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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
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