Utilização de indicadores de alteração hidrológica para caracterizar os regimes fluviais a jusante de barragens portuguesas

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1 Utilização de indicadores de alteração hidrológica para caracterizar os regimes fluviais a jusante de barragens portuguesas Joana S. Cardoso Universidade Técnica de Lisboa, Instituto Superior Técnico, Lisboa, Portugal M.M. Portela, F.C. Aguiar, M.J. Martins, M.D. Bejarano 6 de Novembro de 2013

2 Índice 1. Contexto 2. Metodologia 3. Resultados 4. Principais conclusões 2

3 Regime hidrológico em Portugal continental apresenta elevada variabilidade temporal: intra-anual (maior disponibilidade hídrica no semestre húmido, de Outubro a Março); inter-anual. No entanto, as necessidades de água não acompanham essa variabilidade, sendo sensivelmente constantes entre anos. Há que garantir a satisfação das utilizações ao longo do tempo, regularizando as afluências naturais. 3

4 Para o efeito constroem-se barragens. As barragens criam albufeiras que assumem um papel preponderante na regularização das afluências naturais. Para além da regularização, as barragens podem ter finalidades diversas: armazenamento; produção de energia; irrigação; recreação; entre outros. 4

5 Uma barragem constitui uma perturbação no curso de água a montante (lótico lêntico) com repercurssões a jusante (alteração qualitativa e quantitativa do padrão temporal do regime natural). Essa perturbação tem consequências no ecossistema: estrutura composição diversidade das comunidades aquáticas e ripárias; funcionamento componentes físicas dos sistemas fluviais. 5

6 Torna-se fundamental caracterizar a alteração induzida e perceber os seus efeitos nas espécies que co-habitam o ecossistema. Para o efeito pode-se estabelecer uma comparação entre o regime natural e o regime modificado. Há diversos modos para concretizar essa comparação. O presente artigo recorre à Aplicação de indicadores de alteração hidrológica (IHA) com base em casos de estudo em Portugal continental. 6

7 Indicators of Hydrologic Alteration Casos de estudo Dados de escoamento IHA Software IHA 7.1 Resultados 7

8 - Casos de estudo C1. Alto Lindoso C2. Touvedo C3. Vilarinho das Furnas C4. Paradela C5. Vilar C6. Caldeirão C7. Fronhas C8. Cabril C9. Pracana P Casos de estudo: C( ) Trecho de rio Quilómetros 8

9 - Casos de estudo Capacidade de regularização P Casos de estudo Trecho de rio Quilómetros 9

10 - Casos de estudo Capacidade de regularização Albufeira de regularização Vilarinho das Furnas P Alto Lindoso Paradela Vilar Caldeirão Fronhas Cabril Pracana Casos de estudo: C( ) Trecho de rio Quilómetros 10 9

11 - Casos de estudo Capacidade de regularização Touvedo Albufeira de regularização Fio-de-água P Casos de estudo: C( ) Trecho de rio Quilómetros 11 9

12 - Casos de estudo Transferência de caudais P Casos de estudo: C( ) Trecho de rio Quilómetros 12 10

13 - Casos de estudo Transferência de caudais Com transvase entre cursos de água P Sem transvase entre cursos de água Casos de estudo: C( ) Trecho de rio Quilómetros 13 10

14 - Casos de estudo Transferência de caudais Com transvase entre cursos de água: Para uma albufeira Vilarinho das Furnas P Fronhas Casos de estudo: C( ) Trecho de rio Quilómetros 14 10

15 - Casos de estudo Transferência de caudais Com transvase entre cursos de água: Para uma albufeira Para outro curso de água P Caldeirão Casos de estudo: C( ) Trecho de rio Quilómetros 15 10

16 - Casos de estudo Transferência de caudais Com transvase entre cursos de água: Para uma albufeira Para outro curso de água P Sem transvase entre cursos de água Casos de estudo: C( ) Trecho de rio Quilómetros 16 10

17 - Casos de estudo Transferência de caudais Touvedo Com transvase entre cursos de água: Para uma albufeira Para outro curso de água P Sem transvase entre cursos de água: Central pé-de-barragem Cabril Pracana Casos de estudo: C( ) Trecho de rio Quilómetros 17 10

18 - Casos de estudo Alto Lindoso Transferência de caudais Com transvase entre cursos de água: Para uma albufeira Para outro curso de água P Vilar Sem transvase entre cursos de água: Central pé-de-barragem Circuito hidráulico extenso Com turbinamento directo Casos de estudo: C( ) Trecho de rio Quilómetros 18 10

19 - Casos de estudo Transferência de caudais Paradela Com transvase entre cursos de água: Para uma albufeira Para outro curso de água P Sem transvase entre cursos de água: Central pé-de-barragem Circuito hidráulico extenso Com turbinamento directo Sem turbinamento directo Casos de estudo: C( ) Trecho de rio Quilómetros 19 10

20 - Dados de escoamento Dados de escoamento médio diário obtidos a partir de: Sistema Nacional de Informação de Recursos Hídricos (SNIRH); Energias de Portugal (EDP). Caudais afluentes Caudais efluentes regime natural regime modificado Selecção dos dados de modo a obter períodos suficientemente longos e contínuos anos com mais de 300 registos

21 - Dados de escoamento Caso de estudo Regime hidrológico Natural Modificado Natural Modificado Natural Modificado Natural Modificado Natural Modificado Natural Modificado Natural Modificado Natural Modificado Natural Modificado anos 11 anos 18 anos 11 anos 8 anos 8 anos 11 anos 11 anos 8 anos 8 anos 8 anos 8 anos 8 anos 8 anos 8 anos 8 anos 8 anos 8 anos 21 12

22 - Dados de escoamento Há que ter em conta o funcionamento e características dos aproveitamentos na seleccção dos dados de escoamento. É necessária especial atenção no que respeita aos caudais efluentes que foram organizados segundo caudais: turbinado T; descarregado D; ecológico E; bombado B; É importante perceber quais devem ser considerados em cada caso para caracterizar o regime fluvial modificado

23 - Dados de escoamento Caso de estudo Capacidade de regularização Albufeira de regularização Fio-de-água ou dispondo de uma capacidade de regularização muito pequena Com transvase entre cursos de água Para uma albufeira Directamente para outro curso de água Transferência de caudais Sem transvase entre cursos de água Central pé-debarragem Circuito hidráulico relativamente extenso Com Sem turbinamento turbinamento directo directo para o (transferência para curso de água uma albufeira) Regime modificado T+D+E D+E C1 X X X C2 X X X C3 X X X C4 X X X C5 X X X C6 X X X C7 X X X C8 X X X C9 X X X T turbinado; D descarregado; E ecológico

24 - IHA IHA (Indicators of Hydrologic Alteration) são indicadores de alteração hidrológica propostos por Richter et al., São 33 descritores numéricos que permitem caracterizar os regimes natural e modificado e compará-los. Características: magnitude; frequência; duração; predictabilidade; taxa de alteração

25 - IHA Grupo Características Indicador de alteração hidrológica - IHAi Magnitude das Magnitude/ descargas mensais /predictabilidade IHA 1 to IHA 12 Média* do escoamento médio diário para cada mês IHA 13 Mínimo anual para 1 dia IHA 14 Mínimo anual para 3 dias IHA 15 Mínimo anual para 7 dias IHA 16 Mínimo anual para 30 dias IHA 17 Mínimo anual para 90 dias Magnitude e duração Magnitude/ IHA 18 Máximo anual para 1 dia das descargas anuais /duração IHA extremas 19 Máximo anual para 3 dias IHA 20 Máximo anual para 7 dias IHA 21 Máximo anual para 30 dias IHA 22 Máximo anual para 90 dias IHA 23 Número de dias com escoamento médio diário nulo IHA 24 Índice do escoamento base Data das descargas IHA 25 Número de ordem do dia de cada escoamento mínimo anual Predictabilidade anuais extremas IHA 26 Número de ordem do dia de cada escoamento máximo anual IHA 27 Número de pulsos baixos Magnitude/ Frequência e duração IHA 28 Duração média* dos pulsos baixos /frequência/ dos pulsos altos/baixos IHA /duração 29 Número de pulsos altos IHA 30 Duração média* dos pulsos altos Taxa/frequência das IHA 31 Média* das subidas Frequência/ mudanças no IHA /taxa de alteração 32 Média* das descidas hidrograma IHA 33 Número de variações *média mediana no caso de análise não-paramétrica 25 16

26 - Software IHA 7.1 O programa foi desenvolvido por, estando disponível em: Permite calcular os IHAs de acordo com diferentes análises: período único ou comparação pré- vs pós-impacto; paramétrica ou não-paramétrica. No caso de não haver dados de caudais disponíveis, o software preenche as falhas por interpolações lineares. O software devolve, entre outros resultados, um conjunto de 33 indicadores - IHA -, tanto para o regime natural como modificado

27 - Resultados De modo a comparar os 33 IHA obtidos para cada caso de estudo: Razão de alteração: RA = (IHA) natural (IHA) modificado A RA pode variar diversas ordens de grandeza, tanto entre casos de estudo, como entre diferentes IHAs para um certo caso. comparação torna-se difícil Para resolver o problema, considerou-se uma a razão de alteração modificada a que correspondem valores compreendidos no intervalo fixo [0,1]

28 - Resultados Razão de alteração modificada: mra = min (IHA) natural (IHA) modificado ; (IHA) modificado (IHA) natural 0 se (IHA) natural 0 se (IHA) natural = 0 Alteração muito significativa Sem alteração 0 Nível de alteração

29 Casos de estudo 1. Contexto 2. Metodologia 3. Resultados 4. Principais conclusões Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3 Grupo 4 Grupo 5 IHAi C1 C2 C3 C4 - - C5 C6 C7 C8 - C Nível de alteração reduzido Nível de alteração moderado Nível de alteração elevado 29 20

30 Casos de estudo 1. Contexto 2. Metodologia 3. Resultados 4. Principais conclusões Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3 Grupo 4 Grupo 5 IHAi C1 C2 C3 C4 - - C5 C6 C7 C8 - C Análise por grupos de indicadores Nível de alteração reduzido Nível de alteração moderado Nível de alteração elevado 30 20

31 Casos de estudo Casos de estudo 1. Contexto 2. Metodologia 3. Resultados 4. Principais conclusões Caso de estudo: 1 1,00 2 0,80 0,60 3 0,40 0,20 0, Regime natural Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3 Grupo 4 Grupo 5 IHAi C1 C2 C3 C4 - - C5 C6 C7 C8 - C Grupo 1 IHAi C1 C2 C3 C4 - C5 C6 C7 C8 - C9 - Reduzido Moderado Elevado 31 21

32 Casos de estudo Casos de estudo Casos de estudo 1. Contexto 2. Metodologia 3. Resultados 4. Principais conclusões 13 C ,00 C5 C C7 0,80 C8 - C ,60 23 Grupo 15 1 Grupo 21 Gru 0,40 IHAi IHAi ,20 C1 C2 0,00 C3 16 C1 C2 C Caso de estudo: C4 C C5 C6 C C5 C6 C7 C8 C C9 C Regime natural Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3 Grupo 4 Grupo 5 IHAi C1 C2 C3 Reduzido Moderado Elevado 32 21

33 Casos de estudo Casos de estudo 1. Contexto 2. Metodologia 3. Resultados 4. Principais conclusões 25 1, ,80 26 Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3 Grupo 4 Grupo 5 IHAi C1 C2 C3 C4 - - C5 C6 C7 C8 - C ,60 Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3 Grupo Grupo 4 1Grupo 5 0, IHAi ,20 0,00 27 C1 C2 C3 - - C C5 C C7 - C8 Caso de estudo: C Regime natural Reduzido Moderado Elevado 33 21

34 Casos de estudo 1. Contexto 2. Metodologia 3. Resultados 4. Principais conclusões Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3 Grupo 4 Grupo 5 IHAi C1 C2 C3 C4 - - C5 C6 C7 C8 - C Análise por tipologia de caso de estudo Nível de alteração reduzido Nível de alteração moderado Nível de alteração elevado 34 20

35 Casos de estudo 1. Contexto 2. Metodologia 3. Resultados 4. Principais conclusões Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3 Grupo 4 Grupo 5 IHAi C1 C2 C3 C4 - - C5 C6 C7 C8 - C Fio-de-água Nível de alteração reduzido Nível de alteração moderado Nível de alteração elevado 35 22

36 Casos de estudo 1. Contexto 2. Metodologia 3. Resultados 4. Principais conclusões Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3 Grupo 4 Grupo 5 IHAi C1 C2 C3 C4 - - C5 C6 C7 C8 - C Com transvase entre cursos de água Nível de alteração reduzido Nível de alteração moderado Nível de alteração elevado 36 22

37 Casos de estudo 1. Contexto 2. Metodologia 3. Resultados 4. Principais conclusões Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3 Grupo 4 Grupo 5 IHAi C1 C2 C3 C4 - - C5 C6 C7 C8 - C Centrais pé-de-barragem Nível de alteração reduzido Nível de alteração moderado Nível de alteração elevado 37 22

38 Casos de estudo 1. Contexto 2. Metodologia 3. Resultados 4. Principais conclusões Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3 Grupo 4 Grupo 5 IHAi C1 C2 C3 C4 - - C5 C6 C7 C8 - C Circuito hidráulico relativamente extenso Nível de alteração reduzido Nível de alteração moderado Nível de alteração elevado 38 22

39 Diferentes tipos de aproveitamentos (em termos de capacidade de regularização, localização da secção de jusante onde são devolvidos os caudais e transvases) induzem diferentes níveis de alteração. Barragens com capacidade de regularização, especialmente aquelas em que há transferência de caudais entre albufeiras, induzem alterações mais significativas no regime fluvial. O único caso de estudo do tipo fio-de-água foi o que revelou o menor nível de alteração

40 O número elevado de indicadores (33) em comparação com o número reduzido de casos de estudo (9), dificulta a análise. Assim, importa proceder a uma análise posterior para identificar os indicadores mais relevantes/sensíveis para exprimir o nível de alteração. O reduzido número de casos de estudo decorreu de limitações em termos de disponibilidade de dados; seria importante dispôr de outros casos (eventualmente com tipologias diferentes rega). É fundamental a existência de informação para se proceder a este tipo de análises

41 Agradecimentos Obrigada pela atenção 6 de Novembro de 2013