Medição De Vazão De Trecho Do Rio Duas Bocas Em Cariacica (es) Utilizando O Método Do Flutuador

INSTITUTO FEDERAL EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO ESPÍRITO SANTO COORDENADORIA DE TRANSPORTES CURSO TÉCNICO INTEGRADO DE INFRA-ESTRUTURA DE VIAS DE TRANSPORTES E ESTRADAS

ALBERTO FREDERICO SALUME COSTA BRIAN EGÍDIO SILVA TEIXEIRA GEOVANI FIRME REIS RAFAEL GEGENHEIMER DE ALMEIDA

MEDIÇÃO DA VAZÃO DO RIO DUAS BOCAS PELO MÉTODO DO FLUTUADOR

VITÓRIA 2009

ALBERTO FREDERICO SALUME COSTA BRIAN EGÍDIO TEIXEIRA SILVA GEOVANI FIRME REIS RAFAEL GEGENHEIMER DE ALMEIDA

MEDIÇÃO DA VAZÃO DO RIO DUAS BOCAS PELO MÉTODO DO FLUTUADOR

Trabalho de medição da vazão do rio Duas Bocas em trecho localizado em Maricará - Cariacica, apresentado ao professor Fábio Márcio Bisi Zorzal, da disciplina de Hidrologia do Instituto Federal de educação, Ciência e Tecnologia do Espírito Santo – IFES, para obtenção de pontos para aprovação no quinto semestre do Curso Técnico de Infra-Estrutura de Vias de Transportes e Estradas.

Vitória 2009

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SUMÁRIO SUMÁRIO .......................................................................................................... 2 LISTA DE FIGURAS .......................................................................................... 3 LISTA DE TABELAS ......................................................................................... 4 LISTA DE EQUAÇÕES...................................................................................... 4 Introdução......................................................................................................... 5 Revisão da Literatura ....................................................................................... 7 Metodologia do Trabalho............................................................................... 10 Resultado e Discussão .................................................................................. 13 Conclusão e considerações finais................................................................ 16 ANEXO – RELATÓRIO FOTOGRÁFICO ........................................................ 17 REFERÊNCIAS................................................................................................ 18

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LISTA DE FIGURAS FIGURA 1 -VISTA GERAL DO TRECHO ESTUDADO. ..................................................... 5 FIGURA 2 - REPRESA DO RIO DUAS BOCAS. FONTE: IDAF ....................................... 6 FIGURA 3 - ILUSTRAÇÃO DO MÉTODO NA DETERMINAÇÃO DO ERRO DE INSTRUMENTAÇÃO.......................................................................................... 7

FIGURA 4 - IMAGEM QUE ILUSTRA A CAPA DO DOCUMENTO Nº 92 DA EMBRAPA........ 8 FIGURA 5 - ESQUEMA ILUSTRATIVO DO TRECHO DE ESTUDO. FONTE: COMUNICADO TÉCNICO Nº 455 DA EMBRAPA. .................................................................. 10 FIGURA 6 - MEDIÇÃO DA PROFUNDIDADE DO RIO. FONTE: COMUNICADO TÉCNICO Nº 455 DA EMBRAPA. .................................................................................... 11 FIGURA 7 - FOTO TIRADA DA EXECUÇÃO DO TRABALHO, COM DETALHE PARA O FLUTUADOR ................................................................................................. 12

FIGURA 8 - CROQUI DA ÁREA DE ESTUDO DEMARCADA ........................................... 13 FIGURA 9 - DETALHE DA SEÇÃO TRANSVERSAL ...................................................... 14 FIGURA 10 - DELIMITAÇÃO DO TRECHO C/ FIO DE NYLON ....................................... 17 FIGURA 11 - DELIMITAÇÃO DO TRECHO C/ FIO DE NYLON......................................... 17 FIGURA 12 - NYLON ESTIRADO NA LARGURA DO RIO ............................................... 17 FIGURA 13 - DELIMITAÇÃO DO TRECHO C/ FIO DE NYLON......................................... 17 FIGURA 14 - DELIMITAÇÃO DO TRECHO COM FIO DE NYLON ..................................... 17 FIGURA 15 - FOTO COM O RESPONSÁVEL .............................................................. 17

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LISTA DE TABELAS TABELA 1 - TEMPOS EM SEGUNDOS CRONOMETRADOS NA MEDIÇÃO ........................ 13

LISTA DE EQUAÇÕES EQUAÇÃO 1 - Q = (AMÉDIAXLXC)/TMÉDIO [M³/S] ..................................................... 11 EQUAÇÃO 2 - V = (LXC)/TMÉDIO [M/S].................................................................

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Introdução O presente trabalho trata da análise dos resultados obtidos durante a medição de vazão pelo método do flutuador realizado num trecho do Rio Duas Bocas, em Maricará, zona rural de Cariacica no dia 21/04/2009, das 10h30min ás 11h00min da manhã. O trecho onde foi feita a medição é uma propriedade rural da família do membro Geovani, sob responsabilidade de Marcos Firme. O acesso até o local se dá partindo de Cariacica Sede e seguindo por estradas vicinais de chão. Não foi possível localizar o trecho de estudo no Google Earth, nem pelo gerador de mapas do Hidroweb da Agência Nacional de Águas – ANA. Em anexo, encontra-se o Relatório Fotográfico da medição, contendo a foto junto com o responsável pelo local. Abaixo, vista geral do trecho estudado:

Figura 1 -Vista geral do trecho estudado.

A vazão de um rio, ou descarga, é o volume de água que passa entre dois pontos por um dado período de tempo, sendo expressa em metros cúbicos por segundo (m³/s). Sua medição é importante porque influencia a qualidade da água, os organismos que nela vivem ou que dependam dela e seus habitats. A vazão pode ser influenciada pelo clima (aumentando durantes os períodos de chuva e diminuindo durante a seca) e pelas estações do ano, sendo menor quando as taxas de evaporação são maiores, notoriamente no verão (Comunicado Técnico nº 455, EMBRAPA, 2007). O estado do Espírito Santo, para efeito da administração dos recursos hídricos, é dividido em 12 bacias hidrográficas, das quais cinco são bacias de domínio 5

da união, ou seja, bacias que atravessam mais de um estado, e sete são bacias estaduais, cujas nascentes e foz encontram-se nos limites do estado. O Rio Duas Bocas, estudado neste trabalho, integra a bacia do Rio Santa Maria da Vitória, sendo um de seus afluentes pela margem direita. Todas essas bacias fornecem 100% da água consumida na Grande Vitória e são responsáveis por 11% da energia elétrica produzida no Estado (Diagnóstico e Plano Diretor das Bacias Dos Rios Santa Maria da Vitória e Jucu, Volume VII, 1997). O rio Duas Bocas nasce da Reserva de mesmo nome que é abastecida pelos rios Panela, Naia-Assú e Pau Amarelo. Ele divide os municípios de Cariacica, Vila Velha e Vitória. Apesar da cobertura vegetal e preservação ambiental existente na reserva, sua produção de água é baixa. Mesmo assim, há uma represa da Companhia Espírito-Santense de Saneamento – CESAN – no Rio Duas Bocas, que capta água para abastecer algumas comunidades de Cariacica, sem contar as captações feitas por agricultores para irrigação de plantações durante o percurso do rio, o que foi possível constatar durante a medição. Nota-se que antigamente, a Represa de Duas Bocas abastecia toda a região de Vitória. Isso não é mais possível devido ao crescimento populacional da Capital e região, sendo esse o motivo de hoje o rio só abastecer algumas localidades de Cariacica, todas elas rurais, o que não tira sua importância para a agricultura na região. Imagem da represa do Rio Duas Bocas, com detalhe para a torre da CESAN:

Figura 2 - Represa do Rio Duas Bocas. Fonte: IDAF

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Revisão da Literatura O método de medição de vazão in loco utilizado neste trabalho foi o do flutuador, que será explicado em Metodologia do Trabalho. Tal método é recomendado para trabalhos que não exigem precisão e serve para mensurar a vazão e a velocidade instantânea do curso d’água. O Comunicado Técnico nº 455 – Medição da Vazão de Rios pelo Método do Flutuador - da Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária – EMBRAPA (Concórdia-SC, 2007), estabelece os procedimentos necessários para realização desta medição em campo e o roteiro de cálculo para obtenção dos valores da vazão e velocidade. Através de um estudo no Cinturão Verde, assentamento localizado nos arredores de Ilha Solteira – SP, o Engenheiro Agrimensor M.SC. Fernando Mauro, Engenheiro Agrônomo Luiz Sergio Vilela e o Doutor em Agronomia Fernando Braz T. Hernandez, determinaram o percentual de erro envolvido no método do flutuador (XXXIII Congresso Brasileiro de Engenharia Agrícola, São Paulo, 2004). Foram tomadas vazões em uma manilha de 0,80 metros de diâmetro, onde a vazão de permanência é na ordem de 100 m³/s. Supondo uma variação de 5 mm na leitura da altura da lâmina d’água e de 1 segundo no tempo de percurso do flutuador, estimou-se um erro de 14,8%, superior a variação estimada de vazão no intervalo do volume de controle. Conclui-se que é inviável utilizar o método do flutuador quando se exige precisão.

Figura 3 - Ilustração do método na determinação do erro de instrumentação

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Esse método pode ser utilizado em estudos de qualidade da água e de potencial hídrico, embora não tenha precisão suficiente para se determinar o balanço hídrico de determinado rio, tampouco compor projetos de alta complexidade ou que envolvam conflitos pela água (EMBRAPA, 2003). O Documento nº 92 da EMBRAPA trata de um estudo sobre alternativas de captação de água, feito no ano de 2003 pelo Engenheiro Agrônomo, Ph.D. Engenharia de Irrigação, Euzébio Medrado da Silva e pelo Engenheiro Agrônomo, M.Sc. Hidrologia, Jorge Enoch Furquim Werneck Lima, visando aumento da oferta hídrica numa agrovila de Mambaí, em Goiás. Durante uma das visitas em campo, os técnicos da EMBRAPA utilizaram o método do flutuador para estimar a velocidade do Córrego Ventura, que passa na agrovila, obtendo 1 m/s. Com o uso da trena, estimou-se a área da seção transversal, calculando uma vazão instantânea na ordem de 2,4 m³/s, exatamente no ponto onde havia uma roda d’água instalada, que captava a água da agrovila. Esses dados foram suficientes apesar da pouca precisão do método do flutuador, pois apenas serviu para mostrar que a vazão do Córrego era suficiente para atender a comunidade. Abaixo, imagem da roda d’água por onde a água da agrovila é captada:

Figura 4 - Imagem que ilustra a capa do Documento nº 92 da EMBRAPA

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A Engenheira Civil, M.Sc. em Engenharia Urbana Eliane Justino, a Engenheira Civil, doutora em Hidráulica e Saneamento Ana Luiza Ferreira Maragno e o Engenheiro Civil, doutor, Laerte Bernardes Arruda, realizaram um estudo do controle do escoamento superficial com uso do reservatório de retenção na Bacia do Córrego Lagoinha, em Uberlândia-MG (23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, 2005). A finalidade do reservatório proposto é reter temporariamente o volume excedente do escoamento superficial, permitindo que este seja transmitido de forma gradativa às áreas de jusante, após a precipitação, o que evitaria enchentes na cidade. O método do flutuador foi utilizado na determinação da velocidade do Córrego Lagoinha no período de estiagem. Para avaliar a condição da qualidade da água e da vazão no Córrego Caveirinha, em Goiânia-GO, o Engenheiro Agrônomo Antônio Pasqualetto e o Engenheiro Ambiental Luciano de Sousa Machado, utilizaram o método do flutuador para mensurar a vazão. Adotou-se um fator de correção igual a 0,85 (24º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, 2007). Objetivando mensurar a relação entre precipitação e vazão da bacia do Rio Paquequer em Teresópolis-RJ, diante da falta de dados, Flávia Piovani Afono, Carla Semíramis Silveira, Robson Luis Monsuento e Luiza Almeida Villar de Queiroz, da Universidade Estadual do Rio de Janeiro, utilizaram o método do flutuador para determinação da velocidade do rio in loco (XII Simpósio Brasileiro de Geografia Física Aplicada ,2007). Para elaborar a morfometria e estabelecer a qualidade da água da Microbacia do Ribeirão da Vida em Uberaba – MG, o Professor Dr. em Produção Vegetal José Luiz Rodrigues Torres e os Tecnólogos em Gestão Ambiental Samantha Regina da Silva, Carla Ariane S. Pedro, Andréia de Oliveira Passos e Joares Queiroz Gomes, utilizaram o método do flutuador para obter a vazão da Microbacia (Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Triângulo Mineiro, 2009).

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Metodologia do Trabalho Este trabalho utilizou o método do flutuador para determinação da vazão e da velocidade instantânea do Rio Duas Bocas. Inicialmente foi escolhido um trecho reto e uniforme, com dez metros de comprimento. Com quatro piquetes e fio de nylon para pedreiro com 0,60 mm de espessura, demarcou-se a área de estudo, conforme esquema ilustrativo abaixo:

Fio de Nylon

10,0 metros

Fio de Nylon

Figura 5 - Esquema ilustrativo do trecho de estudo. Fonte: Comunicado Técnico nº 455 da EMBRAPA.

Utilizando uma trena metálica de cinco metros, mediu-se a largura do rio (de piquete a piquete). A medição consiste em cronometrar o tempo em segundos que um objeto flutuante, neste trabalho uma bola de tênis, leva para fazer o percurso da seção superior até a inferior. O flutuador deve ser posicionado no centro do rio. Foram cronometrados dez tempos; segundo o Comunicado Técnico nº 455, o número mínimo de repetições é três vezes e quanto maior forem as repetições, maior precisão. Excluiu-se o maior e o menor valor e tirou-se a média aritmética dos tempos restantes. A seção transversal do rio não é um polígono regular, ou seja, sua profundidade varia e a lâmina d’água se mantém “constante”. Com o

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fio de nylon, demarcou-se a seção transversal passando-o de uma margem a outra no centro do comprimento total. Após isso, dividiu-se essa seção em cinco intervalos iguais e com a trena, mediu-se a profundidade do rio em cada intervalo. Detalhe do procedimento de medição da seção transversal:

Fio de Nylon

Figura 6 - Medição da profundidade do rio. Fonte: Comunicado Técnico nº 455 da EMBRAPA.

Com esses dados, foi feito o desenho da seção transversal no software AutoCAD 2008 e através do comando Área, obteve-se a área dessa seção. Também se calculou a área da seção retangular do rio, considerando seu comprimento e profundidade do intervalo C (central). Após isso, tirou-se a média das áreas. Para cálculo da vazão, utilizou-se a equação abaixo:

Q = (AmédiaxLxC)/Tmédio [m³/s]

(1)

Onde: Q = vazão média do trecho do rio Amédia = área média = (A(seção transversal) + A(seção retangular))/2 L = comprimento do trecho = dez metros C = coeficiente = fator de correção Tmédio = média dos tempos O coeficiente permite a correção devido ao fato da água ser deslocada mais rápido na superfície do que na porção do fundo do rio. Segundo o Comunicado Técnico nº 455 da EMBRAPA, adota-se o coeficiente de correção igual a 0,8

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para rios com fundo pedregoso ou 0,9 para fundo barrento. Constatou-se que o fundo do Rio Duas Bocas não era totalmente pedregoso nem barrento. Adotase, portanto, um coeficiente médio de 0,85. A velocidade do rio é dada pela equação:

V = (LxC)/Tmédio [m/s]

(2)

Onde: V = velocidade média L = comprimento do trecho do rio C = coeficiente = fator de correção Tmédio = área média dos tempos As fotos tiradas na medição, que contêm a demarcação da área de estudo e representante do local, constam no Relatório Fotográfico em anexo. Abaixo, foto tirada da execução do trabalho, com detalhe para o flutuador (bola de tênis) percorrendo da seção superior até a seção inferior (ao fundo):

Sentido do fluxo

Figura 7 - Foto tirada da execução do trabalho, com detalhe para o flutuador

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Resultado e Discussão Conforme Metodologia do Trabalho, através da trena metálica obteve-se o comprimento do rio L = 4,40 metros. Segue representação feita em AutoCAD da área demarcada com os valores de largura e comprimento cotados e seção transversal:

Figura 8 - Croqui da área de estudo demarcada

Os tempos cronometrados seguem listados na tabela abaixo, em ordem de medição: Tabela 1 - Tempos em segundos cronometrados na medição

Ordem

Tempo(s)

1º

2º

3º

4º

5º

6º

7º

8º

9º

10º

22,6

22,1

25,0

21,3

20,8

22,8

21,7

21,3

20,6

22,6

Efetuando o cálculo da média aritmética dos tempos cronometrados, obtém-se o Ttotal = 22,0 s. Observou-se que quando o flutuador bola de tênis se desviava um pouco do eixo central do rio, indo em direção à margem, o tempo de percurso era maior, como no 3º tempo. Também se observou que quando passavam rajadas de vento pelo local e o flutuador se mantinha no eixo central, o tempo era menor, o que ocorreu com os 5º e 9º tempos. O ideal é que o

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flutuador se mantivesse no eixo central sem sofrer influencia de correntes de vento ou obstáculos físicos ao percurso, como galhos e outros. Para corrigir esse erro de medição, excluem-se o maior e o menor tempo – 3º e 9º tempos, respectivamente, calculando uma nova média aritmética com os tempos restantes igual à Tmédio = 21,7 s. Dividiu-se seção transversal em quatro partes iguais, ou seja, intervalos de 1,10 m cada (L/4). Partindo da margem direita até a esquerda totalizaram cinco pontos (seqüenciados de A até E) a partir dos quais foram medidas as profundidades da seção transversal. Abaixo, representação esquemática feita em AutoCAD com as profundidades medidas em cada ponto:

Figura 9 - Detalhe da seção transversal

Utilizando a função Área do AutoCAD obteve-se a área A(seção

transversal)

=

2,4255m². E considerando a seção transversal do rio como uma seção perfeitamente retangular, faz-se o cálculo A(seção

retangular)

= comprimento (L)

vezes profundidade no eixo central do rio (HC) = LxHC = 4,40 X 0,56 = 2,464m². Tirando a média das áreas, obtém-se Amédia = (2,4255 + 2,464)/2 = 2,445 m². Com todos os dados calculados, calcula-se a vazão média pela Equação 1 (explicada em Metodologia do Trabalho): Q = (AmédiaxLxC)/Tmédio = (2,445x10x0,85)/21,7 = 0,96 m³/s. E a velocidade média pela Equação 2: V = (LxC)/Tmédio = (10x0,85)/21,7 = 0,39 m/s. Aparentemente, a vazão média de aproximadamente um metro cúbico por segundo é suficiente para atender às captações feitas por proprietários rurais

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para irrigação de culturas e dessedentação de animais. Essa vazão aumenta conforme o rio avança para o oceano, pois há uma represa de regularização de nível em sua foz com uma estação de captação de água da CESAN (Esse assunto foi abordado na Introdução). Outra justificativa para a vazão está no fato de que no litoral a precipitação orográfica média anual tende a ser menor que no interior. O período de alta dos rios da Bacia do Rio Santa Maria da Vitória e do Jucu tende a ser de dezembro a março, principalmente em dezembro quando as vazões registradas são as mais altas. Como o trabalho foi realizado no final do mês de abril, cessa-se o período de alta do rio, diminuindo seu nível, e caminha para o período de estiagem que vai de julho a setembro (ANA, 2001).

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Conclusão e considerações finais Os resultados apresentados, apesar da falta de precisão do método do flutuador, mostraram-se suficientes para conclusão deste trabalho. Trata-se de um rio pequeno, de segunda ordem, afluente do Rio Santa Maria da Vitória. Salienta-se que os rios localizados na região da Grande Vitória encontram-se assoreados ou com problemas ambientais devido à deposição de efluentes orgânicos sem tratamento. Não foram encontrados mapeamentos do rio Duas Bocas no Google Earth, na ANA e no IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística). Há poucos dados sobre tal rio. Recomenda-se, para maior precisão quanto ao valor da vazão média do rio, realizar medição da vazão em várias seções do curso d’água, incluindo na Reserva onde nasce o rio, no ponto onde é captada a água pela CESAN e na foz. Sugere-se também o monitoramento da precipitação e da vazão na estação da CESAN, do mesmo modo que é feito em cada Usina Hidrelétrica por recomendação da Agência Nacional de Energia Elétrica - ANEEL.

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ANEXO – RELATÓRIO FOTOGRÁFICO

Figura 10 - Delimitação do trecho c/ fio de nylon

Figura 12 - Nylon estirado na largura do rio

Figura 14 - Delimitação do trecho com fio de nylon

Figura 11 - Delimitação do trecho c/ fio de nylon

Figura 13 - Delimitação do trecho c/ fio de nylon

Figura 15 - Foto com o responsável

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REFERÊNCIAS PALHARES, Julio C. P. et al. Comunicado Técnico nº 455: Medição da Vazão em Rios. Concórdia - Sc: Embrapa, 2007. Disponível em: . Acesso em: 19 jun. 2009. SILVA, Euzebio Medrado da; LIMA, Jorge Enoch Furquim Werneck. Documentos nº 92: Alternativa de Captação de Água em Mambaí-GO. Brasília - Df: Embrapa, 2003. Disponível em: . Acesso em: 19 jun. 2009. CONSÓRCIO SANTA MARIA - JUCU/HABTEC. Diagnóstico e Plano Diretor da Bacia dos Rios Santa Maria da Vitória e Jucu. Vitória, 1997. (Volume VII). Disponível em: . Acesso em: 19 jun. 2009. Instituto de Defesa Agropecuária e Florestal do Espírito Santo - IDAF. Reserva Biológica Duas Bocas. Disponível em: . Acesso em: 19 jun. 2009. MAURO, Fernando; VANZELA, Luiz Sergio; HERNANDEZ, Fernando Braz Tangerino. Determinação dos Erros Envolvidos na Medição de Vazão pelo Método do Flutuador Integrador e do Vertedor Triangular. São Pedro - Sp: 23º Congresso Brasileiro de Engenharia Agrícola, 2004. Disponível em: . Acesso em: 19 jun. 2009. JUSTINO, Eliane Aparecido; MARAGNO, Ana Luiza Ferreira Campos; ARRUDA, Laerte Bernardes. IX-001 - Estudo do Controle do Escoamento Superficial com o uso de Reservatório de Retenção na Bacia do Córrego Lagoinha. Campo Grande - Ms: 23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, 2005. Disponível em: . Acesso em: 19 jun. 2009.

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Afonso,F. P. L. A.; Silveira, C. S.; Monsueto, R. L.; Queiroz, L. A. V. Análise de chuva e vazão com métodos diretos e alternativos no município de Teresópolis,2007, In. XII Simpósio Brasileiro de Geografia Física Aplicada ,2007,Natal RN Anais Simpósio Brasileiro de Geografia Física Aplicada,2007, CDROM eixo 1 p.129 a 133. TORRES, José Luiz Rodrigues et al. Morfometria e Qualidade da Água da Microbacia do Ribeirão da Vida. Uberaba - Mg: Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Triângulo Mineiro, 2009. Disponível em: . Acesso em: 19 jun. 2009. Agência Nacional de Águas - ANA. Sistema Nacional de Informações sobre Recursos Hídricos - Atlântico Sul Trecho Leste: Espírito Santo. Brasília - Df: 2001. Disponível em: . Acesso em: 19 jun. 2009. Cesan. Governador visita ETA Duas Bocas e Canal de Itanguá. Disponível em: . Acesso em: 19 jun. 2009. PASQUALETTO, Antônio; MACHADO, Luciano de Sousa. IV-015 - Índice da Qualidade da Água do Córrego Caverinha. Belo Horizonte - Mg: 24º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, 2007. Disponível em: . Acesso em: 19 jun. 2009. ANEEL. Disponível em: . Acesso em: 19 jun. 2009. IBGE. Disponível em: . Acesso em: 19 jun. 2009.

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