Metodologias para a elaboração de mapas de risco do gás radão a escalas variadas na região de Tondela e Oliveira do Hospital (centro de Portugal)

Abstract

A inalação natural do gás radão contribui significativamente para a dose equivalente por exposição do Homem à radiação ionizante, que logo após o tabaco, provoca o maior incremento no risco de cancro do pulmão. A União Europeia encoraja os estados membro a estabelecer um plano de ação com o propósito de mitigar os efeitos do gás radão (Diretiva 2013/59/Euratom de 5 de dezembro de 2013). Os estados membro devem identificar áreas propensas a radão (APR) onde seja expectável que um número significativo de casas exceda o nível de referência nacional (300 Bq∙m^(-3) em Portugal – Decreto-lei n.º 108/2018).Neste trabalho é proposto um conjunto de métodos e de técnicas, implementados de forma faseada, que permitiram dar uma resposta sustentada aos objetivos propostos, ou seja, mapear as áreas propensas a radão (APR) a diversas escalas, mas com maior incidência a nível municipal (1:25 000 a 1:1 000). Para o efeito, foram estudadas duas regiões do centro de Portugal (Tondela e Oliveira do Hospital), onde afloram essencialmente litótipos graníticos (Granito das Beiras), maioritariamente biotíticos e porfiroides, e metassedimentos do Grupo das Beiras (Supergrupo Dúrico-Beirão), maioritariamente em encraves, mas também de contacto. Uma densa e intensa fracturação é também característica das áreas de estudo.Foram usados dados disponíveis em ambas as regiões, para além da cartografia geológica, relativos aos teores dos elementos radiogénicos em rochas, aos fluxos de radiação gama total emitida pelas rochas e solos, à concentração de atividade dos gás radão nos solos bem como na atmosfera interior das habitações. Os planos de amostragem para obtenção de dados para as diversas variáveis são bastante heterogéneos o que obrigou a adaptar as metodologias a esta circunstância. Na região de Tondela foi efetuada uma análise geoespacial, com interpolação por kriging ordinário, aos dados da radiação gama disponíveis à escala regional, tendo-se extraído as seguintes conclusões: a) existe um controlo litológico; b) existe um claro controlo estrutural das anomalias pelas estruturas orientadas segundo N35ºE e pela interseção desta família com outras (N75ºE e N55ºE); c) a correlação entre pares de pontos mantem-se por maiores distâncias segundo a orientação N35ºE, condizente com a orientação estrutural acima mencionada. Na base dos dados de radiação gama obtidos à escala local em setores selecionados em Oliveira do Hospital foi efetuada uma simulação prévia dos valores de fundo radiológico à escala regional. Os resultados para esta área condizem com a estruturação identificada em Tondela.Os dados, quer de elementos radiogénicos, quer das concentrações de atividade de radão nos solos, suportaram a relação entre o sinal obtido nas campanhas de radiação gama total e o radão naturalmente disponível para migrar para o interior das habitações. Esta relação valida a utilização da radiação γ total como variável proxy para a análise da curva Característica de Operação do Recetor (ROC), com o objetivo de mapear APRs.Considerando que uma APR é definida por uma probabilidade superior a 10% de encontrar uma habitação com concentrações acima dos 300 Bq∙m^(-3), todas as áreas foram classificadas como APRs. Na região de Tondela, a área de menor risco representa uma probabilidade de 25% das casas superarem o nível de referência nacional e a área de maior risco, classificada como APR de probabilidade elevada, representa uma probabilidade de 52%. Na região de Oliveira do Hospital com maior risco radiológico, a quase totalidade da área é classificada como APR de probabilidade elevada, com 56% de probabilidade de exceder o nível de referência. Na restante área, espacialmente restrita às zonas de maior densidade de anomalias, 78% das habitações excedem o nível de referência e é classificada como APR de probabilidade muito elevada.A utilização da radiação γ total, no contexto geológico mencionado, revelou-se adequada para o mapeamento de risco radiológico, associado ao radão, e a análise da curva ROC, tal como aplicada neste estudo, é uma ferramenta estatística que permitiu classificar significativamente áreas de maior e menor risco, dentro do risco elevado, evidenciando a variabilidade a menor escala.

Inhalation of radon gas exposes the human body to ionizing radiation which significantly contributes to the equivalent dose received. After tobacco, it is the major contributor to lung cancer risk. European Union advises member states to establish a national action plan for radon to mitigate this risk (Council Directive 2013/59/Euratom of 5 December 2013). The member-states must identify radon prone areas (RPA), characterized by a significant percentage of dwellings above the national reference level (300 Bq∙m^(-3) in Portugal – Decreto-lei n.º 108/2018).This dissertation aims to propose methods and techniques, applied case-by-case, to map RPAs at a small-scale (1:25 000 to 1:1 000). The case-study areas are in the center of Portugal (Tondela and Oliveira do Hospital) where outcrop different granites (Beiras Granite), especially coarse-grained biotite granites, and metasediments of Beira’s Group (Dúrico-Beirão Supergroup), frequently as enclaves hosted in the granites mentioned. An intense network of faults is also characteristic of these regions.Data used implied a collection and organization of available datasets from different sources, namely: different geological maps; content of radiogenic elements on rocks; data of total gamma radiation fluxes emitted by rocks and soils; the activity concentration of radon gas on soils; and also the activity concentration of radon gas in dwellings. The sampling methods and scales for these variables vary across sources which implies the adaptation of methods to this circumstance.At Tondela area the geospatial analysis and ordinary kriging interpolation of total gamma radiation, on a regional scale, raised the following conclusions: a) there is a geological control on this variable; b) there is a clear structural control on anomalies by N35ºW orientated faults, but also by the intersection of these structures with others, namely N75ºE and N55ºE orientated; c) the correlation of equally spaced points persist by longer distances on an N35ºE orientation, which is consistent with structural orientation mentioned above. At Oliveira do Hospital, based on local scale high definition data, we simulated the radiological background of total gamma radiation at a regional scale and the obtained results are consistent with the structural control pattern identified at Tondela region.Data of radiogenic elements and radon concentration in soils support the relationship of total gamma radiation signal and the radon gas naturally available in soils to migrate into dwellings, which validates the use of total gamma radiation as a proxy variable for Receiver Operator Characteristic (ROC) analysis to aim the classification o RPAs.Establishing a 10% probability of dwellings with concentrations of radon above reference level (300 Bq∙m^(-3)) to define a RPA, all the areas were classified as RPAs. At Tondela region, the lowest risk area represents a 25% probability of exceeding the reference level and the highest risk area (RPA – high probability) represents a 52% exceedance probability. At Oliveira do Hospital, which represents a region of higher radiological risk, almost the entire region represents a 56% probability of exceeding the reference level and is classified as RPA – high probability. Spatially related to intense anomalies there are areas with 78% of exceedance probability and are classified as RPA – very high probability.For a geological context like the studied areas, the use of total gamma radiation proved to be suitable for radiological risk mapping associated with radon gas. The ROC curve analysis, as applied in this study, is a statistical tool that significantly classified higher and lower risk areas within high-risk regions, which consider the small-scale variability.