Selection and grouping of indicators of water quality using Multivariate Statistics / Seleção e agrupamento de indicadores da qualidade de águas utilizando Estatística Multivariada

Multivariate statistics techniques (Principal Component Analysis and Cluster Analysis) were employed to select the most important parameters that explain water quality variability at a rural watershed in the state of Espírito Santo (Brazil). In addition to group the waters studied for the similarity of features selected to verify the effect of type of soil cover (agriculture, livestock, forest and urban), water resource (surface and underground) and sampling period (rainy and dry seasons). Nineteen physico-chemical parameters of water quality were analyzed: pH, electrical conductivity, total solids, total dissolved solids, total suspended solids, turbidity, biochemical oxygen demand (BOD), ammoniacal nitrogen, nitrate, nitrite, total phosphorous, Ca, Mg, Fe, Na, K, Zn, Cu and total coliform. Application of Principal Component Analysis reduced the 19 parameters to three components that explained 87.53% of the total variance of data set. Water quality parameters that best explained variability of data were: electrical conductivity, total solids, total dissolved solids, turbidity, BOD, nitrate, Ca, Mg, and Na. Application of Cluster Analysis showed four different groups of water quality that differed in concentration of physicochemical characteristics and the type of water resource study, since the collection periods and the type of soil cover did not influence the segregation of

No presente trabalho empregaram-se técnicas de Estatística Multivariada (Análise de Componentes Principais e Análise de Agrupamento Hierárquico) com o objetivo de selecionar as características físico-químicas mais importantes para explicar a variabilidade da qualidade das águas de uma sub-bacia hidrográfica rural no Sul do Estado do Espírito Santo, além de agrupar as águas estudadas quanto à similaridade das características selecionadas para verificar o efeito do tipo de cobertura do solo (agrícola, pecuário, florestal e urbano), de recurso hídrico (subterrâneo e superficial) e período de coleta (chuva e estiagem). A análise físico-química das águas foi feita por meio da determinação de pH, condutividade elétrica, sólidos totais, sólidos dissolvidos, sólidos suspensos, turbidez, demanda bioquímica de oxigênio (DBO), nitrogênio amoniacal, nitrato, nitrito, fósforo total, Ca, Mg, Fe, Na, K, Zn, Cu e coliformes totais. A Análise de Componentes Principais promoveu a redução de dezenove parâmetros de qualidade em três componentes que explicaram 87,53% da variância total. As características mais representativas da variabilidade da qualidade das águas estudadas foram: condutividade elétrica, sólidos totais, sólidos dissolvidos, turbidez, DBO, nitrato, Ca, Mg e Na. Na Análise de Agrupamento Hierárquico foram formados quatro grupos distintos de qualidade da água que diferiram quanto à c

Delineation of watershed in a mountainous area using different digital elevation models / Delimitação de bacia hidrográfica em região montanhosa a partir de diferentes modelos digitais de elevação

The precise delineation of watersheds is essential to studies related to environmental and hydrologic modeling. Such delineation is performed automatically in GIS softwares using algorithms that identify the watershed from grid representation of the terrain, the digital elevation model (DEM). This study evaluated the automatic delineation of a watershed located in the southern mountainous region of Espirito Santo (Brazil) using six different DEMs. Three MDEs were obtained by radar images (SRTM) and its refinements. Other three MDEs were obtained by process spatial interpolation of topographic data using different interpolators. It was found that the MDE obtained by the interpolation of topographic data using Top To Raster interpolator, (taking mapped hydrography as support) promoted the best representation of the watershed topography for the purpose of its delimitation.

A correta delimitação dos divisores de água da uma bacia hidrográfica é de grande importância para estudos ligados à modelagem hidrológica e ambiental. Tal procedimento é realizado de forma automática em aplicativos computacionais de Sistemas de Informações Geográficas, por meio de algoritmos que identificam os divisores de águas a partir de uma representação matricial da topografia do terreno, denominada Modelo Digital de Elevação (MDE). O presente trabalho avaliou a delimitação automática de uma bacia hidrográfica situada em região montanhosa do Sul do Estado do Espírito Santo (Brasil) feita a partir de seis diferentes MDEs: três MDEs originários de imagem de radar (SRTM) e seus refinamentos, além de três MDEs originários de processos de interpolação espacial de curvas de nível por meio de diferentes formas de interpolação. Verificou-se que o MDE gerado a partir das curvas de nível e da hidrografia mapeada utilizando o interpolador Topo To Raster apresentou o melhor desempenho de representação do relevo da bacia para fins de delimitação da bacia hidrográfica analisada.

Application of hydrological model HidroBacia in Jaqueira stream watershed, Espírito Santo / Aplicação do modelo HidroBacia na microbacia do córrego Jaqueira, Espírito Santo

Hydrologic simulation of watersheds is an useful tool for the water resources management and to reduce environmental degradation in watersheds. This work evaluated the applicability of the hydrologic modeling in a small watershed using the HidroBacia model at Alegre-ES and compare the results of flow maximum (Qmáx) and surface runoff flow (LES) in watershed outlet with rational methods (MR) and Curve Number (MNC). The soil water infiltration process is represented by means of the Green-Ampt equation, modified by Mein and Larson (GAML) in this model. This equation needs the parameters: matric potential in the wetting front, hydraulic conductivity and soil moisture in the field saturation. This work assessed seventy two input combinations of parameters for equation GAML. Compared to real data (obtained at the watershed outlet) the Qmáx and LES with the simulated by HidroBacia and by the MR and MNC. Verify in this work seven best combinations estimated Qmáx and LES in simulations with HidroBacia. The simulated data by the MR and MNC overestimated Qmáx and LES, respectively. Therefore, for experimental condition, recommend the use of hydrological model HidroBacia to estimate both parameters the Qmáx and the LES.

A modelagem hidrológica aplicada em bacias hidrográficas consiste numa das principais ferramentas para a gestão dos recursos hídricos, visando minimizar o processo de degradação ambiental. O presente trabalho objetivou avaliar a aplicabilidade do modelo hidrológico HidroBacia em uma microbacia hidrográfica de Alegre-ES, além de compará-lo com os métodos Racional (MR) e Número da Curva (MNC). O processo de infiltração de água no solo no HidroBacia, representado pela equação de Green- Ampt-Mein-Larson (GAML), foi simulado por meio de 72 diferentes combinações de parâmetros de entrada, a fim de evidenciar a de melhor desempenho. Compararam-se dados reais (obtidos no exutório da microbacia) de vazão máxima de escoamento superficial (Qmáx) e lâmina escoada (LES) com aqueles simulados pelo HidroBacia e pelos MR e MNC. Verificou-se que sete, das 72 combinações, melhor estimaram Qmáx e LES nas simulações realizadas com o HidroBacia. Os dados simulados pelo MR e MNC superestimaram a Qmáx e a LES, respectivamente.

Application of hydrological model HidroBacia in Jaqueira stream watershed, Espírito Santo / Aplicação do modelo HidroBacia na microbacia do córrego Jaqueira, Espírito Santo

Hydrologic simulation of watersheds is an useful tool for the water resources management and to reduce environmental degradation in watersheds. This work evaluated the applicability of the hydrologic modeling in a small watershed using the HidroBacia model at Alegre-ES and compare the results of flow maximum (Qmáx) and surface runoff flow (LES) in watershed outlet with rational methods (MR) and Curve Number (MNC). The soil water infiltration process is represented by means of the Green-Ampt equation, modified by Mein and Larson (GAML) in this model. This equation needs the parameters: matric potential in the wetting front, hydraulic conductivity and soil moisture in the field saturation. This work assessed seventy two input combinations of parameters for equation GAML. Compared to real data (obtained at the watershed outlet) the Qmáx and LES with the simulated by HidroBacia and by the MR and MNC. Verify in this work seven best combinations estimated Qmáx and LES in simulations with HidroBacia. The simulated data by the MR and MNC overestimated Qmáx and LES, respectively. Therefore, for experimental condition, recommend the use of hydrological model HidroBacia to estimate both parameters the Qmáx and the LES.

A modelagem hidrológica aplicada em bacias hidrográficas consiste numa das principais ferramentas para a gestão dos recursos hídricos, visando minimizar o processo de degradação ambiental. O presente trabalho objetivou avaliar a aplicabilidade do modelo hidrológico HidroBacia em uma microbacia hidrográfica de Alegre-ES, além de compará-lo com os métodos Racional (MR) e Número da Curva (MNC). O processo de infiltração de água no solo no HidroBacia, representado pela equação de Green- Ampt-Mein-Larson (GAML), foi simulado por meio de 72 diferentes combinações de parâmetros de entrada, a fim de evidenciar a de melhor desempenho. Compararam-se dados reais (obtidos no exutório da microbacia) de vazão máxima de escoamento superficial (Qmáx) e lâmina escoada (LES) com aqueles simulados pelo HidroBacia e pelos MR e MNC. Verificou-se que sete, das 72 combinações, melhor estimaram Qmáx e LES nas simulações realizadas com o HidroBacia. Os dados simulados pelo MR e MNC superestimaram a Qmáx e a LES, respectivamente.

Delineation of watershed in a mountainous area using different digital elevation models / Delimitação de bacia hidrográfica em região montanhosa a partir de diferentes modelos digitais de elevação

The precise delineation of watersheds is essential to studies related to environmental and hydrologic modeling. Such delineation is performed automatically in GIS softwares using algorithms that identify the watershed from grid representation of the terrain, the digital elevation model (DEM). This study evaluated the automatic delineation of a watershed located in the southern mountainous region of Espirito Santo (Brazil) using six different DEMs. Three MDEs were obtained by radar images (SRTM) and its refinements. Other three MDEs were obtained by process spatial interpolation of topographic data using different interpolators. It was found that the MDE obtained by the interpolation of topographic data using Top To Raster interpolator, (taking mapped hydrography as support) promoted the best representation of the watershed topography for the purpose of its delimitation.

A correta delimitação dos divisores de água da uma bacia hidrográfica é de grande importância para estudos ligados à modelagem hidrológica e ambiental. Tal procedimento é realizado de forma automática em aplicativos computacionais de Sistemas de Informações Geográficas, por meio de algoritmos que identificam os divisores de águas a partir de uma representação matricial da topografia do terreno, denominada Modelo Digital de Elevação (MDE). O presente trabalho avaliou a delimitação automática de uma bacia hidrográfica situada em região montanhosa do Sul do Estado do Espírito Santo (Brasil) feita a partir de seis diferentes MDEs: três MDEs originários de imagem de radar (SRTM) e seus refinamentos, além de três MDEs originários de processos de interpolação espacial de curvas de nível por meio de diferentes formas de interpolação. Verificou-se que o MDE gerado a partir das curvas de nível e da hidrografia mapeada utilizando o interpolador Topo To Raster apresentou o melhor desempenho de representação do relevo da bacia para fins de delimitação da bacia hidrográfica analisada.

Selection and grouping of indicators of water quality using Multivariate Statistics / Seleção e agrupamento de indicadores da qualidade de águas utilizando Estatística Multivariada

Multivariate statistics techniques (Principal Component Analysis and Cluster Analysis) were employed to select the most important parameters that explain water quality variability at a rural watershed in the state of Espírito Santo (Brazil). In addition to group the waters studied for the similarity of features selected to verify the effect of type of soil cover (agriculture, livestock, forest and urban), water resource (surface and underground) and sampling period (rainy and dry seasons). Nineteen physico-chemical parameters of water quality were analyzed: pH, electrical conductivity, total solids, total dissolved solids, total suspended solids, turbidity, biochemical oxygen demand (BOD), ammoniacal nitrogen, nitrate, nitrite, total phosphorous, Ca, Mg, Fe, Na, K, Zn, Cu and total coliform. Application of Principal Component Analysis reduced the 19 parameters to three components that explained 87.53% of the total variance of data set. Water quality parameters that best explained variability of data were: electrical conductivity, total solids, total dissolved solids, turbidity, BOD, nitrate, Ca, Mg, and Na. Application of Cluster Analysis showed four different groups of water quality that differed in concentration of physicochemical characteristics and the type of water resource study, since the collection periods and the type of soil cover did not influence the segregation of

No presente trabalho empregaram-se técnicas de Estatística Multivariada (Análise de Componentes Principais e Análise de Agrupamento Hierárquico) com o objetivo de selecionar as características físico-químicas mais importantes para explicar a variabilidade da qualidade das águas de uma sub-bacia hidrográfica rural no Sul do Estado do Espírito Santo, além de agrupar as águas estudadas quanto à similaridade das características selecionadas para verificar o efeito do tipo de cobertura do solo (agrícola, pecuário, florestal e urbano), de recurso hídrico (subterrâneo e superficial) e período de coleta (chuva e estiagem). A análise físico-química das águas foi feita por meio da determinação de pH, condutividade elétrica, sólidos totais, sólidos dissolvidos, sólidos suspensos, turbidez, demanda bioquímica de oxigênio (DBO), nitrogênio amoniacal, nitrato, nitrito, fósforo total, Ca, Mg, Fe, Na, K, Zn, Cu e coliformes totais. A Análise de Componentes Principais promoveu a redução de dezenove parâmetros de qualidade em três componentes que explicaram 87,53% da variância total. As características mais representativas da variabilidade da qualidade das águas estudadas foram: condutividade elétrica, sólidos totais, sólidos dissolvidos, turbidez, DBO, nitrato, Ca, Mg e Na. Na Análise de Agrupamento Hierárquico foram formados quatro grupos distintos de qualidade da água que diferiram quanto à c

Evaluationof water erosionchanges insurfacesoilin different plant cover of Awatershedin Alegre, ES / Avaliação da erosão hidrica pela alteração na superfície do solo em diferentes coberturas vegetais de uma sub-bacia hidrográfica no Município de Alegre, ES

Erosion is the process of detachment, drag and deposition of soil particles, which caused the loss of productive capacity of soils, siltation, and eutrophication and the loss of quality of surface waters. Keep this degradation process at tolerable levels is a major environmental concerns with this work aimed to evaluate the losses of soil in a pasture and forest regeneration through a simple temporal and economically Pin Method. The study consisted of two experimental plots located in the watershed of the Rio Jacaré, Alegre ES, with 108 square meters each, under different cover crops, pasture and natural forest regeneration. Methodology by changing the surface of the soil, dug up 40 stakes in the ground, where he proceeded to read monthly. It was observed an average loss of 6.08 Mg ha-1 month-1 and 3.34 Mg ha-1 month-1 soil, pasture and regeneration, respectively. The average reading of the stakes in the pasture was 51,85% higher than in regeneration. 

 A erosão é o processo de desprendimento, arraste e deposição de partículas de solo, que ocasiona a perda da capacidade produtiva dos solos, o assoreamento, além da eutrofização e a perda da qualidade das águas superficiais. Manter este processo de degradação em níveis toleráveis é uma das grandes preocupações ambientais Com este trabalho objetivou-se avaliar as perdas de solo numa pastagem e numa regeneração florestal, através de um método simples temporal e economicamente Método dos Pinos. O estudo foi composto por duas parcelas experimentais instaladas na sub-bacia do Rio Jacaré, Alegre ES, com 108 m² cada, sob diferentes coberturas vegetais, pastagem e regeneração florestal natural. Pela metodologia da alteração da superfície dos solos, cravou-se 40 estacas no solo, onde se procedia à leitura mensal. Foi verificada uma perda média de 6,08 Mg.ha-1 mês-1 e 3,34 Mg.ha-1 mês-1 de solo, na pastagem e regeneração, respectivamente. A média da leitura das estacas na pastagem foi 51,85% maior que na regeneração.

Evaluationof water erosionchanges insurfacesoilin different plant cover of Awatershedin Alegre, ES / Avaliação da erosão hidrica pela alteração na superfície do solo em diferentes coberturas vegetais de uma sub-bacia hidrográfica no Município de Alegre, ES

Erosion is the process of detachment, drag and deposition of soil particles, which caused the loss of productive capacity of soils, siltation, and eutrophication and the loss of quality of surface waters. Keep this degradation process at tolerable levels is a major environmental concerns with this work aimed to evaluate the losses of soil in a pasture and forest regeneration through a simple temporal and economically Pin Method. The study consisted of two experimental plots located in the watershed of the Rio Jacaré, Alegre ES, with 108 square meters each, under different cover crops, pasture and natural forest regeneration. Methodology by changing the surface of the soil, dug up 40 stakes in the ground, where he proceeded to read monthly. It was observed an average loss of 6.08 Mg ha-1 month-1 and 3.34 Mg ha-1 month-1 soil, pasture and regeneration, respectively. The average reading of the stakes in the pasture was 51,85% higher than in regeneration.

A erosão é o processo de desprendimento, arraste e deposição de partículas de solo, que ocasiona a perda da capacidade produtiva dos solos, o assoreamento, além da eutrofização e a perda da qualidade das águas superficiais. Manter este processo de degradação em níveis toleráveis é uma das grandes preocupações ambientais Com este trabalho objetivou-se avaliar as perdas de solo numa pastagem e numa regeneração florestal, através de um método simples temporal e economicamente Método dos Pinos. O estudo foi composto por duas parcelas experimentais instaladas na sub-bacia do Rio Jacaré, Alegre ES, com 108 m² cada, sob diferentes coberturas vegetais, pastagem e regeneração florestal natural. Pela metodologia da alteração da superfície dos solos, cravou-se 40 estacas no solo, onde se procedia à leitura mensal. Foi verificada uma perda média de 6,08 Mg.ha-1 mês-1 e 3,34 Mg.ha-1 mês-1 de solo, na pastagem e regeneração, respectivamente. A média da leitura das estacas na pastagem foi 51,85% maior que na regeneração.

Worldwide geographical distribution of Black Sigatoka for banana: predictions based on climate change models

As mudanças climáticas poderão alterar as doenças de plantas e afetar a eficácia das medidas de manejo. Um dos prováveis impactos será na distribuição geográfica das doenças. A Sigatoka Negra é considerada a principal doença da cultura da banana em decorrência dos danos causados e aumento do custo de manejo. O impacto sócio-econômico da doença continua aumentando, uma vez que a doença tem atingido novas áreas de plantio, tornando o manejo mais difícil. Este trabalho tem por objetivos comparar a distribuição geográfica da doença por meio da elaboração de mapas nas seguintes situações: a) clima atual e futuro (2020, 2050 e 2080), b) cenários A2 e B2 do Painel Intergovernamental de Mudanças Climáticas, c) predito por seis diferentes modelos de mudanças climáticas e pela média dos mesmos e, d) entre meses. Haverá redução das áreas favoráveis à doença no futuro, sendo que tal redução será mais acentuada no cenário A2 do que no B2 e gradativa para as décadas de 2020, 2050 e 2080. Predições efetuadas com o uso da média dos dados estimados pelos modelos permitiram redução na variabilidade da simulação em comparação com a predição gerada por cada modelo individualmente. Alterações na distribuição geográfica da doença ocorrerão entre meses, de modo que áreas consideradas desfavoráveis tornar-se-ão favoráveis e vice-versa. Apesar disso, extensas áreas continuarão favoráveis ao desenvolvimento da Sigatoka Negra.

Global climatic changes will potentially influence plant diseases and the efficacy of their management options. One of the most likely impacts of climate change will be felt by the geographical distribution of plant diseases. Black Sigatoka is considered the most damaging and costly disease of banana. The socio-economic impact of this disease has continued to increase as the pathogen reaches new areas and the disease becomes more difficult to be controled. The objectives of this research were to compare the global geographical distribution of the disease based on maps elaborated using weather data representing: i) current and future periods (2020, 2050 and 2080), ii) Intergovernmental Panel on Climate Change scenarios A2 and B2, iii) predictions based on six different climate change models and the " multimodel ensemble" and, iv) individual months. The " multimodel ensemble" lead to a reduction in the variability of the simulations when compared to the results obtained using the individual models separately. The predictions suggested that, in the future, areas favorable for the development of the Black Sigatoka disease will decrease. This reduction will occur gradually and will be higher for the A2 than for the B2 scenario. Changes in the geographical distribution of the disease will occur from one month to another, with unfavorable areas becoming favorable and vice-versa. However, in spite of these changes, extensive areas will still continue to be favorable for the occurrence of Black Sigatoka.

Worldwide geographical distribution of Black Sigatoka for banana: predictions based on climate change models

As mudanças climáticas poderão alterar as doenças de plantas e afetar a eficácia das medidas de manejo. Um dos prováveis impactos será na distribuição geográfica das doenças. A Sigatoka Negra é considerada a principal doença da cultura da banana em decorrência dos danos causados e aumento do custo de manejo. O impacto sócio-econômico da doença continua aumentando, uma vez que a doença tem atingido novas áreas de plantio, tornando o manejo mais difícil. Este trabalho tem por objetivos comparar a distribuição geográfica da doença por meio da elaboração de mapas nas seguintes situações: a) clima atual e futuro (2020, 2050 e 2080), b) cenários A2 e B2 do Painel Intergovernamental de Mudanças Climáticas, c) predito por seis diferentes modelos de mudanças climáticas e pela média dos mesmos e, d) entre meses. Haverá redução das áreas favoráveis à doença no futuro, sendo que tal redução será mais acentuada no cenário A2 do que no B2 e gradativa para as décadas de 2020, 2050 e 2080. Predições efetuadas com o uso da média dos dados estimados pelos modelos permitiram redução na variabilidade da simulação em comparação com a predição gerada por cada modelo individualmente. Alterações na distribuição geográfica da doença ocorrerão entre meses, de modo que áreas consideradas desfavoráveis tornar-se-ão favoráveis e vice-versa. Apesar disso, extensas áreas continuarão favoráveis ao desenvolvimento da Sigatoka Negra.

Global climatic changes will potentially influence plant diseases and the efficacy of their management options. One of the most likely impacts of climate change will be felt by the geographical distribution of plant diseases. Black Sigatoka is considered the most damaging and costly disease of banana. The socio-economic impact of this disease has continued to increase as the pathogen reaches new areas and the disease becomes more difficult to be controled. The objectives of this research were to compare the global geographical distribution of the disease based on maps elaborated using weather data representing: i) current and future periods (2020, 2050 and 2080), ii) Intergovernmental Panel on Climate Change scenarios A2 and B2, iii) predictions based on six different climate change models and the " multimodel ensemble" and, iv) individual months. The " multimodel ensemble" lead to a reduction in the variability of the simulations when compared to the results obtained using the individual models separately. The predictions suggested that, in the future, areas favorable for the development of the Black Sigatoka disease will decrease. This reduction will occur gradually and will be higher for the A2 than for the B2 scenario. Changes in the geographical distribution of the disease will occur from one month to another, with unfavorable areas becoming favorable and vice-versa. However, in spite of these changes, extensive areas will still continue to be favorable for the occurrence of Black Sigatoka.