Estudo da Influência da Indústria e do Tráfego na Qualidade do Ar na Cidade do Barreiro

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1 Estudo da Influência da Indústria e do Tráfego na Qualidade do Ar na Cidade do Barreiro L. Coelho, R. Cerdeira, C. Gouveia, J. Garcia, C. Louro Escola Superior de Tecnologia de Setúbal, Campus do Instit. Polit. de Setúbal, Estefanilha, , Setúbal lcoelho@est.ips.pt Sumário: O presente trabalho tem por objectivo estudar a influência da indústria e do tráfego na qualidade do ar na cidade do Barreiro, em diferentes cenários meteorológicos. A diferenciação entre as emissões provenientes do tráfego das da indústria é essencial para permitir uma eficiente gestão da qualidade do ar. Consideraram-se como fontes de emissão o tráfego, a industria e as actividades urbanas e como principais poluentes o NO x, o SO 2 e as PM 10. Em termos gerais conclui-se que a qualidade do ar é pior para as condições meteorológicas de Inverno, no caso do tráfego e para o Verão no caso da indústria. Considerando apenas a zona urbana o cenário de Inverno mostra-se mais desfavorável para ambas as fonte, uma vez que as condições meteorológicas concentram os poluentes nesta área. Para os cenários meteorológicos estudados as áreas mais afectadas pelas diferentes fontes são distintas, no entanto noutros cenários podem ocorrer situações cumulativas. A indústria apresenta uma maior influência na concentração de SO 2 e PM 10 enquanto que o NOx apresenta maior dependência do tráfego. Os poluentes mais críticos são o NOx e as PM 10, chegando a atingir índices de qualidade do ar fracos e maus. Palavras-chave: Modelos de Simulação Numérica, Qualidade do Ar, Industria, Tráfego Categoria: Energia e Ambiente 1 Introdução O desenvolvimento industrial e urbano tem originado em todo o mundo um aumento crescente da emissão de poluentes atmosféricos responsáveis por efeitos adversos na saúde pública e no ambiente. É neste sentido que se desenvolve este projecto, com o objectivo de estudar a influência da indústria e do tráfego na qualidade do ar na cidade do Barreiro, em diferentes cenários meteorológicos, através de modelação numérica. A cidade do Barreiro, situada na margem sul do rio Tejo, tem uma população residente de, aproximadamente, habitantes, uma importante área industrial e tráfego intenso. A indústria existente é, na sua maioria, metalomecânica e química e está localizada perto e no centro da cidade, o que, consequentemente, provoca um constante movimento de veículos pesados na área urbana. Todavia, como em qualquer cidade, o tráfego urbano é constituído maioritariamente por veículos ligeiros e transporte rodoviário de passageiros tornando-se mais intenso nas horas de ponta. Devido à sua proximidade com a capital, a cidade também dispõe de transportes ferroviário e fluvial. A actividade urbana também contribui para a degradação da qualidade do ar com emissões difusas provenientes dos sistemas de aquecimento de edifícios e de vias secundárias. As principais actividades industriais, o tráfego e a actividade urbana são fontes de emissões atmosféricas de diversos poluentes considerados prejudiciais para a saúde pública. O conhecimento da origem destes poluentes permitirá uma gestão mais adequada da qualidade do ar nos centros urbanos. O problema da poluição atmosférica pode ser agravado ou atenuado consoante as condições atmosféricas. A meteorologia estabelece-se, assim, como um parâmetro fundamental na modelação da dispersão de poluentes, uma vez que é na atmosfera que ocorrem reacções físico-químicas, que condicionam o transporte e a dispersão dos poluentes. São muitos os estudos que têm realçado esta relação [10], [12]. Por esta razão, foram estabelecidos os cenários meteorológicos mais frequentes de Verão e de Inverno, com base nas normais climáticas fornecidas pelo Instituto de Meteorologia. A monitorização da qualidade do ar no Barreiro é efectuada por uma rede de estações de monitorização da qualidade do ar, gerida pela Comissão de Coordenação e Desenvolvimento Regional de Lisboa e Vale do Tejo (CCDR-LVT). Esta rede é composta por quatro estações de fundo: Câmara Municipal; Escavadeira; Laranjeiro e Paio

2 Pires, uma industrial: Lavradio e uma de tráfego: Hospital Velho, onde são medidos os poluentes SO 2, NO, NO 2, CO, PM 10 e O 3. Estes dados foram utilizados para estabelecer as emissões de background (estações de fundo) e para validar os resultados obtidos pelo modelo [11]. O índice de qualidade é um instrumento que permite classificar de um modo simples e compreensível o estado da qualidade do ar e a forma como este influencia a saúde pública. O índice é calculado através da média aritmética de cada um dos poluentes medidos em todas as estações da rede de uma dada área. Tabela 1. Índices de Qualidade do Ar segundo o Instituto do Ambiente (2004) [ Índices de Qualidade do Ar Mau Fraco Médio Bom Muito Bom Este projecto está integrado no Programa Sapiens e a ser desenvolvido com o apoio financeiro da Fundação para a Ciência e Tecnologia e FEDER (projecto n.º POCTI/MGS/47247/2002). 2 Fontes e Tratamento de Dados As fontes consideradas foram agrupadas em três grupos: pontuais, em linha e de área, representando as principais indústrias, as principais vias e as actividades urbanas, respectivamente (Fig.1). Na figura 1 estão, também, representados os pontos receptores, ou seja, as estações de monitorização da qualidade do ar. Transporte Fluvial Transporte Ferroviário Vias Principais Pontos Receptores Fontes pontuais A área industrial do Barreiro é uma das mais antigas do país e está dividida em dois núcleos principais, um dos quais no centro da cidade. As principais indústrias consideradas neste estudo são: Central de produção eléctrica (2*32.5 MWe); Complexo industrial de adubos; Fábrica de fosfato e de sulfato de alumínio; Fabrica de óleos alimentares; Fábrica de fibras acrílicas. Tendo em conta o tipo de estabelecimentos industriais referidos, consideraram-se os poluentes NO x, SO x e PM 10. As concentrações médias de cada poluente monitorizado, as características relativas à rejeição dos efluentes, ou seja, localização, altura e diâmetro das chaminés, bem como, velocidade, caudal e temperatura de escoamento foram obtidas através de um estudo sobre o complexo industrial efectuado pela Câmara Municipal do Barreiro. [1] Os poluentes analisados para as fontes em linha foram os mesmos analisados para as fontes industriais, uma vez que era objectivo da investigação averiguar a influência de cada uma destas fontes na qualidade do ar na cidade do Barreiro. Para caracterizar o tráfego na cidade efectuou-se um estudo nas principais vias, em que se consideraram como factores: Número de veículos; Tipo de veículos ligeiros, pesados de mercadorias, pesados de passageiros e motociclos; Tipo de combustível utilizado gasóleo ou gasolina; Tipo e características da via urbana ou via rápida, largura da estrada e tamanho dos edifícios; Velocidade média de circulação em cada uma das vias; Hora de ponta e hora morta. Os dados obtidos foram tratados e introduzidos no modelo Mobile 6.2, da Environmental Protection Agency (EPA), que calculou a taxa de emissão de cada um dos poluentes estudados para as condições específicas de cada uma das vias. Figura 1 Fontes de poluição atmosférica na cidade do Barreiro No estudo das fontes de área, apenas foram consideradas as vias secundárias, uma vez que o aquecimento de edifícios por sistemas de combustão pode ser desprezado, porque a sua utilização se limita a um curto período do ano. Para a obtenção dos dados necessários à caracterização das vias secundárias teve-se em conta o número de veículos existentes na cidade, a população total do Barreiro e de cada uma das suas freguesias. Atribuiu-se o número de veículos por freguesia,

3 consoante o seu número de habitantes, [7]. Apenas foram considerados os veículos ligeiros a gasolina e assumiu-se um valor médio para a largura das estradas, para a altura dos edifícios e para a velocidade de circulação. O procedimento do tratamento de dados foi semelhante ao dado às fontes em linha, ou seja, a taxa de emissão foi calculada através do modelo Mobile 6.2. Uma utilidade da extensão Emissions Inventory existente no ArcView permitiu a transformação dos resultados obtidos em resultados de fontes de área. 3 Caracterização Meteorológica Os dados meteorológicos utilizados, foram cedidos pelo Instituto de Meteorologia e referem-se ao período de 1967 a 1980 para a estação climática localizada no Lavradio (Barreiro). As variáveis meteorológicas com maior importância na dispersão dos poluentes atmosféricos são o vento, velocidade e direcção, a temperatura, a humidade e a radiação solar. Outro factor muito importante quando se estuda este tipo de fenómenos é a estabilidade atmosférica. A dispersão de poluentes torna-se mais desfavoráveis numa atmosfera estável, uma vez que esta ocorre quando a temperatura do ar ascendente é inferior ao ar circundante, criando uma inversão térmica e inibindo ou amortecendo os movimentos atmosféricos ascendentes. Ou seja a turbulência é suprimida, o que não permite a dispersão e os poluentes ficam confinados ao espaço entre a superfície e a inversão térmica. Atendendo a estas variáveis, foram estabelecidos cenários para as condições predominantes de Verão e de Inverno, em diferentes classes de estabilidade, instável, neutra e estável: Verão vento moderado de Noroeste; Inverno vento moderado de Nordeste. Tabela 2. Frequência da direcção e velocidade do vento para cada cenário considerado Estação Vento Direcção Velocidade Probabilidade (m/s) Inverno NE % Verão NW % 4 Caracterização Topográfica A topografia induz alterações no escoamento através do terreno, influenciando a dispersão dos poluentes atmosféricos. A informação topográfica utilizada foi fornecida pelo Instituto Geográfico do Exército (IGEOE) em formato VPF e foi tratada em ArcView para formato ascii. Com o objectivo de descrever correctamente a área em estudo desenvolveu-se uma matriz de rugosidade, utilizando mapas de Corine Land Cover, cedidos pelo Centro Nacional de Informação Geográfica (CNIG). Estes mapas foram efectuados utilizando informação por satélite e fornecem dados sobre a utilização do solo, classificados em 44 categorias. Estas categorias foram combinadas em 5 classes para as quais foi atribuído um valor de rugosidade de acordo com a Tabela 3. Tabela 3. Classes de utilização do solo Classe Utilização do Solo Rugosidade A Rural 20 cm B Florestas 50 cm C Sub-urbano 100 cm D Urbano 200 cm E Água 0.1 cm 5 Modelação Numérica Todos os dados tratados foram introduzidos em modelos comerciais que simularam a dispersão dos poluentes provenientes das diferentes fontes, para os cenários meteorológicos considerados. A condição fronteira considerada é nula, uma vez que outras importantes fontes industriais estão relativamente afastadas da cidade e são consideradas negligenciáveis. Todas as fontes de maior importância estão dentro do domínio considerado. Os valores de background utilizados são médias das estações de fundo de monitorização da qualidade do ar, existentes no Barreiro. O Mobile 6.2 é um software desenvolvido pela EPA, que estima as emissões presentes e futuras, provenientes de veículos a motor [6]. O ADMS-Urban, desenvolvido pela CERC, foi o modelo numérico utilizado para a simulação da dispersão de poluentes na atmosfera, resultantes das fontes industriais, do tráfego e das actividades urbanas na cidade do Barreiro [4]. O ADMS-Urban utiliza o modelo FLOWSTAR, desenvolvido pela mesma equipa e cuja função é calcular o fluxo de ar e a turbulência em locais com topografia complexa, incluindo os efeitos da estratificação e rugosidade [5]. Todos estes modelos foram devidamente testados, [2], [3], inclusive para a cidade do Barrerio [11].

4 6 Resultados No caso dos poluentes NOx e SO2 provenientes da indústria, a situação mais desfavorável para o centro da cidade corresponde ao cenário atmosférico mais frequente no Inverno com condições de estabilidade neutra. Neste caso atingese o valor máximo na ordem dos 44µg/Nm3 para o NOx e 83µg/Nm3 para o SO2 (Figuras 2 e 3). No entanto estes valores enquadram-se num nível considerado muito bom, tabela 1. Figura 2 Dispersão de NOx proveniente das fontes pontuais no Inverno com atmosfera neutra Figura 3 Dispersão de SO2 proveniente das fontes pontuais no Inverno com atmosfera neutra. No caso do cenário atmosférico mais frequente no Verão, a influência da indústria no centro da cidade é menor. O maior valor de concentração ocorre na freguesia do Alto do Seixalinho do concelho do Barreiro e nas freguesias da Baixa da Banheira e Alhos Vedros do concelho da Moita (34µg/Nm3 para NOx e 19µg/Nm3 para SO2). No que diz respeito às partículas provenientes da indústria, a situação mais desfavorável corresponde ao cenário atmosférico mais frequente no Inverno, em condições de estabilidade neutra, atingindo-se valores na ordem dos 102 µg/nm3 (Figura 4). Este valor corresponde em termos do índice de qualidade do ar, a um nível fraco. Em relação ao Verão, os valores máximos, na zona urbana, rondam 32 µg/nm3, também para estabilidade neutra (Figura 5), apresentando um índice de qualidade do ar bom. Figura 4 Dispersão de PM10 proveniente das fontes pontuais no Inverno com atmosfera neutra. Figura 5 Dispersão de PM10 proveniente das fontes pontuais no Verão com atmosfera neutra. As concentrações de NOx do tráfego são muito superiores relativamente à indústria. A pior situação ocorre para o cenário mais provável no Inverno em condições de atmosfera estável. Os valores máximos atingidos são cerca de 327 µg/nm3 (Figura 6), correspondendo a um índice de qualidade do ar fraco. Este valor ocorre junto às

5 vias mais movimentadas das freguesias da Verderena, Alto do Seixalinho e Lavradio. Figura 8 Dispersão de PM 10 proveniente das fontes em linha no Inverno com atmosfera estável. Figura 6 Dispersão de NO x proveniente das fontes em linha no Inverno com atmosfera estável. Relativamente ao SO 2 e às PM 10 provenientes do tráfego, contrariamente ao NO x, estes apresentam concentrações menores que as produzidas pelas industrias. Os valores máximos ocorrem no centro da cidade para os cenários mais prováveis de Inverno (38 µg/nm 3 para o SO 2 e 54 µg/nm 3 para as PM 10 - Figuras 7 e 8) e de Verão (25 µg/nm 3 para o SO 2 e 46 µg/nm 3 para as PM 10 ) para condições de atmosfera estável junto às vias mais movimentadas. O SO 2 apresenta um índice de qualidade do ar muito bom, no entanto para os valores referidos anteriormente as PM 10 apresentam um índice médio. Situações mais desfavoráveis podem ocorrer principalmente devido ao tráfego, em horas de ponta, para cenários atmosféricos menos prováveis e que não foram considerados no presente estudo Tabela 3. Resumo das concentrações máximas por classe de estabilidade para a Industria Poluentes Classe de estabilidade (µg/nm 3 ) Instável Neutra Estável NO x Inverno Verão SO 2 Inverno Verão PM 10 Inverno Verão Tabela 4. Resumo das concentrações máximas por classe de estabilidade para o Tráfego Poluentes Classe de estabilidade (µg/nm 3 ) Instável Neutra Estável NO x Inverno Verão SO 2 Inverno Verão PM 10 Inverno Verão Figura 7 Dispersão de SO 2 proveniente das fontes em linha no Inverno com atmosfera estável. Nas tabelas 3 e 4 estão representados os valores máximos para os poluentes estudados de acordo com os diferentes cenários meteorológicos estabelecidos para a indústria e tráfego, respectivamente. Estão também assinalados os índices de qualidade do ar de acordo com a tabela 1.

6 Os valores máximos dos diferentes poluentes provenientes da indústria, para a classe de estabilidade neutra, no Verão, não afectam a zona urbana, pelo que não foram considerados na análise anterior. Em termos gerais, para o tráfego a situação de Inverno é pior do que a de Verão, invertendo-se a situação para a indústria. Este facto é explicado pela maior velocidade do vento, permitindo uma maior dispersão ao nível do solo. No caso da indústria, temos também o efeito da pluma térmica, que é mais acentuado no Inverno. No que diz respeito às classes de estabilidade, a classe estável dificulta a dispersão dos poluentes ao nível do solo, explicando o aumento dos valores dos poluentes provenientes do tráfego, quando se transita de uma classe instável para uma classe estável. Na indústria inverte-se o efeito da classe de estabilidade, sendo que a pior situação ocorre para a classe instável. Na tabela não se identifica este efeito, uma vez que foram desprezadas as concentrações na zona industrial, onde se verificam os valores mais elevados para a classe instável. Este facto resulta da altura das chaminés ter sido projectada, de forma a que a sua saída se encontre acima da camada onde ocorre a inversão térmica. 7 Conclusões Conclui-se que a influência do tráfego é mais desfavorável para a qualidade do ar, considerando todos os poluentes e cenários meteorológicos estudados, uma vez que apresenta um maior número de poluentes com índices de qualidade baixos. A indústria apresenta-se como excepção no que diz respeito ao poluente PM 10, contudo este problema poderia ser contornado através da utilização de melhores tecnologias de captação de partículas nos produtos da combustão. Os cenários meteorológicos mais desfavoráveis, para o caso do tráfego, não foram considerados, por serem menos frequentes. No entanto estes cenários poderão provocar concentrações de PM 10 mais elevadas junto às vias mais movimentadas. Relativamente ao NOx, deverão ser tomadas medidas para reduzir as suas concentrações, nomeadamente ao nível de uma melhor gestão do tráfego. O SO 2 não se mostrou um poluente crítico, para qualquer uma das fontes, já que os níveis encontrados correspondem a índices de qualidade do ar muito bons. Em termos gerais e não particularizando a zona urbana, a influência da indústria na qualidade do ar é mais acentuada no Verão, enquanto que a influência do tráfego é mais sentida no Inverno. Referências [1] C.M.B., (1997): Estudo dos condicionantes ambientais no complexo industrial da Quimigal, no Barreiro, Estudo da divisão de planeamento. [2] Carruthers, D.J., Edmunds, H.A., Lester, A.E., McHugh, C.A. e Singles, R.J., Use and Validation of ADMS-Urban in Contrasting Urban and Industrial Locations, Intl. J. Environment and Pollution, 14, , [3] CERC, Validation of ADMS-Urban and ADMS-Roads Against M4 and M25 Motorway Data, Cambridge Environmental Research Consultants Ltd, 2001 [4] CERC, ADMS-Urban User Guide, Version 2.0, 2003 [5] CERC, Flowstar User Guide, Version 7.0, [6] EPA, User s Guide to Mobile 6.1 and Mobile 6.2, [7] Eurostat, Panorama of Transport Statistical overview of transport in the European Union Part 1", European Communities, [8] Gouveia, C.M., R.S. Cerdeira, J.M. Garcia, M. Nogueira & L.M.R. Coelho, (2004): Numerical modelling for studying the impact of urban air pollution in natural reserves around Setúbal city: Proceedings of IESS Conference, Osnabrück, Germany June 2004 [9] João M. Garcia, Luís M.R. Coelho, Célia Gouveia, Rita Cerdeira, Teresa Ferreira e Maria N. Baptista. Generating Scenarios to Predict Air Quality Impact in Pubic Health: Proceedings of 9th International Conference on Harmonisation Within Atmospheric Dispersion Modelling for Regulatory Purposes, Garmisch-Partenkirchen, 1-4 June 2004, , volume 2. [10] Kalos, G., Kassomenos P., Pielke R.A., Synoptic and mesoscale weathr conditions during air pollution episodes in Athens. Boundary-Layer Met. 62, , [11] Rita Cerdeira, Luís M.R. Coelho, Célia Gouveia, João M. Garcia, Teresa Ferreira, Maria N. Baptista (2004), Simulação da Dispersão de Poluentes Atmosféricos para Prever o Impacte da Qualidade do Ar na Saúde, 8ª Conferência Nacional de Ambiente Outubro [12] Ziomas, I.C., Melas D., Zerefos, C.S., Bais, A.F., Forecasting peak pollutant levels from meteorological variables, Atmospheric Environment. Vol. 29, No 24, 1995.