O monitoramento da qualidade da água é fundamental para a elaboração de uma base de dados confiável e adequada para fins de planejamento e gestão dos recursos hídricos e, neste contexto, os projetos de redes de monitoramento qualitativo em bacias hidrográficas têm se tornado cada vez mais relevantes. Bem projetada, uma rede de monitoramento identifica problemas de qualidade da água ao mesmo tempo em que estabelece valores de referência para a análise de tendências de curto e longo prazos. Entretanto, a ausência do planejamento da rede com base em métodos científicos pode acarretar no desperdício de recursos humanos, financeiros e logísticos, uma vez que estações de monitoramento podem ser instaladas em locais inadequados, ocasionado a geração de dados redundantes e pouco representativos. Sendo assim, o objetivo geral do presente estudo foi estruturar uma metodologia para avaliação, otimização e instalação de redes de monitoramento da qualidade da água. Todo o estudo foi realizado na porção mineira da bacia do rio Doce. No primeiro capítulo é demonstrada a aplicação de um conjunto de técnicas estatísticas multivariadas (Análise de Cluster e Análise Fatorial/Análise de Componentes Principais) com o objetivo de identificar as principais variáveis de qualidade da água a serem priorizadas nas campanhas de monitoramento, as suas possíveis fontes de poluição, bem como a melhor frequência de amostragem. Com os resultados identificou-se que as variáveis selecionadas pelas análises representam a alta susceptibilidade que a bacia do rio Doce apresenta à erosão, ao lançamento de efluentes domésticos nos corpos hídricos da bacia e à contaminação por metais pesados oriundos de atividades industriais e de mineração. Foram identificadas 14 variáveis como prioritárias na rede de monitoramento, sendo elas: clorofila a, coliformes totais, condutividade elétrica, demanda bioquímica de oxigênio, Escherichia coli, feofitina a, ferro dissolvido, fósforo total, manganês total, nitrogênio amoniacal total, oxigênio dissolvido, sólidos em suspensão totais, sólidos totais e turbidez. Os resultados também mostraram que a variação da qualidade da água do rio Doce é determinada, em parte, pela sazonalidade, reiterando a importância da frequência de monitoramento mensal nas estações da bacia do rio Doce. No segundo capítulo foram utilizadas técnicas estatísticas para analisar a tendência temporal e espacial (testes de Mann-Kendall, Sazonal de Mann-Kendall, correlação de Spearman na análise temporal e Análise de Cluster na análise espacial) dos dados de qualidade da água. Utilizando o Índice de Qualidade das Águas e as variáveis que o compõe, foi possível analisar a variabilidade da qualidade da água ao longo dos anos de monitoramento, identificando as áreas mais impactadas e as principais estações de monitoramento a serem mantidas na rede. Com os resultados das análises de tendência temporal identificou-se que a maior parte das estações que apresentaram tendências de redução na qualidade da água estão localizadas em áreas com adensamento populacional, demonstrando a forte influência das péssimas condições sanitárias dos municípios na qualidade da água da bacia. Na análise de tendência espacial, a análise de cluster agrupou as estações de monitoramento em seis clusters com base na sua similaridade entre os valores da qualidade das águas e, juntamente com os resultados das outras análises, verificou-se que a bacia do rio Caratinga apresentou o maior grau de poluição. Também foi possível apontar cinco estações que podem ser realocadas ou desativadas. Por fim, no terceiro capítulo, foi apresentada uma proposta metodológica para subsidiar a alocação de estações de monitoramento qualitativo. O método levou em consideração oito critérios relevantes ao monitoramento da qualidade da água em bacias hidrográficas brasileiras, sendo totalmente executado em ambiente de sistema de informação geográfica e aplicado em locais que possuem ou não redes de monitoramento já instaladas. Como a parte mineira da bacia do rio Doce já possui uma rede de monitoramento com 65 estações em operação, foi proposta uma expansão da rede e também realizada a simulação de um cenário considerando que a área não possuía uma rede já instalada. Com a aplicação da metodologia, sete novos locais foram propostos a fim de que a área de estudo possuísse a densidade recomendada pela Agência Nacional de Águas (ANA), sendo constatado que a Unidade de Gestão de Recursos Hídricos do rio Caratinga (UGRH5 Caratinga) possui a maior deficiência de estações dentre as seis unidades avaliadas na parte mineira da bacia do rio Doce. Na simulação do cenário considerando a não existência de rede, o mapa de adequabilidade obtido foi comparado com a atual rede de monitoramento e foi possível classificar as estações conforme a finalidade para qual foram instaladas, tais como: monitorar ambientes sob impacto de atividades antrópicas ou estabelecer padrões de referência para os corpos hídricos. | The monitoring of water quality is critical to the development of a reliable and adequate data base for planning and management of water resources. In this context, projects of networks for qualitative monitoring in river basins have become increasingly relevant. A well-designed, monitoring network identifies water quality problems while establishing benchmarks for analyzing short- and long-term trends. However, the lack of network planning based on scientific methods may result in a waste of human, financial and logistical resources, since monitoring stations can be established in inappropriate places, causing the generation of redundant and unrepresentative data. Thus, the general objective of the present study was to structure a methodology for evaluation, optimization and establishment of water quality monitoring networks. The whole study was carried out in the Minas Gerais portion of the Doce river basin. It is demonstrated in the first chapter the application of a set of multivariate statistical techniques (Cluster Analysis and Factor Analysis/Principal Component Analysis) with the objective of identifying the main water quality variables to be prioritized on the monitoring campaigns, their potential sources of pollution as well as the best sampling frequency. It was identified from the results that the variables selected by the analysis, represent the high susceptibility of the Doce river basin to erosion, domestic effluents release into its water bodies and heavy metals contamination coming from industrial and mining activities. A total of 14 variables were identified as priority variables in the monitoring network: chlorophyll a, total coliforms, electrical conductivity, biochemical oxygen demand, thermotolerant coliforms, pheophytin a, dissolved iron, total phosphorus, total manganese, total ammoniacal nitrogen, dissolved oxygen, total suspended solids, total solids and turbidity. The results also showed that the water quality variation of the Doce River is determined in part by the seasonality, emphasizing the importance of monthly monitoring in the stations of the Doce river basin. Statistical techniques were used in the second chapter to analyze the temporal and spatial water quality trend (Mann-Kendall trend test, Seasonal Mann-Kendall trend test, Spearman’s rank correlation coefficient on the temporal analysis and Cluster Analysis on spatial analysis). The use of Water Quality Index and the variables that compose it, made possible to analyze the variability of water quality over the years of monitoring, identifying the most impacted areas and the main monitoring stations to be maintained in the network. The results of time trend analysis made possible to find out that most of the stations that presented a decreasing tendency in water quality are located in areas with population densification, indicating the strong influence of poor sanitary conditions of the cities to the basin water quality. In the spatial trend analysis, the cluster analysis grouped the monitoring stations into six clusters based on the similarity of the water quality values. Along with the results of the other analysis, it was verified that the Caratinga river basin presented the highest pollution degree. It was also possible to point out five stations that can be relocated or deactivated. Finally, in the third chapter, a methodological proposal was presented to subsidize the allocation of qualitative monitoring stations. The method took into account eight criteria that are relevant to the monitoring of water quality in the river basins in Brazil, being fully executed in a geographic information system condition and performed in locations whether monitoring networks have been established or not. Since the Minas Gerais portion of the Doce river basin already has a monitoring network with 65 stations in operation, it was proposed to expand the network and also a scenario was simulated considering that the area did not have an already established network. As the methodology was applied, seven new sites were proposed so that the study area had the density recommended by the National Water Agency (Agência Nacional de Águas - ANA), and it was verified that the Caratinga River Water Resources Management Unit (Unidade de Gestão de Recursos Hídricos do Rio Caratinga - UGRH5 Caratinga) has the least number of stations among the six units evaluated in the Minas Gerais portion of the Doce river basin. Considering the non-existence of a network, in the scenario simulation, the adequacy map obtained was compared with the current monitoring network and it was possible to classify the stations according to the purpose for which they were established, such as: monitoring environments under anthropic activities or establishing standards for water bodies.

A divergência funcional associada à partição de biomassa, ganho de carbono e uso da água foi estudada em 10 clones de Coffea canephora. Mudas com quatro pares de folhas, provenientes do enraizamento de estacas de ramos ortotrópicos, foram cultivadas a pleno sol, em vasos de 24 dm3. Quando atingiram oito meses, as plantas foram submetidas a regimes hídricos diferenciais: um grupo de plantas foi irrigado continuamente (plantas-controle), enquanto o segundo grupo (10 plantas de cada clone) foi submetido à desidratação, imposta pela supressão da irrigação, até que a umidade do solo atingisse 66% da água disponível na capacidade de campo, permanecendo nessa condição durante 90 dias (déficit hídrico moderado). Metade das 10 plantas de cada clone foi então analisadas; à outra metade, permitiu-se que a água disponível decrescesse para 33% em relação à disponibilidade hídrica na capacidade de campo, mantendo-se as plantas nessa condição por mais 30 dias, quando foram, pois, avaliadas (déficit hídrico severo). Análises multivariadas com decomposição em componentes principais foram feitas, com o intuito de se avaliar a divergência funcional entre os clones e as possíveis estratégias desenvolvidas, em resposta à disponibilidade de água. De maneira geral, o déficit hídrico acarretou reduções significativas na biomassa acumulada, com incrementos na razão de massa radicular e redução na razão de massa foliar, enquanto a razão de massa caulinar pouco variou, a despeito do aumento expressivo de densidade de caule na grande maioria dos clones avaliados. Nas plantas-controle, maiores taxas fotossintéticas estiveram associadas com maior condutância estomática e maior razão entre as concentrações interna e externa de CO2, mas não se observou correlação significativa entre trocas gasosas com a composição isotópica do carbono. Independentemente do regime hídrico, a composição isotópica do nitrogênio não variou consistentemente, em resposta aos tratamentos aplicados. De modo geral, clones com maior eficiência hidráulica (menor densidade de caule, maior razão de massa radicular, maior taxa de transpiração, maior condutância hidráulica aparente e potenciais hídricos mais negativos) exibiram maior ganho de carbono. Esses mesmos clones tenderam a manter maiores taxas de fotossíntese líquida sob deficiência hídrica moderada, às expensas de maiores taxas do uso da água. Sob déficit hídrico severo, a manutenção parcial das trocas gasosas foi, em grande extensão, dependente de um status hídrico mais favorável associado a características mais conservativas em termos de uso da água. Ressalta-se que, sob seca severa, as reduções nas taxas fotossintéticas ocorreram em paralelo com reduções na condutância estomática, resultando numa correlação negativa entre taxas de fotossíntese e a razão entre as concentrações interna e externa de CO2; como conseqüência, houve uma correlação negativa entre trocas gasosas e a composição isotópica do carbono. Variáveis associadas ao uso da água, como densidade do caule, potencial hídrico ao meio-dia e taxa de transpiração, além da composição isotópica do carbono (sob déficit hídrico), podem ser ferramentas úteis na identificação de clones promissores, em resposta à disponibilidade hídrica, especialmente porque são de fácil medição e exibiram uma amplitude substancial entre os clones. | The functional divergence associated with biomass partitioning, carbon gain and water use was studied in 10 clones of Coffea canephora. Seedlings, raised as rooted stem cuttings, with four leaf pairs were grown under full sunlight in 24 dm3 pots. When 8 months old, the plants were submitted to varying irrigation treatments: a group of plants was watered regularly as needed (control plants); a second group was maintained at 66% field capacity for 90 days (mild water deficit). Half of the plants of each clone were then analyzed, the other half were kept at 33% field condition for more 30 days (severe water deficit). Multivariate analysis was performed in order to evaluate the functional divergence among clones and possible strategies to cope with water deficit. In general, the total biomass was dramatically decreased in droughted plants; this was accompanied by increases in the root mass ratio and decreases in the leaf biomass ratio, whereas only minor, if any, changes in the stem biomass ratio was found, although the stem density having increased significantly in most clones under drought conditions. In control plants, higher photosynthetic rates were associated with higher stomatal conductance and increased internal-to-atmospheric CO2 concentration ratio; however, gas exchange parameters and carbon isotopic composition did not correlate significantly. Regardless of water deficit, nitrogen isotopic composition did not change consistently among the treatments. In general, clones displaying higher hydraulic efficiency (lower stem density, higher root biomass ratio, transpiration rates, apparent hydraulic conductance, and more negative water potentials) showed improved carbon gain. These clones were able to keep higher net photosynthetic rates under mild water deficit at the expense of higher water use. Under severe water deficit, partial maintenance of photosynthetic rates was, to a great extent, dependent on a more favorable leaf water status associated with more conservative traits linked to water use. It should be emphasized that decreases in photosynthesis rates were accompanied by reductions in stomatal conductance under severe drought, resulting in negative correlation between photosynthesis rates and internal-to-atmospheric CO2 concentration ratio; as a result, negative correlation between gas exchange parameters and carbon isotopic composition was observed. Traits associated with water use, such as stem density, midday water potential and transpiration rate, in addition to carbon isotopic composition (under water deficit), could be useful tools for screening promising clones in response to water availability, specially because these traits are easily obtained and showed substantial amplitude among the clones. | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior

O objetivo deste estudo foi avaliar a qualidade da água no entorno do Lago de Sobradinho por meio de técnica estatística multivariada.

O entendimento da variabilidade do solo e a amostragem sistemática do horizonte diagnóstico podem ser úteis na definição de estratégias de manejo. Neste contexto, uma abordagem multivariada dos atributos do horizonte diagnóstico do solo pode ser mais eficiente do que a simples caracterização da variabilidade espacial na superfície. O objetivo deste trabalho foi determinar áreas homogêneas do talhão com base na caracterização do horizonte diagnóstico, utilizando técnicas de análise multivariada, promovendo uma abordagem quantitativa do teor de água disponível. Em uma área de Latossolo Vermelho Amarelo, foram coletadas 97 amostras da camada 0,80-1,00 m, dispostas em malha regular de 175 m. Com base na metodologia proposta, foi possível determinar três áreas homogêneas. Uma destas, caracterizada pelos maiores teores de argila, caulinita e carbono orgânico e menor densidade do solo, apresentou maior umidade gravimétrica em equilíbrio com todos os potenciais estudados; porém, essa maior umidade não resultou em maiores teores de água disponível, que foram menores que 0,15 m3.m?3. As outras duas áreas, caracterizadas pelo maior teor de areia fina, apresentaram teores de água disponível maiores que 0,15 m3.m?3, considerado como satisfatório para o adequado desenvolvimento das plantas.

RESUMO O objetivo deste estudo foi avaliar a qualidade da água e identificar os grupos de poluição presentes no médio Rio Pomba, por meio de técnica estatística multivariada. Duas campanhas no período de out/2008 a jan/2009 foram realizadas em nove pontos georreferenciados, localizados ao longo do médio Rio Pomba, compreendendo a análise de 18 variáveis de qualidade de água. A técnica estatística multivariada por meio da aplicação da análise fatorial/análise de componentes principais promoveu a redução no número de variáveis de qualidade de água, uma vez que o melhor comportamento das variáveis ocorreu com a inclusão de 15 das 18 variáveis analisadas. Pelo emprego da análise fatorial/análise de componentes principais identificou-se que o melhor comportamento das variáveis de qualidade das águas do médio Rio Pomba foi aquele composto por três fatores, explicando 74,30% da variância total. As variações na qualidade da água no médio Rio Pomba foram definidas por um grupo de nutrientes associado ao esgoto doméstico e à poluição difusa; por um grupo orgânico, causado pelo lançamento de esgoto doméstico no curso de água e por um grupo de sólidos em suspensão, expressando o processo de erosão hídrica na bacia. | ABSTRACT The aim of this study was to evaluate the water quality and identify groups of pollution in the Middle Pomba River through multivariate statistical technique. There were two campaigns from Oct/2008 to Jan/2009 in nine geo-referenced points along the Middle Pomba River including the analysis of 18 variables of water quality. The multivariate statistical technique, through the application of factor analysis/principal component analysis, caused a decrease in the number of variables of water quality, since the best performance of the variables occurred with the inclusion of 15 of the 18 variables. By the use of factor analysis/principal components analysis, it was found that the best behavior of the variables of the water quality of the Middle Pomba River waters was the one composed of three factors, explaining 74.30% of the total variance. Changes in water quality of the Middle Pomba River were defined by a group of nutrients associated with sewage and diffused pollution; for an organic group, caused by untreated sewage in the water stream, and by a group of suspended solids, expressing the process of water erosion in the basin.

A avaliação e o monitoramento da qualidade da água são fundamentais para uma gestão eficiente dos recursos hídricos, pois permitem inferir a respeito das principais influências que acarretam na mudança da qualidade dos corpos hídricos. Entretanto, o monitoramento da qualidade da água pode gerar extensos bancos de dados que, na maioria das vezes, dificultam as tomadas de decisão. Técnicas de estatísticas multivariadas e não-paramétricas permitem a seleção dos parâmetros de qualidade da água mais relevantes, o agrupamento das estações de tratamento de acordo com suas similaridades e a análise das tendências espaço temporais. O objetivo geral deste estudo foi identificar os parâmetros que interferem na qualidade da água na porção mineira da bacia hidrográfica do rio Paranaíba em função do uso e ocupação do solo por meio de técnicas de estatísticas multivariadas e não-paramétricas, bem como apresentar resultados como auxílio para as agências de água e órgãos gestores de recursos hídricos, a fim de otimizar o monitoramento da qualidade da água. No capítulo 1 foram identificados os pontos mais críticos da bacia e os principais parâmetros que exercem influência na qualidade da água a partir de técnicas estatísticas multivariadas. Foram identificados quatro grupos de estações de monitoramento que sofrem influências da agricultura, esgoto sanitário e atividades de pecuária e mineração. Além disso, foi possível identificar a importância das Estações de Tratamento de Esgoto (ETE) nos municípios que pertencem a região estudada, além dos parâmetros que apresentaram maior percentual de violação à luz da legislação vigente. No capítulo 2, foram avaliadas as tendências espaço-temporais dos parâmetros, e a relação com as atividades econômicas, desenvolvimento populacional e indicadores de saneamento ambiental da bacia. A bacia hidrográfica foi estudada, considerando-se três de unidades de gestão: afluentes mineiros do baixo Paranaíba, rio Araguari e afluentes mineiros do alto Paranaíba. Como resultados, foi possível identificar o crescimento da classe de infraestrutura urbana, do índice de abastecimento de água e da produção de cana-de-açúcar e soja. Apesar do esgoto sanitário ainda ser um problema na bacia, o parâmetro de indicador de contaminação de origem fecal apresentou tendência de redução ao longo dos anos estudados. Os parâmetros associados às atividades de agricultura e pecuária apresentaram tendência de elevação, o que condiz com os aumentos das áreas de agropecuária nas regiões da bacia. A aplicação de técnicas estatísticas mostrou-se eficaz na identificação dos parâmetros que mais se destacaram na bacia, assim como auxiliou de maneira geral no monitoramento da qualidade da água e na identificação das possíveis fontes de poluição e dos principais parâmetros de qualidade da água violados. Palavras-chave: Estatística multivariada. Georreferenciamento. Atividades econômicas. | The assessment and monitoring of water quality are essential for an efficient water resources management, once they allow inferences about the main influences that lead to changes in the quality of water bodies. However, the water quality monitoring can generate extensive databases which, in most cases, make decision-making difficult. Thereby, multivariate and non- parametric statistical techniques emerge in order to assist the selection of the most important water quality parameters in the basin, cluster the wastewater treatment plants according to their similarities and analyze the spatiotemporal trends of the parameters. Thus, the general aim of this study was to identify the parameters that interfere in the water quality of a stretch of the Paranaíba watershed according to land use and occupation through multivariate and non- parametric statistical techniques, as well as to present tools for water agencies and water resources management organs to optimize water quality monitoring. In the chapter 1, different multivariate statistical techniques were applied in order to identify the most critical points in the basin and the main parameters that influence the water quality. Four groups of monitoring stations were characterized as being influenced by agriculture, wastewater, livestock and mining activities. In addition, it was possible to verify the importance of Wastewater Treatment Plants (WWTP) in the municipalities belonging to the region under study and the parameters that presented the highest percentage of violations according to the current legislation. In the chapter 2, the spatio-temporal trends of the parameters were evaluated, and the relationship with economic activities, population development and environmental sanitation indicators in the watershed. The basin was studied considering three management units: tributaries of the lower Paranaíba river, Araguari river and tributaries of the upper Paranaíba river. As a result, it was possible to identify the growth of the urban infrastructure, water supply index and production of sugarcane and soy. Although sanitary sewage is still a problem in the basin, the parameter of indicator of fecal contamination showed a tendency to decrease over the years studied. However, some parameters associated with agriculture and livestock activities showed an upward trend, which is consistent with the increases in agricultural areas in the basin regions. Thereby, the application of statistical techniques proved to be effective in identifying the parameters that stood out in the basin, as well as helping to monitor the water quality and identify possible pollution sources and main parameters violated within the watershed. Keywords: Multivariate statistics. Georeferencing. Economic activities. | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior