IMPACT OF LAND USE AND COVER ON GROUNDWATER QUALITY, CHALLENGES OF SCARCITY AND CONTAMINATION FOR WATER MANAGEMENT IN BRAZILIAN SEMI-ARID CITIES
Abstract
Groundwater is strategic for socio-economic development, especially in semi-arid environments where, in many cases, it is the only viable resource for domestic supply and various economic sectors. In the city of Apodi, in the Brazilian semi-arid region, located in the recharge area of the Açu aquifer, groundwater is used for multiple purposes, but primarily for domestic supply. This work sought to study the relationship between the use and coverage of urban land and water quality, identifying qualitative limitations, sources, and types of contamination for water use in domestic supply. To this aim, wells and potentially contaminating sources were registered, physical and chemical parameters of water samples from 26 wells were collected and analyzed. The data were discretized using ordinary kriging, which made it possible to identify the relationship between the most consolidated urban area and nitrate contamination, which reached 34.6% of the wells analyzed. This points to the risk of qualitative scarcity of this important resource, mainly due to the lack or deficiency in the collection and treatment of domestic effluents.
Keywords: Aquifers, Environmental Contamination, Domestic Effluents, Nitrogen Compounds
References
ABASCAL, E.; GÓMEZ-COMA, L.; ORTIZ, I.; ORTIZ, A.. Global diagnosis of nitrate pollution in groundwater and review of removal Technologies. Sci. Total Environ. (2022).
ANA - Agência Nacional de Águas. Atlas Brasil: abastecimento urbano de água: panorama nacional. Brasília: ANA, 2015.
ANA - Agência Nacional de Águas. Atlas águas: segurança hídrica do abastecimento urbano (2021). Brasília (Brasil). http://atlas.ana.gov.br Acesso em 05 de outubro de 2023.
ANA - Agência Nacional de Águas. Manual de usos consuntivos de água no Brasil. Brasília: ANA, 2019.
AYEJOTO, Daniel A.; AGBASI, Johnson C.; EGBUERI, Johnbosco C.; ABBA, S.I.. Evaluation of oral and dermal health risk exposures of contaminants in groundwater resources for nine age groups in two densely populated districts, Nigeria. Heliyon, 9 (2023) e15483.
BARAKAT, A.; MOUHTARIM, G., SAJI, R., TOUHAMI, F.. Health risk assessment of nitrates in the groundwater of Beni Amir irrigated perimeter, Tadla plain, Morocco. Hum. Ecol. Risk Assess. (2020)
BASSOI, L. J., 2005. Poluição das Águas. In: PHILIPPI JÚNIOR, A.; PELICIONE, M. 598 C. F. (ed) Educação Ambiental e Sustentabilidade, 1rd edn. Manole, Barueri, 599 pp 175–194.
BORTOLI, M.; PRÁ, M. C. de; KUNZ, A. Tratamento do digestato: remoção de nitrogênio. In: KUNZ, A.; STEINMETZ, R. L. R.; AMARAL, A. C. do (Ed.). Fundamentos da digestão anaeróbia, purificação do biogás, uso e tratamento do digestato. Concórdia: Sbera: Embrapa Suínos e Aves, 2019. p. 129-190. DOI: https://dx.doi.org/10.21452/978-85-93823-01-5.2019.01_6.
BRASIL. Ministério do Meio Ambiente. Conselho Nacional de Meio Ambiente. Resolução CONAMA nº 396, de 3 de abril de 2008. Dispõe sobre a classificação e diretrizes ambientais para o enquadramento das águas subterrâneas e dá outras providências. Brasília, DF: Diário Oficial da União, 2008.
BRASIL. Portaria de Consolidação nº 5, de 28 de setembro de 2017. Consolidação das normas sobre as ações e os serviços de saúde do Sistema Único de Saúde. Ministério da Saúde.
BRASIL. Portaria GM/MS Nº 888, de 4 de maio de 2021. Altera o Anexo XX da Portaria de Consolidação GM/MS nº 5, de 28 de setembro de 2017, para dispor sobre os procedimentos de controle e de vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade. Disponível em https://bvsms.saude.gov.br/bvs/saudelegis/gm/2021/prt0888_07_05_2021.html Acesso em 17 de maio de 2023.
CASALI, C. A. Qualidade da água para consumo humano ofertada em escolas e comunidades rurais da região central do Rio Grande do Sul. 2008. 173 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Ciência do Solo, Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria - RS, 2008.
CETESB – Companhia Ambiental do Estado de São Paulo. Qualidade das Águas Interiores no Estado de São Paulo 2020: Apêndice E - Significado Ambiental e Sanitário das Variáveis de Qualidade. São Paulo: CETESB, 2021
CHEN, S.; LING, J.; BLANCHETON, J.. Nitrification Kinetics of Biofilm as Affected by Water Quality Factores. Aquacultural Engginering, v. 34, p. 179-197, 2006
CONDEL – Conselho Deliberativo da Superintendência do Desenvolvimento do Nordeste. Resolução nº 107, de 27 de julho de 2017. Estabelece critérios técnicos e científicos para a delimitação do semiárido brasileiro e procedimentos para a revisão de sua abrangência. Disponível em: https://www.lex.com.br/legis_27508570_RESOLUCAO_N_107_DE_27_DE_ JULHO_DE_2017.aspx Acesso em 23 de maio de 2022.
CUSTÓDIO, E.; LLAMAS, M. R. Hídrologia Subterránea. 2. ed. Barcelona: Omega. 1983. vol. 2.
DINIZ FILHO, J. B., MORAIS FILHO, A. C., 2010. Potencialidade hidrogeológica do grande do norte. Geodiversidade do estado do Rio Grande do Norte. In: PFALZGRAFF, P. A. S., TORRES, F. S. M., CPRM, Recife.
EBRAHIMI, S.; ROBERTS, D. J.. Sustainable nitrate-contaminated water treatment using multi cycle ion-exchange/bioregeneration of nitrate selective resin. J Hazard. Mater., 2013, 262, 539-544.
EGBUERI, J. C., 2023. A multi-model study for understanding the contamination mechanisms, toxicity and health risks 636 of hardness, sulfate, and nitrate in natural water resources. Environ. Sci. Pollut. Res. https://doi.org/10.1007/s11356-023-26396-5.
EMPARN - Empresa de Pesquisa Agropecuária do Rio Grande do Norte (2024) Relatório pluviométrico por posto. EMPARN, Parnamirim, Brasil.
ESTEVES, F. de A... Fundamentos de limnologia. Interciência: FINEP Rio de Janeiro-RJ, 1988, 557p.
FEITOSA, F. A. C.; FILHO, J. M.; FEITOSA, E. C.; DEMETRIO, J. G. A.. Hidrogeologia: conceitos e aplicações. 3ª ed. Ver e ampl. Rio de Janeiro: CPRM/LABHID, 2008. 812p.
GOMES, M. da C. R.. Análise situacional qualitativa sobre as águas subterrâneas de Fortaleza, Ceará-Brasil como subsídio a gestão dos recursos hídricos. 2013. 2014 f. Tese (Doutorado em geologia) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza-CE, 2013.
GOMES, Maria da Conceição Rabelo. NASCIMENTO, Sérgio Augusto de Morais. Caracterização das Águas Subterrâneas no Alto Cristalino de Salvador-Bahia com Auxílio da Estatística Multivariada. Anuário do Instituto de Geociências, 2021, v. 44, 40600 https://doi.org/10.11137/1982-3908_2021_44_40600
GRAY, N. F.. Drinking Water Quality – Problems and Solutions. 2nd edition, Cambridge University Press, 2008.
GRIMMEISEN, F.; LEHMANN, M.F.; LIESCH, T.; GOEPPERT, N.; KLINGER, J.; ZOPFI, J.; GOLDSCHEIDER, N. 2017. Isotopic constraints on water source mixing, network leakage and contamination in an urban groundwater system. Science of the Total Environment, 583: 202-213. https://doi. org/10.1016/j.scitotenv.2017.01.054
HEM J. D.. Study and Interpretation of the Chemical Characteristics of Natural Water. U.S.G.S. Water Supply Paper, 1473. 1. ed. 1959. 269 p.
HEM, J. D. Estudo e interpretação das características químicas da água natural. Departamento do Interior, Serviço Geológico dos EUA, 1985
HIRATA, R. et al. As águas subterrâneas e sua importância ambiental e socioeconômica para o Brasil. São Paulo: Universidade de São Paulo, 2019.
IBGE - INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA. Regiões de Influência das Cidades 2018 (REGIC). Rio de Janeiro: 2020a. Disponível em: https://biblioteca.ibge.gov.br/index.php/biblioteca-catalogo?view=detalhes&id=2101728. Acesso em: 10 de março de 2022.
IDEMA. Perfil do seu Município: Apodi. 2008. Disponível em: http://www.idema.rn.gov.br/Conteudo.asp?TRAN=CATALG&TARG=61&ACT=null&PAGE=0&PARM=null&LBL=Socioecon%C3%B4mico>. Acesso em: 18 maio. 2024
JAKÓBCZYK-KARPIERZ, Sabrina. SLÓSARCZYK, Kinga. Isotopic signature of anthropogenic sources of groundwater contamination with sulfate and its application to groundwater in a heavily urbanized and industrialized area (Upper Silesia, Poland). Journal of Hydroly, 618 (2022)
JEONG, Chan Ho. Effect of land use and urbanization on hydrochemistry and contamination of groundwater from Taejon area, Korea. Journal of Hydrology, Volume 253, Issues 1–4, 15 November 2001, Pages 194-210
JIANG, X.W.; WAN, L.; WANG, X.S.; GE, S.; LIU J.. Effect of exponential decay in hydraulic conductivity with depth on regional groundwater flow Geophys. Res. Lett., 36 (24) (2009)
JIAO, Jianying; BEFUS, Kevin M.. ZHANG, Ye. Soil contaminants pose delayed but pervasive threat to shallow groundwater. Journal of Hydrology, 7 (2024).
LAUREANO, J. de J.; MENDONÇA, A. G.; LOPES, D. da S.; SOUSA, L. M. de; LIMA, T. de O.; ROSA, A. L. D. da; BASTOS, W. R.; NASCIMENTO, E. L. do. Análise da qualidade da água subterrânea: estudo de caso na microbacia do Igarapé Nazaré (Rondônia, Amazônia ocidental). Águas Subterrâneas, [S. l.], v. 35, n. 1, 2020. DOI: 10.14295/ras.v35i1.29972.
LEMOS, M. de, FERREIRA NETO, M., DIAS, N. da S., 2010. Sazonalidade e variabilidade espacial da qualidade da água na Lagoa do Apodi, RN. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental. https://doi.org/10.1590/S1415-43662010000200006.
LENZI, Ervim; FAVERO, Luzia Otília Bortotti; LUCHESE, Eduardo Bernardi. Introdução à química da água: ciência, vida e sobrevivência. Rio de Janeiro: LTC, 2009.
LI, P., TIAN, R., XUE, C., WU, J., 2017. Progress, opportunities and key fields for groundwater quality research under the impacts of human activities in China with a special focus on western China. Environ Sci Pollut Res. https://doi.org/10.1007/s11356-017-8753-7
LIMA, K. S. D. de. Alterações dos parâmetros climáticos no município de Apodi-RN, antes e após a construção da barragem Santa Cruz do Apodi, e formação do lago. Dissertação do Mestrado em Geografia – Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2007
LIU, C. W.; WANG, Y.; B. JANG, C. S. Probability-based nitrate contamination map of groundwater in Kinmen. n. 185. Environmental Monit. Asses, p. 10147 – 10156.
LUCON, T. N., COSTA, A. T., GALVÃO, P., LEITE, M. G. P.,. Natural background levels and seasonal influence on groundwater chemistry of the upper São Francisco karst region, MG, Brazil. Brazilian Journal of Geology. 35, 2018, https://doi.org/10.1590/2317-4889201820180071.
MOBUS, G. Qualigraf: software para interpretação de análises físico-químicas, versão LEMOS, M. de.; FERREIRA NETO, M.; DIAS, N. da S.. Sazonalidade e variabilidade espacial da qualidade da água na Lagoa do Apodi, RN. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, v.14, n.2, p.155–164, 2010.
MONTANHEIRO, F. 2014. Contaminação por nitrato no aquífero Adamantina: o caso do município de Monte Azul Paulista/SP. Instituto de Geociências e Ciências Exatas, Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho, Rio Claro, Dissertação de Mestrado, 93 p. http://hdl.handle.net/11449/110572.
NAIK, M. R. et al. Assessment of groundwater geochemistry using multivariate water quality index and potential health risk in industrial belt of central Odisha, India. Environ. Pol. (2022).
OBEIDAT, M. M.; AWAWDEH, M.; AL-RUB, F. A.; AL-AJOUNI, A.. An innovative Nitrate pollution Index and Multivariate Statistical Investigations of Groundwater Chemical Quality of Umm Rijam Aquifer (B4), North Yarmouk River Basin, Jordan. Vouddouris K, Voutusa D. Water Quality Monitoring And Assessment. InTech, Croatia, 2012, pp. 169-188.
OKSUZTEPE, Eyyup; YILDIRIM, Oksuztepe. PEM fuel cell and supercapacitor hybrid power system for four in-wheel switched reluctance motors drive EV using geographic information system. International Journal of Hydrogen Energy, 2024, https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.12.207
ONU - ORGANIZAÇÃO DAS NAÇÕES UNIDAS. Água para consumo humano. Relatório de desenvolvimento humano. Nova York: ONU, 2006. Capítulo 2.
PEIXOTO, F. da S.,; CAVALCANTE, I. N. (2019). Vulnerabilidade aquífera e risco de contaminação da água subterrânea em meio urbano. Geologia USP. Série Científica, 19(2), 29-40. https://doi.org/10.11606/issn.2316-9095.v19-142384.
PEIXOTO, F. da S.; CAVALCANTE, I. N.. Sewage static system influence on the concentrations of nitrogen compounds in unconfined aquifers Eng Sanit Ambient, v.26, n.2, p. 273-281, 2021
PEIXOTO, F. da S.; TÔRRES, L. M. G.; FERREIRA, I. C. da S..; SOUZA FILHO, J. C. S. de. Risco de contaminação da água subterrâneas associada ao uso e cobertura do solo urbano em Apodi-RN. Revista Acta Hidrogeográfica, v. 1, p. 1 – 18, 2022.
PEIXOTO, F. S., DIAS, G. H.,. Hidrogeologia da porção oeste da Bacia Potiguar: aspectos quantitativos e problemática para gestão da água subterrânea. IN: Peixoto, F. da S., Guedes, J. A., Grigio, A. M., Dias, G. H., Diodato, M. A. (ed) Hidrogeografia e gestão das águas no semiárido. Edições UERN, Mossoró, 2023.
PESSOA NETO, O. C.; SOARES, U. M.; SILVA, J. G. F.; ROESNER, E. H.; FLORENCIO, C. P.; SOUZA, C. A. V. Bacia Potiguar. B. Geoci. Petrobrás, Rio de Janeiro, v. 5, n. 2, p, 357-369, 2007.
PIRES, L. C. M.; VAITSMAN, D. S.; DUTRA, P. B.. Diagnóstico químico preliminar da qualidade das águas superficiais do Parque Nacional da Serra dos Órgãos e entorno. Rio de Janeiro: Ciência e conservação da serra dos órgãos, 2007.
PIVELI, R. P.; KATO, M. T.. Qualidade das águas e poluição: aspectos físico-químicos. São Paulo: ABES, 2006. Acesso em: 31 maio 2023
QGIS DEVELOPMENT TEAM. QGIS Geographic Information System. Versão 3.28.2 'Firenze’2022. Disponível em: http://qgis.osgeo.org. Acesso em: 30 de agosto de 2023.
RAMALINGAM, S., PANNEERSELVAM, B., KALIAPPAN, S. P.. Effect of high nitrate contamination of groundwater on human health and water quality index in semi-arid region, South 751 India. Arab J Geosci 15, 2022, pp. 242. https://doi.org/10.1007/s12517-022-09553-x
RAO, N.S.; SUNITHA, B.; SUN L.; DEEPTHI SPANDANA, B.; MAYA, C.. Mechanisms controlling groundwater chemistry and assessment of potential health risk: a case study from South India. Geochemistry, 80 (4) (2020).
RAO, N.S.; DINAKAR, A.; KUMARI, B.K.; KARUNANIDHI, D.; Kamalesh, T.. Seasonal and spatial variation of groundwater quality vulnerable zones of Yellareddygudem watershed, Nalgonda district, Telangana State, India Arch. Environ. Contam. Toxicol., 80 (1) (2021), pp. 11-30
SILVA, J. J. F.; MIGLIORINI, R. B.. Caracterização das Águas Subterrâneas do Aquífero Furnas na Região Sul do Estado de Mato Grosso. Revista Geociências, n. 2, 2014, p.261-77.
SOUSA, C. J. da S.; BORGES, W. R.; PINHEIRO, K. S. F.. Caracterização hidroquímica das águas do sistema aquífero brarreiras-itapecuru na ilha do Maranhão, no litoral norte do Brasil. São Paulo, UNESP, Geociências, v. 41, n. 2, p. 437 - 450, 2022.
SOUSA, P.; SOUZA, J. Andad, versão 7.12, 2000.
SAWYER, C. N.; MCCARTY, P. L. Chemistry for Environmental Engineering. 3. ed. McGrawHill Book Company, 1978.
SOUTO, R. T.; BRANDÃO, F. G.; PINTO, M. C. F.; MOURÃO, M. A. A. Estudo comparativo de modelos de determinação da alcalinidade das amostras de água subterrâneas. Águas Subterrâneas, [S. l.], 2015. Disponível em: https://aguassubterraneas.abas.org/asubterraneas/article/view/28285. Acesso em: 18 maio. 2023.
SPERLING, M.V. Introdução a qualidade das águas e ao tratamento de esgotos. 3. ed. Belo Horizonte: DESA; UFMG, 2005. 452 p. (Princípios do Tratamento Biológico de Águas Residuárias, v.1).
TEDESCO, A. M. Avaliação da vulnerabilidade das águas subterrâneas por meio dos métodos AHP e TOPSIS. Dissertação de Mestrado. Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Paraná. 2018.
TORRE, J. A. C.. Fangos activos. (Eliminación Biológicas de Nutrientes). Colegio de Igenieros de Caminos, Canales y Puerto. Rugarte: Madrid/Espanha. 2ed. 2004.
TÔRRES, Lucas Matheus Garcia. Escassez e contaminação: desafios para a conservação das águas subterrâneas em pequenas cidades no semiárido brasileiro. Dissertação de mestrado. Universidade do Estado do Rio Grande do Norte. Mossoró, 2023
TÔRRES, Lucas Matheus Garcia; CARVALHO, Andreza Tacyana Felix. Variabilidades e regionalização dos totais pluviométricos anuais no Rio Grande do Norte entre os anos de 2000 e 2019. Revista Brasileira de Climatologia, [S. l.], v. 31, n. 18, p. 73–97, 2022. DOI: 10.55761/abclima.v31i18.15853. Disponível em: https://ojs.ufgd.edu.br/index.php/rbclima/article/view/15853. Acesso em: 17 abr. 2024.
VASCONCELOS, E.P., LIMA NETO, F. F. & ROOS, S.;Unidades de correlação da Formação Açu-Bacia Potiguar. In: SBG/Núcleo Nordeste, Congresso Brasileiro de Geologia, 36, Natal, Anais, 1:227-240, 1990.
VYSTAVNA, Y. DIADIN, D.; YAKOVLEV, V.; HEJZLAR, J.; VADILLO, I.; HUNEAU, F.; LEHMANN, M. 2017. Nitrate contamination Endereço dos autores: in a shallow urban aquifer in East Ukraine: evidence from hydrochemical, stable isotopes of nitrate and land use analysis. Environmental Earth Sciences, 76(13): 1-13. https://doi. org/10.1007/s12665-017-6796-1
WANG, L. et al. The changing trend in nitrate concentrations in major aquifers due to historical nitrate loading from agricultural land across England and Wales from 1925 to 2150 Sci. Total Environ. (2016)
ZHANG, Q.; SUN, J.; LIU, J.; HUANG, G.; LU, C. 2015. Driving mechanism and sources of groundwater nitrate contamination in the rapidly urbanized region of south China. Journal of Contaminant Hydrology, 182: 221-230. https://doi.org/10.1016/j.jconhyd.2015.09.009
Authors who publish in this journal agree to the following terms:
- Authors retain the copyright and grant MERCATOR the right of first publication, with the work simultaneously licensed under the Creative Commons Attribution License, which allows the sharing of the work with recognition of the authorship of the work and initial publication in this journal.
- Authors are authorized to sign additional contracts separately, for non-exclusive distribution of the version of the work published in this journal (e.g., publish in an institutional repository or as a book chapter), with acknowledgment of authorship and initial publication in this journal.
- Authors are allowed and encouraged to publish and distribute their work online (e.g., in institutional repositories or on their personal page) at any point before or during the editorial process, as this can generate productive changes as well as increase the impact and citation of the published work (see The Effect of Free Access).
- Authors are responsible for the content of the manuscript published in the journal.