Evolution of physicochemical species concentration in streams based on heavy rainfall event data obtained for high-frequency monitoring

Abstract

Studies carried out over short time intervals assist in understanding the biogeochemical processes occurring relatively fast in natural waters. High frequency monitoring shows a greater variability in the water quality during and immediately after heavy rainfall events. This paper presents an assessment of the surface water quality parameters in the Atlantic Forest biome, caused by heavy rainfall events. The work was developed in two fluviometric sections of the Concordia River watershed, located in the state of Santa Catarina, southern Brazil. The spatial distribution of land use shows the predominance of Atlantic Forest in fluviometric section 1 (FS1) and pasture, forestry, agriculture, and Atlantic Forest in fluviometric section 2 (FS2). In each selected heavy rainfall event, the evolution rainfall height, the water level, and physicochemical parameters of water were analyzed. In all events, the water quality changed due to the heavy rainfall. After the events, an increase in water level and turbidity in both fluviometric sections were detected. In addition, the ammonium ion concentration increased in the river, and the pH value and nitrate concentration decreased. The electrical conductivity presented different behavior in each section. The dissolved oxygen concentration increased in 19 of 27 events. The principal component (PC1) correlated with the turbidity in FS1, and it correlated with level, turbidity, and pH in FS2.Keywords: Atlantic Forest; Ombrophilous Dense Forest; Water quality; In situ monitoring. RESUMOEstudos realizados em intervalos curtos de tempo auxiliam no entendimento dos processos biogeoquímicos, que ocorrem relativamente rápido em águas naturais. Os dados de alta frequência revelam maior variabilidade na qualidade da água durante e imediatamente após os eventos de precipitação intensa. Este artigo busca avaliar as alterações dos parâmetros de qualidade de águas superficiais, em bioma de Mata Atlântica, provocadas por eventos de precipitação intensa. O trabalho foi realizado em duas seções fluviométricas da bacia do Ribeirão Concórdia, localizado no estado de Santa Catarina, sul do Brasil. A distribuição espacial do uso do solo demonstra a predominância de Mata Atlântica na seção 1 e pastagem, reflorestamento, Mata Atlântica e agricultura na seção 2. Em cada evento de precipitação intensa selecionado, foi analisada a evolução temporal da altura da precipitação, da cota fluviométrica e de cada parâmetro físico-químico da água. Em todos os eventos a qualidade da água sofreu alterações em virtude da precipitação intensa. Após os eventos, houve aumento da cota e da turbidez em ambas as seções fluviométricas, já o íon amônio teve acréscimo de concentração no rio e o pH diminuiu. A condutividade elétrica apresentou comportamento diferente em cada seção. O nitrato diminuiu sua concentração logo após a precipitação. O oxigênio dissolvido aumentou sua concentração em 19 dos 27 eventos. A componente principal CP1 apresentou correlação com a cota, nitrato e a turbidez, na seção 1 e com cota,...

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“…As áreas urbanas onde há lançamento de efluentes domésticos sem tratamento, contribuem para o aumento da condutividade elétrica, tal qual a situação observada em P5, que está localizado na cidade de Piracuruca. Resultado semelhante foi observado por Girardi et al (2016) ao estudar a qualidade da água da bacia hidrográfica do rio Cubatão do Sul em Santa Catarina e por Mateus et al (2015) estudando a qualidade da água do rio Uberaba em Minas Gerais. Os valores elevados para condutividade elétrica em P7 situado em área rural com grande atividade de rizicultura, pode ser atribuído devido ao transporte de compostos iônicos utilizados na agricultura, tais como potássio, fósforo e nitrogênio.…”

Spectral analysis in determining water quality sampling intervals

“…For the historical series of water quality data, several factors may influence the frequencies present in the signal, such as rainfall seasonality, intraday variations in atmospheric pressure, variations in metabolism of aquatic organisms, and even cyclic effluent discharges (CARVALHO et al, 2015;DAMASCENO et al, 2015;GIRARDI et al, 2016). Nevertheless, it is possible to verify which frequencies have the highest density in the signal, that is, which are present and which predominate in the historical series, showing which periodicities are relevant.…”