Poluição Ambiental Análise de Dados e Índices de

Qualidade da Água

Prof. Dr. Antonio Donizetti G. de Souza UNIFAL-MG Campus Poços de Caldas

Análise dos Dados

1. Análise Exploratória dos Dados

1.1 Métodos Numéricos

- n (número de dados)

- média

- mediana

- valor mínimo

- valor máximo

- desvio-padrão

- coeficiente de variação (magnitude do desv-pad em relação a média)

1.2 Métodos Gráficos

- gráficos de barras

- gráficos de dispersão

- gráficos de séries temporais

- gráficos Box e Whisker (boxplot)

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

JB-10 JB-15 JB-20 JB-22 JB-35 JB-41 JB-55 JB-75

Tu

rbid

ez

(NT

U)

Estações de Coleta

0

10

20

30

40

50

60

70

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Tu

rbid

ez

(NT

U)

Meses de Coleta

Estação JB-20

Variação Espacial Variação Temporal

Estações Estatística Temp

°C

Cond STD OD Turbidez pH Sat.OD

Descritiva (μS/cm) (mg/L) (mg/L) (NTU) (%)

S1 n 6 6 6 6 6 6 6

Mínimo 13,6 40,36 14,09 6,32 6,3 5,78 77,01

Máximo 16,5 65,53 24,16 7,9 10,47 6,2 92,63

Média 15,35 53,56 18,68 7,26 8,39 6,05 86,79

Mediana 15,8 55,64 18,84 7,3 8,45 6,11 86,48

Desv.Padrão 1,09 8,69 3,58 0,53 1,75 0,16 5,19

CV (%) 7,10 16,22 19,16 7,30 20,86 2,64 5,98

S2 n 6 6 6 6 6 6 6

Mínimo 16,8 129,8 49,88 3,51 18,9 5,42 43,73

Máximo 18,2 144,4 58,05 5,77 53,8 6,27 73,15

Média 17,7 136,6 53,78 4,71 35,64 5,98 59,23

Mediana 17,95 135,2 53,8 4,84 36,25 6 61,09

Desv.Padrão 0,49 4,69 2,73 0,79 11,81 0,28 10,39

CV (%) 2,77 3,43 5,08 16,77 33,14 4,68 17,54

RC1 N 6 6 6 6 6 6 6

Mínimo 16,2 24,31 5,06 4,25 14,8 5,56 53,59

Máximo 18,8 25,61 10,38 7,88 23,73 6,3 98,11

Média 18,07 24,81 9,3 6,85 18,29 5,73 86,56

Mediana 18,45 24,49 10,06 7,24 17,43 5,62 92,19

Desv.Padrão 0,88 0,54 1,91 1,21 3,06 0,26 15,16

CV (%) 4,87 2,18 20,54 17,66 16,73 4,54 17,51

Séries Temporais - Exemplo

y = 0,8914x + 0,0845 R² = 0,7575

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

45,00

50,00

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00 50,00

ST

S (

mg

/L)

Turbidez (NTU)

Dispersão- Exemplo

Boxplot

Análise dos Dados

2. Correlações entre variáveis

3. Agrupamento das variáveis e estações (Cluster analysis)

4. Testes Estatísticos: Testes de Hipóteses

Fontes de Variação: 1. Sítios; 2. Épocas

ANOVA/MANOVA

Kruskal Wallis

TEMP pH TURB ALC COND CLOR %OD DBO CFEC NO3 FTOT ST Fe Ca Mg Na K

TEMP 1,000

pH -0,358** 1,000

TURB 0,282** 1,000

ALC 0,602** 0,263** 1,000

COND 0,528** 0,292** 0,856** 1,000

CLOR 0,534** 0,237** 0,807** 0,960** 1,000

%OD -0,318** -0,375** -0,461** -0,373** -0,290 1,000

DBO 0,579** -0,280** 0,541** 0,221** -0,588** 1,000

CFEC 0,317** 0,224* 0,288** 0,243** 0,198* -0,243 0,455** 1,000

NO3 -0,452** -0,327** -0,230* 0,544** -0,369** 1,000

FTOT 0,347** 0,206* 0,594** 0,599** 0,607** 0,577** -0,669** 0,722** 0,471** -0,402** 1,000

ST 0,248** 0,430** 0,340** 0,765** 0,907** 0,895** -0,335** 0,214* 0,211* -0,231* 0,598** 1,000

Fe 0,177* -0,232** 0,308** -0,407** 0,311** -0,246** 0,264* 1,000

Ca 0,509** 0,315** 0,825** 0,930** 0,889** -0,378** 0,230* -0,208* 0,571** 0,868** 1,000

Mg 0,495** 0,282** 0,758** 0,926** 0,937** -0,276** 0,554** 0,876** 0,888** 1,000

Na 0,581** 0,200* 0,858** 0,944** 0,948** -0,320** -0,221* 0,564** 0,867** 0,856** 0,889** 1,000

K 0,369** 0,374** 0,713** 0,858** 0,863** -0,383** 0,192* 0,564** 0,843** 0,862** 0,854** 0,793** 1,000

Correlação r de Spearman.

(*)=p<0,05 e (**)= p<0,01.

Cluster Analysis

Dendograma de similaridade espacial.

Variáveis Fontes de Variação

Sítios Períodos (Inverno/Verão)

TEMP 60,8508 17,0852

p = 0,0000 p = 0,0000

pH 41,2559 0,4346

p = 0,0000 p = 0,5097

COND 127,2883 17,3340

p = 0,0000 p = 0,0000

CLOR 128,3692 46,5661

p = 0,0000 p = 0,0000

%OD 223,3233 30,7070

p = 0,0000 p = 0,0000

DBO 218,9380 27,7270

p = 0,0000 p = 0,0000

CFEC 67,3931 1,3150

p = 0,0000 p = 0,2515

NO3 39,9619 7,4669

p = 0,0000 p = 0,0063

FTOT 56,9816 5,4885

p = 0,0000 p = 0,0191

ST 211,9125 1,8160

p = 0,0000 p = 0,1778

Teste Kruskal-Wallis (teste H)

Destaque: Valores não significativos a p<0,05.

Índices de Qualidade da Água

1.Crescente desenvolvimento socioeconômico (poluição).

2. Consequência: Número cada vez maior de variáveis de

qualidade da água em graus de complexidade cada vez

maiores.

3. Necessidade de gerar índices que tratem um número cada

vez maior de informações, de forma sintética e acessível, para

os tomadores de decisão.

4. Índices: Instrumentos de informação para gestores e público

em geral (leigos)

Principais vantagens:

a) Facilidade de comunicação com o público não-técnico.

b) Fornece status maior do que os parâmetros individuais.

c) Representa uma “média” de diversas variáveis em um único

número, combinando unidades de medidas diferentes em um

única unidade.

Principal desvantagem:

Perda de informação das variáveis individuais e da interação

entre as mesmas.

Os índices, apesar de fornecerem uma avaliação integrada,

jamais substituirão uma avaliação detalhada da qualidade

das águas de uma determinada bacia hidrográfica.

Índices de Qualidade da Água

Índices de Qualidade da Água

IQA: Índice de Qualidade da Água

IAP: Índice de Qualidade para Abastecimento Público

IET: Índice de Estado Trófico

IVA: Índice de Qualidade para Proteção Vida Aquática

IB: Índice de Balneabilidade

BMWP (Biological Monitoring Working Party Score System)

IQA - Índice de Qualidade da Água

Histórico

IQA – NSF (National Sanitation Foundation, EUA)

(Brown, 1970)

Consulta a 142 especialistas.

35 Variáveis pré-selecionadas com 0-1 pesos

(grau de importância).

09 Variáveis selecionadas

Variáveis Unidade de medida Pesos

(wi)

Coliformes termotolerantes NMP 100 mL-1 0,16

DBO mgL-1, O2 0,11

Fosfato total mgL-1, PO4 0,10

Nitratos mgL-1, NO3 0,10

Oxigênio dissolvido % Saturação 0,17

pH - 0,11

Sólidos totais dissolvidos mgL-1 0,07

Temperatura °C 0,10

Turbidez NTU 0,08

Índice de Qualidade da Água IQA – NSF

Variáveis e Pesos

IQA – NSF

Fórmula de Calculo do IQA

IQA – NSF

Curvas Médias

Funcionais

Diferença entre ToC de

equilíbrio e medida.

Quando não há ToC de

equilíbrio, considerar

q6=93

Equações das

curvas

IQA – NSF

Níveis de Qualidade resultantes (Classificação)

Índice de Qualidade da Água

Brasil

Adaptações do IQA (NSF)

1. IGAM

Alteração Pesos

ST (não STD)

2. CETESB

Alteração Pesos

NT (não Nitrato)

ST (não STD)

CETESB- Classificação IQA

Planilha de Calculo

Programa para Calculo do IQA

http://www.unisc.br/portal/pt/cursos/mestrado/mestrado-em-sistemas-e-processos-

industriais/softwares-para-download/iqadata.html