Natural and anthropogenic control of water quality of an Amazon estuary : the Caeté estuary (Brazil)

Abstract

In the Amazon region, few data are available on the impacts caused by the urban settlements found in the proximity of estuaries. In the estuary of the Caeté River, the focus of the present study, the nutrient input is controlled by both natural features and anthropogenic disturbances generated by local communities. In this context, the principal aim of the study was to analyze the quality of the water of the Caeté estuary, and the relative contribution of natural and anthropogenic forcings. To this end, climatological, hydrodynamic and hydrological features were monitored, and potential sources of pollution were identified in the different sectors of the Caeté estuary. Potential future scenarios for the estuary are also described, based on the analysis of anthropogenic and natural processes, which may contribute to the quality of its waters. The results indicate higher levels of nutrient input in the upper sector of the estuary, where 90% of the local population is concentrated, and most of the region's commercial activities (e.g., public markets, ice factories, and docking facilities) are found. As a consequence, eutrophic waters with high concentrations of faecal coliforms (up to 1100 MPN/100 ml) were observed during spring tides in the dry season when the transport and dilution of the estuary's waters are less effective. Eutrophication also occurred to a lesser extent in the other (middle and lower) estuary sectors, although in this case, the results indicate the influence of natural processes, reflecting the high nutrient concentrations of this Amazonian region. During neap tides, eutrophication was less pronounced, and water quality was improved in both dry and rainy seasons. A comparative analysis showed that, under similar conditions of the flood cycle, the trophic status of the estuary varied little between spring and neap tides. As the population of the region surrounding the Caeté estuary is increasing by 10-20% per decade, resulting in a significant increase in human pressures and impacts on the study area. The current eutrophication status of the estuary may have permanent effects, which may be aggravated during the dry season or drought events, when the estuary is more vulnerable to the retention of nutrients. The water quality of the Caeté Estuary can be improved by the implementation of the following measures: (i) urban planning to control the discharge of sewage, (ii) the construction of water treatment plants to reduce the input of untreated effluents, and (iii) the introduction of regulations for the use of water based on its current quality.

Los impactos más frecuentes en los estuarios se deben a los asentamientos urbanos no planificados. Como consecuencia de dichos asentamientos, los estuarios se han visto expuestos a una serie de perturbaciones ambientales, tales como el incremento en la entrada de nutrientes y cambios en los usos del suelo y en la hidrología local. En el estuario del río Caeté, objeto de este estudio, las perturbaciones antrópicas originadas en las comunidades de alrededor del estuario y el funcionamiento natural del sistema controlan el input de nutrientes en el estuario. El objetivo principal de esta tesis es analizar la calidad del agua del estuario del río Caeté y la influencia de las forzantes naturales y antrópicas que actúan en él. Para tal efecto, los aspectos climáticos, hidrodinámicos e hidrológicos fueron monitorizados y se identificaron las fuentes potenciales de polución en el estuario. Además, se describieron una serie de potenciales futuros escenarios para el estuario basándose en los procesos naturales y antrópicos que pueden afectar la calidad del agua en las próximas décadas. Los resultados muestran que el input de nutrientes disueltos es mayor en el sector superior del estuario, que concentra el 90% de la población local y tiene una alta incidencia de actividades comerciales (mercados públicos, fábricas de hielo, astilleros, entre otros). Como consecuencia, se observaron aguas eutróficas con altas concentraciones de coliformes fecales (até 1100 NMP/100 ml) durante las mareas vivas en la estación seca, cuando el transporte y/o dilución son menos efectivas. La eutrofización, aunque menos pronunciada, también ocurrió en el resto de sectores (medio y bajo estuario). Sin embargo, estos resultados parecen indicar que esto puede deberse a una condición natural de la región amazónica, la cual es naturalmente enriquecida con una elevada cantidad de nutrientes. Durante mareas muertas, la eutrofización fue menos pronunciada y la calidad de agua presentó mejores condiciones en todas las estaciones monitorizadas. El análisis comparativo ha mostrado que bajo condiciones similares (marea llenante) el estado trófico entre mareas vivar y muertas presenta similitudes. Considerando que la población se incrementa entre 10 y 20% por década en la región, esto puede resultar en un incremento significante de la presión humana y del impacto alrededor del estuario. En este caso, el estado eutrófico observado actualmente podría afectar el estuario de manera permanente. La situación podría agravarse durante la estación seca o eventos de sequía, cuando el estuario es más susceptible a retener los nutrientes. Con el objetivo de mejorar la calidad del agua, se podrían implementar ciertas medidas en el estuario del Caeté basadas en (i) planeamiento urbanístico para controlar la descarga de efluentes en el estuario (ii) construcción de una estación de tratamiento de agua para reducir la entrada de efluentes no tratados y (iii) regular los usos del agua del estuario en función de la calidad de agua.