Os esgotos domésticos contêm uma alta quantidade de bactérias e outros organismos patogênicos e não patogênicos que são descarregados em corpos hídricos. A contaminação da água, pela presença de bactérias e vírus patogênicos, traz conseqüências indesejáveis, principalmente de saúde pública. O objetivo deste trabalho foi avaliar a possibilidade de emprego da análise de colifagos, como indicador viral. Para isso, amostras de esgoto bruto, efluente tratado por reator UASB e efluente de lodo ativado, da Estação de Tratamento de Esgotos São João Navegantes, Porto Alegre, foram coletadas durante o período de junho/2006 a junho/2007. As análises físicas, químicas e microbiológicas, DBO5, turbidez, sólidos totais, quantificação de coliformes totais, fecais e de colifagos foram realizadas em 99 amostras, conforme APHA, 2005. Na determinação da presença de adenovírus e enterovírus foram testadas 36 amostras, utilizando-se a técnica de concentração por filtração-eluição e ultracentrifugação. Posteriormente, purificação e avaliação da infectividade. Por fim, as amostras foram submetidas a teste de nested PCR e RT-PCR, a fim de verificar a presença de adenovírus e enterovírus, respectivamente. Nas 36 amostras testadas, a presença de enterovírus foi confirmada em apenas 5,56% das amostras e, adenovírus, em 16,67% das amostras. Não foram encontradas correlações significativas entre colifagos e bactérias coliformes totais e fecais, bem como entre colifagos e os parâmetros físicos e químicos. Desta independência encontrada entre vírus e bactérias se destaca a necessidade de monitoramento conjunto de ambos os microrganismos. Verificou-se uma similaridade em relação à sazonalidade referente ao comportamento de colifagos e o descrito na literatura referente a vírus entéricos. Observou-se, também, a baixa eficiência do tratamento para remoção de microrganismos, ressaltando-se a importância de realização de um tratamento terciário para assegurar a qualidade microbiológica do efluente. As relações entre colifagos e vírus entéricos não foram possíveis de serem analisadas, devido aos dados inconclusivos obtidos no presente trabalho. / Domestic sewage contains a high amount of bacteria and other pathogens and non pathogens that are discharged into water bodies. Contamination of water by the presence of pathogenic bacteria and viruses, brings undesirable consequences, especially for public health. The objective of this work was to evaluate the possibility of using analysis of coliphages as viral indicator. Samples of raw sewage, treated effluent by UASB reactor and by activated sludge, from Wastewater Treatment Systems São João Navegantes, Porto Alegre, were collected during the period of june/2006 to june/2007. Physical, chemical and microbiological analyzes, namely BOD5, turbidity, total solids, quantification of total coliforms, fecal coliforms and coliphages were performed in 99 samples, following the techniques described in APHA 2005. The presence of enteric viruses was tested on 36 samples. The technique of concentration by filtration-elution and ultra-centrifugation was used for this purpose. Subsequently, purification and infectivity test was performed. The samples were tested to nested PCR and RT-PCR to verify the presence of adenovirus and enterovirus, respectively. In 36 samples tested, the presence of enteroviruses was confirmed in only 5.56% of the samples, and adenovirus, in 16.67% of the samples. No significant correlation was found among coliform bacteria and coliphages, and also between the presence of coliphages and physical and chemical parameters. The independence found between viruses and bacteria indicates the need for joint monitoring of both microrganisms. The behavior of coliphages was observed to follow the path described in the literature about enteric viruses in relation to seasonality. There was observed a low efficiency in terms of microorganisms removal, emphasizing the need for a tertiary treatment to ensure the microbiological quality of the effluents tested. Relations between coliphages and enteric viruses were not able to be analyzed, due to inconclusive data obtained in this work.

A crescente produção de carga orgânica e de nutrientes em bacias hidrográficas tem levado, historicamente, rios a significativas mudanças nos padrões de qualidade da água, na diversidade e riqueza biológica e nos usos nobres de suas águas. Neste trabalho, a qualidade da água na bacia do rio Doce foi avaliada através de um modelo hidrológico integrado a um SIG, denominado SGAG (Sistema Georeferenciado de Apoio ao Gerenciamento). O sistema foi capaz de analisar o efeito de lançamentos múltiplos de efluentes na qualidade da água do rio Doce no período de estiagem. O modelo foi calibrado satisfatoriamente utilizando os dados de monitoramento ao longo do curso do rio Doce. Cenários de planejamento também foram estabelecidos, simulados e avaliados. As simulações mostraram que as medidas propostas para os cenários de planejamento promovem uma significativa redução das concentrações dos poluentes em comparação com o cenário atual, principalmente no cenário de tratamento universal. O modelo hidrológico em ambiente SIG proposto mostrou ser uma ferramenta promissora e simples para investigação da qualidade da água de bacias hidrográficas sujeitas a lançamentos pontuais de efluentes. / The increase of organic and nutrient loading in watersheds have led to significant changes in water quality patterns in rivers. In this work we evaluated the water quality of the Basin of River Doce basin through an hydrologic model integrated with GIS, called SGAG (Georeferencing Management Support System). The model was calibrated using water quality monitoring data throughout River Doce extension. Moreover planning scenarios were established, simulated and evaluated. The simulations indicated that the corrective measures in the planning scenarios promoted a significant decrease of the pollutant concentrations in comparison with the current situation. The hydrological model coupled with GIS environment have shown to be a simple and a promising tool to investigating water quality in basins subject to point sources of pollution.

O presente trabalho teve como o objetivo o estudo das condições hidrológicas, higiênicas e sanitárias no distrito de Funhalouro, localizada na província de Inhambane, em Moçambique. Esse distrito caracteriza-se por ser rural com clima semi-árido e nele residem cerca de 37.856 habitantes correspondentes a 8058 famílias com uma densidade populacional de 2,78 habitante/km². O abastecimento de água no local de estudo é precário. Com relação a fonte de água para o consumo, 53,9% das famílias utilizam poços a céu aberto, 37,5% poços protegidos sem qualquer tipo de tratamento e os restantes consomem água das lagoas existentes, fontanários e cisternas. Aliado a tal, levantamentos realizados apontaram que 78% destes agregados familiares não possuem sequer uma latrina, 18,1% possuem uma latrina tradicional não melhorada e o restante usam a latrina melhorada. Os habitantes que não possuem latrinas em suas moradias compartilham as mesmas com os moradores que as possuem, ou então, praticam o fecalismo a céu aberto. O diagnóstico mostra ainda que a população consome água fora dos padrões estabelecidos pela OMS e pela legislação moçambicana. Para agravar, no distrito de Funhalouro os resíduos sólidos são enterrados ou queimados nas próprias casas. A falta de higiene também é característica em muitas casas e em algumas fontes de água do distrito de Funhalouro. O consumo da água imprópria e as condições insalubres são algumas das causas de várias doenças na região, principalmente as diarréias e a malária, sendo a última a principal causa de morte em Moçambique. Para superar todos os entraves à melhoria das condições sanitárias e de vida, o presente trabalho propôs sistemas alternativos de tratamento de águas com eficiência e baixo custo, considerados não convencionais ou simplificados, como o uso da moringa, desinfecção solar (SODIS), cloração e fervura. Sugeriu-se também, a construção de latrinas tradicionais melhoradas, tecnologias simples de coleta de água das chuvas e educação ambiental e sanitária. As sugestões propostas consideram a riqueza, a diversidade e, principalmente, a tradição do povo em estudo . O trabalho recomendou ainda uma cooperação, na qual participem instituições envolvidas na gestão de recursos hídricos, ONGs, instituições religiosas e comunidade local, e que a teoria política seja aplicada. / This work aimed at studying the hydrologic, hygiene and sanitation conditions in the district of Funhalouro, located in Inhambane province, Mozambique. This is a rural district characterized by semi-arid climate, with approximately 37,856 inhabitants, 8058 households and a population density of 2.78 inhabitants /km ². The water supply in the area of study is poor. Water consumption covers 53.9% of households that use open wells, 37.5% use protected wells without treatment of any king and the remaining population consumes water from the existing ponds, fountains and cisterns. Allied to this, surveys showed that 78% of these households do not even have a latrine, 18.1% have an unimproved latrine and the remaining population uses improved latrines. People who do not have latrines in their homes share the same latrines with those who have, or defecate in the open air. The diagnosis also shows that the population consumes water that is out of the standards set by WHO and the Mozambican legislation. To make it worse, the district of Funhalouro lacks any rain water drainage system and solid waste is buried or burned in their homes. The lack of hygiene is also feature in many homes and in some water sources in the district of Funhalouro. The consumption of unsafe water and the unsanitary conditions are some of the causes of various diseases in the region, especially diarrhea and malaria, the latter being the leading cause of death in Mozambique. To overcome all obstacles to the improvement of health and living conditions, this study proposed highly efficient and low cost alternative systems of water treatment considered as unconventional or simplified, by using moringa, solar disinfection (SODIS), chlorination and boiling. It was also suggested the construction of improved traditional latrines, simple technologies for water collection and environmental and health education. The proposed suggestions were designed to be in line with the richness, diversity, and especially the tradition of the people under study. The study also recommended further cooperation, with participation of institutions engaged in water resources management, NGOs, religious institutions and local community, and applying the political theory.

A Floresta Nacional de Canela é uma unidade de conservação que sofre o impacto ambiental antropogênico nas cabeceiras das bacias hidrográficas do arroio Caçador e arroio Tiririca, comprometendo a qualidade da água e da sua biota. O objetivo deste trabalho foi avaliar as bacias hidrográficas com ênfase qualidade da água e no uso e ocupação do solo das áreas de preservação permanente ripárias e as respectivas sub-bacias. Classificamos o uso e ocupação do solo das áreas ripárias e bacias hidrográficas com a interpretação de imagem orbital e avaliamos os resultados com um índice de antropização. Quanto à qualidade da água coletamos amostras mensais, no período de julho de 2006 a junho de 2007, em nove cursos d’água e duas lagoas e avaliamos com o uso de um índice de qualidade composto pelos parâmetros oxigênio dissolvido, pH, turbidez, sólidos dissolvidos totais, sólidos suspensos totais. As formações florestais são a categoria predominante na área das sub-bacias (71,3%) e nas áreas ripárias (62,2%), determinando índices de antropização médios de 2,3 para as sub-bacias e de 2,5 para as áreas ripárias, em uma escala de 0,5 a 5,0. Os índices de qualidade da água, em uma escala de 0 a 100, variaram de 41, para as águas mais poluídas e próximas a áreas urbanizadas, até um máximo de 87, para o arroio Caçador e um córrego no interior da unidade de conservação. Verificamos que o padrão estabelecido na Resolução do CONAMA 357/2005 para o parâmetro turbidez não está adequado para diferenciar as classes de uso da água dos córregos. Com a análise de coordenadas principais verificamos que os sólidos dissolvidos totais e a turbidez são as variáveis que mais distinguem os corpos d’água entre si e que quando são considerados os índices de qualidade relativa, a turbidez e os sólidos em suspensão totais são os parâmetros que melhor permitem identificar a qualidade da água. Com a correlação do índice da qualidade da água com o índice de uso e ocupação do solo da área ripária (R2=0,73) e com o índice de uso e ocupação do solo das sub-bacias (R2=0,24) concluímos que as características físicas e químicas da água são mais influenciadas pelo uso e ocupação do solo da área ripária do que pelo uso e ocupação que ocorre na sub-bacia de drenagem. O índice de uso e ocupação do solo composto por 75% do índice da área ripária e por 25% do índice da bacia hidrográfica é o que apresentou a maior correlação com o índice de qualidade da água (R2=0,76). / The Canela National Forest is a protected area that suffers an anthropogenic environmental impact on the watersheads’ hydrographic basins of the Caçador stream and Tiririca stream, compromising the water quality and its biota. The objective of this work was to evaluate the hydrographic basins with emphasys on the water quality and the usage of the land riparian´s buffer zone. On a monthly basis we analysed the water quality in nine water courses and two lagoons by utilyzing a quality index composed by the parameters dissolved oxygen, pH, turbidity, total dissolved solids, total suspended solids between the period of July 2006 and June 2007. We classified the usage of the hydrographic basins and riparian areas with the interpretation of the orbital image analysed by an anthropisation index. The water quality indexes, on a scale from 0 to 100, varied from 41 for the most polluted waters closer to urban areas to a maximum of 87 for the Caçador stream and for a creek running inside the national forest. The principal coordinates analysis showed that the total dissolved solids and turbidity parameters were the variables that best distinguished the water bodies among themselves, meanwhile along with the indexes of the relative water quality for the parameters of total suspension solids and turbidity The forest formations are the predominant category in the field of drainage basins (71.3%) and in the riparian areas (62.2%), determining an average anthropisation indexes of 2.3 for the micro basins and 2.5 for the riparian areas, in a scale of 0.5 to 5.0. The correlation between the water quality index and the land usage index in the riparian area (R2=0.73) was bigger than the correlation with the land usage index on micro basins (R2=0.24). The land usage index, composed by 75% of the riparian area index and by 25% of the hydrographic basin index, was that who presented the greater correlation with the water quality index (R2=0.76).

As atividades humanas em bacias hidrográficas introduzem nos cursos de água nutrientes que aceleram o processo natural de eutrofização, favorecendo a ocorrência de florações de algas e cianobactérias. Estas florações se caracterizam por um crescimento explosivo destes microrganismos. Entre os diversos impactos negativos trazidos pelas florações está a emissão potencial dos compostos 2-metilisoborneol (MIB) e geosmina (GEO), os quais conferem gosto e odor de mofo e terra a água. Estes compostos não são totalmente removidos pelos processos convencionais de tratamento de água – clarificação química, filtração em meio granular e desinfecção com cloro, e permanecem na água até seu consumo, ocasionando alto índice de rejeição do produto por parte da população consumidora. Desta forma, a pesquisa foi planejada para avaliar alternativas de processos de tratamento visando à remoção de compostos odoríferos na água. Além de MIB e geosmina, foram feitas investigações relativas a remoção de ferro (Fe+2), manganês (Mn+2) e enxofre (H2S), nos processos estudados. Estas formas são normalmente encontradas em ambientes redutores, como águas subterrâneas e no hipolímnio de lagos e reservatórios, podendo contribuir para a deterioração das características organolépticas da água, ocasionando gosto e odores desagradáveis na água potável. Os processos estudados na pesquisa foram aeração em cascata, dessorção gasosa e nanofiltração. Os mecanismos do primeiro e segundo processos são: a oxidação de formas reduzidas e a dessorção de compostos voláteis e gases da água para o ar. O sistema de nanofiltração remove contaminantes da água através de retenção física imposta pelo tamanho dos poros da membrana. / Human activities in watersheds introduce nutrients to water bodies, accelerating the natural process of eutrophication and favoring the occurrence of algae and cyanobacterial blooms. The blooms are characterized by explosives growths of those microorganisms. Among the several negative impacts brought by the blooms is the potential emission of the compounds 2-methylisoborneol (MIB) and geosmin (GEO), which confer earthy and moldy taste and odor to drinking water. MIB and GEO are not completely removed by the conventional water treatment processes – chemical clarification, granular filtration and chorine disinfection, causing consumer’s rejection of the distributed drinking water This research was planned to evaluate the capability of alternative treatment processes to remove odorous compounds from water. Besides MIB and geosmin, the research encompassed tests with iron (Fe+²), manganese (Mn+²) and hydrogen sulfide (H2S). These species are usually found in reduced environments such as lake and reservoir hypolimnion and groundwater. They can cause problems associated with color, taste and odor in drinking water. Processes studied in the research were cascade aeration, air stripping and nanofiltration. Prevailing mechanisms in the first two processes are oxidation of the reduced forms by air oxygen and stripping of volatile compounds and gases dissolved in water to air. Nanofiltration systems remove contaminants dissolved in water by physical retention imposed by the membrane pore size.

Le sous-bassin de Rio das Pacas intègre de Bassin Mampituba/RS, et couvrant partiellement les communes de Três Cachoeiras, Morrinhos do Sul et Três Forquilhas, avec la plupart de son territoire occupé par la culture de la banane, qui représente le produit principal de la région et la principale source de revenus pour de nombreuses familles. Considérant l'importance de cette culture, dans laquelle coexistent les systèmes biologiques et conventionnels, qui utilisent certains pesticides, cette étude visait à déterminer la qualité de l'eau à trois points du sous-bassin de la rivière Paraíso. Par conséquent, deux campagnes d'échantillonnage de l'eau (11 août, 2013 et le 19 janvier 2014) avec des épisodes distincts de précipitations. Les résultats ont été subventionnés par des producteurs locaux clés, l'utilisation de données cartographiques pour l'utilisation de la construction et de la couverture des sols, la recherche dans le cadre théorique et l'analyse des échantillons d'eau dans le laboratoire. L'évaluation de la qualité des prélèvements l'eau est basée sur l'indice de Qualité de l'Eau - IQE Companhia Ambiental do Estado de São Paulo – CETESB. Également analysés, les ingrédients actifs carbofuran, glyphosate, mancozèbe, picloran, propiconazole et thiophanate de méthyle, utilisés dans les pesticides dans la production de bananes pour lutter contre les ravageurs, les maladies et les mauvaises herbes. Dans une analyse distincte des paramètres, compte tenu des limites fixées par la Résolution n ° 357/2005 de la CONAMA, la plupart de points a été encadré dans la classe 1, à l'exception de la DBO5,20 dans la première année et dans le deuxième, qui étaient dans la classe 3. Bien l'utilisation des terres est destiné principalement à l'usage humain (agriculture conventionnelle et les pratiques agricoles dans l'utilisation des pesticides), les résultats indiquent que les eaux IQE du sous-bassin sont de bonne qualité et pas les trois points sélectionnés ingrédients actifs ont été détectés. La méthodologie de l'IQE a réussi à une évaluation initiale de Rio das Pacas. Cette information peut servir de base pour la gestion du sous-bassin et vous pouvez planifier l'utilisation des terres et de contrôler l'application de pesticides. / A sub-bacia hidrográfica do Rio das Pacas integra a Bacia Hidrográfica do Rio Mampituba/RS, e abrange parcialmente os municípios de Três Cachoeiras, Morrinhos do Sul e Três Forquilhas, sendo a maior parte de seu território ocupada pelo cultivo de banana, que representa o principal produto da região e a principal fonte de renda de muitas famílias. Considerando-se a importância deste cultivo, no qual coexistem os sistemas orgânico e convencional, que reconhecidamente utiliza agrotóxicos, este estudo teve como objetivo principal determinar a qualidade da água em três pontos da sub-bacia hidrográfica do Rio das Pacas. Para tanto, foram realizadas duas campanhas de amostragem de água (11 de agosto de 2013 e 19 de janeiro de 2014) com eventos distintos de precipitação. Os resultados foram subsidiados por entrevistas com produtores locais estratégicos, utilização de dados cartográficos para construção do mapa de uso e ocupação do solo, pesquisa em referencial teórico e análises de amostras de água em laboratório. A avaliação da qualidade da água dos pontos selecionados foi possível a partir da aplicação do Índice de Qualidade de Águas - IQA da Companhia Ambiental do Estado de São Paulo – CETESB. Analisaram-se também os princípios ativos carbofurano, glifosato, mancozebe, picloran, propiconazol e tiofanato metílico, presentes em agrotóxicos reconhecidamente utilizados na produção de banana para controle de pragas, doenças e ervas daninhas. Na análise isolada dos parâmetros, considerando-se os limites estabelecidos pela Resolução No 357/2005 do CONAMA, a maioria dos pontos foi enquadrada em Classe 1, exceto a DBO5,20 na primeira campanha e fósforo na segunda, que ficaram em Classe 3. Ainda que a ocupação do solo seja destinada predominantemente ao uso antrópico (agropecuária e práticas agrícolas convencionais com uso de agrotóxicos), os resultados do IQA indicaram que as águas da sub-bacia são de boa qualidade nos três pontos e não foram detectados os princípios ativos selecionados. A aplicação da metodologia do IQA mostrou-se eficiente para uma avaliação inicial do Rio das Pacas. Essas informações podem servir de subsídio para o gerenciamento da sub-bacia, para que se possa planejar o uso do solo e o controle na aplicação de agrotóxicos. / The sub-basin of the Rio das Pacas integrates Mampituba River basin in state of Rio Grande do Sul, Brazil. It covers partially the municipalities of Três Cachoeiras, Morrinhos do Sul and Três Forquilhas, with most of its territory occupied by banana cultivation, which represents the main product of the region and the main source of income for many families. Considering the importance of this crop, which coexist in the organic and conventional systems, and admittedly uses pesticides, this study aimed to determine the water quality at three points of the sub-basin of the Rio das Pacas. Therefore, two water sampling campaigns (August 11, 2013 and January 19, 2014) with different precipitation events were held. The results were subsidized by interviews with local key producers, the use of cartographic data in order to build a map of the use and cover of the land, the research of theoretical framework and finally the analysis of water samples in the laboratory. The assessment of water quality of selected points was possible from the implementation of the Water Quality Index - WQI of ‘Companhia Ambiental do Estado de São Paulo – CETESB’. Also analyzed the active ingredients carbofuran, glyphosate, mancozeb, picloran, propiconazole and methyl thiophanate which are admittedly used in pesticides in banana production to control pests, diseases and weeds. In the separate analysis of the parameters, considering the limits established by Resolution No. 357/2005 of CONAMA, most of the points were framed in Class 1, except the BOD in the first round and the phosphorus in the second, which were in Class 3. Although land use is intended to be predominantly by the human use (farming and conventional farming practices with the use of pesticides), the results indicate that the WQI waters of the sub-basin are considered of good quality and in the three points selected in the research active ingredients were not detected. The methodology of the WQI has been successful to an initial assessment of Rio das Pacas. This information can serve as a basis for managing the sub-basin, planning the land use in order to control the application of pesticides.

[pt] Uma forma de avaliar a qualidade da água e a qualidade ambiental de um reservatório para monitoramento futuro é listar e analisar as concentrações de tudo o que a mesma tem. Tal lista poderia ser tão longa quanto o número de elementos analisados, podendo ir de 20 e poucos componentes comuns a centenas. É assim que vários índices de qualidade têm sido propostos por serem capazes de sintetizar o maior número destes parâmetros de qualidade em um único valor de fácil interpretação. Não obstante, uma vez que a maior parte dos índices formulados serem para águas moventes, os mesmos têm pouca utilidade para lagos e reservatórios. Lagos e reservatórios são geralmente avaliados e classificados com base em índices de estado trófico e em análises de suas composições químicas. Porém, um índice de estado trófico não tem a mesma representatividade de um índice de qualidade, visto que o termo qualidade sugere uma avaliação subjetiva, importante ressaltar essa distinção de conceitos. Excelente ou pobre, a referência de qualidade da água depende do seu uso e das atitudes locais das pessoas. A definição de estado trófico e seu índice correspondente deveriam permanecer neutros a tais julgamentos subjetivos, mantendo-se numa estrutura dentro da qual podem ser feitas várias avaliações da qualidade da água. Dessa forma, no presente trabalho, criou-se um modelo de avaliação da qualidade da água e da qualidade ambiental para um reservatório tropical oligo-mesotrófico (reservatório das Lajes) capaz de representar em uma escala numérica as gradações nos níveis de qualidade, além de levar em consideração a subjetividade implícita no conceito de qualidade. A subjetividade da avaliação em discussão motivou o emprego da Lógica Fuzzy, metodologia capaz de representar, de forma mais eficiente e clara, os limites dos intervalos de variação dos parâmetros de qualidade para um conjunto de categorias subjetivas, quando esses limites não são bem definidos ou são imprecisos. Assim, foi desenvolvida uma ferramenta computacional baseada em Sistemas de Inferência Fuzzy que avalia automaticamente a qualidade em função de variáveis físicas, químicas e biológicas do reservatório. O referido modelo foi desenvolvido com base no conhecimento de especialistas em qualidade de água e qualidade ambiental do Centro de Ciências Biológicas e da Saúde da Universidade Federal do Estado do Rio de Janeiro (UNIRIO) e do Departamento de Biologia Animal da Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro (UFRRJ). O modelo foi avaliado utilizando dados de coleta do reservatório das Lajes coletados no ano 2005, 2008 e 2009. / [en] There are many approaches to monitor the water and environmental qualities of a reservoir. One approach is to list and analyze the concentration of chemicals and physical characteristics that the amount of water it contains. Such a list could be as long as the number of elements analyzed, from a few common components to hundreds. Thus, many indices have been proposed since they are able to synthesize as many of these quality parameters into a single value for an easy interpretation. However, majority of the indices are formulated to evaluate lentic ecosystems, they have little use for lakes and reservoirs. Lakes and reservoirs are generally evaluated and classified based on trophic state indices and chemical composition analysis. Nevertheless, a trophic state index does not have the same representativeness of a quality index. The term quality implies a subjective judgment that is best kept separate from the concept of trophic state. Excellent or poor, water quality depends on the use of that water and the local attitudes of the people. The definition of trophic state and its corresponding index should remain neutral to these subjective judgments, remaining a framework within which various evaluations of water quality may be made. Accordingly, in today s world of technology and advancement there exists a unique model to evaluate water quality and environmental quality for a tropical oligo-mesotrophic reservoir which is located and known as the reservoir of Lajes in the State of Rio de Janeiro, Brazil. This model is capable of representing quality levels on a numerical scale gradation, and also takes into consideration the subjectivity implicit in the concept of quality. The subjectivity, implicit in the concept of quality, motivated the use of fuzzy logic. This is a methodology to represent more efficiently the limits of ranges of quality parameters for a set of subjective categories, when these limits are not well defined or are inaccurate. As a result, we developed a computational tool based on a Fuzzy Inference System that automatically assesses the quality in terms of the physical, chemical and biological characteristics of the reservoir. The model was developed based on the knowledge of experts on water quality and environmental quality from the Biological Sciences and Health Center of Universidade Federal do Estado do Rio de Janeiro (UNIRIO) and from the Department of Animal Biology of the Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro (UFRRJ). The model was evaluated with data from the Lajes reservoir during the years 2005, 2008 and 2009.

Sabe-se que a formação de reservatórios altera a qualidade e a quantidade da água de montante e jusante e que a direção e a magnitude das alterações dependem de suas características construtivas, operacionais, morfométricas, bem como do regime hidrológico e climático da região. Porém, a maior parte deste conhecimento foi fundamentada em pesquisas de reservatórios com grande capacidade de regularização, que fazem parte da realidade do Pantanal, uma região que vem sendo impactada por um número cada vez maior de reservatórios com pequena capacidade de regularização, levantando questionamentos sobre seus possíveis efeitos no funcionamento da planície de inundação. Sendo assim, este trabalho procurou (i) identificar qual o fator chave determinante no processo de estratificação e mistura vertical do reservatório e se este pode influenciar na qualidade da água; (ii) avaliar os efeitos da formação e operação do reservatório na alteração da qualidade da água de montante e jusante e (iii) avaliar os efeitos da operação do reservatório na alteração do regime hidrológico de jusante, além de propor os limites preventivos para a sustentabilidade. O estudo foi desenvolvido no reservatório de Ponte de Pedra, localizado no rio Correntes, divisa dos estados de Mato Grasso e Mato Grosso do Sul (Centro Oeste do Brail), na fronteira entre o Pantanal e o Planalto. O reservatório apresentou prolongado período de estratificação vertical (mistura no inverno) dos parâmetros físicos e químicos da água nas partes médias e profundas, mantendo-se homogêneo na parte superior, onde se encontra a captação, não alterando as características da água de jusante. Entre os fatores analisados, o vento foi o único fator que influenciou significativamente a estrutura vertical da qualidade da água sendo beneficiada pelas características morfométricas e construtivas do reservatório. Longitudinalmente, a formação do reservatório alterou significativamente quatro dos dez parâmetros analisados, com redução média de 38% da turbidez, 28% do fósforo total, 23% dos sólidos totais e 14% do nitrato. Destes, apenas a turbidez e o nitrato foram afetados pelo controle operacional do tempo de retenção hidráulica. Em relação à alteração dos parâmetros do regime hidrológico anual, dos 31 analisados, os parâmetros de vazões mínimas de curta duração (1, 3 e 7 dias), vazões máximas de 90 dias e o número de pulsos baixos e altos foram significativamente alterados pela operação do reservatório. Destes, a vazão máxima de 90 dias e o número de pulsos altos resumem os impactos, e podem ser utilizados como parâmetros alvos para restauração e conservação do regime hidrológico. As vazões sazonais também foram significativamente alteradas, com maior impacto na estação seca (inverno). Com base na variabilidade natural do rio, foram propostos os limites preventivos para a sustentabilidade, com alterações diárias permitidas de ±18% no inverno, ±24% na primavera e ±22% no verão e outono, aplicados sobre a vazão natural. De maneira geral, as alterações na qualidade da água e no regime hidrológico provocado pela formação e operação do reservatório foram consideradas baixas, tanto em número de parâmetros alterados quanto nas magnitudes das alterações, e estas foram atribuídas às baixas concentrações de partículas e nutrientes na bacia, ao sistema de captação superficial, o curto tempo de retenção hidráulica, pequena capacidade de regularização associadas à sazonalidade no regime de chuvas e ventos na região, que limitam manobras operacionais para a maximização da eficiência energética. / The formation of reservoirs changes the quality and quantity of water, both upstream and downstream, and the direction and magnitude of such changes depend on their characteristics of construction, operation, morphometry, as well as hydrological regime and climate of the region. However, much of this knowledge was based on large reservoirs, which is not the reality of the Pantanal, an area that is being impacted by a growing number of reservoirs with low capacity for regularization, raising questions about possible effects on the floodplain functioning. In this way, this study aimed (i) to identify the key factor in the process of stratification and vertical mixing of the reservoir, and whether this can influence the water quality, (ii) to evaluate the effects of the reservoir formation and operation on the quality of water upstream and downstream of the reservoir, and (iii) to examine the effects of the reservoir operation on the downstream hydrological regime, in addition to propose preventive limits for sustainability. The study was conducted at Ponte de Pedra Reservoir, located on the Correntes river, the motto between the states of Mato Grasso and Mato Grosso do Sul (Central West Brazil), on the border between the Plateau and the Pantanal. The reservoir had an extended period of vertical stratification (mixture in the winter) of physical and chemical water parameters in the medium and deep parts of the water column, being homogeneous in the upper part where the water is capitation, without changing the characteristics of the downstream water. Among the factors analyzed, the wind was the only factor that significantly influenced the vertical structure of the water quality, favored by morphometric and constructive characteristics of the reservoir. Along the longitudinal axis, the reservoir formation significantly altered the turbidity and concentrations of total phosphorus, total solids, and nitrate, with mean reduction of 38, 28, 23 and 14% of their values. Among these, only turbidity and nitrate were affected by the operational control of the hydraulic retention time. In relation to the change in parameters of the annual hydrological regime, parameters of short-term minimum flows (1, 3 and 7 days), maximum flows of 90 days and the number of low and high pulses were significantly modified by the reservoir operation. Of these, the maximum flow of 90 days and the number of high pulses have summarized the impacts, and can be used as target parameters for restoration and conservation of the hydrological regime. Seasonal flows were also significantly altered, with the greatest impact in the dry season (winter). Based on the natural variability of the river, it was proposed preventive limits for sustainability, with permitted daily changes of ±18% in winter, ±24% in spring and ±22% in summer and autumn applied on the natural flow. In general, changes in water quality and hydrological regime caused by the reservoir formation and operation were considered low, both in number of altered parameters as magnitudes of such changes, and these characteristics were ascribed to low concentrations of particles and nutrients in the basin, to the surface capitation system, short hydraulic retention time, low capacity of regularization associated with the seasonality of the regime of rainfall and wind in the region, limiting operational maneuvers for maximizing the energy efficiency.

O objetivo desta Tese foi avaliar o papel da macrófitas submersas em relação à qualidade da água, interações com o fitoplâncton e ciclagem biogeoquímica na Lagoa Mangueira, um grande lago raso subtropical, no sul do Brasil. Para alcançar estes objetivos, este trabalho conta com uma série de abordagens, como: levantamentos de campo, etapas experimentais e uso de modelos ecológicos para avaliar a influência de macrófitas sobre a dinâmica do ecossistema de estudo, cujas águas são intensamente exploradas para suprir a cultura de arroz em sua área de entorno. Ao longo de seus 200km de perímetro litorâneo, a Lagoa apresenta maciços estandes submersos de vegetação. A análise de qualidade da água e estrutura da comunidade fitoplanctônica ao longo de um gradiente de vegetação submersa, partindo da zona litorânea para a zona pelágica (sem vegetação), revelou menor disponilibidade de nutrientes como orto-fosfato (PO4) e menor concentração de clorofila-a (Clo-a), na área com vegetação submersa. Na zona pelágica, os maiores valores de Clo-a foram corroborados pela maior biomassa fitoplanctônica, sendo representada principalmente por espécies de cianobactérias. Tais evidências sugerem o efeito antagônico entre macrófitas e fitoplâncton, como a competição por nutrientes e alelopatia. Em laboratório, estes mecanismos puderam ser comprovados em experimentos de coexistência realizados em microcosmos com 4 espécies de macrófitas nativas e uma cepa da cianobactéria Microcystis aeruginosa. Os testes envolveram níveis distintos de intensidade luminosa e concentração de PO4 visando determinar limiares para a ocorrência de alelopatia. As espécies Cabomba caroliniana e Myriophyllum spicatum se demonstraram potencialmente alelopáticas enquanto que as espécies Ceratophyllum demersum e Egeria densa apresentaram elevada capacidade de absorção de PO4 (±0,35 mg.g-1d-1) reduzindo rapidamente a concentração deste nutriente a valores abaixo de 0,05 mg.L-1. Outra abordadem experimental foi conduzida para parametrizar a cinética da liberação de nutrientes e carbono de 5 espécies de macrófitas durante o processo de decomposição. Com o auxílio de modelos ecológicos, foi simulado o crescimento de macrófitas submersas em lagos subtropicais e temperados. Isto foi realizado visando avaliar a possibilidade de aumento da resilência do estado de dominância por macrófitas em lagos de baixa latidude devido ao crescimento contínuo da vegetação, ao contrário de lagos temperados, onde as plantas morrem sazonalmente em função do inverno rigoroso. Além disso, foram simulados cenários considerando a possibilidade de colapso da vegetação submersa na Lagoa Mangueira em função de intensa tomada da água da Lagoa para irrigação. Com base na modelagem, foi possível estimar limiares de eutrofização para a proliferação do fitoplâncton. Em suma, os resultados comprovaram os mecanismos de retroalimentação positiva de macrófitas submersas sobre a qualidade da água e importância de suas funções ecológicas para o estado trófico e gestão da Lagoa Mangueira. Além disso, este conjunto de informações constitui uma base teórico-prática para o manejo, restauração e conservação de lagos rasos subtropicais e tropicais. / The aim of this Thesis was to evaluate the role of the submerged macrophytes with respect to water quality and, interactions with phytoplankton and nutrient cycling in the large shallow subtropical Lake Mangueira, southern Brazil. To achieve these goals, this work counts with approaches in situ, in laboratory and aplication of ecological modelling to verifify the influence of the submerged vegetation over the dynamics of the ecosystem, whose water is intensively explored to irrigate rice crops around its surrounding area. Over the 200km of the lake littoral perimeter, several submerged macrophyte beds are established. The analysis of water quality and phytoplankton structure along a macrophyte-pelagic gradient revealed lower concentration of orto-phosphate (PO4) and chlorophyll-a (Chlo-a) in the vegetated area. At the pelagic zone, the higher Chlo-a values were corroborated by the higher biomass of phytoplankton, which was mostly composed by cyanobacteria species. Such evidences suggest the antagonistic relantionship between macrophytes and phytoplankton as nutrient competition and allelopathy. Experiments of coexistance, in microcosms, with 4 native submerged macrophytes and a toxic strain of the cyanobacteria Microcystis aeruginosa proved the occurrence of these mechanisms. The experiments included different levels of light intensity and orto-phosphate concentration (PO4) in the medium aiming to identify thresholds in which allelopathy is likely to occur. The macrophytes Cabomba caroliniana and Myriophyllum spicatum showed allelopathic potential while the species Ceratophyllum demersum and Egeria densa showed a high capacity for PO4 absorption (±0.35 mg.g-1d-1), being able to reduce this nutrient to lower levels than 0.05 mg.L-1. Another experimental approach was carried out to parameterize the leaching of nutrients and carbon from 5 macrophytes under decaying process. Moreover, ecological modelling was utilized to simulate the growth of submerged macrophytes in subtropical and temperate lakes. This was done aiming to evaluate the possibility of resilience enhancement of the clear water state in lakes of low latitude because the plants can grow continuously, in contrast with temperate lakes, where they die seasonally due to rigorous winter. In addition, simulation of scenarios considering the collapse of the vegetation in Lake Mangueira because of water uptake for rice crops were carried out in oder to provide elements for the ecosystem management. Through this approach, it was possible to forecast possible eutrophication thresholds for phytoplankton blomming. In conclusion, the results proved the the postive feed-back mechanisms exerted by the submerged macrophytes on the water quality and the importance of their ecological functions to the trophic state of Lake Mangueira. In addition, such information serve as theoretical and practical basis for the management, restoration and conservation of subtropical and tropical shallow lakes.

O objetivo desta Tese foi avaliar o papel da macrófitas submersas em relação à qualidade da água, interações com o fitoplâncton e ciclagem biogeoquímica na Lagoa Mangueira, um grande lago raso subtropical, no sul do Brasil. Para alcançar estes objetivos, este trabalho conta com uma série de abordagens, como: levantamentos de campo, etapas experimentais e uso de modelos ecológicos para avaliar a influência de macrófitas sobre a dinâmica do ecossistema de estudo, cujas águas são intensamente exploradas para suprir a cultura de arroz em sua área de entorno. Ao longo de seus 200km de perímetro litorâneo, a Lagoa apresenta maciços estandes submersos de vegetação. A análise de qualidade da água e estrutura da comunidade fitoplanctônica ao longo de um gradiente de vegetação submersa, partindo da zona litorânea para a zona pelágica (sem vegetação), revelou menor disponilibidade de nutrientes como orto-fosfato (PO4) e menor concentração de clorofila-a (Clo-a), na área com vegetação submersa. Na zona pelágica, os maiores valores de Clo-a foram corroborados pela maior biomassa fitoplanctônica, sendo representada principalmente por espécies de cianobactérias. Tais evidências sugerem o efeito antagônico entre macrófitas e fitoplâncton, como a competição por nutrientes e alelopatia. Em laboratório, estes mecanismos puderam ser comprovados em experimentos de coexistência realizados em microcosmos com 4 espécies de macrófitas nativas e uma cepa da cianobactéria Microcystis aeruginosa. Os testes envolveram níveis distintos de intensidade luminosa e concentração de PO4 visando determinar limiares para a ocorrência de alelopatia. As espécies Cabomba caroliniana e Myriophyllum spicatum se demonstraram potencialmente alelopáticas enquanto que as espécies Ceratophyllum demersum e Egeria densa apresentaram elevada capacidade de absorção de PO4 (±0,35 mg.g-1d-1) reduzindo rapidamente a concentração deste nutriente a valores abaixo de 0,05 mg.L-1. Outra abordadem experimental foi conduzida para parametrizar a cinética da liberação de nutrientes e carbono de 5 espécies de macrófitas durante o processo de decomposição. Com o auxílio de modelos ecológicos, foi simulado o crescimento de macrófitas submersas em lagos subtropicais e temperados. Isto foi realizado visando avaliar a possibilidade de aumento da resilência do estado de dominância por macrófitas em lagos de baixa latidude devido ao crescimento contínuo da vegetação, ao contrário de lagos temperados, onde as plantas morrem sazonalmente em função do inverno rigoroso. Além disso, foram simulados cenários considerando a possibilidade de colapso da vegetação submersa na Lagoa Mangueira em função de intensa tomada da água da Lagoa para irrigação. Com base na modelagem, foi possível estimar limiares de eutrofização para a proliferação do fitoplâncton. Em suma, os resultados comprovaram os mecanismos de retroalimentação positiva de macrófitas submersas sobre a qualidade da água e importância de suas funções ecológicas para o estado trófico e gestão da Lagoa Mangueira. Além disso, este conjunto de informações constitui uma base teórico-prática para o manejo, restauração e conservação de lagos rasos subtropicais e tropicais. / The aim of this Thesis was to evaluate the role of the submerged macrophytes with respect to water quality and, interactions with phytoplankton and nutrient cycling in the large shallow subtropical Lake Mangueira, southern Brazil. To achieve these goals, this work counts with approaches in situ, in laboratory and aplication of ecological modelling to verifify the influence of the submerged vegetation over the dynamics of the ecosystem, whose water is intensively explored to irrigate rice crops around its surrounding area. Over the 200km of the lake littoral perimeter, several submerged macrophyte beds are established. The analysis of water quality and phytoplankton structure along a macrophyte-pelagic gradient revealed lower concentration of orto-phosphate (PO4) and chlorophyll-a (Chlo-a) in the vegetated area. At the pelagic zone, the higher Chlo-a values were corroborated by the higher biomass of phytoplankton, which was mostly composed by cyanobacteria species. Such evidences suggest the antagonistic relantionship between macrophytes and phytoplankton as nutrient competition and allelopathy. Experiments of coexistance, in microcosms, with 4 native submerged macrophytes and a toxic strain of the cyanobacteria Microcystis aeruginosa proved the occurrence of these mechanisms. The experiments included different levels of light intensity and orto-phosphate concentration (PO4) in the medium aiming to identify thresholds in which allelopathy is likely to occur. The macrophytes Cabomba caroliniana and Myriophyllum spicatum showed allelopathic potential while the species Ceratophyllum demersum and Egeria densa showed a high capacity for PO4 absorption (±0.35 mg.g-1d-1), being able to reduce this nutrient to lower levels than 0.05 mg.L-1. Another experimental approach was carried out to parameterize the leaching of nutrients and carbon from 5 macrophytes under decaying process. Moreover, ecological modelling was utilized to simulate the growth of submerged macrophytes in subtropical and temperate lakes. This was done aiming to evaluate the possibility of resilience enhancement of the clear water state in lakes of low latitude because the plants can grow continuously, in contrast with temperate lakes, where they die seasonally due to rigorous winter. In addition, simulation of scenarios considering the collapse of the vegetation in Lake Mangueira because of water uptake for rice crops were carried out in oder to provide elements for the ecosystem management. Through this approach, it was possible to forecast possible eutrophication thresholds for phytoplankton blomming. In conclusion, the results proved the the postive feed-back mechanisms exerted by the submerged macrophytes on the water quality and the importance of their ecological functions to the trophic state of Lake Mangueira. In addition, such information serve as theoretical and practical basis for the management, restoration and conservation of subtropical and tropical shallow lakes.