (ELESBON et al., 2011). Fonte: Silveira (2005). O perfil longitudinal do Rio Cotia foi adaptado de Silva e Oliveira (2009), compatibilizando-se as informações litológicas (Almeida et al., 1981), pedológicas (Rossi, 2017) e postos de monitoramento do IQA ao curso d’água principal, de maior ordem hídrica (Strahler, 1989), que no caso é o Rio Cotia. O perfil foi feito no software AutoCAD Civil 3D 2016 (Autodesk, 2016) com o auxílio da lisp Quick Profile (RB CADI EDIÇÃO DE PROJETOS, 2016). O mapa de pedologia foi elaborado a partir da compatibilização manual dos limites de classes de solo do mapa de Rossi (2017) com os limites do mapa pedológico disponível no Relatório Técnico Nº 88.219 (São Paulo, 2007), pelo uso do software AutoCAD (AUTODESK, 2016). 30 4.3 DETERMINAÇÃO DO ÍNDICE DE QUALIDADE DA ÁGUA Segundo SEMA (2014), o Índice de Qualidade da Água (IQA) é usado como ferramenta na leitura de dados, ajudando na averiguação dos resultados, a representar a qualidade das águas superficiais numa escala numérica para abastecimento de água potável, permitindo avaliar a eficiência das medidas ambientais de controle e comparar o comportamento do mesmo corpo hídrico em períodos distintos. Para a elaboração do IQA foram usados os dados do portal Infoáguas da Companhia Ambiental do Estado de São Paulo (CETESB, 2019), escolhendo-se cinco estações de monitoramento dentro da BHRC conforme é apresentado Figura 2. Figura 2. Mapa de localização dos postos de monitoramento. Fonte: Autoria própria. As vistas de campo para análise da paisagem nos locais de monitoramento da qualidade da água foram realizadas entre os meses de outubro e novembro de 2019. As 31 observações foram feitas num circuito percorrido da jusante à montante do Rio Cotia e divididas nas áreas de contribuição. As descrições dos pontos de monitoramento são apresentadas na Tabela 3. Tabela 3. Localização dos pontos de monitoramento IQA-CETESB. Ponto Latitude Sul Longitude Oeste Descrição COTI03900 23º32’25” 46º51’45” No canal de captação de água da ETA do Baixo Cotia. PEDA03900 23º34’37” 46º16’41” A jusante da ponte da Rodovia Fernando Nobre. COTI03800 23º35’56” 46º52’53” Na ponte da Rodovia Raposo Tavares, altura do km 28,5 no município de Cotia. MOVE03500 23º35’51” 46º51’27” No Seminário do Bairro do Educandário. COGR00900 23º39’12” 46º58’03” Na barragem junto à captação do Alto Cotia. Fonte: CETESB (2019). Para o cálculo do IQA foi escolhido a metodologia proposta pela CETESB (2019), sendo calculado pelo produto ponderado (Equação 1) dos valores dos nove parâmetros que compõem o IQA, ni: variação de temperatura, pH, saturação de Oxigênio Dissolvido (%OD), demanda bioquímica de oxigênio (DBO), coliformes termotolerantes, Nitrogênio Total, Fósforo Total, sólidos totais e Turbidez. Cada variável é ponderada por um valor wi entre 0 e 1, e a soma de todos os pesos é igual a 1. O resultado do IQA é um número expresso entre 0 e 100, baseados por meio de curvas normalizadoras (CETESB, 2019). IQA = ∏ 𝑞𝑖𝑤𝑖9 𝑖=1 (1) Sendo: qi é a qualidade do parâmetro i, adquirido através da curva média qualitativa (parâmetro gráfico) em função de sua medida; wi é o peso dado ao parâmetro em função de sua prioridade na qualidade. Os parâmetros definidos pela CETESB estão apontados na Tabela 4, assim como os valores máximos determinados pela Resolução CONAMA nº 357 (BRASIL, 2005) para os 32 corpos de água pertencentes às Classes I e III. A Classe I abrange o Rio Cotia e todos seus afluentes até a Barragem das Graças e a Classe III abrange o mesmo e também todos os seus afluentes da Barragem das Graças em Cotia até a Barragem de Isolina na divisa entre os municípios Barueri e Carapicuíba (SÃO PAULO, 1977). Desta forma somente o posto de monitoramento COGR00900 se enquadra na Classe I, enquanto os outros quatros postos se enquadram na Classe III (Figura 2). Tabela 4. Parâmetros, unidades de medida e pesos relativos do IQA. Parâmetro Unidade Peso no IQA (wi) Valores pelo CONAMA 357 Classe I Valores pelo CONAMA 357 Classe III Oxigênio Dissolvido (% OD) 0,17 >= 6 >= 4 Coliformes Termotolerantes (NMP/100 mL) 0,15 <=200 <=2.500 pH - 0,12 6 a 9 6 a 9 Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) (mg/L) 0,1 <= 3 <=10 Nitrogênio Total (mg/L) 0,1 - - Fósforo Total (mg/L) 0,1 <= 0,1 <= 0,15 Turbidez NTU 0,08 <= 40 <= 100 Sólido Total (mg/L) 0,08 - - Variação de Temperatura (°C) 0,1 - - Fonte: BRASIL (2005); CETESB (2019). De acordo com a classificação do IQA, a qualidade das águas superficiais em estado bruto pode variam numa escala de 0 a 100, conforme é apresentado na Tabela 5. Tabela 5. Classificação do IQA com definição. Categoria Ponderação Cor Definição Ótima 79 < IQA ≤ 100 Ocorre quando as águas estão em condições naturais, sem sofrer processos degradantes e mostrando excelentes condições para conservação da fauna / flora aquática, abastecimento público e agricultura. Boa 51 < IQA ≤ 79 Ocorre em águas com condições também naturais, porém podem receber pequenas cargas poluentes isoladamente, porém 33 Categoria Ponderação Cor Definição não comprometem a qualidade desta água para a conservação da vida aquática, abastecimento público e agricultura. Regular 36 < IQA ≤ 51 Ocorre em águas que sofrem grandes interferências antrópicas e degradação, contudo podem ser usadas para as atividades supracitadas com os devidos tratamentos físico-químicos e biológicos. Ruim 19 < IQA ≤ 36 Ocorre em águas com grande carga de poluentes e degradação, sendo utilizadas somente para geração de energia e navegação. Péssima IQA ≤ 19 Ocorre em águas com muita carga poluente e fortíssima degradação, comprometendo a qualidade destas águas para vários usos, sendo usadas apenas para geração de energia e navegação. Fonte: Adaptado de Racanicchi (2002) e CETESB (2019). Assim, para melhor representar a sazonalidade dos dados de qualidade da água na BHRC, o IQA e seus parâmetros foram separados em período seco (ps) e chuvoso (pc) no intervalo de 2002 a 2018, sendo convencionados IQAps para a estação seca e IQApc para a estação chuvosa. Os valores do IQA foram calculados no software livre IQAData Versão 2010 (Posselt; Costa, 2010) e depois transferidos ao Excel. Com o auxílio do software BioEstat, os nove parâmetros de IQA e os valores do IQApc e do IQAps foram analisados estatisticamente, sendo estes aplicados por AC. Para a análise descritiva dos dados do IQA foram utilizadas as seguintes métricas: média, desvio padrão, mediana, amplitude, máximo, mínimo, variância e coeficiente de variação, considerando os valores médios do IQA de 2002 a 2018 e separados por AC. Para a análise dos dados dos parâmetros do IQA foi considerada somente a média, para cada área de contribuição. Com relação a estatística inferencial foi realizado o teste Shapiro Wilk para verificar a normalidade dos nove parâmetros do IQA a um nível de significância de 5% (p value), considerando a bacia inteira. Para verificar a influência da pluviosidade sobre os parâmetros 34 do IQA, foram comparados os parâmetros do IQA entre ps e pc, aplicando-se o teste T Student para as variáveis paramétricas ou o teste de Wilcoxon para as variáveis não paramétricas (p value ≤ 5%), os quais verificam se há alteração significativa entre os resultados, conforme Ginevan (2004). Para o cálculo da estatística inferencial, foi utilizado o programa BioEstat 5.3 (AYRES et al., 2007). De forma a avaliar a possível influência do uso e ocupação da terra sobre a qualidade da água, foi aplicado o coeficiente de correlação de Pearson sobre o Índice de Qualidade da Água (ITA) e o Índice de Transformação Antrópica (ITA) para cada classe de uso da terra, sendo que a verificação da associação foi feita por meio do teste de hipótese T Student, indicado para um conjunto de até 30 amostras, com um nível de significância de 5% e com n – 2 graus de liberdade, conforme Ginevan (2004). Para o cálculo desta correlação também foi utilizado o programa BioEstat 5.3 (AYRES et al., 2007). 4.4 DELIMITAÇÃO DAS ÁREAS DE CONTRIBUIÇÃO A hidrografia da BHRC foi obtida a partir da vetorização manual das cartas topográficas do Instituto Geográfico e Cartográfico do Estado de São Paulo (IGC, 1979) na escala 1:10.000, dividida entre rios perenes e intermitentes, sendo que estas cartas foram obtidas do repositório virtual DataGeo (2019), com auxílio do software AutoCAD (Autodesk, 2016), posteriormente convertido para formato shapefile. Teve-se o cuidado de desenhar os corpos hídricos no sentido de montante à jusante, a simular o fluxo da água fluvial. O modelo digital de elevação (MDE) usado para a delimitação automática das áreas de contribuição (AC’s) da BHRC foi o Alos-Palsar (ASF, 2019) com resolução espacial de 12,5 metros, sendo que as etapas a seguir foram feitas no software ArcGIS 10.5 (ESRI, 2016). A primeira etapa foi elaborar o modelo digital hidrologicamente consistente (MDEHC) que é a eliminação das depressões espúrias do MDE, pois, conforme Vieira, Almeida e Alves (2005), esses vazios impedem ou alteram o escoamento superficial, prejudicando a delimitação das AC’s. A segunda etapa consistiu na geração do plano de informação (PI) que continha a direção do fluxo da água por meio do comando Flow Direction, sendo que para este comando cada pixel do raster foi envolvido por oito pixels vizinhos, de forma que a inclinação de 35 cada um destes pixels circundantes é calculada pela diferença de altitude entre o pixel vizinho e o pixel centralizado (OLIVEIRA et al., 2007). Na terceira etapa foi elaborado PI do fluxo acumulado a partir da direção do escoamento superficial pelo comando Flow Accumulation. Entretanto o fluxo acumulado precisou ser retificado algumas vezes até a rede de drenagem ter uma densidade próxima com a densidade da hidrografia da BHRC – a considerar os rios perenes e os rios intermitentes (IGC, 1979) –, através de comparação visual. Esta retificação se fez testando vários limiares de fluxo acumulado por número de pixels, através do comando de condicionante Con, baseando-se em um intervalo de 50 a 700. A quarta etapa foi a extração automática da rede de drenagem a partir do limiar definido do fluxo acumulado da água. A extração foi feita pelo comando Stream Order, o qual se baseia na ordenação hídrica proposta pelo método de Strahler (1989), no qual os cursos de água sem tributários é estipulada a ordem “1”, ou primeira ordem, sendo que os corpos hídricos de segunda ordem se originam da confluência de dois canais de primeira ordem, podendo ter afluentes também de primeira ordem; os canais de água de terceira ordem se originam da convergência de dois curso de água de segunda ordem, podendo desembocar tributários de segunda e primeira ordens, e assim por diante (ELESBON et al., 2011). Depois a rede de drenagem ordenada foi convertida de formato matricial para formato vetorial. A quinta etapa foi a delimitação das cinco AC’s, propriamente dita, por meio do comando Basin, considerando como ponto de exutório para cada sub bacia, o posto de monitoramento do IQA, sendo que os postos precisaram ser deslocados exatamente sobre a posição mais a jusante da rede de drenagem para que o comando fosse executado corretamente. Depois as AC’s também foram convertidas para o formato vetorial e recortadas separadamente. 4.5 MAPEAMENTO DO USO DA TERRA O mapa de uso da terra e cobertura vegetal da Bacia Hidrográfica do Rio Cotia foi gerado a partir da edição do “Atlas do Uso e Ocupação do Solo dos Municípios da RMSP” (EMPLASA, 2006), em formato vetorial, ano base de 2002, adaptando-se as 18 classes de uso existentes na BHRC para 11 noves classes (Tabela 6), levando em consideração as diretrizes do “Manual Técnico de Uso da Terra” do IBGE (IBGE, 2013). 36 Tabela 6. Adaptação das classes de uso da terra. Classe Original Classe Adaptada Cor Definição (EMPLASA, 2006) Hortifrutigranjeiro Agropecuária Áreas de cultura perene ou anual, horticultura, granja, piscicultura e gado. Área urbanizada Área urbana Áreas arruadas e ocupadas por uso residencial, comercial e de serviços, caracterizadas por edificações de grande e pequeno porte, obras de infraestrutura e locais institucionais. Equipamento urbano Outro uso Rodovia Aterro sanitário Aterro sanitário Área de depósitos de resíduos sólidos depositados, com tratamento ou jogados a céu aberto sem tratamento (lixão). Favela Aglomerado subnormal Conjunto de moradias em condições sub habitacionais sem identificação de lotes, dispostas de forma desordenada e densa. Favelas urbanizadas foram classificadas como área urbana. Espelho de água Hidrografia Córregos, rios e açudes (represas e lagos). Indústria Indústria Edificações de grande porte que comportam fábricas, pátios de estacionamento, olarias, canteiros de obras etc. Mineração Mineração Área de extração mineral, caracterizada pela remoção da cobertura vegetal e corte do relevo. Inclusos locais de exploração desativada. Campo Pastagem Vegetação caracterizada pela presença de gramíneas, com altura de 10 a 15 cm, podendo ser contínua ou espaçada (tufos com trechos de solo descoberto). Espaçadamente, podem existir pequenos arbustos e raramente arbustos. Capoeira Chácara Loteamento desocupado Vegetação de várzea Reflorestamento Reflorestamento Formações arbóreas e homogêneas, cultivadas pelo homem com fim econômico, com predominância de pinus e eucalipto. Movimento terra / Solo exposto Solo exposto Região que sofreu processos erosivos, sem cobertura vegetal. Mata Vegetação arbórea Vegetação constituída com árvores de porte superior a 5 metros, cujas copas se toquem ou propiciem uma cobertura de 37 Classe Original Classe Adaptada Cor Definição (EMPLASA, 2006) pelo menos 40%. Se é de formação secundária, as árvores podem ter altura menor que 5 metros, possuindo apenas um tronco (não pode ser arbusto). Fonte: Adaptado de EMPLASA (2006) e IBGE (2013). Além do mapa de uso da terra e cobertura vegetal do ano de 2002, foi realizado o mapeamento do uso da terra para os anos de 2011 e 2019, sendo que para os anos de 2011 e 2019 foram atualizadas e retificadas as classes do mapa de 2002 por meio de interpretação visual conforme proposto por Novo (2010), usando três elementos de identificação – cor, textura e forma –, para a criação das chaves de intepretação do mapeamento. Foram usadas como base imagens ortorretificadas cedidas pela SABESP e as imagens disponíveis no programa Google Earth Pro (2017). As imagens da SABESP do ano de 2011 possuem resolução espacial de 1 metro e foram obtidas a partir de aerofotogrametria executada pela empresa Base Aerofotogrametria e Projetos, e as imagens de 2019 possuem resolução espacial de 50 centímetros e foram obtidas do satélite Kompsat 2, cedidas pela empresa Engemap Geoinformação. A Tabela 7 apresenta a chave de interpretação dos usos e cobertura do solo da BHRC. Tabela 7. Chaves de intepretação para mapeamento da cobertura e uso da terra. Classe Amostra da imagem Cor Textura Forma Aglomerado subnormal Cinza Branco Verde-escuro Rugosa Regular Agropecuária Verde-claro, Verde-escuro, Rosado Lisa Rugosa Irregular Regular Área urbana Rosado Cinza Verde-escuro Laranja Rugosa Regular Aterro sanitário Verde-escuro Rosado Cinza Rugosa Lisa Regular 38 Classe Amostra da imagem Cor Textura Forma Hidrografia Preto Verde-claro Verde-escuro Lisa Irregular Regular Indústria Cinza Rosado Branco Rugosa Regular Irregular Mineração Branco Rosado Lisa Rugosa Irregular Pastagem Verde Verde-escuro Verde-claro Lisa Rugosa Regular Reflorestamento Verde-escuro Verde Rugosa Lisa Regular Solo exposto Rosado Branco Lisa Rugosa Regular Irregular Vegetação arbórea Verde-escuro Verde-claro Rugosa Lisa Irregular Fonte: Adaptado de Novo (2010). Foram realizadas visitas a campo com o objetivo de verificação e aprimoramento das determinações das classes de solo, melhorando a precisão das informações observadas nas imagens de forma a eliminar dúvidas e diminuir a margem de erros durante a retificação dos polígonos das classes. Foi aplicada também a técnica de análise da paisagem proposta por Vlami et al. (2019) para validar os dados sobre padrões de ocupação e disposição dos resíduos poluentes na BHRC. Esta técnica consiste na avaliação de quinze (15) variáveis, divididas em categorias de uso da terra, estrutura construída, poluição, biodiversidade, integridade de ecossistema e qualidade estética, sendo que cada variável foi pontuada variando de 1 (ruim) a 10 39 (excelente, “condição de referência”), a partir de um ponto de vista com visão de 180 graus de paisagem e um raio de variação de até 50 m. A multiplicação da média aritmética de cada variável por dez fornecerá o Landscape Assessment Protocol Conservation Index (LAP-CI), sendo que este é classificado da seguinte forma: “Muito Ruim” (LAP-CI menor ou igual a 30); “Ruim” (LAP-CI entre 31 e 49); “Moderado” (LAP-CI entre 50 e 69); “Bom” (LAP-CI entre 70 e 84) e “Excelente (LAP-CI maior ou igual a 85). O mapa de uso da terra e cobertura vegetal da BHRC referente a cada ano foi recortado pelas AC’s de forma a detalhar melhor a variabilidade espacial de cada classe ao longo do tempo. 4.6 CÁLCULO DO ÍNDICE DE TRANSFORMAÇÃ ANTRÓPICA O Índice de Transformação Antrópica (ITA) foi elaborado por Lémechev (1982), objetivando quantificar a pressão antrópica sobre alguma estrutura do meio ambiente. O ITA é calculado sobre o mapa de uso da terra e cobertura vegetal, conforme a Equação 2. ITA = ∑ (%USO x PESO) 100 (2) Sendo: USO é a área em valores percentuais de uma determinada classe de uso da terra; PESO é o valor atribuído aos diferentes tipos de uso de solo referente ao grau de modificação antrópica, variando de 0 a 10, sendo que o valor de “10” é atribuído pressão antrópica máxima e o valor de “0” é atribuído como nenhuma pressão. Para a obtenção dos pesos de cada classe de uso da terra para a BHRC, aplicou-se a média aritmética de pesos utilizados em outros estudos pelos pesquisadores Karnaukhova (2000); Ortega (2011); Gouveia, Galvanin e Neves (2013); Rodrigues, Neves, S. e Neves, J. (2014) e Lopes et al. (2017), conjugada com o apoio da técnica de análise da paisagem proposta por Vlami et al. (2019), conforme mostra a Tabela 8. Tabela 8. Média aritmética do peso do ITA. Peso ITA Autor 1 (a) Autor 2 (b) Autor 3 (c) Autor 4 (d) Autor 5 (e) Média Aglomerado subnormal 8 9,1 - 8 8,2 8,3 Agropecuária 6 7,2 7,7 5 8,4 6,9 40 Peso ITA Autor 1 (a) Autor 2 (b) Autor 3 (c) Autor 4 (d) Autor 5 (e) Média Área Urbana 8 9,1 - 9,7 8,2 8,8 Aterro Sanitário - - - - 9,2 9,2 Hidrografia - 6,4 1 2 2 2,9 Indústria - 10 - - 8,2 9,1 Mineração 10 10 - - - 10,0 Pastagem 6 5,4 5,5 - 6,2 5,8 Reflorestamento - 2,5 - 1 6,2 3,2 Solo exposto 6 - - - 9 7,5 Vegetação arbórea 1 0,2 1 1 1 0,8 Legenda: (a) Karnaukhova (2000), (b) Ortega (2011), (c) Gouveia, Galvanin e Neves (2013), (d) Rodrigues, Neves, S. e Neves, J. (2014) e (e) Lopes et al. (2017). Fonte: Adaptado de Lémechev (1982). Quanto à classificação do ITA, usou-se a proposta por Gouveia, Galvanin e Neves (2013), aplicada na BHRC: “Pouco degradado” (0 a 2,5), “Regularmente degradado” (2,5 a 5), “Degradado” (5 a 7,5) e “Muito degradado” (7,5 a 10). O ITA foi calculado para a BHRC e para as AC’s. 4.7 DETERMINAÇÃO DO POTENCIAL DE POLUIÇÃO DIFUSA O Potential Non-point Pollution Index (PNPI) foi elaborado por Munafò et al. (2005) em Sistemas de Informações Geográficas (SIG) para mostrar as áreas mais vulneráveis a produzir poluição difusa na bacia hidrográfica do rio Tiber, na Itália. Neste sentido, foi escolhida a aplicação do PNPI para a BHRC, pois, segundo Haupt (2009), este indicador é flexível, e pode ser aplicado em bacias rurais, urbanas ou mistas, exigindo poucos dados de entrada, e dispensando a necessidade de calibração e validação, diferentemente de modelos estatísticos e físicos. O PNPI enfoca nas ações que causam a poluição difusa e não em seus impactos ao meio ambiente, de forma a dispensar o monitoramento da qualidade da água, mostrando como resultado mapas que destacam as regiões mais fragilizadas pela poluição difusa. Para o cálculo do PNPI é necessária a obtenção de três variáveis, as quais variam de 0 a 1 e são descritas a seguir (MUNAFÓ et. al, 2005). • LCI (Land Cover Indicator) que mostra o potencial da poluição difusa gerada pelas classes de uso da terra; 41 • ROI (Run-Off Indicator) que indica o deslocamento do poluente e sua provável infiltração em função da inclinação do relevo, permeabilidade do solo e também no uso da terra; • DI (Distance Indicator) que considera a proximidade da carga poluente em relação ao corpo hídrico. Após a determinação das variáveis, o PNPI é calculado conforme expressão abaixo (Equação 3): PNPI = pLCI x LCI + pDI x DI + pROI x ROI (3) Sendo: pLCI, pDI e pROI são os pesos relativos de cada uma das variáveis que compõem o PNPI, com os valores respectivamente de 4,8, 2,6 e 2,6. O PNPI varia de 0 a 10, sendo classificado de acordo com Haupt (2009) em: • Classe 1 – Potencial muito baixo: PNPI ≤ 4,5; • Classe 1I – Potencial baixo: 4,5 < PNPI ≤ 5,5; • Classe 1II – Potencial moderado: 5,5 < PNPI ≤ 6,5; • Classe 1V – Potencial alto: 6,5 < PNPI ≤ 7,5; • Classe V – Potencial muito alto: PNPI > 7,5. O PNPI e suas variáveis foram calculadas pelo software ArcGIS (ESRI, 2016) pelo algoritmo Raster Calculator em formato matricial e depois convertidas em polígonos para cálculo das áreas por classificação, para a BHRC. Após o cálculo, o raster do PNPI foi recortado individualmente para cada AC da BHRC. 4.7.1 CÁLCULO DO INDICADOR DE USO DA TERRA (LCI) O LCI é baseado num sistema europeu de classificação de uso da terra, chamado Corine Land Cover (CLC), cujos especialistas sugeriram um valor a depender do grau poluente: regiões fortemente urbanizadas e de agropecuária intensa ganharam os coeficientes maiores, enquanto áreas vegetais preservadas receberam valores mais baixos. Ressalta-se que os especialistas avaliaram a carga antrópica nas águas superficiais sem se basear em quaisquer poluentes (MUNAFÒ et al., 2005). Para a BHRC, os valores do LCI foram adaptados de Cecchi et al. (2007) e de Haupt (2009), variando numa escala de 0 a 1 e são adimensionais, conforme mostra a Tabela 9. 42 Tabela 9. Valores do LCI. Classe de Uso de Solo LCI Aglomerado subnormal 0,856 Agropecuária 0,484 Área urbana 0,822 Aterro sanitário 0,811 Hidrografia 0,088 Indústria 0,778 Mineração 0,778 Pastagem 0,194 Reflorestamento 0,289 Solo exposto 0,689 Vegetação arbórea 0,056 Fonte: Adaptado de Munafò et al. (2005). 4.7.2 CÁLCULO DO INDICADOR DE DISTÂNCIA (DI) O DI é determinado pela extensão normalizada entre o pixel i e o corpo hídrico mais próximo, em função do escoamento superficial – neste caso foi usada a rede de drenagem extraída automaticamente. Assim, considerando a menor capacidade de transporte do poluente, quanto menor essa distância, maior será o valor do DI. A função potencial desenvolvida por Cecchi et al. (2007) para o cálculo do DI é apresentada na Equação 4: DI = 𝑒(−𝐷𝐼𝑖 𝑥 𝑘) (4) Sendo: DIi é a distância do pixel i ao rio medido em número de células, a variar numa escala de 0 a 1; k é uma constante com valor de 0,090533. O DIi foi obtido pelo comando Euclidean Distance do ArcGIS e dividido por 12,5 m que é a resolução espacial do raster (ESRI, 2016). 4.7.3 CÁLCULO DO INDICADOR DE RUN-OFF (ROI) A variável ROI depende do tipo do solo, do uso da terra e da declividade do relevo. O ROI é diretamente influenciado pelo tipo de solo superficial por meio da permeabilidade, a qual pode variar de Alta (A), a Baixa (D), sendo que Cecchi et al. (2007) mostram 43 originalmente os valores de run-off numa lista para as classes de uso da terra do LCI em função das classes de permeabilidade do solo, sendo esta baseada no mapa de pedologia (descrito no item 4.2). Como não há disponível um mapa de permeabilidade para a BHRC, foi necessário atribuir as classes de permeabilidade aos tipos pedológicos de solo na bacia, baseando-se nos termos linguísticos do Manual Técnico de Pedologia do IBGE (IBGE, 2007): • Classe A – Latossolo Vermelho Amarelo, caracterizado como “bem drenado”: a água é expurgada do solo facilmente, entretanto não com rapidez, apresentando uma textura argilosa ou média; • Classe B – Argissolo Vermelho Amarelo, caracterizado como “moderadamente drenado”: a água é removida do solo um tanto lentamente, o qual fica molhado por uma pequena parte do ano. Apresentam uma drenagem lenta no solum e este fica imediatamente acima do lençol freático; • Classe C – Cambissolo Háplico caracterizado como “imperfeitamente drenado”: a água é retirada lentamente do solo, de forma que fica úmido por tempo significativo, mas não a maioria do ano. Possuem uma camada de permeabilidade lenta no solum e nível de água subterrânea alta; • Classe D – Gleissolo Melânico, caracterizado como “mal drenado”: a água é removida muito lentamente do solo, o qual fica molhado a maior parte do ano. O nível do lençol freático é próximo da superfície. A Tabela 10 apresenta os valores do ROI em função do tipo do solo e classes de uso de solo. Tabela 10. Valores do ROI. Classe de Uso de Solo do CLC Classes de Permeabilidade A B C D Latossolo Vermelho Amarelo Argissolo Vermelho Amarelo Cambissolo Háplico Gleissolo Melânico Aglomerado subnormal 0,77 0,85 0,90 0,92 Agropecuária 0,41 0,64 0,76 0,82 Área urbana 0,77 0,85 0,90 0,92 Aterro Sanitário 0,46 0,69 0,79 0,84 Hidrografia 1,00 1,00 1,00 1,00 Indústria 0,89 0,90 0,92 0,94 44 Classe de Uso de Solo do CLC Classes de Permeabilidade A B C D Latossolo Vermelho Amarelo Argissolo Vermelho Amarelo Cambissolo Háplico Gleissolo Melânico Mineração 0,46 0,69 0,79 0,84 Pastagem 0,49 0,69 0,79 0,84 Reflorestamento 0,45 0,66 0,77 0,83 Solo exposto 0,57 0,72 0,81 0,86 Vegetação arbórea 0,36 0,60 0,73 0,79 Fonte: Adaptado de Cecchi et al. (2007). De acordo com Cecchi et al. (2007), os valores do ROI devem ser retificados pela ação da declividade, por meio da soma dos valores indicados na Tabela 11. Se o valor retificado for maior que 1 (um), o valor do ROI deve ser mantido como igual a 1 (um). Tabela 11. Coeficientes de correção ao ROI em função da declividade. Declividade (º) Declividade (%) Coeficiente de correção ≤ 2°50' ≤ 4,60 0 2°50' - 3°41' 4,60 - 6,43 0,1 3°41' - 4°32' 6,43 - 7,92 0,2 4°32' - 5°23' 7,92 - 9,42 0,3 5°23' - 6°14' 9,42 - 10,92 0,4 6°14' - 7°05' 10,92 - 12,42 0,5 7°05' - 7°56' 12,42 - 13,91 0,6 7°56' - 8°47' 13,91 - 15,42 0,7 8°47' - 9°38' 15,42 - 16,94 0,8 9°38' - 10°29' 16,94 - 18,48 0,9 ≥ 10°29' ≥ 18,48 1 Fonte: Adaptado de Cecchi et al. (2007). O cruzamento dos dados de classe de uso da terra com os dados da classe de permeabilidade do solo foi feito a partir do comando Spatial Join do programa ArcGIS, assim como o cruzamento dos pixels do raster de declividade média com os valores de ROI foi feito a partir do comando Add Surface Information (ESRI, 2016). 45 4.8 ESTIMATIVA DE CARGA POLUIDORA DIFUSA A quantificação estimada dos poluentes difusos foi feita pelo Modelo Matemático de Correlação Uso do Solo e Qualidade de Água (MQUAL), elaborado pela Secretaria do Meio Ambiente do Estado de São Paulo (SEMA, 2003), instaurado como instrumento técnico da Lei Estadual 12.233/06, referente à Bacia do Guarapiranga. Essa ferramenta se baseia em coeficientes de exportação (Equação 5), os quais são obtidos por meio de análises sob situações hidrológicas médias em período anual do quanto uma bacia hidrográfica escolhida escoará de coliformes totais, resíduos em suspensão, demanda bioquímica de oxigênio (DBO), Nitrogênio Total e Fósforo Total aos seus corpos hídricos (IIEGA, 2009). CD = A x CE (5) Sendo: CD é a carga difusa (kg/dia); A é a área da classe de uso da terra (km²); CE é o coeficiente de exportação (kg x (km² x dia)-1). O MQUAL possui três etapas, que simbolizam a ocorrência de geração e autodepuração das cargas poluentes das nascentes: módulo 1 – geração de cargas (topografia da bacia), módulo 2 – simulação dos principais tributários e módulo 3 – simulação dos reservatórios (PACHECO, 2013). Para a BHRC, foi usado somente o primeiro módulo e como cargas difusas apenas o fósforo, nitrogênio e sólido em suspensão, baseando-se na classificação proposta por Steinke, Ferreira e Saito (2012), sendo que a Tabela 12 apresenta os coeficientes de exportação para cada classe de uso da terra. Tabela 12. Coeficientes de exportação (kg/km²/dia) correspondentes ao uso da terra. Classe de uso da terra Fósforo Total Nitrogênio Total Sólido Total Aglomerado subnormal 0,034 1,27 50 Agropecuária 0,346 2,95 230 Área urbana 0,034 1,27 50 Aterro sanitário 0,068 2,54 100 Hidrografia - - - Indústria 0,085 2,29 90 Mineração 0,051 1,90 75 46 Classe de uso da terra Fósforo Total Nitrogênio Total Sólido Total Pastagem 0,028 0,50 30 Reflorestamento 0,039 0,60 20 Solo exposto 0,346 2,95 230 Vegetação arbórea 0,039 0,60 20 Fonte: Adaptado de SEMA (2003). Ressalta-se que os coeficientes de exportação para solo exposto foram determinados como iguais aos de agropecuária (Tabela 12), uma vez que o MQUAL não contempla esta classe de uso de solo (SEMA, 2003). Esta escolha se justifica pelo fato que a ausência de cobertura vegetal favorece o carreamento dos nutrientes aos corpos hídricos, reduzindo assim o IQA, conforme Mansor, Teixeira Filho e Roston (2006). O pesquisador Morais Neto (2018) também corrobora este desígnio, ao constatar correlações de Pearson com significância estatística (p < 0,01) entre áreas de solo exposto com os parâmetros de nitrogênio total (0,73) e fósforo total (0,52) nas bacias dos rios Piranhas-Açu e Apodi- Mossoró em Rio Grande do Norte (RN). Depois dos resultados da geração da carga poluidora difusa, com o apoio do software ArcGIS foi gerado um mapa para cada poluente exportado, considerando os valores da Tabela 12 e Equação 5, porém utilizando a área do pixel (formato matricial) com 100 m² (ESRI, 2016). 47 5 RESULTADOS E DISCUSSÃO 5.1 ANÁLISE DA CARACTERIZAÇÃO MORFOMÉTRICA O Rio Cotia, cuja ordem hídrica é de sexta segundo Strahler (1989), apresenta um comprimento de 35,74 km no sentido sudoeste até o exutório. Ressalta-se que o algoritmo utilizado do software para extração de drenagem não faz a diferenciação se os córregos são perenes ou intermitentes. A Figura 3 mostra o mapa da rede de drenagem da BHRC extraída automaticamente do fluxo acumulado da água. Figura 3. Mapa da rede de drenagem. Fonte: Autoria própria. 48 Analisando a Figura 3, o total de canais de drenagem é de 1.895 unidades, sendo que a soma do comprimento destes canais é aproximadamente 652 km. Os cursos d’água de primeira ordem apresentam 319,6 km de extensão, os rios de segunda ordem apresentam 158,6 km de extensão, os canais de terceira ordem apresentam 84,8 km de comprimento, os rios de quarta ordem apresentam 42,2 km de comprimento e os canais de quinta ordem apresentam uma dimensão de 10,9 km. Foram identificadas também 1024 nascentes / olhos d’água para a BHRC, sendo 190 na AC COTI03900, 68 na AC PEDA03900, 44 na AC MOVE03500, 304 na AC COTI03800 e 418 na AC COGR00900. Quanto às classes do CONAMA, 40,3% da rede de drenagem pertence a Classe I e está dentro AC COGR00900, e 59,7% pertence à Classe III, distribuída nas demais AC’s. Quanto ao Rio Cotia, aproximadamente 29% de sua extensão pertence à Classe 1 e 71% à Classe 3. A Tabela 13 apresenta os parâmetros morfométricos divididos por posto de monitoramento e também da bacia hidrográfica como um todo, sendo que os valores desta tabela foram obtidos a partir da extração da rede drenagem, conforme mostrado na Figura 3. Tabela 13. Parâmetros morfométricos. Características Morfométricas Un. COTI 03900 PEDA 03900 MOVE 03500 COTI 03800 COGR 00900 BHRC Área da bacia (A) km² 47,50 16,56 10,09 73,06 104,16 251,37 Perímetro (P) km 55,38 28,66 16,52 51,01 72,35 141,97 Comprimento do Rio Principal km 8,84 2,62 2,91 13,83 10,45 35,74 Comprimento dos Cursos de Água km 127,09 42,57 27,80 191,42 262,97 651,86 Quantidade de Cursos de Água - 356 126 86 562 765 1.895 Comprimento da Bacia (L) km 12,90 7,50 4,80 12,90 16,90 35,70 Padrão de Drenagem - dendrítica Ordem Hídrica (Strahler) - 6 5 4 6 6 6 Altitude mínima m 715,00 751,00 769,00 758,00 877,00 715,00 Altitude média m 812,00 879,00 852,00 887,00 982,50 901,50 Altitude máxima m 909,00 1007,00 935,00 1016,00 1088,00 1.088,00 Amplitude Altimétrica (Hm) m 194,00 256,00 166,00 258,00 211,00 373,00 49 Características Morfométricas Un. COTI 03900 PEDA 03900 MOVE 03500 COTI 03800 COGR 00900 BHRC Declividade do Rio Principal % 0,32 0,34 0,55 0,93 0,47 0,57 Declividade da Bacia % 2,20 9,77 5,70 1,87 2,02 1,04 Declividade Máxima da Bacia (Dv Máx.) % 66,45 77,85 77,15 110,0 93,12 47,84 Declividade Mínima da Bacia (Dv Mín.) % 0,75 0,28 0,00 0,65 0,00 0,00 Densidade de Drenagem (Dd) km/km² 2,68 2,57 2,75 2,62 2,52 2,59 Densidade Hidrográfica (Dh) canais/ km² 7,50 7,61 8,52 7,69 7,38 7,55 Índice de Compacidade (Kc) - 2,25 1,97 1,46 1,67 1,98 2,51 Fator de Forma (F) - 0,29 0,29 0,44 0,44 0,36 0,20 Índice de Sinuosidade (Is) - 0,68 0,35 0,09 1,07 0,62 1,00 Índice de Rugosidade (Ir) - 519,11 658,02 457,30 675,94 532,71 967,26 Índice de Circularidade (Ic) - 0,19 0,25 0,46 0,35 0,25 0,16 Tempo de Concentração (Tc) min 92,89 20,50 3,03 139,67 109,15 362,74 Fonte: Autoria própria. Embora o limite da BHRC seja obtido pela SABESP (2019), os valores distintos observados na Tabela 13 provam a necessidade de compartimentação de uma bacia hidrográfica para expor as diferenças físicas locais. Corroborando com esta afirmação, pode- se afirmar em relação às cinco AC’s que a área MOVE03500 possui a maior quantidade de valores mínimos (11) e a região COTI03800 possui a maioria de valores máximos (8) dos parâmetros morfométricos levantados. A bacia hidrográfica do Rio Cotia é classificada como de ordem hídrica 6, assim como suas AC’s, exceto a PEDA03900 que possui ordem 4 e a MOVE03500 que possui ordem 5. A área (A) da BHRC corresponde à 251,37 km², enquanto a AC menor é a MOVE03500 e a maior é a AC COGR00900, correspondente à Reserva do Morro Grande. A densidade de drenagem (Dd) obtida para BHRC foi de 2,59 km/km² o que indica que a bacia tem uma drenagem muito boa, segundo Cardoso et al. (2006), valendo 50 igualmente para as todas as compartimentações, de forma que o sistema de drenagem é bem desenvolvido. A densidade hidrográfica (Dh) é um índice que expressa o número de rios por quilômetro quadrado de região hidrológica, sendo que para a BHRC o valor encontrado foi de 7,55 canais/km² associados entre si e com capacidade de drenar a água superficial da bacia. A BHRC aponta uma condensação relativamente constante da rede de drenagem, devido aos valores próximos de Dh entre si às AC’s, exceto a AC MOVE03500 com um valor de 8,52 canais/km², a qual se constitui de uma área mais densa em quantidade de canais em relação à bacia como um todo. Esta peculiaridade justifica, novamente, a necessidade de compartimentação da bacia em estudo. O índice de compacidade (Kc) tanto para a bacia como para as AC’s é maior que 1, logo possuem baixa susceptibilidade à ocorrência de inundação segundo Silveira (2005), devido ao seu formato geométrico tendendo mais ao elíptico e menos circular. O fator de forma (F) também tanto para a bacia como para as AC’s é menor que 1, o que indica que por este indicador morfométrico a bacia tende a ter um formato mais alongado e menor probabilidade de ocorrência de enchente, segundo Oliveira et al., (2007), uma vez que em uma bacia estreita, os afluentes tendem a atingir o curso de água principal em vários pontos ao mesmo tempo evitando o acúmulo, sendo inverso ao que acontece em bacias circulares. O índice de circularidade (Ic) obtido para a BHRC e suas AC’s apresentou valores menores que 0,51. Segundo Silveira (2005) estes valores indicam bacias com um formato mais alongado e pouco susceptíveis a enchentes, sob condição normal de chuva. O tempo de concentração (Tc) para a BHRC foi de 6,05 horas, ressaltando a baixa possibilidade de enchentes, segundo Oliveira et al. (2007). Entretanto, os valores se mostraram diferentes às AC’s, com um valor médio do Tc de 1,22 horas, especialmente para a MOVE03500 com um Tc de apenas três minutos aproximadamente, uma vez que esta AC é a de menor tamanho, possuindo um muito talvegue curto (L = 430 metros) em função do seu relevo suavemente ondulado. Entretanto, baseado em Silveira (2005), deve-se escolher cuidadosamente a equação do Tc, pois existem muitas fórmulas disponíveis na literatura que levam em considerações outras variáveis além do comprimento do canal principal e da amplitude altimétrica como, por exemplo, área da bacia, coeficiente de impermeabilização, CN (Curve Number), declividade e coeficiente de rugosidade. Estas fórmulas levam em consideração critérios como uso predominante do solo (rural ou urbano), tamanho máximo, clima, morfologia etc. 51 O índice de sinuosidade (Is) encontrado para a BHRC foi de 1,00 e para as AC’s o valor variou de 0,09 (MOVE03500) a 1,07 (COTI03800); cujos valores abaixo de 1 indicam canais de drenagem retilíneos e pouco tortuosos, os quais evitam a tendência do aporte de sedimentos. O padrão de drenagem tanto para a BHRC como para suas compartimentações é do tipo dendrítica, que manifesta forma arborescente, apresentando similaridade com a configuração de uma árvore, onde os afluentes do rio principal se espalham com ângulo agudos em direções e graduações, diversas, raramente mostrando um ângulo reto. Quando se tem a presença de ângulos retos no padrão dendrítico, geralmente se intitula como anomalias relacionadas a falhas geológicas ou fenômenos tectônicos (SILVEIRA, 2005). A hipsometria se associa diretamente com os valores de índice de rugosidade (Ir), que segundo Sousa e Rodrigues (2012), se classificam como “muito forte” para a BRHC e entre “média” a “forte” para suas áreas de contribuições. Segundo Barros, Magalhães Júnior e Raposo (2010), quanto maior a densidade de drenagem (Dd), maior será a o Ir caracterizando comprimentos de rampa menores com maiores declividades, a realçar o escoamento superficial e os processos erosivos. A amplitude altimétrica é a diferença entre a foz do rio e a maior altitude situada na bacia hidrográfica. A Figura 4 mostra o mapa hipsométrico da BHRC com suas AC’s e hidrografia de rios perenes vetorizados das cartas topográficas do IGC (1979), apontando uma altitude mínima de 715 m e uma altitude máxima de 1088 m, resultando numa amplitude altimétrica de 373 m e uma altitude média de 901,5 m com um desvio padrão de 39,9 m. Analisando a Figura 4 a amplitude topográfica de 373 m evidencia uma forte probabilidade de acontecer mudanças climáticas na BHRC, uma vez que, segundo Teodoro et al. (2007), em cotas elevadas a temperatura é menor que em cotas mais baixas, devido ao diminuto montante de energia que é usado para evaporar a água; já em altitudes baixas, quase toda a energia retida é aplicada na evaporação ou transpiração. Também se observa que a BHRC aponta propriedades litologicamente avançadas, acentuada pelo formato das regiões com altitude menor e por consequência com menor declividade, devido aos processos erosivos. 52 Figura 4. Mapa hipsométrico da BHRC. Fonte: autoria própria. A AC COGR00900 é a região que possui as altitudes mais elevadas, a receber maior quantidade de precipitação, implicando assim numa concentração pluviométrica que supre o abastecimento tanto das águas subterrâneas (aquíferos A e B) como das águas superficiais (Re