Aula da disciplina de Caracterização Geoambiental, Universidade Federal do ABC (UFABC), novembro de 2019.

1. Mapeamento de
Poluição
Vitor Vieira Vasconcelos
Disciplina de Caracterização Geoambiental
Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia Ambiental
Universidade Federal do ABC
Santo Andre-SP
Novembro de 2019

2. Conteúdo
●
Técnicas de espacialização de
dados de poluição
●
Estudos de caso de mapeamento
de poluição
●
Estudos de caso de mapeamento
de vulnerabilidade à poluição

3. Mapear quais dados de
poluição?
●
Ar
●
Solo
●
Água superficial
●
Água subterrânea

4. Espacialização de dados de poluição
Como passar do monitoramento
pontual para um mapa contínuo?
https://www.google.com/maps/d/u/0/viewer?mid=1nxsB438uIxBcXx0m8FpfT-
3ULszPc6Ka&ll=53.98535326879092%2C-1.9447625000000244&z=5

5. Espacialização de dados de poluição
https://www.londonair.org.uk/london/asp/annualmaps.asp
Como passar do monitoramento
pontual para um mapa contínuo?

6. Técnicas de espacialização
●
Interpolação
– Mudança gradual de um ponto para o outro
●
Inferência com base relação com outras
bases espaciais
– Ex: poluição do ar e tráfego urbano
●
Modelagem de dispersão de poluentes

7. Interpolação

8. Interpolação gradual
Triangulação linear
Com “olhos de búfalo”
Inverso do quadrado da distância
Pontos de
amostragem
de cádmio no
solo
LANDIM, P. M. B. (2000). Introdução aos métodos de estimação espacial para confecção de mapas. Rio Claro: UNESP.

9. LANDIM, P. M. B. (2000). Introdução aos métodos de estimação espacial para confecção de mapas. Rio Claro: UNESP.
Interpolação
Incerteza
da
interpolação
Krigagem Indicativa
Espacialização da probabilidade da variável
exceder um certo limite
Contaminação de Cádmio

10. Inferência em relação a
outras bases espaciais
Medições pontuais Informação auxiliar
(emissores de poluição)
Mapeamento
de poluição

11. Correção AtmosféricaCorreção Atmosférica
Antes Depois
http://www.hkcoastalwaterquality.tk/Methodology.html https://www.mapbox.com/blog/atmospheric-correction-comparison/

12. Diferentes tipos de aerosol
Kaufman, Y.J., Koren, I., Remer, L.A., Rosenfeld, D. and Rudich, Y., 2005. The effect of smoke,
dust, and pollution aerosol on shallow cloud development over the Atlantic Ocean. Proceedings of
the National Academy of Sciences, 102(32), pp.11207-11212.

13. Profundidade ótica de aerossóis
Relação entre material particulado (PM10) e
Profundidade ótica de aerossóis
Mapeamento de Material
Particulado (PM10)
Othman, N., MatJafri, M.Z., Lim, H.S.
and Abdullah, K., 2009, August.
Retrieval of aerosol optical thickness
(AOT) and its relationship to air
pollution particulate matter (PM10). In
2009 Sixth International Conference on
Computer Graphics, Imaging and
Visualization (pp. 516-519). IEEE.

14. Outras variáveis espaciais auxiliares
para mapeamento de poluição do ar
●
Distância/densidade de fontes de emissão
(indústrias, etc.)
●
Distância/densidade de malha viária
●
Intensidade de tráfego
●
Mapas de uso do solo
●
Ocorrência de queimadas

15. Mapeamento de Poluição da Água
Como expandir das amostras pontuais para a
extensão da massa d’água (lagos, rios, mares)?
https://agenciapeixevivo.org.br/noticias/noticias-internas/reuniao-extraordinaria-do-cerh-aprova-adesao-do-cbh-sf1-a-agb/

16. Pura Azul escura
Matéria orgânica Verde escura
Sedimentos Marrom claro
Mapeamento de Poluição da Água
Como expandir das amostras pontuais para a
extensão da massa d’água (lagos, rios, mares)?
Correlação com a cor da água

17. Mudança na
cor das águas
poluídas

19. Curvas de reflectância da água obtidas nos rios Tietê e Piracicaba
e no reservatório de Barra Bonita, Estado de São Paulo
Elevada concentração de
material inorgânico em
suspensão, com acentuda
reflectância na faixa do
vermelho.
Elevada concentração de
matéria orgânica na água.
Água dos dois rios já
misturadas, mostrando
claramente a transição
entre os dois espectros
anteriores.
Fonte: Geomática Aplicada à Gestão de Recursos Hídricos. PROF. ALEXANDRE ROSA DOS SANTOS Engenheiro
Agrônomo – UFES . Mestrado em Meteorologia Agrícola – UFV
[ Azul ][Verde][ Vermelho ]

20. Mapeamento de turbidez
das águas
Vanhellemont, Q. and Ruddick, K., 2018. Atmospheric correction of metre-scale optical satellite
data for inland and coastal water applications. Remote Sensing of Environment, 216, pp.586-597.

21. Mapeamento de poluição
por modelagem
●
Modelagem físico-química
– Simula dados e processos por fórmulas e equações
– Requerem alta densidade de amostragem
●
Modelagem conceitual
– Consulta a especialistas, indicando a importância de
cada variável
– Requer menos dados e formalização dos processos

22. Modelagem de poluição das águas
www.weap21.org
Water Evaluation
and Planning
System

23. www.weap21.org
Dados necessários:
●
Quantidade de água ao longo dos rios
●
Descarga de poluentes ao longo dos rios
●
Efeito de estações de tratamento
●
Efeito da autodepuração nos rios
●
Padrões máximos para uso (opcional)
Modelagem de poluição das águas

24. Modelos de difusão de
poluentes
ITRC Integrated DNAPL Site Strategy Team, 2011. Integrated DNAPL Site Strategy. Technical/Regulatory Guidance Document
Sale, T.C., Illangasekare, T., Zimbron, J., Rodriguez, D., Wilkins, B. and Marinelli, F., 2007. AFCEE source zone initiative. Report.
Colorado State University and Colorado School of Mines

25. Modelo de difusão gaussiana
de pluma de poluição
Wm. J. Veigele & James H. Head (1978) Derivation of the Gaussian Plume Model,
Journal of the Air Pollution Control Association, 28:11, 1139-1140

26. Modelagem de plumas de
poluição subterrâneas
●
MT3D-USGS (Groundwater Solute
Transport Simulator for MODFLOW)
– Dispersão de poluentes solúveis
– Meios porosos homogêneos
– Divide entre zonas insaturadas e saturadas de água no
solo
– Simula imobilização no solo / mobilização pela água
– Simula interação com rios e lagos
Bedekar, V., Morway, E. D., Langevin, C. D., & Tonkin, M. J. (2016). MT3D-USGS version 1: A US Geological Survey release of
MT3DMS updated with new and expanded transport capabilities for use with MODFLOW (No. 6-A53). US Geological Survey.
https://www.usgs.gov/software/mt3d-usgs-groundwater-solute-transport-simulator-modflow

27. Bedekar, V., Morway, E. D., Langevin, C. D., & Tonkin, M. J. (2016). MT3D-USGS version 1: A US Geological Survey release of
MT3DMS updated with new and expanded transport capabilities for use with MODFLOW (No. 6-A53). US Geological Survey.
MT3D-USGS (Groundwater Solute
Transport Simulator for MODFLOW)

28. Complemento do QGis que roda e visualiza o
modelo MT3D-USGS
http://www.freewat.eu/

29. Dispersão de plumas de
poluição subterrâneas
http://www.ce.utexas.edu/prof/maidment/gishyd97/gms/gms.htm
Exemplo de
simulação de
pluma de
lixiviação de um
aterro sanitário

30. Acoplamento entre WEAP e MODFLOW
Maßmann, J., Wolfer, J., Huber, M., Schelkes, K., Hennings, V., Droubi, A. and Al-Sibai, M., 2012. WEAP-MODFLOW as a decision support system (DSS) for
integrated water resources management: design of the coupled model and results from a pilot study in Syria. Groundwater Quality Sustainability, p.173.

31. Limitações do MT3D e
modelos similares
●
Necessita de dados detalhados, incluindo
– Modelo tridimensional do meio poroso
– Altura da coluna de água subterrânea
– Entradas e saídas de água (infiltração, poços, rios, trocas)
– Características do meio poroso (condutividade hidráulica,
porosidade, absorção de partículas, etc.)
– Quantidade/nível da água subterrânea
– Características de reação das substâncias químicas
●
Dados dificilmente existentes em países em
desenvolvimento
– Ex: Latossolos podem ter de 2 a dezenas de metros de
profundidade, e é caro fazer levantamentos em larga escala

32. Limitações do MT3D e
modelos similares
●
Calibrado para solos de para países temperados
– Exemplo: comportamento da argila em latossolos é
diferente dos solos de países temperados

Argila em latossolos forma “Peds” (agregados) que permitem
o fluxo de água
Braudeau, E. and Mohtar, R.H., 2006. Modeling the swelling curve for packed soil aggregates using the pedostructure concept. Soil
Science Society of America Journal, 70(2), pp.494-502.

33. Modelagem de poluição difusa
●
Exemplo: pesticidas sobre uma plantação agrícola
Walker, M. 2013. Using Scimap to target diffuse pollution control.
https://www.slideshare.net/RiversTrust/using-scimap-to-target-diffuse-pollution-control

34. http://www.scimap.org.uk/

37. Wells, Peter, and Sim Reaney. "Enabling Access To Non-Point Source Risk Mapping Tools Using Open Source
Software And Open Geospatial Consortium (OGC) Standards: The Development Of The SCIMAP WebApp." (2014).

38. SWAT+
Soil and Water Assessment Tool
●
Modelagem espacial físico-química de qualidade e quantidade de água
e dispersão de poluentes difusos
●
Dados de entrada
– Uso do solo
– Manejo agrícola (pesticidas, fertilizantes, queimada, irrigação,
colheita)
– Elevação
– Tipo de solo
– Textura, matéria orgânica, umidade, profundidade e química do solo
– Precipitação, temperatura, umidade, radiação solar, vento e neve
– Vazão dos rios
– Rugosidade do leito dos rios (para autodepuração)
– Qualidade e quantidade da água dos rios
– Quantidade e qualidade da água de lagos e reservatórios
– Características dos aquíferos (condutividade hidráulica,
armazenamento, qualidade da água)
– Extração de água subterrânea e superficial
https://swat.tamu.edu/software/plus/

39. QSWAT
Interface do QGis para o modelo SWAT+
https://santosasandyputra.wordpress.com/2016/06/14/step-2-qgis-interface-for-swat-qswat-tutorial/

40. Acoplamento entre SWAT e MODFLOW
Kim, N.W., Chung, I.M., Won, Y.S. and Arnold, J.G., 2008. Development and application of the
integrated SWAT–MODFLOW model. Journal of hydrology, 356(1-2), pp.1-16.

41. Acoplamento entre SWAT e MODFLOW
Kim, N.W., Chung, I.M., Won, Y.S. and Arnold, J.G., 2008. Development and application of the
integrated SWAT–MODFLOW model. Journal of hydrology, 356(1-2), pp.1-16.

42. Modelagem Conceitual
●
Entrevistas com especialistas
●
Técnicas de ponderação das variáveis
– Ranqueamento
●
Ordene pela ordem de importância
– Escala de 0 a 10 para cada variável
– Processo analítico hierárquico:
●
Comparar as variáveis par a par (“variável A é 2
vezes mais importante que a variável B”)
●
Algoritmo cria os pesos gerais no final
Saaty, T.L., 2008. Decision making with the analytic hierarchy process. International journal of services sciences, 1(1), pp.83-98.

43. Vulnerabilidade
à contaminação
de águas
subterrâneas
Table 1. Selected examples of
vulnerability mapping methods.
Light purple boxes indicate
parameters included in a given
method; grey boxes indicate
parameters are not included. Dark
blue boxes indicate possible
inclusion of parameters, which will
depend on the actual study
Liggett, J.E. and Talwar, S., 2009.
Groundwater vulnerability
assessments and integrated water
resource management. Watershed
Manag Bull, 13(1), pp.18-29.

44. Alwathaf, Y. and El Mansouri, B., 2011. Assessment of
aquifer vulnerability based on GIS and ARCGIS methods:
A case study of the Sana’a Basin (Yemen). Journal of
Water Resource and Protection, 3(12), p.845.

45. DRASTIC
Aller, L., 1985. DRASTIC: a standardized system for evaluating ground water pollution potential
using hydrogeologic settings. Robert S. Kerr Environmental Research Laboratory, Office of
Research and Development, US Environmental Protection Agency.

46. Método
GOD
Foster, S.S.D. 1987. Fundamental
concepts in aquifer vulnerability pollution
risk and protection strategy. In Vulnerability
of soil and groundwater to pollutants:
Proceedings and information. W. van
Duijvenbooden and H.G. van Waegeningh
(editors). TNO Committee on Hydrological
Research, The Hague. pp. 69–86.

47. Foster, S.S.D. 1987. Fundamental concepts in aquifer vulnerability pollution risk and protection strategy. In
Vulnerability of soil and groundwater to pollutants: Proceedings and information. W. van Duijvenbooden and H.G.
van Waegeningh (editors). TNO Committee on Hydrological Research, The Hague. pp. 69–86.

48. Método AVI
(Aquifer Vulnerability Index)
●
Espessura (d) de cada camada sedimentar acima da parte saturada do
aquífero
●
Condutividade hidráulica de cada uma dessas camadas sedimentares (K)
●
Com base nesses dois parâmetros, d e K, a resistência hidráulica (C) é
calculada pela Equação:
C = Σ di/ki para camadas de 1 a i
VAN STEMPVOORT, D.; EWERT, L.; WASSENAAR, L. AVI: A Method for Groundwater
Protection Mapping in the Prairie Provinces of Canada. PPWD pilot project, Sept. 1991 - March
1992. Groundwater and Contaminants Project, Environmental Sciences Division, National
Hydrology Research Institute, Saskatoon, 1992

49. Perímetro de
proteção de poços
●
É o inverso da
modelagem de
pluma.
●
Uso dados de teste
de bombeamento
dos poços
+
Modelagem de fluxo
da água
Liggett, J.E. and Talwar, S., 2009. Groundwater
vulnerability assessments and integrated water resource
management. Watershed Manag Bull, 13(1), pp.18-29.

50. Foster, S.S., Garduño, H., Kemper, K., Tuinhof, A., Nanni, M. and Dumars, C., 2003. Groundwater
quality protection: defining strategy and setting priorities. In GW-MATE Briefing Note Series (Vol. 8).
Banco Mundial.
Mapeamento de perímetro de proteção de poços

51. Raios de Proteção
• Decreto Estadual nº 32.955, de 1991, que dispõe sobre a
preservação dos depósitos naturais de águas subterrâneas do
Estado
o Perímetro Imediato de Proteção sanitária de poços: 10 metros
o Perímetro de alerta de poluição: depende da velocidade de fluxo do
aquífero (50 dias)
• Instituto Geológico. Roteiro Orientativo para Delimitação de
Áreas de Proteção de Poços. 2010.
o Perímetros de Alerta variam de 30 a 100 metros, dependendo do tipo
de aquífero
o Na região do Grande ABC, perímetros variam de 30 a 50 metros

52. Método do Raio Fixo
Wellhead Analytic Element Model
(WhAEM)
R = raio com tempo de deslocamento
Q = vazão do poço
t = tempo
n = precipitação
H = profundidade da zona saturada
https://www.epa.gov/ceam/wellhead-analytic-element-model-whaem

53. Perímetro considerando o fluxo
Wellhead Analytic Element Model
(WhAEM)
Dados necessários:
●
Profundidade do
aquífero
●
Altura da coluna
d’água
●
Porosidade
●
Condutividade
hidráulica
●
Barreiras
subterrâneas
Kraemer, S. R. 2018. Working with WhAEM - Demonstration of Capture Zone Delineation for a City Welleld in a
Valley Fill Glacial Outwash Aquifer for Wellhead Protection.Washington: EPA/600/B-18/089