Diagnóstico de dados de concentração e de cargas de nutrientes na Bacia do Rio das Velhas | Diagnosis of concentration and load nutrients in the Velhas River Basin

The main topic of the research was the evaluation of environmental contamination by nutrients in the Velhas River Basin, using different databases, such as monitoring series using water quality parameters and river flows, a map of land cover and land use, inventory of sewage collection and treatment, and demographic and agricultural censuses. The topic gains relevance due to the combined application of multivariate statistical techniques and a water quality model on concentrations and loads, in different sub-basins of the study area. The work was divided into four independent and linked themes. The research began with a study of methods related to censored treatment data, which permit to estimate statistical variables in time series with values below the analytical instrumentation detection limit. This action helped in studies that aimed to spatially distribute nutrients throughout the basin, identifying critical areas and primary sources of contamination throughout the study area, using nutrient concentrations. After that, regionalization studies then made estimating average daily flows and contamination loads, at the nutrient concentration measurement points possible. Finally, a simplified water quality model was developed based on annual median loads, mass balance in sub-basin outflow, and nutrient attenuation in rivers through first-order kinetic reactions. This technique was used with permanence curves and multivariate statistical techniques to establish the specific loads in the incremental areas, the influence of contaminant permanence on the violation of legal parameters, and to compare the scenarios obtained using nutrient concentrations and loads. The use of stochastic simulations is a robust methodological approach to prepare the guideline mentioned earlier. In addition, the methodology showed that the censoring percentage and the coefficients of variation that generate the synthetic series significantly influence the estimation accuracy. Regarding the second and fourth stages, it was noticed that the environmental analysis using joint data on nutrient concentrations and loads gains robustness, as it presents distinct and complementary results. Therefore, the interconnected monitoring of water quality parameters and flow rates and the incorporation of load analysis into the legal framework for assessing the water quality, can significantly assist in water management. It was also found that the Metropolitan Region of Belo Horizonte is the most critical region of the basin. However, it was estimated that animal contamination represents 71% of the domestic contamination for nitrogen and 83% for phosphorus. In the third stage, the long-term duration curve allowed the accurate estimation of average daily flows at water quality points, except for flows with high permanence.

O tema principal da pesquisa foi avaliar a contaminação ambiental por nutrientes na Bacia Hidrográfica do Rio das Velhas, usando séries de monitoramento de parâmetros de qualidade de água e de vazões de rios, mapa de uso e cobertura do solo, inventário sobre a coleta e o tratamento de esgotos, censo demográfico e agropecuário. A temática ganha relevância pela aplicação conjugada de técnicas estatísticas multivariadas e de um modelo de qualidade de água sobre as concentrações e cargas nas diferentes sub-bacias da área de estudos. O trabalho foi dividido em quatro temas independentes e interligados. No primeiro, elaborou-se um guia orientativo que versa sobre a escolha do método de tratamento de dados censurados que produz estimativas de variáveis estatísticas, com maior acurácia, a partir de séries temporais que possuam dados censurados. Essa ação auxiliou nos estudos que objetivaram distribuir espacialmente nutrientes pela bacia, na identificação das áreas críticas e das principais fontes de contaminação em toda área de estudos, usando concentrações de nutrientes. Na terceira etapa, realizaram-se estudos de regionalização para estimar vazões médias diárias e cargas de contaminantes, nos pontos de medição da qualidade de água. Por último, desenvolveu-se um modelo simplificado de qualidade de água, baseado nas cargas medianas anuais, no balanço de massas no exutório das sub-bacias e na atenuação de nutrientes nos rios, por reações cinéticas de primeira ordem. Essa técnica foi utilizada junto com curvas de permanência e técnicas estatísticas multivariadas, para estabelecer as cargas específicas nas áreas incrementais, a influência da permanência dos contaminantes sobre a violação dos parâmetros legais e para comparar os cenários obtidos usando concentrações e cargas de nutrientes. Em relação aos resultados alcançados, concluiu-se que o uso de simulações estocásticas é uma abordagem metodológica robusta para elaborar o guia orientativo supracitado, além de mostrar que o percentual de censura e os coeficientes de variação que geram as séries sintéticas influenciam significativamente na qualidade das estimativas. Sobre a segunda e a quarta etapas, percebeu-se que a análise ambiental usando conjuntamente dados de concentrações e cargas de nutrientes ganha robustez, por apresentar resultados distintos e complementares. Por isso, o monitoramento interligado de parâmetros de qualidade de água e de vazões dos cursos de água e a incorporação a análise das cargas no arcabouço legal de avaliação da qualidade da água pode auxiliar muito na Gestão de Recursos Hídricos. Verificou-se também que a Região Metropolitana de Belo Horizonte é a região mais crítica da bacia, embora tenha se estimado que a contaminação de origem animal representa 71% da doméstica para o N e 83% para o P. Na terceira etapa, concluiu-se que o método da curva de permanência de longo termo permitiu estimar, com precisão, vazões médias diárias nos pontos de qualidade de água, exceto em vazões com elevada permanência.

2026-03-01