RESUMO O solo é um sistema dinâmico e complexo ao ser estudado, que demanda para fins de pesquisa um considerável número de amostras e análises. Com os métodos estatísticos multivariados podem-se criar condições mais favoráveis ao analisar as amostras, i.e. redução e simplificação estrutural dos dados. Este trabalho tem por objetivo empregar a ferramenta de análise estatística multivariada, por meio da análise fatorial (AF) e de agrupamentos hierárquicos, na caracterização ambiental de solos em regiões semiáridas, considerando aspectos antrópicos (uso e ocupação do solo) e topográficos (altitude e declividade), além de atributos físicos e químicos (umidade, granulometria, resistência à penetração e matéria orgânica), utilizando como estudo de caso a Microbacia Hidrográfica do São José (MHSJ), localizada na Região do Cariri cearense. A AF foi realizada pelo método dos componentes principais, empregando a rotação varimax normalizada. Na análise de agrupamento hierárquico foi utilizado o método do "vizinho mais distante" como critério hierárquico de agrupamento, com medida de dissimilaridade dada pela "distância euclidiana quadrada". A AF demonstrou que dois fatores explicam 75,76% da variância total dos dados. A análise de agrupamentos hierárquicos aglomerou as amostras em três grupos com características similares: um com amostras coletadas em uma área de floresta preservada e dois com amostras coletadas em áreas com solos mais antropizados. Isso indica que a ferramenta estatística utilizada apresentou sensibilidade para distinguir os solos mais conservados e os solos com diferentes níveis de antropização.

ABSTRACT Soil is a dynamic and complex system that requires a considerable number of samples for analysis and research purposes. Using multivariate statistical methods, favorable conditions can be created by analyzing the samples, i.e., structural reduction and simplification of the data. The objective of this study was to use multivariate statistical analysis, including factorial analysis (FA) and hierarchical groupings, for the environmental characterization of soils in semiarid regions, considering anthropic (land use and occupation) and topographic aspects (altitude, moisture, granulometry, PR, and organic-matter content). As a case study, the São José Hydrographic Microbasin, which is located in the Cariri region of Ceará, was considered. An FA was performed using the principal component method, with normalized varimax rotation. In hierarchical grouping analysis, the “farthest neighbor” method was used as the hierarchical criterion for grouping, with the measure of dissimilarity given by the “square Euclidean distance.” The FA indicated that two factors explain 75.76% of the total data variance. In the analysis of hierarchical groupings, the samples were agglomerated in three groups with similar characteristics: one with samples collected in an area of the preserved forest and two with samples collected in areas with more anthropized soils. This indicates that the statistical tool used showed sensitivity to distinguish the most conserved soils and soils with different levels of anthropization.

Esse trabalho consiste em um estudo de caso, em que o modelo de transporte de soluto MT3D, associado ao modelo de fluxo MODFLOW, foi utilizado na avaliação da contaminação de um aquífero por água superficial de um riacho contaminado com esgoto urbano, utilizando o cloreto como traçador. Nessa área, as águas do aquífero são explotadas por uma bateria de poços alinhada ao riacho. A calibração do modelo de transporte foi executada para reproduzir os teores de cloretos observados nas águas dos poços em campanhas de monitoramento. Já a do modelo de fluxo procurou reproduzir as cargas hidráulicas observadas durante testes de bombeamentos realizados em cada poço. Os resultados obtidos nessas calibrações foram compatíveis com as observações. A partir dos modelos calibrados, foi realizada uma simulação futura (prognóstico), visando determinar o tempo necessário para a recuperação da qualidade de água subterrânea após interrupção do lançamento de esgoto no riacho. Os resultados da modelagem indicaram que: os rebaixamentos produzidos pelo bombeamento dos poços são maiores nas proximidades do riacho; o transporte de contaminante ocorre, predominantemente, na vertical, induzido pelo bombeamento dos poços e pela recarga do aquífero a partir do riacho; os níveis de cloretos relativamente elevados nas águas dos poços podem voltar aos valores naturais do aquífero em aproximadamente um ano, caso o lançamento de esgoto no riacho seja interrompido. Assim, para evitar um maior comprometimento dos aquíferos da área por poluição persistente, o esgoto deverá ter um destino adequado e a área de preservação permanente do riacho deverá ser respeitada.

This paper presents a case study in which the solute transport model MT3D, associated with the MODFLOW flow model, was used in the assessment of contamination of an aquifer by surface water from a creek contaminated with urban wastewater, using chloride as a tracer. In that area of the aquifer, groundwater is exploited through a field of wells along the creek. The calibration of the transport model was implemented in order to reproduce the levels of chloride in water from wells observed in monitoring campaigns. The flow model sought to reproduce the hydraulic loads observed during pumping tests conducted in each well. The results obtained from these calibrations were consistent with observations. Based on the calibrated models, we carried out a "future simulation" (prognosis), in order to determine the time required for recovery of groundwater quality after stopping sewage discharge into the creek. Modeling results indicate that: drawdowns produced by pumping the wells are higher in the proximity of the creek; contaminant transport occurs, predominantly, vertically induced by pumping of the wells and by aquifer recharge from the creek; elevated levels of chloride in the waters from the wells may return to natural values in about one year, if the release of sewage into the creek is stopped. In this context, in order to prevent further damage to the aquifer area through persistent pollution, sewage must have a suitable destination and the area of permanent protection of the creek must be respected.

O objetivo central deste trabalho foi avaliar e comparar o comportamento sedimentológico em pequenas bacias rurais no semiárido nordestino, verificando a influência da ação antrópica sobre a produção de sedimentos. O estudo de caso foi conduzido em duas microbacias adjacentes e com uso da terra distintos. Estas estão localizadas no Bioma Caatinga, no semiárido do nordeste do Brasil. Em uma microbacia (B1) foi aplicado um tratamento (raleamento), eliminando-se as espécies vegetais com diâmetro inferior a 10 cm. A segunda microbacia experimental (2) foi mantida com sua cobertura vegetal original, que não é explorada há 30 anos. Os resultados revelaram que a prática de raleamento da Caatinga teve influência na alteração da produção de sedimentos durante os primeiros eventos. Verificou-se também que a magnitude dos eventos anteriores contribuiu para aumento na produção de sedimentos pelos eventos subseqüentes em conseqüência da deposição de sedimentos na rede de drenagem. A produção acumulada de sedimentos atingiu ao final do período chuvoso de 2009 valores de 1,45 e 1,39 ton ha-1 ano-1 para as microbacias B1 e B2, respectivamente, não apresentando diferença significativa ao nível de 5%. Conclui-se que, mesmo sendo constatado o efeito do tratamento sobre a produção de sedimentos no inicio da estação chuvosa, a produção total de sedimentos não foi alterada pela adoção do raleamento. Portanto, o mesmo é um manejo que pode ser empregado no uso da terra de regiões semiáridas.

The aim of this study was to evaluate and compare the sedimentological behavior in two small rural watersheds in the semiarid Northeast of Brazil, examining the influence of human activity on the sediment yields. The studied area is sited in the Alto Jaguaribe basin, more precisely in the Iguatu County, Ceará State. The experimental area was composed of two small watersheds denominated B1 and B2. In watershed B1 a treatment (thinning) was applied, eliminating the plant species with diameters lower than 10 cm. The results showed that the Caatinga clearing practice did have an influence in changing the sediment yield during the first events. It was also found that the magnitude of previous events contributed to an increase in the sediment yields by the subsequent events as a consequence of the sediment deposit in the drainage network. The accumulated sediment yields reached at the end of the 2009 rainfall season values of 1.45 and 1.39 tons ha-1 year-1 for B1 and B2, respectively, with no significant difference at 5%. It was concluded that, even when the effect of treatment on the sediment yields at the beginning of the rainy season is measured, the total sediment yields was not changed by the adoption of clearing. Therefore, it is a management system that can be employed in the land use at semiarid regions.

A Chapada do Araripe possui grande diversidade ambiental, onde é predominante o Latossolo Vermelho-Amarelo. Nela encontra-se a Floresta Nacional do Araripe (FLONA) e várias unidades de manejo florestal (UMF). O objetivo deste estudo foi utilizar a análise multivariada para obter-se um indicador básico que represente um conjunto de atributos físicos, químicos e biológicos utilizados como indicadores de modificações nas propriedades dos solos de uma UMF. Foram analisados, em triplicata, na profundidade de 0-20 cm, solos de 15 pontos da UMF e quatro da FLONA, onde foram determinados nove atributos utilizados na identificação das peculiaridades de grupos de estado de recuperação dos solos e suas principais diferenças. A análise demonstrou que dois componentes principais respondem por aproximadamente 76 % da variância dos dados: o primeiro é o indicador da qualidade biológica, química e física dos solos; e o segundo, do estado de compactação. A análise de agrupamento multivariada, aplicada ao primeiro componente principal, evidenciou a formação de três grupos: um da FLONA e dois contendo amostras da UMF, em diferentes estados de recuperação. A utilização do teste de Tukey em nível de 5 % no agrupamento dos teores de matéria orgânica dos solos apresentou os mesmos grupos da análise de agrupamento multivariada, indicando que esse atributo pode ser utilizado como indicador básico na área de estudo.

The Araripe Plateau in the tropic semi-arid region is characterized by great environmental diversity. The Araripe National Forest and several forest management units (FMU) are located in this area with mostly red-yellow Oxisols. The goal of this study was to identify a basic indicator that could represent a set of physical, chemical and biological properties of soils of the Plateau. Multivariate analysis was used to indicate changes in soil properties of a FMU. Soil samples were analyzed in triplicate (0-20 cm layer), from 15 points of the FMU and four points of the National Forest. Nine soil properties were selected to characterize differences between preserved and exploited sites, including those in recovery phases. The results show that two principal components account for approximately 76 % of the variance of the data: the first indicator of biological, chemical and physical soil quality and the second indicator of soil compaction. Multivariate cluster analysis of the first principal component group showed the formation of three sub-groups: the National Forest sub-group and two sub-groups of the FMU in different recovery stages. The Tukey test (5 % significance) applied to the grouping of organic matter content of soils agreed with results from multivariate cluster analysis. This indicates that this organic matter can be used as main indicator of changes in soil properties for the study area.

O manejo inadequado da vegetação e do solo leva a mudanças físicas que afetam a recarga de aquíferos. A Chapada do Araripe possui centenas de fontes que jorram na encosta; porém, há indícios de redução de vazões. Neste trabalho foi estudada a capacidade de infiltração de solos submetidos a diferentes tipos de manejo florestal na Chapada. Amostras de solos de 21 localidades foram ordenadas em quatro grupos. O Grupo 1, de áreas de vegetação preservada e os demais de áreas antropizadas. Observou-se que a umidade e capacidade de infiltração apresentaram boa correlação linear com a matéria orgânica; a umidade média do Grupo 1, no período seco, foi superior à dos demais grupos mesmo no período chuvoso; as áreas antropizadas apresentaram baixo conteúdo de matéria orgânica, umidade e baixa capacidade de infiltração, indicando modificação na estrutura do solo capaz de reduzir a recarga.

Inadequate vegetation and soil management leads to physical changes that affect aquifer recharge. The Araripe Plateau feeds an elevated number of springs on its northern slope; however, there are indications that their yield is decreasing. Through this research, it was studied the infiltration capacity of soils under different types of management. Soil samples from 21 sites were grouped into four groups. Group 1 represents areas of preserved vegetation, the others, anthropized ones. It was observed that soil moisture and infiltration capacity are linearly well correlated with organic matter; mean soil moisture during the dry season was significantly higher for Group 1 than for the other groups, even during the rainy season and anthropized areas show low organic matter contents, soil moisture, and infiltration capacity, indicating modifications in the soil's structure that reduce aquifer recharge.

As ações antrópicas na microbacia hidrográfica do rio Granjeiro, município do Crato, Ceará, estão levando a excessivo escoamento superficial, que produz assoreamento dos cursos d’água e enchentes nos bairros por onde o rio passa. Nesse trabalho, objetivou-se entender os impactos ambientais no comportamento hidrológico da área através: (i) da caracterização morfométrica da microbacia do rio Granjeiro e de duas microbacias adjacentes, (ii) da comparação dos parâmetros morfométricos das três microbacias, (iii) da avaliação ambiental da microbacia do rio Granjeiro, e (iv) da correlação dos impactos ambientais avaliados com os parâmetros morfométricos. A caracterização morfométrica foi feita através de parâmetros que caracterizam a forma da bacia, o sistema de drenagem e o relevo. A avaliação ambiental foi feita a partir de um diagnóstico da área. Constatou-se, pela morfometria, que a microbacia do rio Granjeiro deveria ser a menos propensa a cheias, mas os problemas ambientais por ações antrópicas contribuem com a inversão do quadro. Para minimizar os impactos ambientais, são sugeridas ações através de medidas estruturais e não-estruturais, compatíveis com a realidade sócio-ambiental local.

Human activity in the micro basin of Granjeiro river, in the township of Crato/ Cariri, Ceará causes excessive runoff, producing sediment deposition in watercourses and causing floods along the river. In this investigation we try to understand the environmental impacts on the hydrology of the area through: (i) a morphometric characterization of the Granjeiro river micro basin and two adjacent ones, (ii) a comparison of the morphometric parameters for the three micro basins, (iii) an environmental evaluation of the Granjeiro micro basin and (iv) a correlation of environmental impacts and morphometric parameters. Morphometric characterization is made through parameters that describe the geometry of the basin, its drainage system and its relief. Environmental evaluation is based on the spot diagnoses. According to morphometry, the Granjeiro micro basin should be less floods prone than the outher two. However, antropic environmental problems invert this order transferring a higher incidence of floods to the first. In order to minimize environmental impacts, actions through structural and non-structural measures, in accordance with social-environmental local reality, are proposed.

A cidade de Nova Olinda, sul do Estado do Ceará, é abastecida através de quatro poços tubulares profundos que captam num aqüífero confinado, composto, basicamente, por arenito. Na área também afloram calcita e gipsita, que são explotadas por mineradoras instaladas dentro da bacia hidrográfica, onde estão três dos quatro poços. Desde 2006, as tubulações de abastecimento de água estão sendo obstruídas por um precipitado folhear, causando prejuízos. Neste trabalho foi feita uma investigação, usando análises químicas, físico-químicas e de raios X e o índice de saturação de calcita (ISC), para estudar as possíveis causas dos precipitados, identificados, basicamente como calcita. As concentrações de cálcio e os ISCs indicaram que o tratamento da água aplicado na desinfecção aumenta a tendência da precipitação de calcita devido o cálcio contido nos produtos químicos usados.

The township of Nova Olinda, south of Ceará, is supplied with waters from four deep wells exploiting a confined sandstone aquifer. Calcite and gypsum rock outcrop and are being exploited commercially in the watershed where three of the wells are located. Since 2006, public supply pipelines are damaged due to a sheet-like precipitation causing frequent obstruction of the pipes. In this investigation we used chemical analyses, physical chemistry, X-ray analyses and determination of the calcite saturation index - CSI for studying possible causes for the deposits identified, basically, as calcite. Calcium concentrations and CSIs indicate that the water disinfection process adopted increases the tendency of calcite precipitation due to calcium contained in the chemicals used.

Foi desenvolvido um programa usando Object Pascal e Matlab, para o modelo de Streeter Phelps de autodepuração. Foram incorporadas condições de contorno, sugeridas por Chapra, que propiciam: a simulação do perfil de OD e DBO5 considerando várias entradas de efluentes ao longo do curso d'água e a correção para condições de anaerobiose, condições estas que contribuem com o surgimento de concentrações negativas de OD e conduzem a previsões errôneas. Foi, também, incorporada uma metodologia de calibração automática, baseada na minimização dos erros quadráticos entre as concentrações calculadas e observadas, para obtenção e escolha dos valores dos coeficientes de desoxigenação e reaeração. Para o teste do programa, foram feitas várias simulações: uma para testar o método de calibração automática e outras duas para testar as condições de contorno. Em todos os casos, os resultados obtidos produziram bons desempenhos. O aplicativo executável servirá como ferramenta auxiliar no meio acadêmico, como recurso didático, em aulas de saneamento ambiental, e como ferramenta de gestão da qualidade das águas.

Using Object Pascal and Matlab, a program was developed for Streeter Phelps modeling of self-purification. Boundary conditions suggested by Chapra were incorporated that permit the simulation of DO and BOD5 profiles considering multiple point sources along the flow path and a correction for conditions of anaerobiosis, which lead to negative DO and erroneous previsions in Streeter Phelps modeling. A method of automatic calibration, based on minimizing square deviations between simulated and observed concentrations, for obtaining the coefficients of deoxygenation and reaeration, was incorporated also. Various simulations for testing the program were performed: one for automatic calibration and two for boundary conditions. In all cases a good performance was obtained. The program may serve equally as a teaching instrument in environmental sciences classes and as a working tool in water quality management.

A interação do riacho dos Macacos e de uma bateria de poços, na sua vizinhança, em Juazeiro do Norte-CE, foi avaliada segundo parâmetros físicos, químicos e bacteriológicos. Foram realizadas também análisés de oxigênio-18 a fim de avaliar a mistura de águas subterrâneas com águas superficiais. Verificou-se que o riacho dos Macacos, na maioria dos parâmetros analisados, não se enquadra em nenhuma das classes de águas doces da Resolução N° 357 do CONAMA e da Portaria N° 518 do Ministério da Saúde. Constatou-se que neste riacho e no lago da Timbaúba a concentração de coliformes totais e termotolerantes é extremamente elevada. Uma simulação computacional do transporte advectivo do contaminante de partículas do rio para o aqüífero com o modelo MODPATH/MOFLOW revela tempos mínimos de transito do manancial superficial poluído até os filtros dos poços entre 15 e 100 dias. Considerando a meia vida dos coliformes em águas subterrâneas de aproximadamente 8 dias e sua alta concentração na água superficial, contaminação dos poços de abastecimento é inevitável.

The interaction of the Macacos Creek and a neighboring well field, in Juazeiro do Norte-Ceará, was assessed through chemical, physicochemical and bacteriological parameters. Oxygen -18 measurements were made for the identification of mixes from surface and underground waters. It was found that Macacos Creek water, with respect to most of the parameters analysed, does not conform to any of the classes for fresh water defined by CONAMA Resolution Nr.357 by the Ministry of Health. In this creek and in the Timbauba Lake the concentration of coliform and thermo-resistant bacteria is extremely high. MODFLOW / MODPATH modeling of advective contaminant transport from the creek to the wells showed minimum transit times between 15 and 100 days. Considering a half life of about 8 days for coliform bacteria in groundwater and their extremely high concentration in surface waters, contamination of the supply wells is inevitable.