Monitoramento e Controle
Ambiental
Programa de Pós-Graduação em Meio
Ambiente (PPG-MA) - UERJ
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© Oscar Luiz Monteiro de Farias
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Ementa (resumida):
Monitoramento e caracterização do ambiente; Amostragem e
Qualidade de Dados; Estatísticas e Geoestatística; Aquisição e
Processamento Automático de Dados; Mapas em
Monitoramento Ambiental; Sistemas de Informações
Geográficas e Bancos de Dados e seu uso em Monitoramento
Ambiental; Monitoramento das águas superficiais;
Monitoramento das águas subterrâneas; Monitoramento e
controle da qualidade do ar; Amostragem do solo e da zona de
vadose; Sensoriamento Remoto aplicado ao Monitoramento
Ambiental; Uso de Animais no Monitoramento Ambiental.
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Bibliografia...
• Environmental Monitoring and Characterization Janick Artiola, Ian L. Pepper, Mark L. Brusseau
• Conceptual Basis of Environmental Monitoring
Systems: A Geospatial Perspective - D.A. Bruns and
Gsma. B. Wiersma
• Advanced Environmental Monitoring - Young J. Kim
(Editor), Ulrich Platt (Editor)
• Remote Sensing for Natural Resource Management
and Environmental Monitoring,edited by Susn L.
Hustin
• http://www.nap.edu/ - free PDF books
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Bibliografia
• Papers diversos
• Internet hyperlinks
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Monitoramento
e
Caracterização do Ambiente
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Monitoramento e Caracterização do Ambiente...



Ambiente – vizinhança, região em que nos
encontramos inseridos
O ambiente é um continuum de processos físicos,
químicos e biológicos interligados e que não podem
ser facilmente separados uns dos outros.
Ex. água (nos estados sólido, líquido e gasoso) é
encontrada na crosta terrestre, na atmosfera, na
superfície terrestre e dentro de organismos vivos.
Diversos fatores contribuem para a
preservação/equilíbrio do meio ambiente.
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Monitoramento e Caracterização do Ambiente...
 Biocomplexidade – interdependência dos
elementos dentro de um sistema ambiental
específico e a interação entre diferentes tipos de
sistemas.
 Pesquisas nos componentes individuais dos
sistemas ambientais proporcionam informação
limitada para a compreensão do todo.
 Recursos renováveis e sustentáveis +
biodiversidade  sobrevivência do homem
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Monitoramento e Caracterização do Ambiente...
 Monitorar:
[1] olhar, observar ou verificar, tendo em vista
um propósito determinado.
[2] Acompanhar, regular ou controlar a
operação de um processo, máquina ou sistema.
 Sistema - conjunto de elementos
interrelacionados que interagem no desempenho
de uma função [Jorge H. C. Fernandes].
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Monitoramento e Caracterização do Ambiente...
 Monitoramento Ambiental (MA): é a
observação e estudo do meio ambiente.
 Em termos científicos deseja-se coletar dados, a
partir dos quais se possa derivar conhecimento.
 Três primeiros degraus da escada – enraízado
no método científico.
 Área essencialmente multidisciplinar – requer
conhecimentos de química, física, biologia,
matemática, estatística, computação...
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Monitoramento e Caracterização do Ambiente...
 A informação gerada pelo MA pode ser usada
de várias formas:
 Destino, a curto prazo, de espécie de peixes
ameaçadas em um determinado rio;
 Preservação de recursos naturais (ex. pantanal,
amazônia, etc.)
 Melhoria da qualidade de vida;
 Proteção & preservação da vida humana, animal e
vegetal;
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Regulação e Benefícios do MA...
Proteção dos mananciais (fontes de água) – inclui o
monitoramento das águas de superfície e subterrâneas;
causas da poluição das águas; tratamento de esgoto e
de lixo e a sua disposição e descarga no meio
ambiente.
Gerenciamento de resíduos (lixo) radioativos–
incluindo manipulação, reuso e possíveis impactosao
meio ambiente e ao ser humano.
Qualidade do ar urbano – causas da poluição;
transportes e indústrias – efeitos na saúde do homem.
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Regulação e Benefícios do MA...
Proteção e Gerenciamento de Recursos Naturais – degradação
do solo; exploração de florestas e madeiras; suprimento de
água; suprimento de alimentos; recreação.
 Previsão do tempo – mudanças climáticas a curto e a longo
prazo; catástrofes associadas (inundações, tornados, furacões,
secas).
Desenvolvimento econômico e planejamento do uso do solo –
alocação de recursos; exploração de recursos.
Crescimento populacional – padrões de densidade relacionados
ao desenvolvimento econòmico e recursos naturais.
Delineamento – mapeamento dos recursos naturais; classificação
do solo; delineamento de wetland (charcos, pântanos), fontes de
água, habitats críticos; alteração de fronteiras.
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Regulação e Benefícios do MA...
Espécies ameaçadas e biodiversidade – enumeração
das espécies, extinção, descoberta e proteção.
Mudanças climáticas globais – estratégias para
controlar a emissão de poluentes e emissão de gases
com efeitos sobre o clima e a saúde.
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Monitoramento e Caracterização do Ambiente...
 Através do MA sabe-se que:
 grande parte da superfície do solo, corpos d´água e
blocos de gêlo contêm traços e ultra-traços de
sintéticos químicos (ex. dioxinas) e componentes
associados à poeira radioativa de explosões
nucleares (eg. césio radioativo).
 as águas dos rios e lagos contêm traços de
concentrações de pesticidas (origem na agricultura)
e de agentes poluidores que atuam na atmosfera (eg.
chuva ácida).
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Remediação/Reparação & Restauração
Ambiental...
 Foco no desenvolvimento e implementação de
estratégias voltadas para reverter impactos
ambientais negativos.
 Exemplos:




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contaminação de solos por metais
Contaminação de águas por mercúrio
Acidentes nucleares (eg. Chernobil)
Acidentes radiológicos (eg. Goiânia)
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Remediação/Reparação & Restauração
Ambiental...(1)
 Remediação/Reparação - as atividades objetivam em
remover ou tratar a contaminação.

Remediação Ambiental (def. Wikipidia) - é um
conjunto de técnicas e operações tendo em vista anular
os efeitos nocivos, seja ao ser humano, seja ao restante
da biota, de elementos tóxicos num determinado sítio.
Em outras palavras, é um termo usado para corrigir
problemas em áreas contaminadas (AC).
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Remediação/Reparação & Restauração
Ambiental...(2)
Restauração - as atividades objetivam reabilitar o ecosistema.
Para desenvolver e implantar atividades de remediação /
restauração ambiental (interdisciplinares) é necessário
o concurso de cientistas ambientais, engenheiros,
especialistas em solos e em água, hidrologistas,
microbiologistas, cientistas computacionais e
estatísticos...
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Remediação/Reparação & Restauração
Ambiental...
 É necessário um entendimentos dos principais
processos físicos, químicos e biológicos
existentes na região. A informação para isto é
obtida através do Monitoramento Ambiental.
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Escalas de Observação...
• Central ao MA são as definições de observação,
amostra e medida e sua relação com escala.
• A ciência e a engenharia possibilitam observações em
escalas micro e global.
• Partículas subatômicas são usadas como sondas para
determinar as propriedades atômicas e moleculares de
sólidos, líquidos e gases.
• Com esta tecnologia pode-se detectar a presença de
quantidades mínimas de produtos químicos no meio
ambiente.
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Escalas de Observação...
• Sensores baseados em satélites varrem e
mapeiam a superfície da terra várias vezes em
um único dia.
• Contudo, todas as observações têm uma
resolução finita em duas ou três dimensões, o
que complica a definição de escala.
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Escalas Espaciais
GLOBAL-Earth(> 1O,OOOkm)
MESO-Continent, country, state (> 1OOkm)
INTERMEDIATE-Watershed, river, lake(> 1 km)
FIELD-Agric. field, waste site (>1 m)
MACRO-Animal, plant, soil clod (> 1 mm)
MICRO-Soil particle, fungi, bacteria (> 1 m)
ULTRA-MICRO-Virus, molecules (> 1 nm)
ATOMIC – Atoms, subatomic particles (< 1 nm)
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Escalas Temporais
GEOLOGIC (> 10,000 years)
GENERATION-LIFETIME (20-100 years)
ANNUAL (>1 year)
SEASONAL (>4 months)
DAILY (>24 hours)
HOURLY (>60 minutes)
INSTANTANEOUS (<1 second)
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EXEMPLO
A city air quality-monitoring station near a busy intersection collects air samples from an
inlet 3 m above ground at a flow rate of 1 L min -1. The stream of air is passed through an
infrared (IR) analyzer, and carbon monoxide (CO) concentrations are measured every
second. One-second-interval data are stored in the instrument memory and every hour the
mean value of the 1200 data points is sent by the instrument to a data logger (see Chapter
9). Subsequently, the data logger stores the 24 data points and computes a mean to obtain
daily CO averages. The data logger sends the stored hourly and daily data to a central
repository location for permanent storage and further statistical analysis. Figure 2.3a
shows an example of mean 24- hour hourly data CO concentrations during a winter month
at Station #3. Daily values are then averaged monthly (Figure 2.3B) and finally mean
annual values collected from three other city CO monitoring stations are compared (Table
1.1). Table 1.1 also shows maximum I-hour and 8-hour CO concentrations that can be
used to determine compliance with air-quality standards (see Chapter 6) at four different
city locations. The true scale and effort spent to collect these data often escapes the end
user. The annual values are not the result of one large-scale (1 year long) measurement.
They are the means of thousands of small-scale (I-second interval) measurements.
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Carbon Monoxide (CO) Concentrations Data Summary for
1998 from Stations # 1 to #4, in Tucson, Arizona
Maximum
Maximum
Annual Average
1-hour CO
8-hourCO
(µgg-l)
(µgg-l)
1
0.80
7.6 (11-16)
4.3 (11-16)
2
0.50
4.8 (12-03)
2.6 (01-08)
3
1.20
7.8 (11-14)
4.0 (11-27)
4
0.50
5.9 (01-08)
4.3 (01-09)
Station #
(µg g-l)
Adapted from Pima County Department of Environmental Quality 1998 Annual Data Summary of Air Quality in
Tucson, AZ. Report AQ-309.
Note: Numbers in parentheses indicate date of recorded value.
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Escalas x Medidas
• Como se relacionam as escalas e as medidas?
• Essencialmente é impossível se estar em todos
os lugares em qualquer tempo, ou seja é
impossível observar e ver tudo.
• A Estatística ajuda os cientistas ambientais a
extrapolar e interpolar informações, a partir de
uma pequena amostra de observações, para o
total da população ou ambiente.
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Organizações vinculadas ao MA
• Várias instituições governamentais e da
iniciativa privada (eventualmente organizações
não-governamentais – ONG´s) estão envolvidas
na coleta, armazenamento, estruturação e
avaliação de dados ambientais.
• Instituições governamentais  aplicação das
leis e regulamentos
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Departamentos com vínculos em
Monitoramento Ambiental (E.U.)
U.S. Department of Commerce
 National Oceanic and Atmospheric
Administration (NOAA)
 National Weather Service (NWS)
 National Environmental Satellite, Data &
Information Service (NESDIS)
 National Oceanic Data Center (NODC)
 U.S. Census Bureau (USCB)
 Economics and Statistics Administration
(ESA)
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Outras organizações federais
independentes (E.U.)
Department of Health and Human Services
 Food and Drug Administration (FDA)
 Centers for Disease Control and Prevention (CDC)
Department of Defense (DOD)
 U.S. Army Corp of Engineers
National Aeronautics and Space
Administration (NASA)
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Outras organizações federais
independentes (E.U.)…
Environmental Protection Agency (EPA)
 Office of Solid Waste and Emergency Response
 Office of Air and Radiation
 Office of Water
Department of Interior (DOl)







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U.S. Geological Survey (USGS)
National Biological Information Service (NBIS)
Bureau of Land Management (BLM)
U.S. Fish and Wildlife
National Park Service (NPS)
Bureau of Reclamation (BR)
Office of Surface Mining (OSM)
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Outras organizações federais
independentes (E.U.)…
Department of Energy (DOE)
 Federal Energy Regulatory Commission (FERC)
U.S. Department of Agriculture (USDA)
 National Resources & Environment (NRE)
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Estado atual e futuro do MA...
• Muitos países são limitados em suas pesquisas
ambientais
• Incipiente atividade de monitoramento
ambiental
• Programas de monitoramento ambiental da
ONU (e.g. GEMS WATER http://www.gemswater.org)
• Informações em escalas intermediárias são
praticamente inexistentes em muitos países
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Estado atual e futuro do MA...
• E.U. possuem a maior rede de MA e repositório
de dados em todo o mundo
• Em escala regional, o desenvolvimento de
Sistemas de MA via satélite pelos E.U. e outras
nações industrializadas está fornecendo
informações (de superfície) de regiões remotas
e subdesenvolvidas.
• Disseminação da informação em escala mundial
via Internet
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Estado atual e futuro do MA...
• Dificuldade da integração de dados entre agências
• Necessidade da aplicação de padrões comuns
• Necessidade de uso do mesmo software de
comunicação e protocolo para a troca de dados
• A adoção universal do Sistema Internacional de
Unidades (SI)
• Em escala global a harmonização de dados ambientais
cabe ao United Nations Environment Program (UNEP)
– www.unep.org
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Estado atual e futuro do MA...
• UNEP fornece dados ambientais, incluindo
previsão de tendências, em áreas que incluem:
avaliação do ambiente, atmosfera, água,
biodiversidade, energia e química.
• Até recentemente a maioria dos programas
ambientais preocupava-se com assuntos de
curto prazo e relacionados à saúde e bem estar
do homem, ignorando as mudanças de longo
prazo no meio ambiente.
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Estado atual e futuro do MA...
 O White House National Science &
Technology Council (E.U.) propos
a National Environment Initiative
para integrar as redes e
programas de MA nos E.U.
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Recomendações do WHNSTC para
uma estrutura de MA nos E.U. [1]
 Integrar programas e redes de pesquisas ambientais
através de escalas espaciais e temporais e entre
recursos  + alta prioridade
 Aumentar o uso de informação baseada em
sensoriamento remoto para a detecção e avaliação do
status ambiental e mudanças; coordenar estas análises
com monitoramento e pesquisas in situ.
 Selecionar variáveis que forneçam pronta resposta às
necessidades de políticas.
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Recomendações do WHNSTC para
uma estrutura de MA nos E.U. [2]
• Assegurar que as variáveis mensuradas e as
localizações em que são mensuradas são sensitivas às
alterações ambientais.
• Estabelecer padrões e protocolos para compatibilidade
e qualidade de dados como componentes integrais do
framework.
• Adotar protocolos baseados em performance para
controle de qualidade e gerenciamento da
informaçãoaplicáveis a todos componentes do
framework.
• Estabelecer um programa nacional de controle de
qualidade.
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O Futuro do MA [1]
 Ainda existe um grande desconhecimento do ambiente
(ex. abelhas nativas x preservação das florestas???).
 Isto diz respeito ao passado, presente e futuro.
 Decisões a níveis local, regional, nacional e global são
tomadas como se o crescimento econômico fosse
perdurar indefinidamente.
 O homem adota práticas que exaurem os recursos
naturais, destrói habitats e dispõe de plantas e animais
até (ou próximo) a sua extinção.
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O Futuro do MA [2]
 Poluição continua em índices crescentes.
 Impactos ambientais em um país reflete-se em outros...
(exemplos)
 Necessidade de mais informações geradas a partir do
MA para antecipar mudanças futuras.
 Os dados ambientais devem ser coletados em todas as
escalas, devem ser de alta qualidade, fáceis de usar e
intercambiáveis.
 Maior uso de sistemas de MA baseados em satélite
conjugado com monitoramento e pesquisas in situ.
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