Controle estatístico de processos na avaliação da qualidade da água na bacia do rio Doce após o rompimento da barragem do Fundão (Mariana, MG) | Statistical process control for water quality evaluation in Doce river watershed after the Fundão dam (Mariana, MG) collapse

As atividades antrópicas causam a degradação da qualidade da água e, com isso, o comprometimento dos usos dos recursos hídricos. Para que os usos da água sejam preservados, o atendimento aos padrões de qualidade da água é essencial, de modo que para assegurá-lo, faz- se necessário o monitoramento e controle das águas superficiais. O processamento dos dados gerados nos programas de monitoramento é muitas vezes realizado a partir de ferramentas estatísticas. Dentre essas ferramentas, o Controle Estatístico de Processos (CEP) tem potencial de aplicação no monitoramento ambiental, porém não tendo sido plenamente explorado. Uma situação de aplicação pouco examinada consiste no uso do CEP para identificar eventos extremos em bacias hidrográficas, como estiagens severas, inundações, derramamentos ou incidentes ambientais, como os rompimentos de barragens. No dia cinco de novembro de 2015, milhões de metros cúbicos de rejeitos foram despejados na bacia do rio Doce com o rompimento da barragem do Fundão, pertencente à mineradora Samarco, localizada no município de Mariana (MG). Os impactos deste incidente requerem novas abordagens no monitoramento e no processamento dos dados de qualidade da água da região, motivo pelo qual buscou-se no presente trabalho avaliar, utilizando ferramentas de CEP, as mudanças na qualidade das águas na bacia do rio Doce após o evento de rompimento da barragem do Fundão. Em pontos amostrais do rio do Carmo e Doce, considerando-se o período de dados de 2009 a 2020, foram avaliadas as variações dos parâmetros de Fe dissolvido, Mn total, condutividade elétrica (CE), turbidez, oxigênio dissolvido (OD), pH, índice de qualidade da água (IQA NSF ), Escherichia coli e índice de qualidade da água do Conselho Canadense de Ministros do Meio Ambiente (IQA CCME ), composto pelos elementos Fe, Mn, As, Cd, Pb, Cu, Cr, Hg, Ni e Al. Os gráficos de processos de média móvel exponencialmente ponderada (EWMA) foram utilizados para os dados paramétricos ou transformados (caso os mesmos não apresentassem distribuição normal), enquanto os gráficos EWMA não paramétricos de sinais (NPEWMA-SN) foram adotados para os dados não normalizáveis. Além disso, o índice de capacidade de processos (ICP) para cada um dos pontos monitorados na bacia do rio Doce foi calculado. Ressalta-se que no presente trabalho, os gráficos de processos foram utilizados para testar a hipótese de retorno das variáveis de qualidade da água aos níveis anteriores ao rompimento. Com base na análise dos gráficos de processos, registrou-se uma melhora da turbidez, desde maio de 2018, e em relação ao Mn, um dos principais componentes do rejeito, foi possível observar um retorno aos níveis normais desde o período de estiagem de 2016. O aumento repentino da concentração dos metais durante a passagem da lama causou redução do valor de IQA CCME a níveis mínimos no rio do Carmo e no rio Doce. Entretanto, não foi verificado um aumento significativo da mediana do IQA CCME em relação ao período pré-incidente, pois não há pontos fora de controle. Ressalta-se que os gráficos de controle indicaram que o ferro dissolvido (nos rios do Carmo e Doce) e a condutividade elétrica (no rio Doce) ainda não se encontravam, até dezembro de 2020, dentro dos padrões normais de oscilação pré-evento. O ICP indica que a situação se agravou depois do evento para todos os parâmetros. Os parâmetros com menor valor de ICP, antes e depois do rompimento, são o Mn e a E. coli. Desde que utilizando-se de um período de referência, os gráficos de controle de processos permitem inferir sobre a permanência dos impactos dos extremos de poluição no corpo hídrico, podendo ser utilizado no monitoramento rotineiro da qualidade da água nesses eventos. Palavras-chave: Qualidade da água. Controle da qualidade de processos. Barragem do Fundão.

The anthropic activities cause the degradation of water quality and, therefore, compromise the uses of water resources. To water uses preservation, compliance with water quality standards is essential. To ensure this, it is important to monitor and control surface water. The processing of the information generated in monitoring programs is often performed using statistical tools. Statistical process control (SPC) has potential application in environmental monitoring, but its use has still been underexplored. An incipient explored application situation of the SPC is its use to identify extreme pollution events, such as extreme drought events or environmental incidents as tailing dam failures. On November 5, 2015, millions of cubic meters of tailings were released in the Doce river watershed with the collapse of the Fundão dam of the Samarco mining company, in Mariana (MG). The impact of this release event requires new approaches in the monitoring and processing of water quality data. The study aimed, then, to evaluate changes in water quality in the Doce river watershed after the Fundão dam failure event, using SPC tools. In Carmo river and Doce river, considering the period 2009-2020, changes in dissolved Fe, total Mn, electrical conductivity (EC), turbidity, dissolved oxygen (DO), pH, water quality index (WQI NSF ), Escherichia coli, and Canadian Council of Environment Ministers water quality index (WQI CCME ), composed by the elements Fe, Mn, As, Cd, Pb, Cu, Cr, Hg, Ni, and Al, were studied. Exponentially Weighted Moving Average (EWMA) process charts were plotted for normal data or whenever the normalization was possible by transformation, non-parametric signed EWMA charts (NPEWMA-SN) were adopted for non- normalizable data. Additionally, the Process Capability Index (PCI) was calculated. It is noteworthy that in the present work, the process graphs were used to test the hypothesis of the return of the water quality variables to the levels before the disruption. Through the analysis of process charts, since May 2018, an improvement of turbidity was detected. Regarding Mn, one of the main elements of the tailing, is noted a return to pre-event oscillation levels since the drought period of 2016. The sudden increase of several metals during the mud displacement caused the WQI CCME to drop to minimum levels. However, it was not detected a significant increase in the WQI CCME median comparing to the pre-event period, since there are not out of control points. The control charts indicated that dissolved Fe (in Carmo and Doce rivers) and the electrical conductivity (in Doce river) still were not between the pre-event oscillation patterns. The PCI indicates that the situation worsened after the event for all parameters. The parameters with the lowest values, before and after the break, are Mn and E. coli. As long as using a reference period, the control charts permit infer about the permanency of the impact of extreme pollution events in the water body. It can be used in routine monitoring of water quality in these events. Keywords: Water quality. Statistical quality control. Fundão dam.

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