Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/35521
Type: Tese
Title: Monitoramento de qualidade de água baseado em análise por componentes principais : uma abordagem local
Authors: Carolina Cristiane Pinto
First Advisor: Gustavo Matheus de Almeida
First Co-advisor: Sílvia Maria Alves Corrêa Oliveira
First Referee: Roberto da Costa Quinino
Second Referee: Eduardo Coutinho de Paula
Third Referee: Patrícia da Luz Mesquita
metadata.dc.contributor.referee4: Wanderlene Ferreira Nacif
Abstract: O monitoramento da qualidade da água superficial ganhou mais atenção nos últimos anos devido à crescente degradação dos ambientes aquáticos. Os dados obtidos a partir desse monitoramento são essenciais no gerenciamento de recursos hídricos, e o desafio é transformá-los em informação relevante. Muitas vezes, a dificuldade existe não pela quantidade de dados, mas pelas interações complexas existentes nos cursos de água e do caráter multivariável dos dados. Nesse sentido, o objetivo deste trabalho foi aplicar a técnica multivariada de Análise por Componentes Principais (ACP), com foco em três aplicações distintas. As metodologias foram propostas para serem aplicadas a uma estação de monitoramento individualmente (abordagem local), possibilitando uma descrição detalhada das condições de qualidade de água de uma região específica. Como estudo de caso, foram utilizados dados secundários de 12 parâmetros físico-químicos e microbiológicos, coletados durante 21 anos (1997-2018), em uma estação de amostragem (BV137), identificada, em estudos anteriores, como prioritária para o monitoramento e controle da poluição do rio das Velhas. Na primeira aplicação, o modelo de ACP construído foi capaz de identificar amostras críticas em termos de poluição, e por meio de gráficos de scores, foi possível associar regiões espaciais aos fatores de pressão ambiental característicos da área em estudo (lançamentos de efluentes domésticos e industriais e atividades minerárias). Na segunda aplicação, as cartas de controle multivariadas para as estatísticas 𝑇2 e 𝑄 foram capazes de identificar 79,73% e 72,97% dos dados extremos, respectivamente, mostrando-se promissoras no monitoramento para a detecção das condições críticas de qualidade de água. Na terceira aplicação, foram realizadas análises envolvendo ACP e testes não paramétricos para avaliação da variabilidade temporal dos dados. Os resultados indicaram que três componentes principais foram responsáveis por explicar 62,47% da variabilidade total da qualidade da água e que os meses de janeiro, julho e outubro foram os que mais contribuíram para a explicação da variabilidade dos dados. As análises realizadas podem ser utilizadas como suporte à tomada de decisão em atividades de monitoramento e gerenciamento de qualidade de água, fornecendo meios para direcionar e avaliar a eficácia das políticas de controle e prevenção da poluição.
Abstract: Surface water quality monitoring has gained more attention in recent years due to the increasing degradation of aquatic environments. The data obtained from this monitoring is essential for the management of water resources, whose challenge lies in transforming them into relevant information. Often, the difficulty exists not because of the amount of data, but due to the complex existing interactions in watercourses and to the multivariate nature of the data. In this sense, the objective of this work was to apply the statistical multivariate technique, called Principal Component Analysis (PCA), with a focus on three different applications. The methodologies were proposed to be applied to a monitoring station individually (local approach), allowing a detailed description of the water quality conditions in a specific region. As a case study, secondary data from 12 physical-chemical and microbiological parameters were used, collected over 21 years (1997-2018) in a sampling station (BV137) identified in previous studies as a priority for pollution monitoring and control in the Velhas River. In the first application, the PCA model was able to identify critical samples in terms of pollution, and through score plots, it was possible to associate spatial regions in them with environmental pressure factors characteristic of the study area (discharge of domestic and industrial effluents and mining activities). In the second application, the multivariate control charts for the 𝑇 2 and 𝑄 statistics were able to identify 79.73% and 72.97% of the extreme data, respectively, showing promise in monitoring for the detection of critical water quality conditions. In the third application, analyzes involving PCA and non-parametric tests were performed to assess the temporal data variability. The results indicated that three main principal components were responsible for explaining 62.47% of the total variability in water quality, and that January, July and October were the months that most contributed to explain the variability of the data. The analyzes performed can be used to support decision making in water quality monitoring and management activities providing means to handle and evaluate the effectiveness of pollution control and prevention policies.
Subject: Engenharia química
Água - Qualidade
Água - Análise
Visualização de dados
Monitoramento ambiental
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/35521
Issue Date: 12-Mar-2021
Appears in Collections:Teses de Doutorado



Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.