Índice de qualidade de água modificado pela análise multivariada: estudo de caso do Arroio Pelotas, RS, Brasil / Water quality index modified by using multivariate analysis: a case study of Pelotas Stream, RS, Brazil

RESUMO O objetivo deste estudo foi desenvolver um índice de qualidade de água modificado (IQAMod), por meio de análises multivariadas, e comparar com o índice utilizado pela Companhia Ambiental do Estado de São Paulo (Cetesb) (IQACETESB), para ser aplicado no Arroio Pelotas, Rio Grande do Sul, Brasil. Foram usados dados secundários de qualidade da água superficial do Arroio Pelotas, para o sítio de amostragem GER 48, localizado no município de Pelotas, monitorados e disponibilizados pela Fundação Estadual de Proteção Ambiental Henrique Luís Roessler (FEPAM), no período entre 1997 e 2013. Entre as análises multivariadas, empregou-se a análise fatorial (AF)/análise de componentes principais (ACP). Os resultados indicaram que a ACP extraiu duas componentes principais que explicaram 100% da variância total dos dados na matriz de correlação, enquanto os escores fatoriais para o cálculo do IQAMod foram extraídos do primeiro fator, que explicou 70,6% da variância total. Concluímos que o IQAMod mostrou demanda bioquímica de oxigênio (DBO5), turbidez (TH) e sólidos totais (ST) como as variáveis de mais importância na construção do índice, diferindo do IQACETESB, que apresentou as variáveis oxigênio dissolvido (OD), coliformes termotolerantes (CT) e potencial hidrogeniônico (pH) como as de mais relevância, demonstrando assim a necessidade da calibração do IQACETESB para aplicação nesse ecossistema específico.

ABSTRACT This research aimed at developing a modified water quality index (WQIMod) by using multivariate analysis, from a comparison with the WQI used by the Environmental Company of São Paulo (Companhia Ambiental do Estado de São Paulo-Cetesb) (IQACETESB), to be applied in the Pelotas Stream, RS, Brazil. Secondary data from Pelotas Stream surface water quality were used, collected in the sampling site GER 48, located in the municipality of Pelotas, where they were monitored and provided by the State Foundation of Environmental Protection Henrique Luís Roessler (Fundação Estadual de Proteção Ambiental Henrique Luís Roessler-FEPAM) between 1997 and 2013. Among the multivariate analyses, the factor analysis/principal component analysis (PCA) was used. The results indicated that the PCA extracted two principal components, which explained 100% of the total data variance in the correlation matrix, while the factorial scores for WQIMod calculation were extracted from the first factor, which explained 70.6% of the total data variance. We concluded that the WQIMod exhibits biochemical oxygen demand (BOD5), turbidity (TH) and total solids (TS) as the most important variables for the index construction, differing from the WQICETESB, which shows the variables dissolved oxygen (DO), thermotolerant coliforms (TC) and hydrogenionic potential (pH) as the most relevant ones, indicating the need of WQICETESB calibration for applying in this specific ecosystem.

Modelagem sazonal da qualidade da água do Rio dos Sinos/RS utilizando o modelo QUAL-UFMG / Seasonal modeling of water quality in Sinos River/RS using the QUAL-UFMG model

RESUMO O objetivo deste estudo foi modelar sazonalmente a qualidade da água do Rio dos Sinos, no estado do Rio Grande do Sul, utilizando como suporte o modelo matemático QUAL-UFMG. Foram utilizadas nove seções de monitoramento, compreendidas entre os municípios de Caraá e Canoas, em um trecho de 211 km. As variáveis de qualidade da água foram analisadas entre o período de 2011 e 2012, de forma a abranger as diferentes variações sazonais. O modelo foi calibrado utilizando as seguintes variáveis de qualidade da água: demanda bioquímica de oxigênio (DBO); oxigênio dissolvido (OD); fósforo total (Ptotal); e nitrogênio total (Ntotal). As variações sazonais demonstraram uma influência nas diferentes curvas de calibração simuladas. De forma geral, a utilização do modelo matemático QUAL-UFMG para avaliação da qualidade da água do Rio dos Sinos se mostrou adequado, visto que ocorreu uma similaridade entre os dados observados e a curva simulada no processo de calibração. Para a variável OD, o modelo apresentou uma eficiência boa (Coeficiente de Nash e Sutcliffe - CNS>0,75) e para as variáveis DBO, Ptotal e Ntotal (outono/inverno) o modelo foi considerado aceitável (0,36<CNS<0,75).

ABSTRACT The main goal of this study was to seasonally model the water quality of Sinos River, in Rio Grande do Sul state, Brazil, using as support the QUAL-UFMG mathematical model. Nine monitoring sections were performed, between the counties of Caraá and Canoas, in a 211-km-long stretch. The water quality variables were analyzed between 2011 and 2012, in order to comprehend the different seasonal variations. The model was calibrated using the water quality variables: biochemical oxygen demand (BOD); dissolved oxygen (DO); total phosphorus (Ptotal); and total nitrogen (Ntotal). The seasonal variations demonstrated to influence the different simulated calibration curves. Thus, the utilization of QUAL-UFMG mathematical model in Sinos River water quality evaluation was appropriate, since there was a similarity between the observed data and the simulated curve in the calibration process. For DO, the model presented good efficiency (Nash and Sutcliffe Coefficients - CNS>0.75), and for BOD, Ptotal and Ntotal variables (autumn/winter), the model was considered acceptable (0.36<CNS<0.75).

Desenvolvimento e validação de equação para determinação do coeficiente de dispersão longitudinal em rios de médio porte / Development and validation of an equation to estimate longitudinal dispersion coefficient in medium-sized rivers

No presente trabalho, desenvolveu-se equação para predição do coeficiente de dispersão longitudinal (D L) em rios de médio porte, com vazões entre 16,20 e 98 m³ s-1, a partir de ensaios experimentais utilizando traçadores fluorescentes. A equação foi deduzida utilizando-se análise dimensional e ajustada aos dados de campo pela técnica de regressão linear múltipla. Em seguida, realizou-se a validação da equação testando-a em outra base de dados, diferente daquela para a qual foi desenvolvida, com vazões entre 19,57 a 48,54 m³s-1. Adicionalmente, foram comparados os desempenhos de outras quatro equações empíricas de predição do D L, utilizando-se três métodos comparativos. A equação desenvolvida apresentou ajuste estatístico adequado e bom resultado, com melhor desempenho geral quando comparada a outras equações propostas na literatura.

In this paper, an equation has been developed to estimate the longitudinal dispersion coefficient (D L) in medium-sized rivers, with flow between 16.20 and 98 m³s-1, from experimental tests using fluorescent tracers. The equation was deduced by dimensional analysis and adjusted to the field data by the multiple linear regression technique. Thereafter, the validation of the equation was performed by testing it in another database, which is different from the one it had been developed for, with flow between 19.57 and 48.54 m³s-1. Additionally, the performance of four other empirical equations was compared for D L prediction using three comparative methods. The developed equation showed appropriate statistical adjustment and good result, with better overall performance when compared with other equations proposed in literature.