MODELAO GEOESTATSTICA NA INVESTIGAO IN SITU EAVALIAO DA CONTAMINAO EM REAS INDUSTRIAIS GEOSTATISTICAL MODELING FOR ENVIRONMENTAL SITE INVESTIGATION AND EVALUATION OF INDUSTRIAL SITES Brito, M. G., CIGA, FCT/UNL - Caparica Portugal, mgb@fct.unl.pt Costa, C.N., CIGA, FCT/UNL - Caparica Portugal, cnc@fct.unl.ptVendas, D. F., CIGA, FCT/UNL - Caparica Portugal, daniel@ciga.fct.unl.pt RESUMO Nestacomunicaoapresentadaumametodologiafaseadaparaaavaliaodacontaminao deterrenosemreasindustriaisdegradadas,quevisaamaximizaodoratiobenefcio-custo das operaes de investigao in situ, atravs da utilizao de modelos da geoestatstica e SIG, nacaracterizaoespacialdograudecontaminaodossoloseguassubterrneas.Esta metodologia foi implementada numa rea industrial de 30ha do Parque Empresarial do Barreiro, contaminada com metais pesados aps cerca de 100 anos de actividades industriais de qumica e metalurgia pesada. ABSTRACT Itispresentedanintegratedmethodologyfortheevaluationoflandcontaminationonderelict industrialsitesthataimsforthedefinitionofenvironmentalactiontowardsenvironmentalsite rehabilitation,takingintoaccountbestbenefit/costratioforsiteinvestigation,throughthe integration of geostatistical models in the various stages of site investigation. The methodology wasimplementedatanoldindustrialsite,contaminatedbyheavymetalsdueahundredyears chemical and metallurgical activity. 1. METODOLOGIA Aavaliaodograudecontaminaoeosubsequentetratamentodereascontaminadasvisa minimizarosriscosparaasadeaqueestsujeitaapopulaoeprotegeromeioambiente. Nestacomunicaoapresenta-seumametodologiadeinvestigaofaseadaqueintegradeuma formasistemticaamodelaogeoestatsticadeformaacontribuirparaaoptimizaodos recursos tcnicos e econmicos decorrentes das aces de caracterizao do local e respectivas medidasdemitigao.Destaforma,paraainvestigaodeumlocalcontaminado,prope-se uma abordagem que integre modelos geoestatsticos de estimao espacial das caractersticas do local, nas seguintes 3 etapas de investigao [1]: Etapa 1 Avaliao da contaminao dos terrenos em 3 fases sequenciais: fase 1 fase de investigao preliminar fase 2 fase de investigao exploratria fase 3 fase de investigao detalhada Etapa 2 Avaliao do risco de contaminao Etapa 3 Seleco das medidas de remediao Osresultadosdamodelaogeoestatsticairocontribuirparaoplaneamentoeracionalizao dostrabalhosdecampoarealizarnafasedeinvestigaodacontaminao,paraa Voltar ao men principal caracterizao das plumas de contaminao e estimao do volume de materiais a tratar, para o zonamentodereasderiscoe,consequentemente,paraadefiniodasacesderemediao, com base nas quantidades e tipologia dos materiais. 1.1 Etapa 1 Avaliao da contaminao dos terrenos Tem por objectivo a caracterizao da extenso e tipologia da contaminao do local. Inclui os trabalhosdeinvestigaodacontaminaoinsitu,nomeadamentearecolha,anlisee interpretao de informao do local, com vista elaborao de um modelo de contaminao. Dados os elevados custos envolvidos nas operaes de recolha e amostragem dos terrenos, esta etapadeverserrealizadadeformafaseadademodoaorientaroplaneamentoegestodos recursosenvolvidosnostrabalhosdeinvestigaoinsitu.Assimsendo,propem-se3fases sequncias de investigao: a) fase de investigao preliminar tem por objectivo a identificao das reas potenciais focos de contaminao (hot spots) com recurso a mtodos de investigao expeditos e de baixo custo cujosresultadospermitamorientarostrabalhosdeprospecoarealizarnumafase subsequente de investigao exploratria; b)fasedeinvestigaoexploratriaenglobaacaracterizaodomeioainvestigar(solos, resduos,sedimentos,guas)atravsdarecolhadeamostraseidentificaodatipologiae extensodasmanchasdecontaminao.Orefinamentodoslimitesdasreascontaminadas deverserrealizadocombaseemnovoselementosrecolhidos,numafaseposteriorde investigao detalhada;c)fasedeinvestigaodetalhadatemporobjectivoadefiniodomodeloderiscode contaminao,aidentificaodaextensoevolumedomeiocontaminado.Omodelode contaminao resultante servir de base para a etapa posterior de avaliao do risco do local. Nasfiguras1,2e3apresenta-se,deformaesquemtica,odiagramadeprocedimentos utilizados em cada uma das fases de investigao (adaptado de CETESB, (1999) in [1]). Figura 1 Metodologia de investigao preliminar Figura 2 Metodologia de investigao exploratria Figura 3 Metodologia de investigao detalhada Aintegraodemtodosdeestimaogeoestatsticanas3fasesdainvestigaopermiteo mapeamentodasreascontaminadaserespectivaszonasdeincertezacontribuindoparaa racionalizao dos trabalhos a realizar nas etapas de estudo posteriores. O modelo de contaminao final (modelo de contaminao 3 na figura 3) resulta do refinamento do modelo conceptual inicial (modelo de contaminao 1 na figura 1) durante as vrias fases de investigao.Apsconfirmaodaexistnciadecontaminaonolocal,aetapaseguintea avaliao do risco, para a sade e para o ambiente. 1.2 Etapa 2 Anlise de risco para a sade e para o ambiente Tem por objectivo avaliar os efeitos nefastos da contaminao na sade humana e no ambiente, paradiferentescenriosdeusofuturodolocal.Estaetapaservedebaseparaatomadade decisoquantosacesderemediaoaseremimplementadasdemodoapromovera requalificao da rea. AAvaliaodeRiscoumaferramentautilizadatanto,paraestimaroperigoparaasade humana e meio ambiente que um determinado poluente pode causar, como tambm para tomar decises,elaboraracesemetasderemediaoeavaliarreascontaminadas[2].Esta avaliao exige a definio de um modelo conceptual de contaminao que assuma a existncia de trs entidades distintas: [Fonte (ou origem) Trajecto Alvo ou Receptor] [3], em que, a origemoufontedecontaminaotodoolocalcujasconcentraesdeelementospoluentes estejamacimadevaloresdereferncia;otrajectooumeiodetransfernciadacontaminao, queassumeaduplacondiodetransmissor/barreiraereceptorprimrio;oalvo(oureceptor secundrio) , para alm do meio biofsico, o meio antropognico. Neste estudo proposta uma metodologia em 2 etapas sequenciais [1], que se apresenta, de forma esquemtica, na figura 4: Etapa1Clculodoriscocancergenoeperigosidadeassociadacontaminaodos poluentesnosolo,emcadapontoamostrado,paradiferentescenriosemeiosde exposio; Etapa 2 Zonamento das reas de risco e perigosidade atravs da estimao geoestatstica dos valores de risco calculados em cada ponto amostrado. Figura 4 Metodologia genrica para anlise de risco (BRITO, 2005) AprimeiraetapautilizaametodologiadesenvolvidapelaAgnciadeProtecoAmbiental Americana, [4, 5]. A caracterizao do risco e perigosidade para a sade feita separadamente paracompostosqumicoscancergenos(riscocancergeno)enocancergenos(emtermosde perigosidade).Nocasodosriscossereminaceitveisparaasadeeparaoambiente estabelecem-seasbasesparaaelaboraodeumplanodedescontaminaoquedetalheas medidasderecuperaoaadoptarparaasuperaodoriscoeaselecodasmelhores metodologias disponveis para o tratamento dos terrenos. 1.3 Etapa 3 Medidas de remediao do local Aremediaodeumstiocontaminadotemcomoobjectivosgenricosfundamentais,nos protegerasadepblicaeoambiente,comotambmreabilitarolocalafectado,comvistaa possibilitarousofuturodosolo,emcondiesambientalmentefavorveis.Assim,umdos factores a ter em considerao quando se pretende fazer a reabilitao de um local degradado definir o seu uso futuro, de forma a procurar as medidas de remediao adequadas e capazes de minimizar o risco no receptor. Aselecodasestratgiaspossveisderemediaodeveroteremconsiderao:(i)areduo doriscodolocal-quemedeatquepontoaacoderemediaoreduzoriscoparaos humanos,ecossistemaseoutrosalvosnolocal;(ii)omritoambiental-quemedeobalano (positivo/negativo)daacoderemediaoemtermosambientaisemqueousoderecursos, energia,gua,espaoepoluiodeoutrosmeiostidoemconsideraoe;(iii)areduodos custos temporais e de operacionalidade. 2. APLICAO A UM CASO DE ESTUDO Ametodologiafoiimplementadanumareaindustrialcomcercade30ha.,situadanazona industrialdoBarreiroque,devidoaorpidocrescimentourbanonoconcelho,serobjectode requalificaoambiental.Nosepretendenestacomunicaodescreverempormenoros trabalhos realizados mas apenas ilustrar a utilizao da metodologia anteriormente descrita. 2.1 Etapa 1 Avaliao da contaminao dos terrenos 2.1.1 Fase de investigao preliminar Estafasedeinvestigaoinsituteveporobjectivooreconhecimentopreliminardolocalea identificaodasreaspotenciaisfocosdecontaminao(hotspots)deformaaorientaros trabalhos de prospeco a executar na fase seguinte. Nesta etapa foram realizados os seguintes trabalhos: a)Colheita de dados histricos: Levantamento histrico de actividades e processos industriais, matrias primas utilizadase resduos produzidos; b)Avaliao das caractersticas do terreno: Levantamentotopogrfico,deestruturasenterradas(atravsdautilizaodemtodosde georadar), geolgico e hidrogeolgico; c)Identificao espacial de hot spots atravs da utilizao de equipamentos expeditos de screening (varrimento), tais como: - espectroradimetro porttil para a identificao de metais pesados na superfcie do terreno (NITON XLi700), atravs de fluorescncia de raio X;-aparelhoporttil(PID-Photovac2020)paraaidentificaodecompostosorgnicos volteis (COVs) nos solos e infraestruturas,- mtodos de prospeco geofsica de resistividade elctrica e electromagntica (EM31), de baixo custo de aquisio de dados para a identificao de concentraes anmalas de metais e sais dissolvidos, nas zonas saturadas e no saturadas do terreno. Nafigura5ilustra-seoequipamentoNITONXLi700utilizadoparaaleituraexpeditada concentraodemetaisnossolos,em83locaisnasuperfciedoterrenoenafigura6,atitulo ilustrativo, o mapa estimado dos valores de concentrao de Cu na superfcie do solo. Figura 5 Medio de metais pesados no solo com o NITON XLi 700 Figura 6 Mapa estimado de teores De Cu no solo Nafigura7apresentam-se,atituloilustrativo,10dos12perfisderesistividadeelctrica realizadosparadetecodaconcentraesanmalasdesaisdissolvidosemetaisnamatrizdo terrenos. O espaamento dos perfis foi de 50 em 50 metros o que permitiu uma profundidade de investigao at cerca de 13.5 metros. Nafigura8apresentam-seosvaloresdecondutividadeelectromagnticamdiadomeio, medidos com o equipamento GEONIX EM31 DL pelo mtodo EM31, em 19 perfis espaados de 25 metros, que permitiu a deteco da concentraes anmalas de sais e metais na zona saturada dos terrenos, aos 3 e 6 metros de profundidade. Figura 7 Perfis de resistividade elctrica Figura 8 Condutividade electromagntica Comosepodeobservarnafigura7,osterrenosapresentamemprofundidadegrande heterogeneidadeespacialnassuaspropriedadeselctricasoquesignificaqueexistegrande variabilidadenaconcentraodemetaisesaisdissolvidos.Estesperfisforneceminformao indirecta,nossobreaocorrnciademetaisnossoloscomopodemtambmdarindicaes sobreapresenadeinfraestruturasenterradas.Relativamentefigura8podereferir-seque existem zonas onde a condutividade muito elevada (relativamente aos valores de background, quevariamentre40a60mS/m)oquepressupeaexistnciadeelevadasconcentraesde metaisesaisdissolvidosnaszonassaturadasdosolo.Ainformaorecolhidanestafasede investigao serviu de base para orientar a elaborao do plano de investigao in situ a realizar na fase seguinte. Assim, para a definio da geometria e malha de amostragem foi utilizado o software FIELDS [6],(quesebaseia-seemestudosprobabilistas[7]paraaestimaodonmerodelocaisa amostrarconsoanteadimensoegeometriadosfocosdecontaminao)eainformaolocal recolhida,nomeadamente,ozonamentodospotenciaiselementosqumicosnasuperfciedos terrenoeomapeamentodaszonasdemaiorcondutividadedosterrenos.Assim,oplanode amostragemdesolosconsiderou,numaprimeirafase,aaberturade41poosdeamostragem (figuras 9 e 10), numa malha triangular com espaamento mdio de cerca de 70 metros, ajustada de forma a cobrir as zonas de ocorrncia das maiores concentraes de metais pesados e as reas ondeseobservaramosvaloresmaiselevadosdecondutividadedomeio,resultantesda interpretao dos dados de prospeco geofsica. Figura 9 Plano de amostragem tericoFigura 10 Plano de amostragem real A integrao da informao num sistema de informao geogrfica (SIG) resultou na elaborao deummodeloconceptualpreliminardacontaminao(modelodecontaminao1,conforme figura1).Essemodeloserviudebaseparaadefiniodosobjectivos,mtodoseestratgiasa utilizar na fase posterior de investigao exploratria. 2.1.2 Fase de investigao exploratria Esta fase de investigao teve por objectivo a confirmao da hiptese de contaminao atravs da recolha amostras de solo e guas subterrneas, utilizadas para a determinao da naturezae concentraodassubstnciascontaminantes,aidentificaodopadrodedistribuioespacial dacontaminaodosterrenos(soloseguassubterrneas)eacaracterizaodograude contaminao,tendoporbasevaloresderefernciapreviamenteestabelecidos(normasde Ontrio,[8]).Ametodologiadeamostragemdesoloseguasseguiuosprocedimentosda USEPA,[9,10].Ostrabalhosdeinvestigaoinsitutiveramporbaseoplanodeprospeco definido na fase anterior de investigao e incluram a realizao dos seguintes trabalhos: -aberturade41poosdeprospeco,atprofundidademximade4metros(solono saturado) e recolha de 62 amostras de solo, para 3 nveis do terreno; - realizao de 8 sondagens a trado oco, at uma profundidade mxima de 10 metros, com instalaodepiezmetros,desenvolvimentoeestabilizaodosfurosecolheitade8 amostrasdeguasubterrnea.Assondagensforamtambmaproveitadaspara reconhecimento geolgico e recolhidas4 amostras de solo, na zona no saturada do terreno, atravs de amostrador do tipo SPT (Standard Penetration Test); - a identificao da contaminao qumica e das caractersticas fsicas e geotcnicas do meio atravsdemediesinsitueensaiosdecaracterizaolaboratoriais(mediodopHe condutividadenasguaseensaiosdegranulometriaedeterminaodoslimitesde consistncia nos solos); -acaracterizaodageometriadosterrenos(naturaiseantropognicos),atravsda realizaodeperfislitolgicosinterpretativosedaestimaogeoestatsticadas propriedades fsicas do terreno, para dois nveis do terreno,-acaracterizaodosentidoedirecodefluxodasguassubterrneasatravsda utilizao de modelos matemticos de fluxo; -orefinamentodomodelodecontaminao(modelodecontaminao2,conformefigura 2). Osmapasdecontaminaoestimadospermitiramaidentificaodageometriaeextensodo meio contaminado e o refinamento dos trabalhos de investigao a realizar na fase posterior de investigaodetalhada.Nafigura11apresenta-se,atituloilustrativo,umdiagrama tridimensionaldosmapasdeprobabilidadedecontaminaonossolos,estimadoparadois nveis do terreno. Figura 11 Diagrama tridimensional de probabilidade de contaminao dos solos 2.1.3 Fase de investigao detalhada Teve por objectivo o refinamento dos limites das reas contaminadas. Com base nos resultados obtidosnafaseanterior,foramrealizados,naszonasdemaiorincertezadecontaminao,11 poos adicionais para a recolha de 23 amostras de solo e realizadas 14 novas sondagens do tipo trado oco, com profundidade mxima at cerca de 14 metros, e recolhidas 14 amostras de gua e 15 amostras de solo, at uma profundidade de amostragem mxima de 7.5 metros. Aestimaodamorfologiadasreascontaminadasfoirealizadapara3nveisdoterreno, atravs domtodo da krigagem da indicatriz[11] do softwareGeoms[12].Ovolume de solos contaminados foi calculado para vrios cenrios de ocupao do local (valores de referncia de Ontrioparausoresidencialecomercial).Estafasedeinvestigaocumpriucomosseguintes objectivos: a determinao do volume de solos e guas contaminadas; o refinamento do modelo conceptual de contaminao. Nafigura12apresenta-seomodeloconceptualderiscodecontaminao,tendoem considerao:afonteouorigemdacontaminao,otrajectoouviasdetransfernciae exposio dos poluentes e o alvo - a populao residente e o meio receptor. Figura 12 Esquema do modelo conceptual de contaminao Omodeloderiscodecontaminaoserviudebaseparaaavaliaodoriscoassociado contaminao em face da previsvel ocupao futura dos terrenos, que deve concluir se os riscos soaceitveisparaasadehumanaeoambientee,nocasoafirmativo,quaisasmedidasde monitorizao e controlo que garantam a manuteno desse nvel de risco, aceitvel a mdio e longo prazo 2.2 Etapa 2 Anlise de risco Com base no modelo de contaminao e nos cenrios de ocupao previstos foi calculado, para cada local amostrado, o risco para a sade para os seguintes cenrios de ocupao e exposio: a)Cenrios de ocupao: Cenrio 1 Uso residencial adulto e criana; Cenrio 2 Uso comercial trabalhador comercial e trabalhador construtor; b)Vias de exposio: contacto drmico, ingesto de solo e ingesto de vegetais. Na etapa de avaliao e clculo do risco em cada ponto amostrado foi utilizado o software RISC WorkBench [13]. A modelao geoestatstica dos valores de risco obtidos permitiu o zonamento do local em termos de perigosidade e risco. Nas figuras 13 e 14 apresenta-se, a titulo ilustrativo, o zonamento da rea em termos de risco cancergeno, para os cenrios trabalhador comercial e trabalhador construtor, para a exposio por contacto drmico. Figura 13 Trabalhador comercial zonamento das reas de risco cancergenoFigura 14 Trabalhador construtor zonamento das reas de risco cancergeno Ozonamentodasreasderiscopermitiudistinguir,dentrodazonaindustrial,duassubzonas: umaescassamentecontaminadaequenoapresentariscoparaasadeeumaoutra,cuja concentraodoselementosqumicosnosolo,constituiriscoparaasade.Combasenestes resultados foi possvel influenciar a repartio do uso do territrio, procurando que no projecto deocupaoseprivilegieousoresidencial,maisexigente,nasubzonaondeaanlisederisco apresentou ndices menos gravosos para os receptores mais sensveis. 3. CONCLUSES A utilizao de uma metodologia de investigao faseada permitiu o conhecimento gradual das condies do local e, consequentemente o racionalizao dos trabalhos de investigao in situ e a reduo dos respectivos custos. Amodelaogeoestatsticautilizadanasvriasfasesdeinvestigaopermitiu,deforma sistemtica(i)aracionalizaodostrabalhosdecampoarealizar,(ii)acaracterizaodas plumasdecontaminao,respectivasreasdeincertezaevolumedemateriaisatratar,(iii)o zonamento de reas de risco e a definio das aces de remediao, com base nas quantidades edefinioespacialdotipodemateriaisatratar,conduzindooptimizaodosmeiose tecnologias de tratamento a adoptar, para diferentes cenrios de ocupao. 4. REFERNCIAS [1]Brito,M.G.,Metodologiaparaaavaliaoeremediaodacontaminaopormetais pesados em reas industriais degradadas, Dissertao Doutoramento Univ. Nova de Lisboa, (2005), 366p. [2]LaGrega,M.D.,Buckingham,P.L.&Evans,C.,HazardousWasteManagementand Environmental Resources Management, 2nd ed. McGraw-Hill, NY, (2001), 1157p. [3]Petts,J.,Cairney,T.&Smith,M.,Risk-BasedContaminatedLandInvestigationand Assessment, John Wiley & Sons, New York (1997), 352p. [4] USEPA, Risk Assessment Guidelines for Superfund Volume 1 Human Health Evaluation Manual(PartA).EPA/540/1-89/002,U.S.EnvironmentalProtectionAgency,Officeof Emergency and Remedial Response, Washington, D.C. (1989), 278p. [5] USEPA, Integrated Risk Information System (IRIS), http://www.epa.gov/iris/ (1989). [6]ESRI,UsingArcViewGIS,TheGeographicInformationSystemforEveryone,ESRI Press, U.S., (1996), VI+250 p. [7]GILBERT,R.O.,StatisticalMethodsforEnvironmentalPollutionMonitoring.John Wiley (Eds.), New York, (1987), 336 p. [8]OMEE,GuidelinesforuseatcontaminatedsitesinOntario.RevisedFebruary1997. Queens Printer Ontario, (1997), XXI + 90 + 68 p. [9]USEPA,SoilSamplingQualityAssuranceUsersGuide.EnvironmentalMonitoring System Lab. Las Vegas, 2nd ed., EPA/600/8-69/046 (1989), 266 p. 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