Aplicação da geoquímica multielementar e isotópica para gestão das bacias de captação utilizadas no abastecimento público do município de Caxias do Sul, RS

As bacias de captação Faxinal e Maestra são responsáveis pela maior parte do abastecimento público de água do Município de Caxias do Sul, RS, e se localizam em região recoberta pelas unidades ignimbríticas riodacíticas da Formação Serra Geral. O presente estudo relata a influência do uso do solo na composição geoquímica das águas e sedimentos finos observados nos principais tributários das bacias, tendo como objetivo aplicar a geoquímica multielementar e isotópica para determinar as concentrações e os diferentes tipos de fontes de contaminantes presentes nas bacias hidrográficas estudadas, desenvolvendo um diagnóstico capaz de auxiliar no planejamento e gestão destes recursos hídricos. Para tanto, foi necessário correlacionar a composição geoquímica dos sedimentos finos de fundo com a rocha-fonte e a composição dos principais fertilizantes utilizados nas áreas agrícolas. Adicionalmente, foram determinadas as razões isotópicas de Pb e Sr em sedimentos de suspensão, associando com as assinaturas isotópicas de fertilizantes e de sedimentos nas nascentes principais, relacionando com a influência dos insumos utilizados na agricultura e da estação de tratamento de esgoto (ETE) nas águas dos tributários, utilizando-se os isótopos de δ2H-H2O, δ18O-H2O, δ15N-NO3-, δ18O-NO3- e δ15N. As amostras de sedimentos, água e fertilizantes foram analisadas por difração de Raios-X, ICP-MS, espectrômetro de ionização térmica, espectrómetro de massa VG Sector 54, espectroscopia de absorção de laser (Tipo Cavity Ring-Down Spectroscopy) e espectrômetro de Massa por Razão Isotópica (IRMS). O primeiro manuscrito apresenta resultados obtidos nos sedimentos de fundo interpretados com suporte de estatística descritiva e multivariada (Análise de Componentes Principais e Análise Fatorial), relacionando com o fator de enriquecimento. Estes resultados demonstram que os sedimentos de corrente dos córregos da bacia de captação Faxinal expõem contaminação e efeito acumulativo por metais pesados provenientes da aplicação de fertilizantes e fungicidas, enquanto que o excesso de sódio nos sedimentos da bacia de captação Maestra são resultantes da descarga direta de esgoto doméstico no recurso hídrico. O segundo manuscrito expõe resultados de 87Sr/86Sr para sedimentos em suspensão (0,717324 – 0,723113) e para os fertilizantes (0,705 – 0,710) configurando duas populações. As razões isotópicas de chumbo para os sedimentos apresentaram valores de 208Pb/204Pb (38,42 – 38,97), 206Pb/204Pb (18,72 – 19,07), 207Pb/204Pb (15,60 – 15,75), 208Pb/206Pb (2,037 – 2,055) e 207Pb/206Pb (0,824 – 0,833). Os valores dos isótopos de estrôncio e chumbo demonstraram que os sedimentos em suspensão são compatíveis com origem geogênica, e apresentam influência de fungicidas utilizados nas áreas agrícolas. O terceiro manuscrito mostra resultados dos isótopos de N e O de nitrato nas águas demonstraram valores de δ15N entre 3,9 e 19,4, enquanto o δ18O entre 4,2 e 21,7. Estas assinaturas isotópicas estão representadas em diferentes compartimentos do gráfico característico δ15N-NO3- vs δ18O-NO3-. Os pontos monitorados Fx-01, Fx-02, Fx-03, Fx-04, Fx-05 e Fx-06 demonstram valores com influência e contribuição de fertilizantes. Por outro lado, o ponto Fx-07 sugere interferência por descarga direta de efluente doméstico no tributário e o ponto Fx-ETE apresenta assinatura característica de ambiente de denitrificação. Através da interpretação dos resultados obtidos nos três manuscritos reconhece-se que as águas das represas Maestra e Faxinal recebem contaminantes provenientes de diferentes fontes, que abrangem a aplicação de insumos agrícolas e as descargas de esgoto doméstico sem tratamento.The Faxinal and Maestra catchment basin are responsible for most of the public water supply of the city of Caxias do Sul, RS, and are located in the region covered by riodacíticas ignimbríticas units of the Serra Geral Formation. This study describes the influence of land use in the geochemical composition of water and fine sediments observed in the main tributaries of the watershed, aiming to apply the multielement and isotopic geochemistry to determine the concentrations and the different types of sources of contaminants in the studied basins, developing a diagnosis to assist in the planning and management of water resources. Therefore, it was necessary to correlate the geochemical composition of botton fine sediment with the rock-source and composition of the main fertilizers used in the agricultural areas. Additionally, it was determined the isotopic ratios of Pb and Sr in the suspended sediment, associating with the isotopic signatures of fertilizers and sediment in the main springs, relating to the influence of the inputs used in agriculture and of the wastewater treatment plant (WWTP) in the tributaries of water, using the isotopes δ2H-H2O, δ18O-H2O, δ15N-NO3-, δ18O-NO3- and δ15N. The sediment samples, water and fertilizer were analyzed by X-ray diffraction, ICP-MS, Spectrometer thermal ionization, Mass spectrometer VG Sector 54, laser absorption spectroscopy (Type Cavity Ring-Down Spectroscopy), Isotopic ratio mass spectrometer (IRMS). The first manuscript presents results obtained in the bottom sediments interpreted with descriptive and multivariate statistical support (Principal Component Analysis and Factor Analysis), relating to the enrichment factor. These results demonstrate that the stream sediments of Faxinal watershed showed contamination and cumulative effect of heavy metals due to the application of fertilizers and fungicides, while the excess sodium in the sediments of Maestra watershed the result of direct discharge domestic sewage in the water resource. The second manuscript displays results of 87Sr / 86Sr for suspended sediment (0.717324 to 0.723113) and fertilizers (0.705 – 0.710) setting two populations. Lead isotopic ratios for sediments showed values of 208Pb/204Pb (38.42 – 38.97), 206Pb/204Pb (18.72 – 19.07), 207Pb/204Pb (15.60 – 15.75), 208Pb/206Pb (2.037 – 2.055) e 207Pb/206Pb (0.824 – 0.833). The values of strontium and lead isotopes showed that the suspended sediments are compatible with geogenic origin and present influence of fungicides used in agriculture areas. The third manuscript shows results of isotopes of C and O of nitrate in water showed δ15N values between 3.9 and 19.4, while δ18O between 4.2 and 21.7. These isotopic signatures are represented in different compartments of the characteristic chart δ15N-NO3- vs δ18O-NO3-. The points monitored Fx-01, Fx-02, Fx-03, Fx-04, Fx-05 and Fx-06 show values with influence and contribution of fertilizers. On the other hand, the Fx-07 point suggests interference by direct discharge of effluent household in the tributary and Fx-ETE point features characteristic signature of denitrification environment. Through the interpretation of the results obtained in the three manuscripts it is recognized that the waters of the Maestra and Faxinal dams receive contaminants from differents sources covering the application of agricultural inputs and domestic sewage discharges untreated