No ano passado, uma coisa ficou clara:não podemos viver a vida sem riscos. Na verdade, cada parte de nossas rotinas diárias tornou-se sujeita a análise:quão arriscada é a ação e seu valor vale o custo potencial?

Análise de risco, embora aparentemente mais sempre presente em nossos pensamentos hoje, sempre fez parte de como operamos e como funcionam os sistemas ao nosso redor. Como novas pressões, como a mudança climática, aprofundar, a precisão e a confiabilidade dos modelos de análise de risco relativos a questões tão básicas como a limpeza de nossa água potável tornaram-se mais importantes do que nunca.

Pesquisadores da USC, incluindo Felipe de Barros, professor associado de engenharia civil e ambiental na Escola de Engenharia USC Viterbi, desenvolveram uma variedade de modelos que podem ajudar a avaliar como os contaminantes emergentes se dispersam, dissolver e, por fim, impactar a qualidade da água e a resiliência dos aquíferos.

"O ambiente de subsuperfície é muito complexo e desafiador de rastrear, porque não podemos ver isso, "disse de Barros." Não temos informações detalhadas sobre a profundidade dos contaminantes, quão longe eles estão espalhados, de onde eles vêm, com quais outros contaminantes eles se misturaram ou como as propriedades geológicas variam no espaço. "

Essas questões são exatamente nas quais de Barros e sua equipe trabalham. Recentemente, de Barros e colaboradores desenvolveram um modelo analítico que pode ajudar a prever a propagação de contaminantes em meios porosos fraturados em diferentes cenários de fluxo de água. Este trabalho foi apresentado em Fluidos de revisão de física . A vantagem do modelo analítico desenvolvido por de Barros e colaboradores é que ele permite olhar as relações entre os diversos parâmetros geológicos e físicos para ver como eles impactam na dissolução de um contaminante à medida que a água flui de um ponto a outro.

"É como estudar realidades alternativas - como no universo de uma história em quadrinhos, "disse de Barros." Se você pode entender o que acontece com cada cenário diferente, você pode prever melhor os resultados em tempo real e alocar melhor os recursos para mitigar o problema. "

"Com ferramentas como esta, você pode fazer uma análise de risco probabilística e calcular e avaliar os riscos associados a uma instalação de eliminação de resíduos, por exemplo, ou com um vazamento acidental, ", disse ele." Também podemos entender a velocidade com que esses produtos químicos viajarão nesses ambientes. "

Por exemplo, Digamos que tenha ocorrido um vazamento químico próximo a um aqüífero. Com modelagem de risco precisa que leva em conta as principais variáveis ​​heterogêneas no ambiente, profissionais de saúde e órgãos reguladores poderiam entender melhor quanto contaminante eles podem esperar ser na fonte de água final, disse de Barros.

"Esta modelagem pode ajudar com questões como, 'Devo investir mais dinheiro em saúde pública ou na caracterização do sítio geológico? Devo fechar o poço - o que é muito caro - ou trazer água da torneira de outro local ou comprar água engarrafada, ou há conhecimento razoável de que a água ainda pode ser usada, uma vez tratada? ", disse ele.

Um sistema complexo simplificado

Felipe de Barros e sua equipe analisaram a complexa física do fluxo de água por meio de diferentes sistemas de fluxo, ou seja, onde o fluxo restrito, como através de uma membrana porosa, encontra o fluxo livre, como o espaço entre duas superfícies porosas. Como essas áreas interagem são importantes para determinar como um produto químico se dissolve ou se mistura em uma fonte de água, ele disse.

Em vez de resolver as equações físicas numericamente para modelar diferentes resultados, a equipe procurou resolver o problema desenvolvendo soluções analíticas que são computacionalmente baratas. Identificar as relações entre os elementos do modelo permitiu que eles o "aprimorassem", simplificando a matemática envolvida, destilando essas tendências em menos termos do que incorporados em sua equação.

Para criar um modelo que encapsulasse esses parâmetros e comportamentos chave, os pesquisadores observaram as características geométricas das estruturas subterrâneas. A porosidade e permeabilidade do ambiente subsuperficial ou razão de aspecto que caracteriza as fraturas foram os principais elementos que foram considerados, disse de Barros.

Tomada de decisão com dados

É difícil tomar decisões no vácuo. É por isso que de Barros afirma que as ferramentas desenvolvidas em seu grupo de pesquisa podem mudar a forma como as estações de tratamento de água, reguladores e outros decidem o que fazer em vários cenários. À medida que as águas superficiais se tornam cada vez mais escassas, fontes subterrâneas e opções de tratamento precisarão ser exploradas cada vez mais. Ao mesmo tempo, Contudo, com poluição e contaminantes químicos vazando para as fontes de água, o desafio é identificar como avaliar a segurança de um determinado fluxo sem compreender totalmente as incógnitas invisíveis que o impactam.

Uma coisa que nossa pesquisa pretende fazer, de Barros disse, é desenvolver modelos orientados à aplicação que melhorem nosso entendimento fundamental sobre a interação entre os meios geológicos e o comportamento de transporte de soluto. Isso permitiria ver como a dispersão de contaminantes é influenciada por mudanças nas condições. Por exemplo, como um contaminante vaza para o outro lado de uma rocha rachada em comparação com uma que não tem fissuras? Como muitos contaminantes potenciais podem ser encontrados na água, isso ajuda a criar uma compreensão geral do sistema de subsuperfície sem depender do conhecimento dos contaminantes exatos em questão.

Esse conhecimento também pode permitir a engenharia reversa, por exemplo, construir um sistema para ter certas condições hidrogeológicas que podem ajudar a alcançar uma concentração química desejada ou produção de qualidade da água.

"Compreender como a concentração de uma substância química muda em um determinado sistema através do espaço e do tempo pode ter implicações para a saúde pública, operações de tratamento de água e também políticas regulatórias, por exemplo, conforme emitido pela U.S. EPA, "disse de Barros.