Lisboa, 24 Maio 2010

C E R E N A

Modelos Geoestatísticos

para a

Caracterização da Qualidade do Solo

Ana Horta

ahorta@ist.utl.pt

Lisboa, 24 Maio 2010

C E R E N A

1. Modelos geoestatísticos aplicados ao ambiente

2. Desafios na caracterização da qualidade do solo

3. Aplicações desenvolvidas para a Margem

Esquerda do Guadiana e Barrinha de Esmoriz

4. Integração dos resultados nos modelos de

decisão

5. Perspectivas futuras

Lisboa, 24 Maio 2010

C E R E N A

1. Modelos geoestatísticos aplicados ao ambiente

2. Desafios na caracterização da qualidade do solo

3. Aplicações desenvolvidas para a Margem

Esquerda do Guadiana e Barrinha de Esmoriz

4. Integração dos resultados nos modelos de

decisão

5. Perspectivas futuras

Lisboa, 24 Maio 2010

C E R E N A

… precisamos obter um modelo da realidade…

Modelos Geoestatísticos

GEOESTATÍSTICA

Análise do padrão espacial

Modelos de Estimação

Simulação de Imagens

...

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C E R E N A

Caracterização do padrão espacial e espacio-temporal

• Grandezas que definem a quantidade e qualidade dos

recursos naturais

• Grandezas que apresentam estrutura/continuidade no

espaço e/ou no tempo

Modelos Geoestatísticos

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C E R E N A

- Conhecimento dos fenómenos espaciais: amostras ou

observações da grandeza

- Caracterização da distribuição espacial da grandeza e

avaliação da incerteza considerando:

• a variabilidade do fenómeno espacial

• qualidade e quantidade das amostras

• tipo de modelo

• conhecimento a priori da realidade

Modelos Geoestatísticos

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C E R E N A

Estimação – inferência espacial das características médias

de um recurso natural

Simulação – distribuição espacial de um recurso natural

dada pela continuidade espacial e lei de distribuição (imagens

equiprováveis da realidade)

Modelos Geoestatísticos

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C E R E N A

• Estudo da desertificação

• Monitorização ambiental

(ar, água, biomonitorização)

• Relação saúde ambiente

• Avaliação de impactes ambientais

• Avaliação da contaminação de solos

Modelos Geoestatísticos

Lisboa, 24 Maio 2010

C E R E N A

1. Modelos geoestatísticos aplicados ao ambiente

2. Desafios na caracterização da qualidade do solo

3. Aplicações desenvolvidas para a Margem

Esquerda do Guadiana e Barrinha de Esmoriz

4. Integração dos resultados nos modelos de

decisão

5. Perspectivas futuras

Lisboa, 24 Maio 2010

C E R E N A

Motivação

- Contributo para questões ambientais prementes para

Portugal como a desertificação e a avaliação da contaminação

do solo

Projectos recentes:

SADMO (financiamento Interreg)

Bioaridrisk, CIDmeg, Barrinha

(financiamento FCT)

Lisboa, 24 Maio 2010

C E R E N A

Motivação

- Inovação das metodologias existentes de caracterização da

qualidade do solo (optimização da amostragem, integração de

diferentes suportes de informação; quantificação e gestão da

incerteza)

- Introduzir a quantificação e espacialização do fenómeno da

degradação do solo para uma melhor gestão territorial

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C E R E N A

Desafios

- Qualidade e quantidade dos dados disponíveis

- Amostragem em diferentes suportes

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C E R E N A

Desafios

- Definir qualidade do solo

- Criar instrumentos de planeamento acessíveis num sistema

de informação geográfica

- Estabelecer critérios de monitorização espacio-temporal

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C E R E N A

1. Modelos geoestatísticos aplicados ao ambiente

2. Desafios na caracterização da qualidade do solo

3. Aplicações desenvolvidas para a Margem

Esquerda do Guadiana e Barrinha de Esmoriz

4. Integração dos resultados nos modelos de

decisão

5. Perspectivas futuras

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C E R E N A

Projecto CIDmeg

Construção de um índice de susceptibilidade à

desertificação para a Margem Esquerda do Guadiana

Projecto BARRINHA

Avaliação dos riscos ambientais associados à

contaminação de solos

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C E R E N A

Projecto CIDmeg

Objectivos

- Avaliação dos padrões espacio - temporais dos Indicadores de Desertificação (Clima, Solo e Vegetação)

- Desenho e implementação de um modelo de integração para obter o Índice de Susceptibilidade à Desertificação para identificar áreas críticas

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Área de Estudo – Margem Esquerda do Guadiana

Projecto CIDmeg

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C E R E N A

Base de dadosProjecto CIDmeg

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C E R E N A

Solo como indicador de desertificação

- Parâmetros indicadores da qualidade do solo: pH, matéria orgânica

- Identificação de áreas susceptíveis à degradação da qualidade do solo (utilização de valores limite aplicados ao mapa da distribuição espacial do parâmetro)

- Integração de dados obtidos para diferentes suportes (caracterização da distribuição espacial na camada superficial do solo do parâmetro)

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C E R E N A

Objectivos

- Novas metodologias para a avaliação da contaminação de solos:

• integração de modelos geoestatísticos e deterministas

• integração da incerteza dos modelos conceptuais na avaliação de risco e processo de decisão

Projecto BARRINHA

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C E R E N A

Área de Estudo – Barrinha de Esmoriz

19792006

1996

Projecto BARRINHA

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C E R E N A

Projecto BARRINHABase de dados

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C E R E N A

Avaliação da contaminação do solo e dos custos de remediação

- Parâmetros indicadores de contaminação dos sedimentos: metais pesados, PCB e PAH

- Caracterização da distribuição espacial dos poluentes (integração do modelo de escoamento nos canais da lagoa)

- Identificação das áreas a descontaminar (integração da incerteza, utilização de funções de custo para diferentes técnicas de remediação e valores limite)

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C E R E N A

Desenvolvimento de aplicações

Caracterização da qualidade do solo:

problemas e limitações

Modelos existentes:

problemas e limitações

Novos modelos

adaptados à realidade

Novas ferramentas de gestão

ambiental

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C E R E N A

Modelos Geoestatísticos

Simulação Sequencial Directa (SSD)

(algoritmo de simulação estocástica)

Distribuição espacial

Co-Simulação Sequencial Directa (Co-SSD)

(simulação conjunta de variáveis)

Incerteza espacial

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C E R E N A

Incerteza espacial

Modelo de simulação: conjunto de imagens equiprováveis com a

mesma variabilidade espacial dos valores experimentais

Avaliação quantos valores no espaço excedem simultaneamente um

valor limite e qual essa probabilidade

quantificação da variabilidade

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C E R E N A

SSD com aplicação de

Funções de Perda

(transforma o valor simulado

em susceptibilidade à

degradação de acordo com

valores limite)

Inexistência de cartografia , à escala regional,

local de qualidade dos solo

Inexistência de cartografia de qualidade do

solo

Simulação Sequencial Directa (SSD)

Distribuição espacial Incerteza espacial

Projecto CIDmeg

Cartografia de áreas críticas

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C E R E N A

Áreas susceptíveis à degradação

da qualidade do solo

pH & Carbono

orgânico total

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C E R E N A

Co-SSD

com Bi-distribuições

(condiciona a simulação às

classes de valores da variável

secundária)

Optimizar custos e abrangência espacial da

campanha de amostragem de solos

Maior flexibilidade na campanha inicial de

amostragem

Integração de dados medidos em suportes

diferentes

Co-Simulação Sequencial Directa (Co-SSD)

Distribuição espacial

Incerteza espacial

Projecto CIDmeg

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C E R E N A

Áreas susceptíveis à degradação

da qualidade do solo

Lisboa, 24 Maio 2010

C E R E N A

SSD com Anisotropias Locais

(condiciona a simulação

localmente à continuidade

dada por um modelo

conceptual de deposição do

poluente)

Inexistência de modelos híbridos

(geoestatísticos e determinista) para

caracterizar a dispersão da contaminação

Inexistência de aplicações com simulação

estocástica para obter a distribuição do

poluente e a incerteza

Simulação Sequencial Directa (SSD)

Distribuição espacial consoante modelo conceptual

Incerteza espacial

Projecto BARRINHA

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C E R E N A

Modelo determinista (MOHID)

Direcções e continuidade locais

Modelos de escoamento

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C E R E N A

Distribuição espacial do

poluenteImagem

simulada

Imagem

média

Incerteza

espacial

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C E R E N A

Reconhecimento visual

com imagem de satélite

Direcções e continuidade locais

Modelos de escoamento

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C E R E N A

Distribuição espacial do

poluenteImagem simulada

Imagem médiaIncerteza espacial

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C E R E N A

SSD com Anisotropias Locais

com aplicação de Funções

de Custo

(custos associados a técnicas de

remediação aplicados às

imagens simuladas)

Inexistência da avaliação da incerteza no

espaço dos custos de remediação

Simulação Sequencial Directa (SSD)

Distribuição e Incerteza espaciais dos

custos de remediação

Projecto BARRINHA

Inexistência a integração de outputs

geoestatísticos nos processos de decisão

em avaliação da contaminação

Lisboa, 24 Maio 2010

C E R E N A

Aplicação de funções de custo para

técnicas de remediação diferentes e

valores limite de contaminação

Análise dos custos de remediação

Imagem média

Distribuição espacial do poluente

Imagem média

Custos de remediação

Incerteza espacial

Custos de remediação

Lisboa, 24 Maio 2010

C E R E N A

SSD com Anisotropias Locais

para obter modelos

conceptuais

(modelos da realidade para re

amostragem de novos

conjuntos de amostras)

Inexistência da integração da incerteza na

fase inicial da avaliação da contaminação

Simulação Sequencial Directa (SSD)

Avaliação da incerteza para valores limite

do poluente

Projecto BARRINHA

Inexistência da integração da incerteza no

modelo conceptual da realidade

(estacionariedade do fenómeno)

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C E R E N A

Avaliação da incerteza

Conjunto de imagens simuladas da

realidade para re-amostragem e update da

incerteza

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1. Modelos geoestatísticos aplicados ao ambiente

2. Desafios na caracterização da qualidade do solo

3. Aplicações desenvolvidas para a Margem

Esquerda do Guadiana e Barrinha de Esmoriz

4. Integração dos resultados nos modelos de

decisão

5. Perspectivas futuras

Lisboa, 24 Maio 2010

C E R E N A

Mais valias para o processo de decisão:

- Cartografia direccionada à delimitação de áreas em risco, contemplando diferentes cenários

- Definição de áreas a re-amostrar e/ou a monitorizar (optimização da amostragem)

- Análise dos custos ambientais/económicos para as hipóteses de decisão (quantificação e espacialização dos custos)

Lisboa, 24 Maio 2010

C E R E N A

1. Modelos geoestatísticos aplicados ao ambiente

2. Desafios na caracterização da qualidade do solo

3. Aplicações desenvolvidas para a Margem

Esquerda do Guadiana e Barrinha de Esmoriz

4. Integração dos resultados nos modelos de

decisão

5. Perspectivas futuras

Lisboa, 24 Maio 2010

C E R E N A

- Acompanhamento dos projectos na área da desertificação/degradação do solo para criação de bases de dados e monitorização

- Acompanhamento da implementação da futura directiva solos em Portugal

- Implementação das metodologias desenvolvidas em ferramentas de fácil acesso e utilização