Modelos Geoestatísticos Caracterização da Qualidade do Solo para a Caracterização da Qualidade do Solo Ana Horta ahorta@ist.utl.pt

Desafios na caracterização da qualidade do solo Modelos geoestatísticos aplicados ao ambiente Desafios na caracterização da qualidade do solo Aplicações desenvolvidas para a Margem Esquerda do Guadiana e Barrinha de Esmoriz Integração dos resultados nos modelos de decisão Perspectivas futuras

Desafios na caracterização da qualidade do solo Modelos geoestatísticos aplicados ao ambiente Desafios na caracterização da qualidade do solo Aplicações desenvolvidas para a Margem Esquerda do Guadiana e Barrinha de Esmoriz Integração dos resultados nos modelos de decisão Perspectivas futuras

Modelos Geoestatísticos … precisamos obter um modelo da realidade… GEOESTATÍSTICA Análise do padrão espacial Modelos de Estimação Simulação de Imagens ...

Modelos Geoestatísticos 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 - 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 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 Estudo da desertificação Monitorização ambiental (ar, água, biomonitorização) Relação saúde ambiente Avaliação de impactes ambientais Avaliação da contaminação de solos

Desafios na caracterização da qualidade do solo Modelos geoestatísticos aplicados ao ambiente Desafios na caracterização da qualidade do solo Aplicações desenvolvidas para a Margem Esquerda do Guadiana e Barrinha de Esmoriz Integração dos resultados nos modelos de decisão Perspectivas futuras

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)

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 State of the art: estudos dos solos actuais, utilização abusiva de sig’s apenas para cartofar uma propriedade sem a intenção de estudar e avaliar a incerteza

Desafios Qualidade e quantidade dos dados disponíveis Amostragem em diferentes suportes Diferentes suportes consoante o objectivo do estudo

Desafios Definir qualidade do solo Criar instrumentos de planeamento acessíveis num sistema de informação geográfica Estabelecer critérios de monitorização espacio-temporal

Desafios na caracterização da qualidade do solo Modelos geoestatísticos aplicados ao ambiente Desafios na caracterização da qualidade do solo Aplicações desenvolvidas para a Margem Esquerda do Guadiana e Barrinha de Esmoriz Integração dos resultados nos modelos de decisão Perspectivas futuras

Projecto CIDmeg Projecto BARRINHA 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

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

Área de Estudo – Margem Esquerda do Guadiana Projecto CIDmeg Área de Estudo – Margem Esquerda do Guadiana

Projecto CIDmeg Base de dados Por horizontes

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)

Projecto BARRINHA 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

Área de Estudo – Barrinha de Esmoriz Projecto BARRINHA Área de Estudo – Barrinha de Esmoriz 1979 2006 1996

Projecto BARRINHA Base de dados

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)

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

Modelos Geoestatísticos Simulação Sequencial Directa (SSD) (algoritmo de simulação estocástica) Co-Simulação Sequencial Directa (Co-SSD) (simulação conjunta de variáveis) Distribuição espacial Incerteza espacial

Modelo de simulação: conjunto de imagens equiprováveis com a mesma variabilidade espacial dos valores experimentais quantificação da variabilidade Incerteza espacial Avaliação quantos valores no espaço excedem simultaneamente um valor limite e qual essa probabilidade

Simulação Sequencial Directa (SSD) Cartografia de áreas críticas Projecto CIDmeg 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 Distribuição espacial Incerteza espacial Cartografia de áreas críticas

Áreas susceptíveis à degradação da qualidade do solo pH & Carbono orgânico total Simulação estocástica e aplicação de funções de perdas de acordo com os valores limite estabelecidos

Co-Simulação Sequencial Directa (Co-SSD) Projecto CIDmeg Optimizar custos e abrangência espacial da campanha de amostragem de solos Co-SSD com Bi-distribuições (condiciona a simulação às classes de valores da variável secundária) Maior flexibilidade na campanha inicial de amostragem Integração de dados medidos em suportes diferentes Distribuição espacial Incerteza espacial

Áreas susceptíveis à degradação da qualidade do solo Simulação estocástica com reprodução da bi-distribuição (colocar o nome dos modelos)

Simulação Sequencial Directa (SSD) Projecto BARRINHA Inexistência de modelos híbridos (geoestatísticos e determinista) para caracterizar a dispersão da contaminação SSD com Anisotropias Locais (condiciona a simulação localmente à continuidade dada por um modelo conceptual de deposição do poluente) Inexistência de aplicações com simulação estocástica para obter a distribuição do poluente e a incerteza Distribuição espacial consoante modelo conceptual Incerteza espacial

Modelos de escoamento Direcções e continuidade locais Integrar modelos conceptuais no modelo geoestatístico quando queremos integrar a não estacionariedade da dispersão do poluentes – modelos ´híbridos que utiliza o modelo determinista como modelo conceptual e o modelo geostat que utiliza o algoritmo de simulalção para obter a dispersão Modelo determinista (MOHID)

Distribuição espacial do poluente Imagem simulada Imagem média Incerteza espacial

Modelos de escoamento Direcções e continuidade locais Reconhecimento visual com imagem de satélite

Distribuição espacial do poluente Imagem simulada Incerteza espacial Imagem média

Projecto BARRINHA Simulação Sequencial Directa (SSD) SSD com Anisotropias Locais com aplicação de Funções de Custo (custos associados a técnicas de remediação aplicados às imagens simuladas) Inexistência a integração de outputs geoestatísticos nos processos de decisão em avaliação da contaminação Inexistência da avaliação da incerteza no espaço dos custos de remediação Distribuição e Incerteza espaciais dos custos de remediação

Distribuição espacial do poluente Análise dos custos de remediação Imagem média Distribuição espacial do poluente Imagem média Custos de remediação Incerteza espacial Custos de remediação Aplicação de funções de custo para técnicas de remediação diferentes e valores limite de contaminação

Projecto BARRINHA Simulação Sequencial Directa (SSD) SSD com Anisotropias Locais para obter modelos conceptuais (modelos da realidade para re amostragem de novos conjuntos de amostras) Inexistência da integração da incerteza no modelo conceptual da realidade (estacionariedade do fenómeno) Inexistência da integração da incerteza na fase inicial da avaliação da contaminação Avaliação da incerteza para valores limite do poluente

Avaliação da incerteza Conjunto de imagens simuladas da realidade para re-amostragem e update da incerteza

Desafios na caracterização da qualidade do solo Modelos geoestatísticos aplicados ao ambiente Desafios na caracterização da qualidade do solo Aplicações desenvolvidas para a Margem Esquerda do Guadiana e Barrinha de Esmoriz Integração dos resultados nos modelos de decisão Perspectivas futuras

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)

Desafios na caracterização da qualidade do solo Modelos geoestatísticos aplicados ao ambiente Desafios na caracterização da qualidade do solo Aplicações desenvolvidas para a Margem Esquerda do Guadiana e Barrinha de Esmoriz Integração dos resultados nos modelos de decisão Perspectivas futuras

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