Fluoride characterization by principal component analysis in the hydrochemical facies of Serra Geral Aquifer System in Southern Brazil

ABSTRACT

Principal component analysis is applied to 309 groundwater chemical data information from wells in the Serra Geral Aquifer System. Correlations among seven hydrochemical parameters are statistically examined. A four-component model is suggested and explains 81 percent of total variance. Component 1 represents calcium-magnesium bicarbonated groundwaters with long time of residence. Component 2 represents sulfated and chlorinated calcium and sodium groundwaters; Component 3 represents sodium bicarbonated groundwaters; and Component 4 is characterized by sodium sulfated with high fluoride facies. The components' spatial distribution shows high fluoride concentration along analyzed tectonic fault system and aligned on northeast direction in other areas, suggesting other hydrogeological fault systems. High fluoride concentration increases according to groundwater pumping depth. The Principal Component Analysis reveals features of the groundwater mixture and individualizes water facies. In this scenery, it can be determined hydrogeological blocks associated with tectonic fault system here introduced.

RESUMO

A Análise de Componentes Principais foi aplicada em 309 dados químicos de águas subterrâneas de poços do Sistema Aqüífero Serra Geral. Correlações entre sete parâmetros hidroquímicos foram examinadas através da estatística. O modelo de quatro componentes foi utilizado por explicar 81 por cento da variância total. A Componente 1 é representada por águas cálcio-magnesianas com longo tempo de residência, a Componente 2 representa águas bicarbonatadas sulfatadas e cloretadas, a Componente 3 representa águas bicarbonatadas sódicas e a Componente 4 é caracterizada por águas de fácies sódica e sulfatada com alto fluoreto. A distribuição espacial das componentes mostra águas com concentrações anômalas ao longo dos sistemas tectônicos de falhas, analisados e alinhados a NE em algumas áreas, sugerindo outros sistemas de falhas hidrogeológicos. As concentrações de fluoreto aumentam de acordo com a profundidade de bombeamento das águas. A Análise de Componentes Principais revelou feições de mistura e individualizou diferentes fácies de águas subterrâneas. Neste cenário, é possível determinar blocos hidrogeológicos associados com os sistemas tectônicos de falhas introduzidos no presente trabalho.