ANÁLISE DAS COMPONENTES PRINCIPAIS - RECONHECIMENTO DE PADRÕES NÃO-SUPERVISIONADO

6. RESULTADOS E DISCUSSÃO

6.4 RECONHECIMENTO DE PADRÕES NÃO-SUPERVISIONADO

6.4.1 ANÁLISE DAS COMPONENTES PRINCIPAIS

A Tabela 2 apresenta a contribuição das variáveis analisadas para a formação das duas primeiras componentes principais, para os dados amostrados nas 1ª, 2ª e 3ª coletas.

Tabela 2 - Contribuições das variáveis para a formação das duas primeiras componentes principais para as 1a, 2a e 3a coletas.

1a_coleta ₂a_coleta ₃a_coleta

PC 1 PC 2 PC 1 PC 2 PC 1 PC 2 Cond -0,5824 -0,5404 -0,8646 0,0744 -0,0404 0,0090 ORP -0,6763 -0,1865 -0,3989 0,4996 -0,5777 -0,2806 SatOD 0,5105 -0,5047 0,1866 0,8076 -0,2215 -0,6631 pH 0,5270 0,1011 0,5462 0,0905 0,1441 -0,0925 Turb -0,1223 -0,6774 -0,1903 0,6974 -0,5473 -0,6725 Ta 0,1187 -0,7611 0,2239 0,6903 -0,1659 -0,5421 NO3 -0,2117 -0,5046 -0,6109 -0,1500 -0,2754 -0,5851 NO2 -0,9091 0,2280 -0,8785 -0,1487 -0,6954 0,4698 Clor -0,2943 0,4311 -0,5620 -0,1356 -0,4711 0,2055 PT -0,6339 -0,3106 -0,9028 0,1683 -0,6953 -0,0687 ST -0,4548 -0,7282 -0,6546 0,4969 -0,4574 -0,4382 Alca -0,1171 -0,0113 -0,3195 0,3362 -0,5216 -0,5672 CT -0,7962 -0,0225 -0,8691 -0,1698 -0,6309 0,5672 EC -0,8487 0,2398 -0,8879 -0,1564 -0,6408 0,5431 DBO -0,6999 0,4936 -0,5150 -0,0802 -0,7196 0,4573

Legenda: Alca: alcalinidade (mg/L), Cond: condutividade (μS/cm), Clor: cloreto (mg/L), CT: coliformes totais (NMP/100 mL), DBO: demanda bioquímica de oxigênio (mg/L), EC: E. coli (NMP/100 mL), %sat: porcentagem de saturação do oxigênio dissolvido (%), NO3: nitrato (mg/L), NO2: nitrito (mg/L), ORP: potencial de oxi-redução (mV), pH: potencial hidrogeniônico, PT: fósforo total (mg/L), ST: sólidos totais (mg/L), Ta: temperatura da água (ºC), Turb: turbidez (NTU).

As contribuições das variáveis em relação às PC foram classificadas como "fortes", "moderadas" e "fracas", correspondendo a valores de carga absolutos de >0,75; 0,75-0,50 e 0,50-0,30; respectivamente (LIU et al., 2003).

Dessa forma e de acordo com a Tabela 2, percebe-se que, nas três coletas analisadas, a PC 1 teve forte contribuição relacionada a nitrito, coliformes totais e Escherichia coli, e contribuição moderada de fósforo total e DBO, que podem ter como causa a poluição antropogênica, como descargas incorretas de efluentes domésticos. Para a PC 2 observa-se que a variável de maior contribuição foi principalmente a turbidez, indicando que essa componente está relacionada aos locais mais impactados pelo desastre com a barragem de rejeitos.

Ouyang et al., (2006) em um estudo realizado com o intuito de avaliar as variações na qualidade da água superficial em uma bacia hidrográfica localizada no nordeste da Flórida, aplicaram a PCA e obtiveram a PC 1 apresentando forte contribuição por parâmetros orgânicos e relacionados a nutrientes e a PC 2 relacionada à temperatura e parâmetros físicos como a turbidez.

A Figura 25 mostra a representação gráfica da PCA para as 1a e 2a coletas. Para as duas campanhas, as duas primeiras componentes juntas explicaram cerca de 50% da variância original dos dados. Na primeira amostragem é possível observar uma separação entre os pontos localizados no rio principal (grupo I) e os tributários (grupo II). Nota-se que os pontos amostrados no Gualaxo do Norte sofrem maior influência das variáveis condutividade, nitrato, sólidos totais e turbidez. No campo 2, observa-se a formação de um número maior de agrupamentos, sendo possível destacar aqueles formados entre os pontos localizados no rio Gualaxo do Norte afetado (grupo I) e os pontos amostrados em tributários (grupo V).

Em ambos os campos o ponto 2 apresentou um comportamento destoante dos demais; observações locais permitiram verificar que esse local é caracterizado pelo aporte considerável de efluentes domésticos sem tratamento prévio. Observa-se ainda que o comportamento do ponto 2 é melhor explicado pela PC 1 que, de acordo com a Tabela 2, é formada principalmente pela variância contida nas variáveis ligadas a poluições pontuais, corroborando com as observações locais.

Rakotondrabe et al., (2018) aplicaram análise exploratória para avaliar a qualidade da água de uma região impactada pela mineração do ouro, na região leste de Camarões. A PCA foi utilizada para distinguir e verificar as principais fontes potenciais de poluição na área de estudo. antropogênica.

Figura 25 - Grupos formados pelos pontos amostrados na bacia hidrográfica do rio Gualaxo do Norte/MG e as variáveis avaliadas a partir da aplicação da PCA aos dados referentes aos campos 1 e 2.

Campo 1 Campo 2 I II I II V IV III VI III

Entre os principais elementos, a distribuição das variáveis na PC 1 e PC 2 serviu como evidência para a formação de dois principais grupos, sendo o primeiro composto pela turbidez e sólidos totais dissolvidos, indicando que, na área de estudo, os valores elevados desses dois parâmetros podem estar vinculados à atividade. minerária; e no segundo grupo destacam-se a condutividade elétrica, pH e alcalinidade, que podem ser provenientes de fontes naturais, ligadas à formação geológica ou de uma fonte.

A Figura 26 indica a distribuição dos pontos e variáveis para a 3a_{coleta, onde as duas primeiras}

componentes explicaram mais de 50% da variância total dos dados. Observa-se a formação de oito grupos, destacando-se principalmente os grupos I, II e III, que representam pontos amostrados no rio principal não afetado e tributários, amostrados no rio principal afetado e amostrados em tributários, respectivamente.

Figura 26 - Grupos formados pelos pontos amostrados na bacia hidrográfica do rio Gualaxo do Norte/MG e as variáveis avaliadas a partir da aplicação da PCA aos dados referentes ao campo 3.

Legenda: Alca: alcalinidade (mg/L), Cond: condutividade (μS/cm), Clor: cloreto (mg/L), CT: coliformes totais (NMP/100 mL), DBO: demanda bioquímica de oxigênio (mg/L), EC: E. coli (NMP/100 mL), %sat: porcentagem de saturação do oxigênio dissolvido (%), NO3: nitrato (mg/L), NO2: nitrito (mg/L), ORP: potencial de oxi-redução (mV), pH: potencial hidrogeniônico, PT: fósforo total (mg/L), ST: sólidos totais 9mg/L), Ta: temperatura da água (ºC), Turb: turbidez (NTU).

I II VII VI III IV V VIII

Barakat et al., (2016) em estudo realizado para avaliar a qualidade da água de uma bacia hidrográfica localizada na região centro-oeste de Marrocos, utilizaram a técnica da PCA para compreender as similaridades e dessemelhanças entre as 16 estações de monitoramento que foram investigadas. Como resultado obtiveram a PC 1 relacionada com nitrato e demanda química de oxigênio, oxigênio dissolvido e temperatura, atribuindo esse comportamento a fontes de poluição antropogênicas e contribuições agrícolas. A PC 2 foi influenciada pela turbidez e sólidos totais dissolvidos, atrelado ao alto escoamento superficial que carreia sólidos e resíduos de fontes pontuais. Sendo assim, os autores destacam que a utilização da PCA auxiliou no sentido de identificar que as principais contaminações da bacia estão ligadas à descarga de águas residuais urbanas não tratadas e insumos de áreas agrícolas.

A Tabela 3 apresenta a contribuição das varáveis analisadas para a formação das duas primeiras componentes principais, para os dados amostrados na 5ª, 6a e 7a coletas.

Tabela 3 - Contribuições das variáveis para a formação das duas primeiras componentes principais para 5a_{, 6}a_{e 7}a_coletas.

5a_coleta ₆a_coleta ₇a_coleta

PC 1 PC 2 PC 1 PC 2 PC 1 PC 2 Cond -0,5993 -0,3454 0,1163 0,2805 -0,73076 -0,13002 ORP 0,1879 -0,3387 0,4717 -0,0457 0,21271 0,54540 SatOD -0,3455 0,6602 0,6747 -0,3383 -0,47285 0,46940 pH -0,1649 0,6310 -0,4475 0,2601 -0,55812 -0,13596 Turb -0,7417 0,3065 0,8447 0,0592 -0,64261 0,47883 Ta -0,4426 0,6427 0,7230 -0,1086 -0,54777 0,37757 NO3 -0,6467 -0,0464 0,6693 -0,1628 -0,34718 -0,02713 NO2 -0,7971 -0,3326 -0,1113 0,8169 -0,78348 -0,09468 Clor -0,1339 -0,3788 -0,1501 0,4574 -0,22376 -0,32852 PT -0,8575 0,1758 0,4971 0,3908 -0,72059 0,44627 ST -0,6941 0,3627 0,6291 -0,1245 -0,60575 0,42764 Alca -0,7751 -0,1151 0,3408 0,3773 -0,76309 0,17077 CT -0,3159 -0,7366 0,4711 0,4508 -0,48985 -0,72912 EC -0,2488 -0,7777 0,4693 0,4313 -0,45080 -0,79501 DBO -0,5873 -0,4117 -0,0340 0,8439 -0,54358 -0,52956

De acordo com a Tabela 3, para a 5a coleta, observa-se que a PC 1 apresenta contribuições fortes de nitrito, alcalinidade, turbidez e fósforo total, e moderadas de nitrato e sólidos totais; para a PC 2 tem-se uma forte contribuição de EC e moderada de CT. Na 6a coleta a PC 1 mostrou forte influência da turbidez e nitrato enquanto que a PC 2 teve forte contribuição de nitrito e DBO. Na 7a coleta a PC 1 foi relacionada à turbidez, condutividade e nitrito e a PC 2 com CT e EC. No período de maior precipitação, num contexto geral, a PC 1 descreve variáveis relacionadas ao desastre, na medida em que nesse período os valores de turbidez e sólidos totais são exorbitantes, e a poluições difusas, uma vez que elevados valores de fósforo total e nitrato podem estar relacionados aos escoamentos advindos de áreas de agricultura. A PC 2, por sua vez, está atrelada a contaminações de águas residuais sem tratamento.

A Figura 27 representa graficamente os dados das 5a e 6a amostragens. Para a 5a coleta observa-se a formação de quatro grupos, sendo o primeiro (I) composto pelos pontos localizados no rio Gualaxo não afetado pelo desastre; o grupo II é formado por tributários, o grupo III por amostragens realizadas no rio principal afetado e o grupo IV pelo ponto 2. A campanha 6 obteve com a PC 1 e a PC 2 cerca de 50% dos dados originais explicados. Nessa amostragem foi verificada a formação de alguns agrupamentos distintos. Os grupos I e II são compostos pelos tributários amostrados; o grupo III é constituído pelos pontos localizados no rio principal, na área não afetada; e o grupo IV é formado pelos pontos coletados no rio principal (com exceção do ponto 16), na área afetada pelo desastre.

As PC 1 e PC 2 (Figura 28), referentes à 7ª campanha, explicaram cerca de 45% da variância original dos dados. Para os agrupamentos formados foi possível observar que, no grupo I, se encontram os pontos localizados no rio Gualaxo do Norte, na parte não afetada pelo desastre. O grupo II é formado pelos pontos situados também no rio principal, porém amostrados na parte atingida pela lama, refletindo as características do rio após receber o aporte de rejeito, uma vez que a turbidez e sólidos totais foram os parâmetros mais criticamente potencializados com o desastre. Além disso, observa-se a formação de dois grupos, III e IV, compostos pela maior parte dos tributários investigados.

Wang et al., (2013) realizaram um estudo no terceiro maior rio da China. Os dados da pesquisa foram constituídos por 15 estações de monitoramento e aplicou-se a PCA para avaliar a qualidade da água do rio e identificar as principais fontes de poluição. Como resultado eles obtiveram a primeira componente relacionada à poluição advinda de áreas com criação de animais e atividades da agricultura; a segunda componente ligada a intensas descargas de poluentes orgânicos e a terceira relacionada à poluição por metais pesados.

Figura 27 - Grupos formados pelos pontos amostrados na bacia hidrográfica do rio Gualaxo do Norte/MG e as variáveis avaliadas, a partir da aplicação da PCA aos dados referentes aos campos 5 e 6.

Campo 5 V III II I VI Campo 6 IV I II III IV

A representação gráfica é uma ferramenta dos estudos de reconhecimento de padrões, sendo aplicados, no geral, a pesquisas que possuam dados correlacionados e com número de parâmetros elevado. Nesse sentido a representação gráfica presume uma facilidade para a interpretação dos resultados. A PCA possibilita essa visualização gráfica, ao mesmo tempo que contribui para a análise dos dados, explorando a presença ou a ausência de conjuntos naturais entre as amostras, além de evidenciar quais parâmetros pesquisados são os principais responsáveis pela formação dos agrupamentos.

Em um âmbito geral no presente estudo a PCA atuou, entre outros, no sentido de indicar as diferenças de comportamento das variáveis analisadas no tocante à sazonalidade, e identificar possíveis agrupamentos, similaridades, tanto dos locais de coleta quanto dos parâmetros ambientais investigados. Para o período de estiagem notou-se que a maior parte da variância dos dados está relacionada a fatores antropogênicos, uma vez que com uma menor diluição dos corpos hídricos a poluição orgânica tende a causar mais danos ao ambiente. Para o período úmido obteve-se uma maior explicação dos dados ligados, principalmente, ao desastre com a barragem de Fundão, na medida que com as precipitações, o particulado fino que ainda se encontra na calha do rio é carreado, aumentando a presença de sólidos na água e consequentemente a turbidez, além de carrear também substâncias como fósforo total.

Figura 28 - Grupos formados pelos pontos amostrados na bacia hidrográfica do rio Gualaxo do Norte e as variáveis avaliadas, a partir da aplicação da PCA aos dados referentes ao campo 7.

III VI

No documento Técnicas de reconhecimento de padrões para a avaliação de corpos hídricos afetados por rejeitos do rompimento da Barragem de Fundão. (páginas 77-85)