Author(s): Antunes, Pedro Agostinho da Silva Baila Madeira
Date: 2015
Persistent ID: http://hdl.handle.net/1822/40554
Origin: RepositóriUM - Universidade do Minho
Project/scholarship: info:eu-repo/grantAgreement/FCT/3599-PPCDT/64953/PT ; info:eu-repo/grantAgreement/FCT/SFRH/SFRH%2FBD%2F43638%2F2008/PT;
Subject(s): Engenharia e Tecnologia::Engenharia Civil
Tese de Doutoramento em Engenharia Civil.
As escorrências rodoviárias são uma fonte de poluição difusa linear que podem originar impactes ambientais significativos no meio recetor, geralmente do tipo cumulativo. Esta problemática ambiental tem merecido uma preocupação crescente na comunidade técnica e científica, provada pelo significativo número de investigações nesta temática. A presente tese de doutoramento teve como objetivo avaliar os efeitos da deposição salina nas características qualitativas das escorrências rodoviárias em zonas costeiras, baseando-se a investigação num caso de estudo. Entre 2008 e 2010, num troço da autoestrada A25 próximo do mar, foi efetuada uma monitorização sistematizada às escorrências rodoviárias, incluindo o desenvolvimento de uma metodologia integrada para a avaliação da taxa de deposição salina e o seu efeito nas escorrências rodoviárias resultantes. Ao longo de três campanhas, foram recolhidas 215 amostras (submetidas a análises de diferentes parâmetros de qualidade da água), em 30 eventos de precipitação, sob diferentes condições meteorológicas de deposição salina e de tráfego. A análise de resultados baseou-se em tratamentos estatísticos e em análise exploratória de dados, tendo sido incluídas variáveis associadas à meteorologia, ao troço de estrada e à deposição salina. Verificou-se que as Concentrações Médias do Local (CML) das três campanhas apresentava um coeficiente de variação elevado. Este resultado comprovou a necessidade de monitorizações mais extensas para um melhor conhecimento da CML das escorrências rodoviárias de uma estrada. No decorrer de diversos eventos de precipitação as concentrações de SST, CQO, CBO5 e Fe excederam o Valor Limite de Emissão (VLE) de descarga de águas residuais estabelecido no Decreto-Lei n.º 236/98, de 1 de agosto (relativo a fontes pontuais, mas aplicado como referência), o que veio confirmar a importância ambiental desta forma de poluição. Os resultados da taxa de deposição salina permitiram verificar o seu decrescimento significativo com a distância ao mar, bem como uma variação característica ao longo do ano, com picos em janeiro e maio, sendo significativamente mais reduzida nos meses de verão. Confirmou-se elevada salinidade nas escorrências, expressa em condutividade em grande parte da metodologia da investigação, com valores médios de 325μS/cm de condutividade e valores máximos de 1288μS/cm. Obtiveram-se coeficientes de correlação de Pearson significativos entre a condutividade e os cloretos-. A matéria orgânica também se destacou na correlação com a condutividade. Relativamente aos restantes parâmetros, a melhor correlação foi com o Cu, embora menos significativa. Outras técnicas de análise exploratória de dados aplicadas evidenciaram igualmente estas e outras correlações. As concentrações dos poluentes mais relevantes nesta investigação (associados à salinidade e à matéria orgânica) correlacionam-se com variáveis caracterizadoras das condições meteorológicas, salientando-se o período seco antecedente aos eventos de precipitação e a velocidade média do vento nesse período. Com base nestes resultados, realizaram-se modelações estatísticas das concentrações dos principais poluentes, utilizando a regressão linear multivariada e considerando três grupos de variáveis independentes: os parâmetros associados à meteorologia, ao troço de estrada e à deposição salina. Posteriormente foram incluídos igualmente alguns poluentes como variáveis independentes, tendo-se conseguido aumentar os coeficientes de determinação dos modelos. Foram realizados testes à modelação e sua validação interna, incluindo a aplicação da técnica de validação cruzada, tendo-se obtido bons resultados. Esta metodologia permitiu, de uma forma inovadora, a proposta de equações de previsão de valores das concentrações dos principais poluentes (i.e. SST, cloretos, CQO, COT, Fe, Zn e Cu) das escorrências rodoviárias em estudo, com base em parâmetros de simples medição, em tempo real. Esta proposta pode constituir um avanço relevante para a otimização da monitorização e dos sistemas de controlo deste tipo de poluição.
Road runoff is a diffuse source of pollution that can cause significant impacts in the receiving environment, usually cumulative ones. This environmental problematic received an increasing concern by the scientific-technical community, proved by the increasing number of research studies. This PhD thesis has the objective of evaluating the effects of salt deposition in the quality characteristics of road runoff in coastal areas, basing the research on a case study. Between 2008 and 2010, on a section of A25 highway, near the sea, a systematic road runoff monitoring was carried out, including the development of an integrated methodology for evaluating the salt deposition rate and its effect on resulting road runoff. Through the three monitoring campaigns, 215 samples were collected (and analyzed for various water quality parameters) on 30 rainfall events, under different weather, salt deposition and traffic conditions. The analysis of results was based on statistical treatment and exploratory statistical analysis, including variables related to weather conditions, road section and salt deposition. It was found that the Site Mean Concentrations (SMC) of the three campaigns had a high coefficient of variation. This result demonstrates the need for a more extensive road monitoring for a better knowledge of the SMC of road runoff from a road site. During several rainfall events the TSS, COD, BOD5 and Fe concentrations exceeded the emission limit values for wastewater discharge established in Decree Law 236/98 (related to point sources, but applied as a reference), which confirms the environmental importance of this type of pollution. The study observed a decrease in the salt deposition rate with the distance from the sea, and also a variation throughout the year of the pattern for salt deposition, with peaks in January and May, while significantly lower values are characteristic of the summer months. It was confirmed the high salinity in the runoff, expressed in conductivity in a large part of the research methodology, with average values of conductivity of 325μS/cm and maximum values of 1288μS/cm. The computed Pearson correlation coefficients between conductivity and chloride where significant. Organic matter was also highlighted in correlation with the conductivity. For the other parameters, the best correlation was to Cu, although less significant. Other exploratory data analysis techniques applied also showed these and other correlations. The concentrations of the relevant pollutants in this investigation (related to salinity and organic matter), are correlated with variables characterizing the meteorological conditions, emphasizing the antecedent dry period to rainfall events and the average wind speed during this period. Modeling of the relevant pollutants concentrations was undertaken, based on these correlations. Firstly statistical modeling using multivariate linear regression, and considering as independent variables the ones related to meteorology, road stretch and salt deposition. At a second step, some pollutants were also included as independent variables, hence increasing the coefficient of determination. The internal validity of the models was tested, using the technique of cross validation, having obtained good results. This methodology allowed the proposed of predictive equations for the concentrations of relevant pollutants (i.e. TSS, chlorides, COD, TOC, Fe, Zn e Cu), based on simple and easy measurement parameters, in real time. This proposal may be a relevant advance for the optimization of the monitoring and of the control systems of this kind of pollution.
Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT) SFRH/BD/43638/2008.
