Pereira, M. R., Almeida, C. e L. Ribeiro (1999) Caracterização da Qualidade da Água Subterrânea na Região de Mirandela

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1 Pereira, M. R., Almeida, C. e L. Ribeiro (1999) Caracterização da Qualidade da Água Subterrânea na Região de Mirandela Actas do II Congresso Ibérico de Geoquímica e VIII Congresso de Geoquímica de Espanha, pp Lisboa.

2 CARACTERIZAÇÃO DA QUALIDADE DA ÁGUA SUBTERRÂNEA NA REGIÃO DE MIRANDELA *MARIA DO ROSÁRIO PEREIRA; **CARLOS ALMEIDA e ***LUÍS RIBEIRO *Secção de Geologia da UTAD, **Centro de Geologia da Univ. de Lisboa; ***CVRM, Instituto Superior Técnico ABSTRACT Two different hydrogeochemical units were defined: Igneous Unit (U.I.) and Metamorphic Unit (U.M.), using chemical and bacteriological data from 45 water samples in Mirandela region. The first unit is characterised by a mean conductivity of 93µS/cm while the second shows a higher mean value (306µS/cm). The typical hydrochemical facies in U:I. is sodium bicarbonate and in U.M. is calcium bicarbonate. A factorial analysis of correspondences was made using chemical variables, as well as other variables in a classificative scale such as topographic location of wells, lithology and presence of fecal coliformes. The results led to the definition of three main factors that determine water characteristics: a lithological factor and two factors related with anthropogenic processes (agriculture practices and domestic effluents). KEY-WORDS: Groundwater, hardrodcs, hydrogeochemistry, correspondence analysis. 1. OBJECTIVOS Com o objectivo de caracterizar a qualidade das águas subterrâneas, associadas a rochas ígneas e metamórficas, na região de Mirandela, em Trás-os-Montes, foram colhidas amostras de água em 45 captações do tipo furo, ou nascente, que foram alvo de análise química e bacteriológica (fig. 1). Fig. 1 - Localização da região estudada. 2. CARACTERIZAÇÃO HIDROQUÍMICA Os parâmetros fisico-químicos determinados laboratorialmente foram: condutividade, resíduo seco, temperatura, ph, CO 2, Ca 2+, Mg 2+, Na +, K +, HCO 3 -, SO 4 2-, Cl -, F -, NO 3 - e SiO 2. Numa primeira análise dos resultados e com o objectivo de tentar identificar populações com características diferentes, procedeu-se à análise dos valores da condutividade, através dum diagrama quantil-quantil. Este tipo de gráfico permite realçar as diferenças, quando existem, entre duas distribuições (HELSEL & HIRSCH, 1992). Quanto mais os quantis se afastam da linha a 45, tanto mais distintas são as distribuições. Nesta análise consideraram-se duas populações: uma, composta pelas amostras de água localizadas em formações ígneas - Unidade ígnea (U.I) - e outra, composta pelas amostras localizadas em formações xistentas, quartzíticas e em metavulcanitos - Unidade Metamórfica (U.M.). Os resultados (fig. 2) mostram que as duas distribuições são distintas. Fig. 2 - Diagrama quantil-quantil das distribuições da condutividade, das amostras da Unidade ígnea (U.I.) e da Unidade Metamórfica (U.M.). Em função das distribuições distintas, da condutividade, obtidas na figura 2, é de admitir que as características químicas das Unidades consideradas deverão ser diferentes, pelo que se procedeu à análise estatística de diversos parâmetros, considerando separadamente as duas populações.

3 Na fig, 3-a e 3-b mostram-se alguns resultados e na fig. 4 representa-se a composição média da água subterrânea associada a cada uma das Unidades. a) b) Fig. 3 Diagramas de caixa dos valores: (a) da condutividade (em µs/cm) e (b) dos valores de ph, nas amostras de água da U.I. e da U.M. AIQ amplitude inter-quartis; Outlier valor raro. Fig. 4 Composição média das águas subterrâneas associadas a rochas ígneas (U. Ígnea) e a rochas metamórficas (U. Meta.) da região de Mirandela. A sílica está expressa em mmol/l e os iões em meq/l. As principais diferenças entre as características hidroquímicas das duas Unidades são: U.I. U.M. Condutividade (mediana) 90 µs/cm; Condutividade (mediana) 250 µs/cm; ph ácido (mín.=5,6 e máx.=6,3); ph neutro (mín.=5,4 e máx.=9,3); maior quantidade de sílica dissolvida predomínio do HCO 3 - sobre todos os iões; predomínio do Na + sobre o Ca 2+ ; predomínio do Ca 2+ sobre o Na + ; maior quantidade de NO 3 -. fraca quantidade de NO CARACTERIZAÇÃO BACTERIOLÓGICA As colheitas de amostras de água foram efectuadas à saída do furo, ou da nascente, ou quando isso não foi possível, a colheita foi feita na saída da água para o depósito, antes de qualquer tratamento de desinfecção. Os resultados das análises indicam que das 45 amostras, foram detectadas bactérias do grupo coliforme em 25. Quando o número de coliformes é superior a 10 em 100 ml, considera-se que o risco é elevado, sendo necessário o tratamento prévio, com hipoclorito. Encontramos nesta situação 5 amostras de água (fig. 5) que se localizam em Soutilha, Regodeiro, Vilares, Avidagos e Caravelas.

4 Fig.5 - Distribuição por classes, do número de coliformes fecais, em cada 100m1 de água analisada. Coordenadas Gauss, em quilómetros. 4. ANÁLISE FACTORIAL DE CORRESPONDÊNCIAS Procedeu-se a uma análise factorial de correspondências (AC), em que para além das variáveis que dizem respeito aos parâmetros químicos e bacteriológicos, anteriormente citados, também se consideraram variáveis de natureza qualitativa: a posição topográfica das captações, a litologia atravessada e a presença de coliformes fecais. Para este tipo de análise foi necessário converter os valores das variáveis contínuas, de forma a obter uma matriz apenas de zeros e uns (HILL, 1974). Foram assim criadas classes, para cada variável, definidas a partir da análise do respectivo histograma, procurando-se que cada classe tivesse um número semelhante de indivíduos. Dos resultados da AC realizada, evidencia-se que: - a posição topográfica das captações não é discriminatória para nenhum dos factores; - a separação entre amostras de água associadas a rochas da Unidade Metamórfica (xistos, quartzitos e metavulcanitos), não é evidente. Realizou-se nova AC, em que apenas se consideraram as classes das variáveis mais influentes na análise anterior: condutividade (µs/cm): cl (<180), c2 (180 c<300) e c3 ( 300); Ca 2+ (mg/1): cal (<8), ca2 (8 Ca 2+ <40) e ca3 ( 40); Mg 2+ (mg/l): mgl (<3), mg2(3 Mg 2+ <12) e mg3 ( 12); Na + (mg/1): nal (<24) e na2( 24); HCO 3 - (mg/1): bil (<50), bi2 (50 HCO 3 - <180) e bi3 ( 180); SO 4 2- (mg/1): sfl (<32) e sf2( 32); Cl - (mg/1): cll (<13) e c12 ( 13); NO 3 - (mg/1): ni1 (<24) e ni2 ( 24); unidade hidrogeológica: UI (ígnea) e UM (metamórfica) e coliformes: ccol (com coliformes) e scol (sem coliformes). Foram também excluídas duas amostras, por terem condutividade superior a 500µS/cm, destacando-se muito do conjunto. Os resultados da nova AC, com 42 amostras e 24 variáveis, são apresentados no quadro I e na figura 6. Quadro I - Relação da variância, explicada pelos 3 factores principais, resultante da AC. Factor Valor próprio % variância explicada % acumulada 1 0,47 33,60 33,60 2 0,30 21,42 55,02 3 0,18 13,00 68,02 A análise da contribuição de cada variável e de cada amostra, nos 3 factores principais, permite concluir o seguinte: 1. - O Factor 1 permite separar as amostras de água associadas à unidade ígnea das restantes amostras. É portanto um factor litológico, que traduz os processos naturais de dissolução de silicatos e de aumento de mineralização da água. Relaciona os teores mais elevados em Ca 2+, Na +, Mg 2+, condutividade e HCO 3 -. No lado negativo agrupam-se as variáveis que traduzem menor mineralização, a que se associam todas as amostras da unidade ígnea O Factor 2 associa os valores mais elevados de SO 4 2- e de Cl -, com elevadas concentrações de outros iões (Ca 2+, Na +, Mg 2+ e condutividade). Parece tratar-se de um factor que traduz fenómenos de contaminação agrícola, pela elevada contribuição do SO 4 2- e do Cl -, a que se associa um aumento global da mineralização, provocados pela utilização de adubos e pela rega O Factor 3 relaciona os valores mais elevados de NO 3 - e de Cl -, com a presença de coliformes fecais. É um factor claramente associado a fenómenos de contaminação urbana, de natureza bacteriológica. A presença de nitratos pode explicar-se por processos de fermentação orgânica de dejectos animais. Quanto aos coliformes e aos cloretos estão certamente associados à degradação da matéria orgânica.

5 sf2 ca3 FACTOR UI mg1 37 ca c nit2 6 3 scol nit1 na1 sf1 ccol cl bi3 na2 21 mg3 34 c ca2 2 mg2 bi2 c FACTOR1 1.8 nit2 cl FACTOR UI bi1 8 ca1 c ccol 19 c2 bi2 12 na1 mg2 sf ca2 UM 28 nit1 11 cl mg3 34 c3 ca3 sf Figura 6- Representação das variáveis (símbolos de acordo com o texto) e das amostras (da U.I.: 6, 7, 8, 10 e 36 a 42; da U.M.: as restantes), no plano factorial Fl F2 e Fl F3, da AC efectuada sobre as amostras com condutividade < 500 µs/cm e sobre 24 variáveis bi3 na2 5. CONCLUSÕES Os factores que maior peso exercem nas características químicas das águas subterrâneas, associadas a rochas ígneas e metamórficas do Terreno Ibérico, na região de Mirandela, relacionam-se com processos de interacção águarocha, em particular através da dissolução de silicatos, permitindo distinguir claramente as águas provenientes da Unidade Ígnea das da Unidade Metamórfica. No entanto, não permitem discriminar as diferentes litologias ocorrentes dentro desta última. Verifica-se que o local de implantação das captações (vale ou encosta) não exerce uma influência significativa na qualidade da água. Quanto aos factores secundários, relacionados com processos de origem antropogénica, distingue-se um que parece relacionar-se com actividades agrícolas, responsável pelo aumento sobretudo de sulfato e cloreto, e outro, relacionado com contaminação por efluentes urbanos, responsável pelo aumento de nitrato, cloreto e coliformes fecais. BIBLIOGRAFIA HELSEL, D.R & HIRSCH, RM. (1992). Statistical Methods in Water Resources, Elsevier, 520 pp. HILL, M. O. (1974). Correspondence Analysis: A Neglected Multivariate Method. Jour. Royal Stat Soc., Ser. C, App1. Stat., 23 (3):