ANÁLISES MULTIVARIADAS

Por meio da técnica de cluster os pontos de amostragem foram agrupados fundamentalmente em função das peculiaridades (variáveis) dos rios analisados. Desse modo, o grande agrupamento apresentado pela figura 56 corresponde aos pontos (P-08, P-06, P-05, P-12, P-03 e P-01) localizados no rio Paraíba do Sul, ao passo, que os sítios isolados (P-04 e P-02) representam respectivamente os rios Paraibuna e Piabanha.

Figura 56 - Agrupamento dos pontos de amostragens das águas superficiais da área de estudo.

Diferentemente do método aplicado aos pontos amostrais, as variáveis estudadas foram submetidas à técnica fatorial e analisadas em função da temporalidade. Para isso, foi utilizado o método das componentes principais para extração dos fatores e a varimax para rotação ortogonal. Os factor loadings considerados foram os superiores a 0,60.

Com base na caracterização da área de estudo, observou-se que a principais influências para a presença dos íons Br- e F- nas águas superficiais amostradas, são referentes ao lançamento de efluentes domésticos não tratados nos cursos d’água e a erosão do solo. Além disso, testes anteriores demonstraram que tais ânions estiverem sempre correlacionados em um mesmo fator. Por esse motivo, os presentes íons foram somados (F- + Br-) para aplicação da análise fatorial.

6.8.1. Período Chuvoso

Para o período chuvoso exposto na tabela 10 foram extraídos quatro fatores (F1, F2, F3 e F4) que em conjunto explicaram 92,6% da variância total dos dados. Separadamente o fator 1 explicou 41,3% da variância dos dados originais e apresentou correlações positivas entre os parâmetros OD, pH, T, coliformes totais, SiO2, F- + Br-, Ca2+ e Fe. O F2 ressaltou

25,6% da variância total. Com 15,4% da variância explicada, o fator 3 apresentou correlações negativas com PO43-, NO3- e COD, enquanto o Fator 4 explicando 10,6% da variância dos

dados originais apresentou correlação positiva com Al, Fe e outros elementos-traço. Tabela 12 - Análise fatorial dos parâmetros amostrados nas águas superficiais do

município de Três Rios e entorno durante o período chuvoso.

VARIÁVEIS FATOR 1 FATOR 2 FATOR 3 FATOR 4

OD 0,982183 0,013312 -0,062579 -0,039117 pH 0,984421 0,132136 0,075657 -0,008880 T 0,973537 0,084207 0,168361 -0,083013 CE 0,107122 0,973850 0,001252 0,187212 MPS -0,575265 -0,407771 -0,501125 -0,415463 Coliformes Totais 0,980155 0,067652 0,126080 -0,088262 SiO2 0,902517 -0,101878 -0,090326 0,256760 PO43- -0,199346 -0,156732 -0,930631 -0,062928 NH4 + 0,057595 -0,331826 0,073809 -0,095105 NO3 - -0,165835 0,328946 -0,879694 -0,023965 COD 0,378783 -0,464666 -0,733691 0,167871 F- + Br- 0,968479 0,034307 0,188598 0,000867 Cl- -0,194121 0,956411 -0,084941 0,082308 SO4 2- -0,507515 -0,370979 0,519592 -0,534841 HCO3 - 0,264968 0,945965 0,017828 0,152594 Na+ -0,223057 0,957611 0,019699 0,083831 K+ 0,293963 0,925475 0,192831 0,082372 Ca2+ 0,763828 0,594828 -0,235731 -0,013956 Mg2+ 0,479498 0,727832 0,466602 0,017186 Al 0,038244 0,404478 0,136338 0,898011 Mn -0,276253 -0,385122 -0,467524 0,488764 Fe 0,652358 -0,088116 0,160946 0,709036 Elementos-Traço -0,235759 0,150959 -0,148142 0,931646 Autovalor % Variância explicada % Variância acumulada 9,487748 41,25108 41,25108 5,876753 25,55110 66,80218 3,537765 15,38159 82,18377 2,432142 10,57453 92,75830

As figuras 57 e 58 apresentam um gráfico da projeção das cargas das variáveis em relação aos fatores extraídos. De acordo com Trindade (2013) essas apresentações gráficas revelam quais das variáveis estão mais correlacionadas a cada um dos fatores, bem como a identificação do grau de semelhança das medidas, refletido pela proximidade dos pontos. Dessa forma, é possível notar por meio da figura 57 que os parâmetros mais relevantes para o fator 1 são aqueles localizados na extremidade direita do plano horizontal, enquanto para o fator 2 estão distribuídos no extremo superior do eixo y. As variáveis que se encontram próximas ao centro do gráfico apresentam pouca representatividade para ambos os fatores.

Devido as correlações explicitadas no fator 1 entre OD, pH, T, coliformes totais, SiO2, F- + Br-, Ca2+ e Fe é possível dizer que tais variáveis sejam indicativos de intensos

processos erosivos das margens dos rios e da bacia de drenagem. Esse fator é corroborado pelo processo histórico do uso e ocupação do solo, principalmente pela substituição da vegetação nativa por extensas áreas destinadas a cafeicultura que resultou além da degradação, a exposição do compartimento pedológico a maior influência climática.

Por outro lado, o fator 2 apresentando correlações positivas com CE, Cl-, HCO3-,

Na+, K+ e Mg2+ é relacionado ao conteúdo mineral (sais e íons dissolvidos), refletindo as condições naturais da bacia hidrográfica em um processo de dissolução de rochas e intemperismo (TRINDADE, 2013).

Figura 57 - Projeção das cargas fatoriais do fator 1 versus fator 2 – período chuvoso.

Por sua vez, os agrupamentos representantes do fator 3 (correlações negativas entre PO43-, NO3- e COD) situados no limite esquerdo do eixo horizontal da figura 58, caracterizam

a forte influência de fertilizantes agrícolas nos sistemas fluviais, a medida que o fator 4 (agrupamento da parte superior da figura 58 que incluem as variáveis Al, Fe e outros elementos-traço), reflete processos geoquímicos de formação de óxidos e hidróxidos.

Figura 58 - Projeção das cargas fatoriais do fator 3 versus fator 4 – período chuvoso.

Os escores obtidos na análise fatorial indicam com maior detalhe a influência de cada ponto amostral na determinação dos fatores. Nota-se, portanto, que para o fator 1 exposto na figura 59, os pontos P-01 e P-04 com os escores mais positivos foram aqueles de maior relevância para o fator. Isso deve-se ao fato dos pontos se localizarem em áreas mais rurais com predomínio de pastagens e presença de atividade pecuarista.

Figura 59 - Espacialização e apresentação gráfica dos escores obtidos para o Fator 1 do período chuvoso. -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 P-01 P-02 P-03 P-04 P-05 P-06 P-08 P-12 ESC O R ES

No extremo positivo da escala dos escores do fator 2, apresenta-se a influência do conteúdo mineral (sais e íons dissolvidos) de origem alóctone para as águas superficiais, onde os pontos P-08 e P-01 foram os mais importantes na determinação dessa característica, conforme apresenta a figura 60, seguido do P-12 e P-03. O segmento do rio representado pelos pontos P-12, P-08 e P-01 é submetido ao aporte de afluentes advindos da zona rural do município de Paraíba do Sul, cuja região é formada predominantemente por pastagens e áreas degradadas, o que favorece a lixiviação dos macro e micronutrientes do solo para os cursos d’água. Em contrapartida, o P-03 destacou-se por receber sais e íons dissolvidos provenientes da erosão de margens influenciadas por ocupação irregular na área urbana do município de Três Rios.

Figura 60 - Espacialização e apresentação gráfica dos escores obtidos para o Fator 2 do período chuvoso.

Para o fator 3 representado por correlações negativas que indicam a influência de fertilizantes agrícolas, o ponto de amostragem P-02 foi o mais importante para descrever e justificar o fator exposto na figura 61, uma vez que este rio carrega com si contaminantes oriundos dos principais municípios agrícolas (Teresópolis, Petrópolis, São José do Vale do Rio Preto, Areal) do Estado do Rio de Janeiro. Municípios que empregam em suas atividades primárias, fertilizantes químicos e agrotóxicos, sendo o primeiro voltado ao melhoramento do solo e o segundo ao combate de pragas e doenças.

-2,0 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 P-01 P-02 P-03 P-04 P-05 P-06 P-08 P-12 ESC O R ES

Figura 61 - Espacialização e apresentação gráfica dos escores obtidos para o Fator 3 do período chuvoso.

Os escores positivos do fator 4 apresentado na figura 62 refletem os processos geoquímicos descrito anteriormente. Para esse fator, os pontos localizados próximo ou na área urbana do município de Três Rios (P-01, P-06, P-05) foram os mais representativos para o processo de formação de óxidos e hidróxidos. A importância desses pontos pode ser explicada levando em consideração a influência das ocupações irregulares e da supressão da vegetação ripária sob o aumento das taxas erosivas e consequentemente sob o aporte de minerais alumino-silicáticos no ambiente aquático.

Figura 62 - Espacialização e apresentação gráfica dos escores obtidos para o Fator 4 do período chuvoso.

6.8.2. Período Seco -2,5 -2,0 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 P-01 P-02 P-03 P-04 P-05 P-06 P-08 P-12 ESC O R ES -2,0 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 P-01 P-02 P-03 P-04 P-05 P-06 P-08 P-12 ESC O R ES

Para o período seco foram gerados três fatores que responderam por 74,3% da variância total dos dados originais, conforme demonstra a tabela 11. Isoladamente, o fator 1 explicou 48,2% da variância e apresentou correlações positivas com os parâmetros OD, pH, T, coliformes totais, COD, Cl-, HCO3-, Na+, Ca2+ e Mg2+ e correlações negativas com Al, Fe

e outros elementos-traço. O fator 2 representou 13,5% e caracterizou-se por correlações positivas com MPS, SiO2 e NO3-. O fator 3 com associações positivas entre T, NH4+ e F- + Br-

explicou 12,6% da variância total.

Tabela 13 - Análise fatorial dos parâmetros amostrados nas águas superficiais do município de Três Rios e entorno durante o período seco.

De acordo com a tabela 11 e com os gráficos de projeções das cargas fatoriais apresentado pela figura 63, observa-se que o fator 1 foi correlacionado com 56,5% das variáveis empregadas na análise multivariada e que estão dispostas em agrupamentos verificados tanto na extremidade negativa quanto positiva do eixo x da figura 63. As correlações positivas com os parâmetros OD, pH, T, coliformes totais, COD, Cl-, HCO3-,

Na+, Ca2+ e Mg2+ e negativas com Al, Fe e outros elementos-traço, conferiram ao fator 1

VARIÁVEIS FATOR 1 FATOR 2 FATOR 3

OD 0,908355 0,204293 -0,136197 pH 0,822328 0,299430 0,352314 T 0,662760 0,253062 0,632191 CE 0,288540 0,052857 0,257250 MPS 0,090858 0,803066 0,056891 Coliformes Totais 0,648709 -0,357602 -0,061284 SiO2 0,183250 0,821503 -0,024380 PO4 3- -0,015364 0,025066 0,104676 NH4 + 0,056498 -0,254085 0,795685 NO3 - 0,227511 0,811416 -0,240734 COD 0,724569 0,395134 0,277682 F- + Br- -0,018032 0,163160 0,864528 Cl- 0,695086 0,186822 -0,220050 SO4 2- 0,321638 0,034427 0,156702 HCO3 - 0,960205 -0,123248 0,012905 Na+ 0,832238 -0,315121 0,088827 K+ 0,163630 -0,065830 0,301267 Ca2+ 0,841031 0,349488 -0,186290 Mg2+ 0,520098 -0,516474 -0,285973 Al -0,888888 -0,230776 -0,163493 Mn -0,520897 -0,510921 -0,309324 Fe -0,833880 -0,107504 -0,171743 Elementos-Traço -0,779988 -0,138554 -0,348284 Autovalor % Variância explicada % Variância acumulada 11,08113 48,17885 48,17885 3,10119 13,48343 61,66227 2,90935 12,64933 74,31160

influência do escoamento de base, de modo que a qualidade da água é controlado por materiais de origem geológica.

Com menos parâmetros correlacionados (MPS, SiO2 e NO3-), o fator 2 foi interpretado

como sendo escoamento superficial da bacia de drenagem.

Figura 63 - Projeção das cargas fatoriais do fator 1 versus fator 2 – período seco.

As variáveis T, NH4+ e F- + Br- correlacionadas ao fator 3 e localizadas na parte

superior da figura 64, sugerem como fonte principal, o lançamento de efluentes domésticos nas águas superficiais sem o devido tratamento prévio.

Figura 64 - Projeção das cargas fatoriais do fator 2 versus fator 3 – período seco.

De acordo com o mapa de escores, figura 65, observa-se que todos os pontos de amostragens foram importantes para a determinação do fator 1. Isso porque em período de estiagem e de baixa vazão dos rios, o escoamento de base tende a prevalecer.

Figura 65 - Espacialização e apresentação gráfica dos escores obtidos para o Fator 1 do período seco.

Para o fator 2 que caracteriza o escoamento superficial da bacia de drenagem, os pontos P-02 (Rio Piabanha) e P-04 (Rio Paraibuna) foram os mais relevantes para o fator

-0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 P-01 P-02 P-03 P-04 P-05 P-06 P-08 P-12 ESC O R ES

como demonstra a figura 66. A importância desses pontos pode ser explicada com base nas características climáticas das regiões a montante, que mesmo em período de seca, apresentam índices pluviométricos superiores ao registrado no município de Paraíba do Sul e Três Rios.

Figura 66 - Espacialização e apresentação gráfica dos escores obtidos para o Fator 2 do período seco.

O fator 3 caracterizou-se estritamente por correlações com variáveis positivas, as quais refletiram o lançamento de efluentes domésticos no ambiente fluvial. Para essa externalidade, os pontos mais representativos foram aqueles localizados no rio Paraíba do Sul (P-12, P-08, P-01, P-06, P-05 e P-03) e Paraibuna (P-04) conforme exemplificado pela figura 67. A importância de 75% dos pontos para esse fator demonstra o impacto negativo das áreas urbanas do município de Paraíba do Sul e Três Rios sobre a qualidade hídrica.

Figura 67 - Espacialização e apresentação gráfica dos escores obtidos para o Fator 3 do período seco. -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 P-01 P-02 P-03 P-04 P-05 P-06 P-08 P-12 ESC O R ES -1,4 -1,2 -1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 P-01 P-02 P-03 P-04 P-05 P-06 P-08 P-12 ESC O R ES

7. CONCLUSÃO

Em uma análise genérica dos IQAs, observou-se que o nível de qualidade das águas superficiais da área de estudo, variou do médio/aceitável ao bom, indicando que mesmo diante de todo o esgoto da cidade de Três Rios que é lançado diretamente no Rio Paraíba do Sul, os sistemas fluviais ainda se mantêm em condições propícias ao abastecimento público. Entretanto, a não conformidade de algumas variáveis (coliformes termotolerantes, oxigênio dissolvido, turbidez) com os limites referenciais dos padrões de potabilidade da água, não foi evidenciada pelos índices. Isso aconteceu porque as concentrações dos outros parâmetros exerceram maior influência no valor final, camuflando dessa maneira, possível impacto no ambiente fluvial.

Além disso, os parâmetros que constituem o IQA não contemplam os diversos processos e interações de uma bacia hidrográfica, uma vez que estão associados principalmente ao lançamento de efluentes domésticos no curso d’água. Desse modo, apesar da fácil interpretação e do baixo custo, o IQA torna-se uma ferramenta frágil para compreensão dos fatores (naturais e/ou antrópicos) que influenciam e comprometem a qualidade hídrica.

Por outro lado, as correlações apresentadas por meio das análises multivariadas tendem a caracterizar e até mesmo se aproximar das condições, dos processos e fatores que influenciam a qualidade hídrica em uma visão mais holística. Portanto, para o presente trabalho, a análise multivariada demonstrou que as variáveis mais relevantes para o período chuvoso foram aquelas associadas aos processos erosivos e escoamento superficial da bacia de drenagem, enquanto que para o período seco foram as relacionadas com o escoamento de base e lançamento de efluentes domésticos. A figura 68, por meio de um modelo, ilustra com mais detalhes os fatores antrópicos e naturais que alteram a qualidade hídrica, assim como alguns processos exógenos que ocorrem na área de estudo.

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