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Lisboa, 24 Maio 2010
C E R E N A
Modelos Geoestatísticos
para a
Caracterização da Qualidade do Solo
Ana Horta
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
...
Lisboa, 24 Maio 2010
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
Lisboa, 24 Maio 2010
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
Lisboa, 24 Maio 2010
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
Lisboa, 24 Maio 2010
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
Lisboa, 24 Maio 2010
C E R E N A
Desafios
- Qualidade e quantidade dos dados disponíveis
- Amostragem em diferentes suportes
Lisboa, 24 Maio 2010
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
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
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
Lisboa, 24 Maio 2010
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
Lisboa, 24 Maio 2010
C E R E N A
Área de Estudo – Margem Esquerda do Guadiana
Projecto CIDmeg
Lisboa, 24 Maio 2010
C E R E N A
Base de dadosProjecto CIDmeg
Lisboa, 24 Maio 2010
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)
Lisboa, 24 Maio 2010
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
Lisboa, 24 Maio 2010
C E R E N A
Área de Estudo – Barrinha de Esmoriz
19792006
1996
Projecto BARRINHA
Lisboa, 24 Maio 2010
C E R E N A
Projecto BARRINHABase de dados
Lisboa, 24 Maio 2010
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)
Lisboa, 24 Maio 2010
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
Lisboa, 24 Maio 2010
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
Lisboa, 24 Maio 2010
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
Lisboa, 24 Maio 2010
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
Lisboa, 24 Maio 2010
C E R E N A
Áreas susceptíveis à degradação
da qualidade do solo
pH & Carbono
orgânico total
Lisboa, 24 Maio 2010
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
Lisboa, 24 Maio 2010
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
Lisboa, 24 Maio 2010
C E R E N A
Modelo determinista (MOHID)
Direcções e continuidade locais
Modelos de escoamento
Lisboa, 24 Maio 2010
C E R E N A
Distribuição espacial do
poluenteImagem
simulada
Imagem
média
Incerteza
espacial
Lisboa, 24 Maio 2010
C E R E N A
Reconhecimento visual
com imagem de satélite
Direcções e continuidade locais
Modelos de escoamento
Lisboa, 24 Maio 2010
C E R E N A
Distribuição espacial do
poluenteImagem simulada
Imagem médiaIncerteza espacial
Lisboa, 24 Maio 2010
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)
Lisboa, 24 Maio 2010
C E R E N A
Avaliação da incerteza
Conjunto de imagens simuladas da
realidade para re-amostragem e update da
incerteza
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
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