APLICAÇÃO DE DOIS MÉTODOS DIFERENTES PARA A ESTIMATIVA DA RECARGA DE ÁGUAS SUBTERRÂNEAS NUMA ÁREA DE ESTARREJA

Transcrição

1 APLICAÇÃO DE DOIS MÉTODOS DIFERENTES PARA A ESTIMATIVA DA RECARGA DE ÁGUAS SUBTERRÂNEAS NUMA ÁREA DE ESTARREJA Manuel MENDES OLIVEIRA Geólogo, Núcleo de Águas Subterrâneas, LNEC, Av. do Brasil, 101, Lisboa, Tel: (+351) , moliveira@lnec.pt. RESUMO A quantificação da recarga de águas subterrâneas é um processo estimativo, uma vez que não é passível de ser medido directamente, e existem normalmente dificuldades no que concerne à validação dos resultados obtidos pela aplicação de qualquer método. Daí que uma solução válida consista, quando possível, na aplicação de diferentes métodos, que contemplem a caracterização de variáveis diferentes, tendo em vista a convergência dos resultados obtidos e, com isso, uma maior segurança nos valores de recarga estimados. Nesta comunicação apresentam-se dois métodos para cálculo da recarga basedos nos seguintes dois modelos: o modelo de balanço abaixo da superfície freática e o modelo de balanço hídrico sequencial diário. Estes modelos são fundamentados a partir do balanço de massa dentro de um volume de controlo que abrange as variáveis e processos do ciclo hidrológico desde a precipitação até à descarga das águas subterrâneas para a superfície. Os dois métodos foram testados numa pequena área de estudo de cerca de 25 km 2 do aquífero superficial do sistema aquífero Quaternário de Aveiro, abrangendo Estarreja. A informação necessária é: níveis freáticos, extracções, parâmetros do aquífero, dados climáticos, dados de solos e dados de ocupação do solo. As aplicações efectuadas deram resultados bastante diferentes o que levantou a questão da adequabilidade do modelo conceptual utilizado, da qualidade dos valores atribuídos a alguns dos parâmetros dos modelos e sugeriu a necessidade de se contemplar a posição do nível freático nos modelos utilizados. A quantificação da recarga das águas subterrâneas é um dos requisitos da Directiva-Quadro da Água. Palavras-chave: Recarga, águas subterrâneas, Estarreja, balanço, Directiva-Quadro da Água. 1

2 1. INTRODUÇÃO Define-se recarga de águas subterrâneas como a quantidade de água que é acrescentada à zona saturada de água subterrânea. Esta recarga vai provocar o aumento do armazenamento de água da zona saturada. A recarga das águas subterrâneas é um factor determinante nos estudos hidrogeológicos e na gestão das extracções de água subterrânea, tendo em vista a definição de um valor de extracção seguro (em termos de manutenção, a longo prazo, da quantidade e da qualidade da água), sendo este aspecto um dos requisitos da Directiva-Quadro da Água. Contudo, a quantificação da recarga de águas subterrâneas é um processo estimativo, uma vez que não é passível de ser medido directamente, e existem normalmente dificuldades no que concerne à validação dos resultados obtidos pela aplicação de qualquer método. Daí que uma solução válida consista, quando possível, na aplicação de diferentes métodos, que contemplem a caracterização de variáveis diferentes, tendo em vista a convergência dos resultados obtidos e, com isso, uma maior segurança nos valores de recarga estimados. Nesta comunicação apresentam-se dois métodos para cálculo da recarga que se baseiam nos seguintes dois modelos: o modelo de balanço abaixo da superfície freática (MBASF) e o modelo de balanço hídrico sequencial diário (MBHSD). Enquanto o segundo método, apesar de já ter evoluído, ser normalmente aplicado pelo autor, o primeiro método é a primeira vez que está a ser aplicado. Este estudo insere-se nos trabalhos desenvolvidos para a Tese de Doutoramento "Métodos de avaliação da recarga de águas subterrâneas", e no âmbito do projecto de investigação programada do LNEC PIP "Calibração de métodos de avaliação da recarga regional de aquíferos, ensaios de laboratório e modelação matemática da infiltração e do escoamento, na zona vadosa e na zona saturada (Proc. 607/11/14806)". 2. EQUAÇÕES DE BALANÇO HÍDRICO Para melhor enquadrar o conceito de recarga considere-se um volume de controlo onde se individualizam quatro camadas (Figura 1): 1 - a camada superior composta pela água de superfície; 2 - uma camada intermédia onde se desenvolve o solo (até à profundidade das raízes das plantas ou de ocorrência de evaporação); 3 - outra camada intermédia constituída pela zona vadosa abaixo do solo e que ocorre em profundidade até ao nível freático; 4 - a camada inferior constituída pela zona saturada. O balanço de massa dentro do volume de controlo obedece à equação da continuidade e diz que a diferença entre o volume de água entrado e o volume de água saído dá a variação do armazenamento dentro do volume de controlo. A equação de balanço hídrico global para o volume de controlo é (Figura 1): P + E pe + E le + E ve + E be + E b2e + H pe + H le + H ve + H be ( 1 ) ETR Ev p E ps E ls E vs E bs E b2s H ps - H bs - A p - A l - A v - A b = 0 em que o significado de cada uma das variáveis é o referido na Figura 1. A recarga é definida utilizando este volume de controlo. Considerando os termos do balanço hídrico abaixo da superfície freática é dada por: R = E bs + E b2s + H bs + D + A b E be E b2e H be ( 2 ) e considerando os termos do balanço hídrico acima da superfície freática, é dada por: R = P + E pe + E le + E ve + H ve + H pe + H le + D Ev p E ps E ls E vs H ps ETR A p A l A v ( 3 ) 2

3 P Hpe Hle Hve Hbe Hbs ETR Hps Evp Epe Ele Eve Ebe Ap Al Av nível freático Ab Is Ip R D Meio superficial (p) Solo (l) Zona vadosa abaixo do solo (v) Zona saturada (b) Eps Els Evs Ebs P = precipitação H = acções de origem humana Ev = evaporação ETR = evapotranspiração E = escoamento Is = infiltração superficial Ip = infiltração profunda R = recarga D = descarga A = variação do armazenamento índices: p = superficial l = solo v = zona vadosa b = subterrâneo e = entrada s = saída 2 = aquífero subjacente cores: preto: meio superficial vermelho: solo verde: zona vadosa azul: zona saturada setas: seta dupla = entrada seta simples = saída Eb2e Eb2s Figura 1 Variáveis presentes no balanço de massa do volume de controlo A recarga é definida utilizando este volume de controlo. Considerando os termos do balanço hídrico abaixo da superfície freática é dada por: R = E bs + E b2s + H bs + D + A b E be E b2e H be ( 4 ) e considerando os termos do balanço hídrico acima da superfície freática, é dada por: R = P + E pe + E le + E ve + H ve + H pe + H le + D Ev p E ps E ls E vs H ps ( 5 ) ETR A p A l A v Muitas vezes, em função da configuração hidrogeológica, do intervalo de tempo considerado ou da extensão da área a estudar, alguns destes termos podem ser desprezados e as equações acima podem simplificar-se. São estas simplificações que estão na base dos dois modelos que aqui se apresentam. O primeiro método que se aplica estima a recarga a partir dos termos do balanço hídrico abaixo da superfície freática. O modelo considera a existência de extracções de água subterrânea (H bs ), e que o nível freático se encontra sempre abaixo da espessura do solo, situação em que não existe descarga para o meio hídrico superficial ou evapotranspiração a partir da zona saturada. Assim, os termos que restam para a área considerada são o escoamento subterrâneo de entrada (E be ) e de saída (E bs ), e a variação do armazenamento na zona saturada ( A b ) - Figura 2. A equação para o cálculo da recarga assume a forma: R = E bs + H bs + A b E be ( 6 ) O segundo método que se aplica estima a recarga a partir dos termos do balanço hídrico acima da zona saturada. O modelo assume (Figura 3) que não há escoamento lateral na zona vadosa abaixo do solo nem variação do seu armazenamento, pelo que a recarga se considera igual à infiltração profunda. Na realidade, a longo prazo, e desde que não haja escoamento lateral, estes valores podem ser considerados equivalentes. Para além disso, este modelo considera que a única entrada de água no volume de controlo é a água de precipitação (E pe = 0, E le = 0, H pe = 0, H le = 0, H ve = 0), o nível freático está sempre abaixo da base do solo pelo que não há descarga de águas subterrâneas para o meio superficial (D = 0) nem evapotranspiração a partir da zona saturada; o escoamento no solo é vertical, pelo que não há entrada nem saída lateral do volume de controlo por este meio (E le = E ls = 0); não há formas de armazenamento de água superficial (lagos, albufeiras, retenção pelas plantas) pelo 3

4 que também não há evaporação de água superficial ou ambas são desprezáveis ( A p = 0, Ev p = 0), não há extracções de água superficial (H ps = 0). Nas circunstâncias apontadas a infiltração profunda vem dada por (Figura 3): I p = P E ps ETR A l ( 7 ) H be H bs Meio superficial (p) Solo (l) nível freático R D Zona vadosa abaixo do solo (v) E be A b E bs Zona saturada (b) E b2e Figura 2 Primeiro modelo (MBASF): situação hidrogeológica em que a base é impermeável e não existe: recarga artificial, descarga das águas subterrâneas para o meio superficial, evapotranspiração a partir da zona saturada E b2s P H pe H le H ve ETR H ps Ev p E pe A p Is Meio superficial (p) E ps E le A l Ip Solo (l) E ls E ve A v D Zona vadosa abaixo do solo (v) E vs nível freático Zona saturada (b) Figura 3 Segundo modelo (MBHSD): situação hidrogeológica em que a base é impermeável e não existe: Situação hidrogeológica em que a única entrada de água no volume de controlo é a água de precipitação, o escoamento no solo e na zona vadosa é vertical, não há armazenamento de água à superfície pelo que também não há evaporação de água de superfície, não há descarga de águas subterrâneas para a superfície 3. ÁREA DE ESTUDO DE ESTARREJA O caso de estudo teve como base os estudos realizados por LEITÃO (1996) para uma área de estudo de cerca de 25 km 2 do aquífero superficial do sistema aquífero Quaternário de Aveiro. No canto SE desta área situa-se a cidade de Estarreja. De acordo com esse autor, este aquífero é formado por areias de dunas e por terraços fluviais, com características de aquífero livre. A sua base assenta sobre argilas "impermeáveis" do Quaternário. A espessura aproximada do aquífero é de 15 m. 4

5 Diversos estudos realizados para esta área apontam para os seguintes valores de recarga: LEITÃO (1996), aplicando o método de VERMEULEN et al. (1993), estimou a recarga em 462 mm/a (área florestal), 659 mm/a (área agrícola) e 527 mm/a (área urbana descontínua), tendo partido de uma precipitação anual média de 1151 mm/a. Os valores de escoamento directo estimados foram de 7 mm/a (área florestal), 35 mm/a (área agrícola) e 72 mm/a (área urbana descontínua). PEIINHO DE CRISTO (1985) refere, para a totalidade do sistema aquífero Quaternário de Aveiro (650 km 2 ), uma recarga anual e espacial média de hm 3 /a (ou seja de 308 mm/a a 385 mm/a). A informação existente refere-se aos níveis piezométricos medidos em 41 furos de monitorização, em oito campanhas de monitorização entre Outubro de 1993 e Fevereiro de 1995 (Figura 4, Quadro 1) , , , , , , , , ,6 1, Figura 4 Pontos de monitorização dos níveis piezométricos (O) e limites das malhas consideradas no cálculo da recarga ( ) A condutividade hidráulica (K) determinada por ensaio de bombagem no furo 22 foi de 13,2 m/d. Outros estudos referidos por LEITÃO (1996) apontam para condutividades hidráulicas de 17 m/d e 19 m/d. A porosidade eficaz (n e ) deste tipo de formações referida na bibliografia aponta para valores entre 15 e 20 % (MOINANTE et al., 1994). A altitude da base do aquífero é dada em função da profundidade de cada furo, que foi aberto até atingir a camada argilosa (Quadro 1). As extracções são estimadas em função da ocupação do solo. Utilizando a informação do Corine Land Cover, tem-se a ocupação do solo representada no Quadro 2. As extracções do aquífero superficial em estudo (Quadro 2) são estimadas, de acordo com algumas assunções de LEITÃO (1996), da seguinte forma: - áreas ocupadas por floresta (3120, 3130), por pântanos e charnecas (3220) e por pedreiras, zonas de extracção de areias, minas a céu aberto (1310): assumem-se extracções nulas. 5

6 Quadro 1 Localização, datas de amostragem, altitude piezométrica, altitude do terreno e da base do furo Data de amostragem / Altitude piezométrica (m) Altitude (m) ID M P base do Média terreno furo ,33 10,81 11,30 11,32 11,06 9,83 10,31 10,71 13,33 2, ,15 9,33 8,94 9,02 8,97 8,78 9,28 9,07 10,09 2, ,14 14,22 14,05 13,06 14,31 13,96 14,59 4, ,41 23,53 23,90 23,81 23,86 23,72 22,35 23,70 23,54 25,35 19, ,52 23,99 24,09 24,11 23,86 22,56 23,66 23,68 24,69 19, ,76 25,76 26,29 25,67 26,02 25,70 24,64 26,19 25,75 26,29 23, ,86 9,28 8,87 9,05 8,81 7,78 9,28 8,85 9,14 2, ,92 8,99 9,00 9,19 7,91 9,19 8,87 9,19 3, ,53 13,08 13,41 13,40 13,19 11,95 12,85 12,92 15,98 4, ,45 15,56 15,57 15,42 14,09 15,28 15,23 16,50 3, ,39 17,42 17,78 17,61 17,66 17,51 16,40 17,69 17,43 18,22 7, ,71 20,79 22,28 22,71 21,42 19,96 20,91 21,54 22,57 15, ,60 25,75 26,04 26,07 26,05 25,95 24,64 25,80 25,74 28,09 22, ,61 29,03 28,73 28,80 28,75 27,76 28,76 28,63 29,48 23, ,40 15,48 16,01 16,44 15,98 15,75 14,41 15,69 15,58 17,54 4, ,99 19,93 20,40 20,14 20,18 19,99 19,03 20,19 19,98 21,06 10, ,54 15,70 16,04 16,44 16,41 16,13 15,05 15,67 15,87 20,47 9, ,09 26,84 26,98 27,42 26,74 25,63 26,88 26,65 28,61 21, ,43 20,40 20,85 20,53 20,69 20,42 19,72 20,78 20,48 20,99 11, ,23 24,49 24,95 25,62 25,56 24,97 29,00 19, ,66 29,13 28,95 29,03 28,95 27,93 29,13 28,83 29,89 23, ,22 11,23 11,53 11,37 11,36 11,17 10,16 11,53 11,20 11,53 3, ,85 29,93 30,90 30,28 30,33 29,94 30,28 30,33 30,23 31,10 28, ,39 9,40 9,69 9,50 9,53 9,41 8,55 9,63 9,39 9,81 1, ,30 9,40 9,68 9,44 9,51 9,43 8,35 9,68 9,35 9,68 1, ,46 10,44 10,73 10,51 10,58 10,36 9,59 10,70 10,42 10,96 1, ,31 14,36 14,89 14,86 14,92 14,69 13,57 14,64 14,53 15,57 2, ,83 3,93 4,15 4,36 4,29 4,03 3,10 3,78 3,93 7,17 1, ,24 14,41 14,98 15,06 15,12 14,79 13,67 14,63 14,61 15,53 3, ,00 18,99 19,64 19,11 19,13 18,84 18,14 19,29 19,02 19,49 9, ,93 5,26 5,36 4,93 4,84 4,24 5,10 4,95 6,11 1, ,28 22,53 22,42 22,45 22,39 21,56 22,47 22,30 23,19 18, ,41 13,38 13,93 13,72 13,79 13,43 12,35 13,81 13,48 14,33 1, ,16 16,89 16,22 16,30 15,99 15,15 16,12 16,79 6, ,89 5,87 6,01 5,88 5,92 5,84 5,57 5,99 5,87 6,38-1, ,42 13,50 14,04 13,64 13,69 13,51 12,31 14,04 13,52 14,04 3, ,85 20,84 21,24 20,81 20,92 20,93 20,93 21,79 16, ,96 9,01 9,56 9,39 9,47 9,13 7,77 9,35 9,08 10,45 1, ,83 10,84 11,37 11,02 11,06 10,80 9,66 11,24 10,85 12,05 0, ,42 12,39 12,70 12,48 12,55 12,34 11,30 12,63 12,35 12,95 2, ,49 7,50 7,71 7,59 7,49 6,99 7,78 7,51 8,20 3,63 adaptado de LEITÃO (1996) - áreas agrícolas (2110, 2430 e 2410): resultam de dividir o volume estimado por PEIINHO DE CRISTO (1985), de 170 hm 3 /ano, pela área total do sistema aquífero (650 Km 2 ), ou seja equivalente a um valor de 261 mm/a. - área coberta por tecido urbano descontínuo (1120), intercalada com pequenos campos agrícolas, foi estimada como 20 % do valor estimado para as áreas agrícolas (52 mm/a). 6

7 - à informação das extracções representada no Quadro 2 há que sobrepor a informação disponível sobre extracções para abastecimento público, pertencentes à C.M. de Estarreja, que, de acordo com LEITÃO (1996), são de m 3 /ano, e localizam-se num rectângulo de coordenadas (M=163200, P=423100) - (M=163400, P=422700), o que equivale a 3838 mm/ano. - finalmente, no sector SE da área em estudo, dado que a espessura saturada do aquífero é baixa, assume-se para esta área que as extracções são metade do valor utilizado para o tecido urbano descontínuo (26 mm/a). A Figura 5 mostra a distribuição das classes de extracção de águas subterrâneas da área em estudo (de acordo com o Quadro 2). Quadro 2 Ocupação do solo de acordo com o mapa Corine Land Cover na área de estudo de Estarreja e extracções estimadas no aquífero superficial Código Corine Ocupação do solo Área (km2) Extracções (mm/a) Classe de extracção (*) 3120 Florestas de resinosas 9, Zonas de utilização agrícola fora dos perímetros de rega 9, Tecido urbano descontínuo 1, Espaços de actividades industriais, comerciais e de equipamentos gerais 0, Florestas mistas 0, Pântanos e charnecas 0, Terras ocupadas principalmente por agricultura com espaços naturais 0, importantes 1310 Pedreiras, zonas de extracção de areias, minas a céu aberto 0, Culturas anuais associadas a culturas permanentes 0, (*) acresce a classe 3 para as áreas com espessura saturada baixa na parte SE do aquífero (extracções = 26 mm/a) e a classe 4 para o local com as extracções camarárias (extracções = 3838 mm/a) Figura 5 Classes de extracções anuais médias de águas subterrâneas do aquífero em estudo 7

8 Nas extracções para a agricultura há que ter em conta que é nos meses sem precipitação que se extrai mais água. Assim, assume-se a seguinte distribuição da extracção anual (100 %) por mês: Janeiro, Fevereiro e Dezembro (2 % cada), Março e Novembro (3 % cada), Abril e Outubro (5 % cada), Maio, Junho, Julho e Setembro (15 % cada), e Agosto (18 %). Estes valores aplicam-se às classes 1, 2 e 3. Nas extracções camarárias (classe 4), considerou-se uma distribuição uniforme das extracções ao longo do tempo. Nos cálculos efectuados não se consideram as trocas de água com o aquífero Quaternário subjacente. Devido às extracções de água nesse aquífero é natural que haja escoamento subterrâneo de cima para baixo através das camadas argilosas, embora esse escoamento possa ser muito lento. 4. MÉTODO BASEADO NOS TERMOS DO BALANÇO ABAIO DA SUPERFÍCIE FREÁTICA 4.1 Cálculo dos termos do balanço hídrico Este método estima a recarga com base no modelo de balanço abaixo da superfície freática (MBASF) que se traduz pela equação ( 6 ). A diferença dos parâmetros E bs - E be foi calculada fazendo: E m n m n b = Qti. tt = t= 1 i= 1 t= 1 i= 1 ( h ti hti zi ) K. tt. xi s com K considerado constante = 15 m/d, x = 100 m e t variável consoante os períodos em que se fizeram medições (Quadro 1). Com t variável e por vezes extenso, pressupõe-se que o escoamento subterrâneo de um determinado período é dado pela média dos escoamentos subterrâneos calculados utilizando os níveis piezométricos no início e no final desse período. A altitude da superfície freática foi calculada pela diferença entre (1) a altitude representada no modelo digital de terreno com uma malha de 100 m de célula, criado a partir da informação topográfica apresentada nas cartas militares 163 e 174, e (2) a profundidade ao nível freático interpolada/extrapolada para toda a área de estudo, por krigagem (opções utilizadas: modelo linear, isótropo, pendor = 1), numa malha de célula quadrada com 100 m de lado utilizando o programa Surfer (da Golden Software Inc., versão 7). A altitude da base do aquífero foi interpolada/extrapolada pelo mesmo processo mas utilizando a profundidade à base do aquífero. Inicialmente havia-se tentado interpolar/extrapolar as altitudes da superfície freática e da base do aquífero, utilizando os dados de altitude em vez dos dados de profundidade. Contudo a utilização deste processo fez com que nalgumas áreas a base do aquífero se encontrasse acima do nível freático, razão pela qual se optou pela solução apresentada. As extracções (H bs ) são calculadas de acordo com o Quadro 2 e a Figura 5. A variação do armazenamento ( A b ) é calculada por: ( 8 ) A b = n e. h= n e. ( h final - h inicial ) ( 9 ) tendo-se assumido que n e = 15 %. Os cálculos foram feitos para todos os intervalos de tempo com informação disponível (Quadro 1) e utilizando áreas de cálculo diferentes (representadas na Figura 4). O objectivo de utilizar áreas diferentes é verificar qual a sensibilidade do método a diferentes volumes de controlo, o que permite indagar acerca da sua robustez. Recorde-se que as extracções foram consideradas diferentes de acordo com a ocupação do solo (Figura 5) e que a mesma ocupação do solo influencia a recarga vertical. Estes dois factos deveriam reflectir-se nos resultados obtidos. Os intervalos de tempo considerados foram entre monitorizações consecutivas. 8

9 4.2 Resultados e comentários A síntese dos resultados obtidos encontra-se no Quadro 3 para o caso da recarga, e no Quadro 4 para os três termos da equação ( 6 ) cuja soma dá a recarga. Quadro 3 Recarga estimada pela quantificação dos termos do balanço hídrico abaixo da superfície freática para cada período de análise e por subárea de cálculo Período Recarga (mm) por subárea de cálculo (1,1) (46,51) (6,6) (41,46) (11,11) (36,41) (16,16) (31,36) (21,21) (26,31) a a a a a a a Total Quadro 4 Valores estimados dos parâmetros utilizados no cálculo da recarga para cada período de análise e por subárea de cálculo Parâmetros (mm) por subárea de cálculo (1,1) (46,51) (6,6) (41,46) (11,11) (36,41) (16,16) (31,36) (21,21) (26,31) Período H bs A b E b H bs A b E b H bs A b E b H bs A b E b H bs A b E b a a a a a a a Total Os resultados mostram valores de recarga negativos, que teoricamente não deveriam existir. Assumindo que todos os termos da equação ( 6 ) estão correctamente caracterizados, então esses valores negativos significam que o modelo conceptual não está correcto, e que pode por exemplo haver outras saídas de água da zona saturada, por exemplo descarga do aquífero ou até, com uma forte probabilidade de acontecer, evapotranspiração. Verificam-se grandes diferenças entre os valores obtidos considerando subáreas diferentes. Os valores obtidos para a subárea mais pequena [(21,21) (26,31)] são muito superiores aos obtidos para as outras subáreas, e isto deve-se principalmente ao facto do termo relativo ao escoamento subterrâneo de saída ser muito elevado em relação ao de entrada. Isto implica que, no caso dos termos da equação ( 6 ) estarem todos adequadamente caracterizados, haja uma fonte de recarga importante nessa área, que pode não ser unicamente a água da chuva. 9

10 5. MÉTODO BASEADO NO MODELO DE BALANÇO HÍDRICO SEQUENCIAL DIÁRIO 5.1 Cálculo dos termos do balanço hídrico O método baseado no modelo de balanço hídrico sequencial diário (MBHSD) foi realizado para a mesma área e subáreas de estudo onde se aplicou o MBASF. O objectivo é poder comparar os resultados obtidos pelos dois métodos. Os dados de precipitação diária utilizados foram os registados no posto udométrico 10E/03 Gafanha da Nazaré, pertencente à rede de medição do INAG (dados disponíveis no SNIRH). O Quadro 5 apresenta os valores de precipitação registados entre cada período de medição dos níveis piezométricos. Quadro 5 Precipitação (mm) registada no posto udométrico 10E/03 Gafanha da Nazaré Período Precipitação (mm) a a a a a a a Total 1074 Os dados de evapotranspiração de referência que se utilizaram foram os valores mensais médios calculados no Plano de Bacia Hidrográfica do Rio Vouga (MA, 1998), para a estação climatológica de Montemor-o-Velho (Quadro 6), que apesar de se localizar muito a sul da área em estudo, se considerou, entre a informação existente, como sendo a mais representativa da evapotranspiração nessa área. Quadro 6 Evapotranspiração de referência mensal média (Penman-Monteith) calculada para a estação climatológica de Montemor-o-Velho Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Ano 20,3 27,0 45,6 63,0 79,5 93,4 96,8 96,8 69,9 45,6 28,4 21,3 687,6 Fonte: MA (1998) De acordo com o mesmo plano de bacia, as quatro culturas de regadio mais importantes no concelho de Estarreja são: milho (87,0 % da área irrigada), batata (8,3 %), prados (4,2 %) e pomares (0,6 %). Assume-se que na área em estudo, se tem a mesma proporcionalidade. A infiltração superficial foi estimada utilizando a opção do número característico de escoamento (NC), cujos valores se sintetizam no Quadro 7 (de acordo com a caracterização feita em VERMEULEN et al., 1993, publicada também em OLIVEIRA, 2004). Quadro 7 Caracterização do número característico do escoamento (NC) na área de estudo de Estarreja. Código Corine LC NC A evapotranspiração real foi calculada utilizando o coeficiente cultural dual (metodologia descrita em OLIVEIRA, 2003, 2004), tendo-se caracterizado a informação do Corine Land Cover em termos de parâmetros para as ocupações vegetais 1 e 2 e para o terreno descoberto (Quadro 8). 10

11 Quadro 8 Caracterização dos parâmetros do coeficiente cultural dual dependentes da ocupação do solo da área de estudo de Estarreja. Código Corine LC tipo de ocupação pinheiro milho urbana + pinheiro + terrenos milho + terreno milho + indústrias batata eucalipto descobertos pinheiro descoberto pomar permeável(1) Dia_ini(1) L_ini(1) L_des(1) L_med(1) L_fim(1) Kcb_ini(1) 0,95 0,15 0,15 0,95 0,15 0,15 0,15 0,15 Kcb_med(1) 0,95 1,15 1,1 0,95 0,15 1,15 0,15 1,15 Kcb_fim(1) 0,95 0,15 0,65 0,95 0,15 0,15 0,15 0,15 h_cult(1) , rp_1(1) rp_0(1) sld_(1) 0,7 0,55 0,35 0,7 1 0,55 1 0,55 Kc_min(1) 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 Kcb_tot(1) 0,95 1,15 1,1 0,95 0,15 1,15 0,15 1,15 fraccao(1) 0,7 1 0,4 0,42 0 0,5 0 0,5 fraccao_0(1) 0,7 0,1 0,1 0,42 0 0,1 0 0,1 fraccao_nada(1) 0, , permeável(2) 0 não se Dia_ini(2) 1 calculou L_ini(2) L_des(2) L_med(2) L_fim(2) Kcb_ini(2) 0,01 1,2 0,95 0,35 Kcb_med(2) 0,01 1,2 0,95 0,9 Kcb_fim(2) 0,01 1,2 0,95 0,65 h_cult(2) rp_1(2) rp_0(2) sld_(2) 1 0,5 0,7 0,5 Kc_min(2) 0,01 0,15 0,15 0,15 Kcb_tot(2) 0,01 1,2 0,95 0,9 fraccao(2) 0,5 0,28 0,2 0,3 fraccao_0(2) 0,5 0,28 0,2 0,3 fraccao_nada(2) 0,5 0,28 0,2 0 rp_1(3) sld_(3) 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 Permeável = código para a infiltração superficial: (0) é nula, (1) calculada pelo modelo, Dia_ini = dia de início de desenvolvimento da cultura, L = comprimento (d): L_ini = da fase inicial, L_des = da fase de desenvolvimento, L_med = da meia estação, L_fim = da fase final, Kcb = coeficiente cultural basal: Kcb_ini = da fase inicial, Kcb_med = da meia estação, Kcb_fim = da fase final, h_cult = altura da cultura na fase de meia estação (m), rp_1 = profundidade máxima das raízes das plantas (m), rp_0 = profundidade mínima das raízes das plantas (m), sld = limite de depleção da água do solo a 100%, Kc_min = coeficiente cultural mínimo, Kcb_tot = coeficiente cultural basal total, fraccao = fraccao máxima de terreno ocupada pela cultura, fraccao_0 = fraccao mínima de terreno ocupada pela cultura no período inicial, fraccao_nada = fraccao de terreno ocupada quando a cultura é inexistente ou está em dormência; t.d. = terreno descoberto. ocupação vegetal 1 ocupação vegetal 2 t.d. 5.2 Resultados e comentários A execução do balanço hídrico sequencial diário, para além de fornecer uma estimativa da recarga, teve como objectivo fazer a comparação com os resultados obtidos pelo MBASF. Por esse motivo integraram-se os valores fornecidos pelo modelo para as diversas subáreas de estudo (representadas na Figura 4), e para os diversos intervalos de tempo considerados (equivalentes ao período entre duas monitorizações sucessivas de níveis). 11

12 O Quadro 9 apresenta os resultados da corrida do modelo para cada tipo de ocupação do solo e para cada intervalo de tempo considerado. O Quadro 10 apresenta as áreas ocupadas por cada tipo de ocupação do solo nas subáreas de cálculo. E o Quadro 11, que foi calculado a partir dos dois quadros anteriores, apresenta os valores integrados para cada subárea de cálculo e para cada intervalo de tempo considerado. Quadro 9 Recarga estimada pelo balanço hídrico sequencial diário por tipo de ocupação do solo e para cada intervalo de tempo considerado Período Recarga (mm) por ocupação do solo a a a a a a a Total Quadro 10 Áreas ocupadas por cada tipo de ocupação do solo em cada subárea de cálculo Subárea de cálculo Áreas de ocupação do solo (km 2 ) Total (1,1) (46,51) 9,52 9,31 1,89 0,66 0,44 0,34 0,34 0,01 0,95 23,46 (6,6) (41,46) 6,73 4,74 1,53 0 0,22 0,25 0,34 0 0,95 14,76 (11,11) (36,41) 3,59 2,42 0, ,17 0,34 0 0,86 8,06 (16,16) (31,36) 1,48 1,31 0, ,01 0,33 0 0,17 3,36 (21,21) (26,31) 0,42 0, , ,66 Quadro 11 Recarga estimada pelo balanço hídrico sequencial diário para cada período de análise e por subárea de cálculo Período Recarga (mm) por subárea de cálculo (1,1) (46,51) (6,6) (41,46) (11,11) (36,41) (16,16) (31,36) (21,21) (26,31) a a a a a a a Total Os valores de recarga calculados pelo MBHSD utilizando subáreas diferentes são próximos entre si. 6. CONCLUSÕES Em relação aos métodos em si, aquele que utiliza o MBASF apresenta a vantagem de calcular a recarga a partir da resposta do meio saturado a esse processo, não necessitando dos dados de precipitação ou de evapotranspiração (no caso do nível freático se encontrar sempre abaixo da superfície freática), nem da ocupação do solo. Requer contudo um bom conhecimento das propriedades hidráulicas do aquífero, a monitorização espaço-temporal de níveis e o conhecimento das 12

13 extracções realizadas no aquífero. É um método que pode originar erros elevados no caso dos parâmetros do aquífero não estarem bem determinados. O MBHSD é um modelo de previsão, que calcula a recarga à custa da quantificação dos termos do balanço hídrico que traduzem os processos antes da ocorrência da recarga. Para a sua aplicação, quando se pode considerar que o nível freático se encontra sempre abaixo da espessura de solo sujeita a evapotranspiração, não requer o conhecimento desse nível freático nem o conhecimento de parâmetros do aquífero ou da sua exploração. Contudo, necessita da caracterização de parâmetros do solo, da medição da precipitação e da estimativa da evapotranspiração potencial. Além disso, na aplicação que foi feita, requer a caracterização de uma série de parâmetros relacionados com o ciclo vegetativo das espécies presentes. Há uma maior experiência na aplicação deste método e no caso de alguns dados necessários não estarem bem determinados os erros que este método origina não serão tão grandes. Os resultados obtidos pela aplicação dos dois métodos apresentados nos Quadro 3 e Quadro 11 mostraram diferenças muito elevadas entre a aplicação dos dois métodos (Quadro 12). Quadro 12 Diferenças entre a recarga calculada pelo modelo de balanço hídrico sequencial diário e o modelo de balanço abaixo da superfície freática Período Recarga (mm) por subárea de cálculo (1,1) (46,51) (6,6) (41,46) (11,11) (36,41) (16,16) (31,36) (21,21) (26,31) a a a a a a a Total Essas diferenças podem dever-se a várias causas. A primeira é a validade dos modelos utilizados para traduzir a recarga da área em estudo. Uma das simplificações comum aos dois modelos foi que o nível freático se encontrava sempre abaixo da espessura do solo sujeita a evapotranspiração, pelo que não haveria nem descarga nem evapotranspiração a partir da zona saturada. Na realidade, as observações de campo (Quadro 1) não demonstraram esta situação. Se se tivesse considerado a hipótese de evapotranspiração a partir da zona saturada, a recarga estimada pelo MBHSD seria superior e a estimada pelo MBASF seria inferior, havendo por isso uma aproximação dos resultados. A segunda causa é o facto de haver um desfasamento temporal entre a ocorrência da infiltração profunda (MBHSD) e da recarga (MBASF). Contudo, se fosse por cauda desse desfasamento, essa diferença deveria ser mais reduzida para a totalidade do tempo considerado (o que não se verifica). Uma terceira causa, e a mais importante, é que a aplicação do MBASF encerra muitas incertezas. Para além das incertezas devidas à caracterização espacial de alguns parâmetros (n e, K, H bs ), que foram quase valores assumidos, há também a questão da extrapolação/interpolação dos valores dos níveis piezométricos e da base do aquífero. Uma desvantagem do MBASF em relação ao MBHSD é que os termos da fórmula de cálculo da recarga [equação ( 6 )] dependem linearmente desses parâmetros, pelo que os resultados obtidos por este método são muito sensíveis à variação desses parâmetros. Por exemplo, se se utilizar n e = 5 %, que poderia também ser um valor plausível para o material em questão, a componente relativa à variação do nível seria 1/3 do valor calculado. Todas somadas, estas incertezas não permitem que, com a informação disponível, se utilize o método do MBASF com alguma segurança para o caso de estudo presente. Uma das formas de reduzir 13

14 estas incertezas seria por uma avaliação mais adequada das extracções e por um controlo mais sistemático dos níveis piezométricos. Nesta situação, os resultados a obter poderiam oferecer outra fiabilidade e permitir até estimar mais adequadamente os parâmetros n e e K. Uma quarta causa prende-se com os dados utilizados para o MBHSD que utilizou precipitações e evapotranspirações medidas ou calculadas em locais ainda afastados da área de estudo. Isto, para além, também, das incertezas associadas à caracterização dos parâmetros deste método. No futuro pensa-se fazer um novo teste à aplicação da metodologia baseada no MBASF a uma área do sistema aquífero dos Gabros de Beja, que desde 1998 tem vindo a ser monitorizada por Eduardo Paralta. Para esta área foi recentemente apresentado um artigo sobre o cálculo da sua recarga em PARALTA et al. (2003). Os estudos apresentados estão na base do desenvolvimento de uma metodologia que permite considerar, nos modelos de cálculo da recarga apresentados, a posição do nível freático. Esta metodologia foi desenvolvida em OLIVEIRA (2004) e será futuramente objecto de uma comunicação. 7. BIBLIOGRAFIA LEITÃO, T.E. Metodologias para a reabilitação de aquíferos poluídos. Tese de Doutoramento apresentada à Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, para obtenção do grau de Doutor em Hidrogeologia, 489 pp, MA Plano de Bacia Hidrográfica do rio Vouga. 1ª Fase - Análise e diagnóstico da situação de referência. Usos e Necessidades de Água, MOINANTE, M.J.; OLIVEIRA, M.M.; LOBO FERREIRA, J.P. Desenvolvimento de um Inventário das Águas Subterrâneas de Portugal - Caracterização dos Sistemas Hidrogeológicos de Portugal Continental e Avaliação das Suas Reservas Hídricas. Relatório 329/94-GIAS, OLIVEIRA, M.M. "Cálculo da recarga dos sistemas aquíferos de Quarteira e de Albufeira- -ribeira de Quarteira recorrendo a uma actualização (do modelo de balanço hídrico sequencial diário) que utiliza o coeficiente cultural dual na estimativa da evapotranspiração real". in Jornadas Luso- Espanholas "As Águas Subterrâneas no Sul da Península Ibérica", Faro, Universidade do Algarve, 23 a 26 de Junho de Aguarda publicação em Livro. OLIVEIRA, M.M. Métodos para a Avaliação da Recarga das Águas Subterrâneas, Versão da Tese de Doutoramento para discussão com o orientador, 2004 PARALTA, E.A.; OLIVEIRA, M.M.; LUBCZYNSKI, M.W.; RIBEIRO, L.F. "Avaliação da Recarga do Sistema Aquífero dos Gabros de Beja segundo Critérios Múltiplos Disponibilidades Hídricas e Implicações Agro-ambientais", in Comunicações 6º SILUSBA Simpósio de Hidráulica e Recursos Hídricos dos Países de Língua Oficial Portuguesa. Volume 2, p , Cabo Verde, Novembro PEIINHO DE CRISTO, F. Estudo hidrogeológico do sistema aquífero do Baixo Vouga. Ministério do Equipamento Social, Secretaria de Estado das Obras Públicas, Direcção-Geral dos Recursos e Aproveitamentos Hidráulicos, VERMEULEN, H., LOBO FERREIRA, J.P., OLIVEIRA, M.M., - "A method for estimating aquifer recharge in DRASTIC vulnerability mapping". Comunicação ao seminário "Águas Subterrâneas e Ambiente", Associação Portuguesa dos Recursos Hídricos (APRH) em Lisboa, em Maio de