Spatial-temporal variation and modeling of rainwater quality

Authors

DOI:

https://doi.org/10.33448/rsd-v10i3.13598

Keywords:

SWMM; NBR 15527/2007; Catchment surface; Water scarcity.

Abstract

Rainwater harvesting (RWH) is an alternative to the problem of water scarcity. However, its quality must be analyzed before its use, so that it does not represent any danger to the consumer. Thus, the objective of this paper was to analyze the spatial-temporal variation of water quality of rainwater in two cities and observe whether its parameters meet the norm related to the subject. In addition, the concentration of total suspended solids (TSS) that flow into the drainage system was also simulated. Rainwater samples were collected at several points in Congonhas and Ouro Branco - MG, over a period of two years. The results showed that there was spatial-temporal variation in water quality. There were points where the quality met the standard in some moments and did not meet in others, due to its temporal variation. It was also observed that the catchment surface influenced the quality of rainwater, so that the water that came into contact with the roof had its quality deteriorated, at first. However, throughout the rainy event, the quality improved, but at certain times, it was not enough to meet the standard. The rainwater quality simulation, carried out at SWMM, showed high concentrations of TSS, which were higher to that allowed for launching into receiving bodies.

References

Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 15.527:2007: Aproveitamento de água de chuva de coberturas de áreas urbanas para fins não potáveis. Rio de Janeiro: ABNT, 2007.

American Public Health Association (APHA); American Water Works Association (AWWA); Water Environmental Federation (WEF). (2012). Standard methods for the examination of water and wastewater. 22. ed. Washington, D.C.

Amodio, M., Catino, S., Dambruoso, P. R., Gennaro, G., Di Gilio, A., Giungato, P., Laiola, E., Marzocca, A., Mazzone, A., Sardaro, A. & Tutino, M. (2014). Atmospheric deposition: sampling procedures, analytical methods, and main recent findings from the scientific literature. Advances in Meteorology, 1-27. https://doi.org/10.1155/2014/161730.

Andrade, M. A. N., Lisboa, M. B. & Lisboa, H. M. (2017). Reservatório de ardósia para sistemas de aproveitamento de água de chuva. Revista Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental, 22(3), 563-570. https://doi.org/10.1590/S1413-41522017177829.

Angala, H. A. N., Tandlich, R., Ngqwala, N. P. & Zuma, B. M. (2019). Efficiency of a decentralised system in the treatment of rainwater in South Africa. Air and Water – Components of the Environment, 1-8. https://doi.org/10.24193/AWC2019_01.

Bashara, M. Z. I., Karimb, M. R. & Imteazc, M. A. (2018). Reliability and economic analysis of urban rainwater harvesting: A comparative study within six major cities of Bangladesh. Resources, Conservation & Recycling, 133, 146–154. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2018.01.025.

Behmel, S., Damour, M. & Ludwig, R. (2016). Water quality monitoring strategies – a review and future perspectives. Science of the Total Environment, 571, 1312–1329. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.06.235.

Brandão, J. L. B. & Marcon, P. (2018a). SIMCAP: ferramenta computacional para auxiliar a tomada de decisão sobre a implantação de sistemas de captação de águas pluviais. Revista Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental, 23(6), 1027-1030. https://doi.org/10.1590/S1413-41522018129229.

Brandão, J. L. B. & Marcon, P. (2018b). Análise dos métodos de dimensionamento de reservatórios de águas pluviais sugeridos pela NBR 15527/07 com base na simulação diária. Revista Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental, 23(6), 1031-1041. https://doi.org/10.1590/S1413-41522018129228.

Campisano, A., Butler, D., Ward, S., Burns, M. J., Friedler, E., Debusk, K., FisherJeffes, L. N., Ghisi, E., Rahman, A., Furumai, H. & Han, M. (2017). Urban rainwater harvesting systems: Research, implementation and future perspectives. Water Research, 115, 195-209. https://doi.org/10.1016/j.watres.2017.02.056.

Chaib, E. B., Rodrigues, F. C., Brenner, H., Maia, B. H. & Nascimento, N. O. (2015). Avaliação do potencial de redução do consumo de água potável por meio da implantação de sistemas de aproveitamento de água de chuva em edificações unifamiliares. Revista Brasileira de Recursos Hídricos, 20(3), 605-614. https://doi.org/10.21168/rbrh.v20n3.

Chen, L., Dai, Y., Zhi, X., Xie, H. & Shen, Z. (2018). Quantifying nonpoint source emissions and their water quality responses in a complex catchment: A case study of a typical urban-rural mixed catchment. Journal of Hydrology, 559, 110–121. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2018.02.034.

Cunha, G. R., Santi, A., Dalmago, G. A., Pires, J. L. F. & Pasinato, A. (2009). Dinâmica do pH da água das chuvas em Passo Fundo, RS. Pesquisa Agropecuária Brasileira, 44(4), 339-346. http://dx.doi.org/10.1590/S0100-204X2009000400002.

Gaitán, M. C. P. & Teixeira, B. A. N. (2020). Aproveitamento de água pluvial e sua relação com ações de conservação de água: estudo de caso em hospital universitário, São Carlos (SP). Revista Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental, 25(1), 133-144. https://doi.org/10.1590/s1413-41522020189032.

Fia, R., Frizzarim, S. S. & Fia, F. R. L. (2013). Análise Qualitativa de Poluentes na Água das Chuvas em Lavras – MG. Revista Brasileira de Recursos Hídricos, 18(3), 269‐278. https://doi.org/10.21168/rbrh.v18n2.

Girão, L. F. O., Simões, N. E. C., Marques, J. A. A. S., Leitão, J. P. C. & Pina, R. D. (2017). Modelação hidráulica e de qualidade da água dos sistemas de drenagem em meios urbanos. Revista Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental, 22(2), 351-360. https://doi.org/10.1590/S1413-41522016161318.

Gomes, U. A. F., Domenech, L., Pena, J. L., Heller, L., Palmier, L. R (2014). A captação de água de chuva no Brasil: novos aportes a partir de um olhar internacional. RBRH: Revista Brasileira de Recursos Hídricos, 19(1), 7-16. https://doi.org/10.21168/rbrh.v19n1.

Hagemann, S. E. & Gastaldini, M. C. C. (2016). Variação da qualidade da água de chuva com a precipitação: aplicação à cidade de Santa Maria - RS. Revista Brasileira de Recursos Hídricos, 21(3), 525-536. http://dx.doi.org/10.1590/2318-0331.011615010.

Hur, S., Nam, K., Kim, J. & Kwak. C (2018). Development of urban runoff model FFC-QUAL for first-flush water-quality analysis in urban drainage basins. Journal of Environmental Management, 205, 73-84. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2017.09.060.

Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT). (2015). Manual para captação emergencial e uso doméstico de água de chuva.

Lopes, E. L., Mendes, H. M., Mendes, R. L. R. & Ramos, F. C. D. (2019). Potencial de captação de água de chuva em unidades familiares rurais do município de Breves-PA. Cadernos de Arquitetura e Urbanismo, 24(3), 1-11. http://dx.doi.org/10.18830/issn.1679‐0944.n23.2019.06.

Marangoni, T. T., Oliveira, J. N. & Libânio, M. (2019). Avaliação quantitativa e qualitativa do emprego de paredes como nova perspectiva para captação de água de chuva. Revista Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental, 21(1), 575-584. http://dx.doi.org/10.1590/S1413-41522019183007.

Mimura, A. M. S., Almeida, J. M., Vaz, F. A. S., Oliveira, M. A. L, Ferreira, C. C. M. & Silva, J. C. J. (2016). Chemical composition monitoring of tropical rainwater during an atypical dry year. Atmospheric Research, 169, 391–399. http://dx.doi.org/10.1016/j.atmosres.2015.11.001.

MINAS GERAIS. Conselho Estadual de Política Ambiental (Copam). Conselho Estadual de Recursos Hídricos do Estado de Minas Gerais (CERH). Deliberação Normativa Conjunta COPAM/CERH n°01, de 05 de Maio de 2008. Dispõe sobre a classificação dos corpos hídricos e diretrizes ambientais para o seu enquadramento, bem como, estabelece as condições e padrões de lançamento de efluentes, e dá outras providências. MG. 2008.

Moruzzi, R. B., Sousa Júnior, W. C., Arduino, J. & Julio, M. (2016). Avaliação do aproveitamento de água pluvial para atendimento de uso não potável no Aeroporto Internacional de São Paulo/Guarulhos. Revista Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental, 21(1), 17-28. https://doi.org/10.1590/S1413-41520201600100117248.

Moruzzi, R. B. & Leão, C. L. P. (2019). Estimativa da correção do coeficiente de retorno de esgoto sanitário em habitações com sistemas de aproveitamento de água pluvial: estudo de caso da cidade de Bauru, SP. Revista Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental, 24(1), 45-53. https://doi.org/10.1590/S1413-41522019151601.

Nakada, L. Y. K. & Moruzzi, R. B. (2014). Variabilidade qualitativa de águas pluviais coletadas em telhado e sua importância na concepção do sistema de tratamento. Revista Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental, 19(1), 1-9. http://dx.doi.org/10.1590/S1413-41522014000100001.

PROSAB. (2009). Manejo de Águas Pluviais Urbanas. Rio de Janeiro: ABES.

Righetto, A. M., Gomes, K. M. & Freitas, F. R. S. (2017). Poluição difusa nas águas pluviais de uma bacia de drenagem urbana. Revista Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental, 22(6), 1109-1120. https://doi.org/10.1590/S1413-41522017162357.

Rosa, D. J., Clausen, J. C. & Dietz, M. E. (2015). Calibration and verification of SWMM for low impact development. Journal of the American Water Resources Association, 51(3), 746-757. https://doi.org/10.1111/jawr.12272.

Sánchez, A. S., Cohim, E. & Kalid, R. A. (2015). A review on physicochemical and microbiological contamination of roof-harvested rainwater in urban areas. Sustainability of Water Quality and Ecology, 6, 119-137. http://dx.doi.org/10.1016/j.swaqe.2015.04.002.

Santos, S. M. & Farias, M. M. M. W. E. C. (2017). Potential for rainwater harvesting in a dry climate: Assessments in a semiarid region in northeast Brazil. Journal of Cleaner Production, 164, 1007-1015. https://dx.doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.06.251.

Sazakli, E., Alexopoulos, A. & Leotsinidis, M. (2007). Rainwater harvesting, quality assessment and utilization in Kefalonia Island, Greece. Water Research, 41, 2030-2047. https://dx.doi.org/10.1016/j.watres.2007.01.037.

Souza, M. C., Santos, D. B., Rios, M. L., Silva Neto, M. D., Azevedo, D. O. & Batista, R. O. (2012). Quality indicators and potential of rain water harvesting on paved roads in semiarid Bahia. Water Resources and Irrigation Management, 1(1), 71-80.

Stahn, H. & Tomini, A. (2017). On conjunctive management of groundwater and rainwater. Resource and Energy Economics, 49, 186-200. https://doi.org/10.1016/j.reseneeco.2017.05.002.

Stewart, C., Kim, N. D., Johnston, D. M. & Nayyerloo, M. (2016). Health hazards associated with consumption of roof-collected rainwater in urban areas in emergency situations. International Journal of Environmental Research and Public Health, 13(10), 1012-1039. https://dx.doi.org/10.3390%2Fijerph13101012.

Strauss, A., Reyneke, B., Waso, M., & Khan, W (2018). Compound parabolic collector solar disinfection system for the treatment of harvested rainwater. Environmental Science: Water Research & Technology, 4, 976-991. https://doi.org/10.1039/c8ew00152a.

Tarqui, J. L. Z., Carvalho, M. F., Santos, C. M. L. & Santos, J. E. (2019). Avaliação do escoamento superficial de águas pluviais em pavimento de blocos de solo-cimento. Revista Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental, 24(2), 403-410. https://doi.org/10.1590/S1413-41522019153148.

Thériault, A. & Duchesne, S. (2012) Urban water quality modelling: quantifying the fecal coliform load in the Beauport River. In 9th International Conference on Urban Drainage Modelling, Belgrade.

Tiwari, S., Chate, D. M., Bisht, D. S., Srivastava, M. K. & Padmanabhamurty, B. (2012). Rainwater chemistry in the North Western Himalayan Region, India. Atmospheric Research, 105, 128-138. https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2011.09.006.

Tsuji, T. M. (2018). Monitoring and modeling of rainwater drainage in the urban core of the Riacho Fundo stream basin, Brasília – DF (Masters dissertation). Department of Civil and Environmental Engineering, University Brasília, Brasília.

Tsuji, T. M., Costa, M. E. L. & Koide, S. (2019). Diffuse pollution monitoring and modelling of small urban watershed in Brazil Cerrado. Water Science & Technology, 79(10), 2-10. https://doi.org/10.2166/wst.2019.190.

Waso, M., Khan, S., Singh, A., McMichael, S., Ahmed, W., Fernández-Ibáñez, P. Byrne, J. A., & Khan, W. (2020). Predatory bacteria in combination with solar disinfection and solar photocatalysis for the treatment of rainwater. Water Research, 169, 1-10. https://doi.org/10.1016/j.watres.2019.115281.

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Published

22/03/2021

How to Cite

TEIXEIRA, E. K. da C.; POLICARPO, L. G. A.; SILVA, S. R. da .; SANTOS, E. P. C. C. dos . Spatial-temporal variation and modeling of rainwater quality. Research, Society and Development, [S. l.], v. 10, n. 3, p. e45810313598, 2021. DOI: 10.33448/rsd-v10i3.13598. Disponível em: https://rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/13598. Acesso em: 16 apr. 2021.

Issue

Section

Engineerings