PROJECTO PTDC/AAC-AMB/105061/2008

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1 Uma abordagem integrada e participativa na definição de estratégias inovadoras e prospetivas de gestão integrada de recursos hídricos no sul de Portugal PROJECTO PTDC/AAC-AMB/105061/2008

2 Balanço hídrico das bacias hidrográficas de Melides (Alentejo) e do Arade (Algarve) e do sistema aquífero Querença-Silves (Algarve) em cenários atuais e futuros de alterações climáticas Manuel M Oliveira Maria Emília Novo Luís G.S. Oliveira João Paulo Lobo Ferreira

3 ÍNDICE 1. Introdução ao modelo de balanço hídrico sequencial diário BALSEQ_MOD 2. Introdução às alterações climáticas 3. Caso de estudo de Melides 1. Dados de entrada 2. Recarga 3. Escoamento direto 4. Valores por sub-bacia 5. Alterações climáticas: Recarga 4. Caso de estudo do Algarve 1. Dados de entrada 2. Bacia hidrográfica do Arade 1. Recarga 2. Escoamento direto 3. Valores por sub-bacia (exceto barragem do Arade) 4. Alterações climáticas: Escoamento direto (bacia de Odelouca) 3. Sistema aquífero Querença-Silves 1. Recarga 2. Escoamento direto 3. Avaliação do risco de disponibilidade de águas subterrâneas 4. Alterações climáticas: Recarga 5. Área de drenagem do sistema aquífero 5. Conclusões

4 Método de balanço hídrico sequencial diário (BALSEQ_MOD) Modelação da recarga em meios de porosidade intergranular R = I p = P Ed ETR A l (Fonte: OLIVEIRA, 2011) P = precipitação Is = infiltração (superficial) A l = variação de armazenamento no solo Ed = escoamento directo ETR = evapotranspiração real Ip = infiltração profunda R = recarga

5 Utilizando o método BALSEQ_MOD: Modelação da recarga em meios de porosidade secundária (Meios cársicos) R = I p + Ed = P ETR A l (Fonte: OLIVEIRA, 2011) P = precipitação Is = infiltração (superficial) A l = variação de armazenamento no solo Ed = escoamento directo ETR = evapotranspiração real Ip = infiltração profunda R = recarga

6 O modelo BALSEQ_MOD O modelo numérico de balanço hídrico sequencial diário BALSEQ_MOD faz o balanço a nível do solo, incorporando metodologias para cálculo de forma sequencial dos processos de infiltração no solo, evapotranspiração real e infiltração profunda do solo. O modelo BALSEQ_MOD tem como antecedentes o modelo BALSEQ desenvolvido por LOBO FERREIRA (1981, 1982) para a estimativa da recarga de águas subterrâneas na ilha de Porto Santo. O modelo é corrido para cada fração de território onde se possa assumir homogeneidade no solo e na ocupação do solo Neste modelo cada ocupação do solo pode ser descrita por até três cobertos diferentes: solo com coberto 1, solo com coberto 2, e solo descoberto.

7 O modelo BALSEQ_MOD: dados de entrada e parâmetros Precipitação diária (P) Evapotranspiração de referência (ETo) diária ou mensal: Temperatura, Humidade relativa, Velocidade do vento, Pressão do ar, Radiação solar ou insolação Parâmetros dependentes do solo para a infiltração superficial (Is): material do horizonte superior do solo Parâmetros dependentes do solo para a variação do armazenamento do solo ( Al) e evapotranspiração real (ETR): n, cc, wp, Ks Parâmetros dependentes da ocupação do solo para a evapotranspiração real (ETR): Dia_ini, L_ini, L_des, L_med, L_fim, Kcb_ini, Kcb_med, Kcb_fim, h_cult, rp_1, rp_0, sld_, Kc_min, Kcb_tot, fraccao, fraccao_0, fraccao_nada

8 Carta de ocupação do solo Corine Land Cover 2000 eavel( la Dia_i L_ini( L_de L_me L_fim Kcb_i med( Kcb_f h_cult rp_1( rp_0( sld_( Kc_m Kcb_t fracc ao_0( ao_n eavel( la Dia_i L_ini( L_de L_me L_fim Kcb_i med( Kcb_f h_cult rp_1( rp_0( sld_( Kc_m Kcb_t fracc ao_0( ao_n rp_1( sld_( COR_LC COS90 ncult 1) Kcb_ ni(1) 1) s(1) d(1) (1) ni(1) 1) im(1) (1) 1) 1) 1) in(1) ot(1) ao(1) 1) ada(1 2) Kcb_ ni(2) 2) s(2) d(2) (2) ni(2) 2) im(2) (2) 2) 2) 2) in(2) ot(2) ao(2) 2) ada(2 3) 3) 1120 UU JJ CC CC AA CA CX CI CM BB II II QQ ID HY HY HH1

9 Carta de solos IHERA fc wp fi Ks_mm_d solo_sup A Aa Aac Ac Arc As ASoc Ass At Atac Atl Cb Cbc Eb Ec Et Ex Pac Pc Pcs Ps Rg Sb Sbac Sbc Sp Sr Vac Vc Vcd Vcs Vt Vtc Vts

10 Informação cartográfica de base para o cálculo da recarga Exemplo de uma corrida do modelo de balanço hídrico sequencial diário: Corine Land Cover = 2220 (Pomares) Solo = Vcd (solo argiluviado de calcário compacto ou dolomito) Zona cársica ( Geologia = J1A, J1P, J1Pa ) COR_COD 2220 permeavel(2) Solo Vcd Calcula Kcb_esp(2) fc 0.31 Dia_ini(2) wp 0.18 L_ini(2) fi 0.47 L_des(2) Ks_mm_d 648 L_med(2) solo_sup 4 L_fim(2) ncult 1 Kcb_ini(2) permeavel(1) 1 Kcb_med(2) Calcula Kcb_esp(1) 0 Kcb_fim(2) Dia_ini(1) 93 h_cult(2) L_ini(1) 60 rp_1(2) L_des(1) 90 rp_0(2) L_med(1) 120 sld_(2) L_fim(1) 95 Kc_min(2) Kcb_ini(1) 0.65 Kcb_tot(2) Kcb_med(1) 0.6 fraccao(2) Kcb_fim(1) 0.65 fraccao_0(2) h_cult(1) 4 fraccao_nada(2) rp_1(1) 1500 rp_1(3) 150 rp_0(1) 1500 sld_(3) 0.42 sld_(1) 0.5 Kc_min(1) 0.15 Kcb_tot(1) 0.65 fraccao(1) 0.7 fraccao_0(1) 0.7 fraccao_nada(1) 0.7

11 ALTERAÇÕES CLIMÁTICAS - Cenários Foram utilizados três modelos do projeto SIAM II (Santos e Miranda, 2006): 1) HadRM2, IS92a 2) HadRM3, SRES A2 3) HadRM3, SRES B2 Horizonte: Cenário IS92a business as usual remontando a Cenário SRES A2 corresponde a um mundo profundamente heterogéneo com um desenvolvimento socio-económico e tecnológico fragmentado em que a população mundial cresce durante todo o séc. XXI. Cenário SRES B2 descreve um mundo centrado na procura de soluções locais para os problemas sociais, económicos e ambientais e no qual a população cresce até ao final do século XXI, mas a um ritmo inferior ao do cenário A2. Fonte: Santos e Miranda (2006); Outra bibliografia:

12 ALTERAÇÕES CLIMÁTICAS - Cenários Precipitação Temperatura

13 Modificação das séries de precipitação Variação constante, por estação do ano: cada evento de precipitação é afetado da taxa de variação correspondente à estação do ano a que pertence. Assim uma precipitação afetada por uma taxa de variação de -25% corresponde um valor que é o da precipitação inicial subtraído de 25% desta precipitação. Ao longo de cada ano, são aplicadas sucessivamente 4 taxas distintas de variação, uma para a primavera, outra para o verão, uma terceira para o outono e uma última para o inverno. Modificação das séries de temperatura Variação constante, por estação do ano: cada temperatura é somada do valor da variação média correspondente à estação do ano a que pertence, sendo essa variação média constante para a mesma estação do ano, ao longo de toda a série de 30 anos, em conformidade com a variação prevista no modelo climático que se esteja a considerar. Ao longo de um ano, são aplicadas sucessivamente 4 valores de variação média, uma para a primavera, outra para o verão, uma terceira para o outono e uma última para o inverno. Estes valores são distintos para as temperaturas máximas e para as temperaturas mínimas.

14 Modificação das séries de evapotranspiração de referência As alterações de temperatura influenciam a evapotranspiração. Podem-se introduzir as alterações expectáveis de temperatura na fórmula de Penman-Monteith da FAO (Allen et al, 1998) para o cálculo da evapotranspiração de referência. ET o 0,408..( R n G).( u T 273 0,34. u ) 2 2.( e s e a ) ET o a evapotranspiração de referência (mm/d); R n a radiação útil na superfície do coberto vegetal (MJ/m 2 /d); G a densidade do fluxo de calor do solo (MJ/m 2 /d); T a temperatura diária média a 2 m de altitude (ºC); u 2 a velocidade do vento a 2 m de altitude (m/s); e s a pressão do vapor de saturação (kpa); e a a pressão de vapor (kpa); e s e a o défice da pressão do vapor de saturação (kpa); a tangente da curva de pressão de vapor (kpa/ºc); a constante psicrométrica (kpa/ºc). Uma vez que até à data não têm sido publicados resultados relativamente às previsões de alteração da velocidade do vento e da insolação, estas variáveis são congeladas na análise que se apresenta. Uma outra variável necessária à corrida do modelo BALSEQ_MOD é a humidade relativa mínima que é influenciada pela alteração das temperaturas mensais mínimas e máximas.

15 Melides

16 Melides Dados de entrada Precipitação - Dada a inexistência de postos udométricos perto da área em estudo, e as lacunas de dados nos postos udométricos existentes criou-se um posto udométrico virtual em Melides que foi preenchido utilizando o método do quadrado das distâncias a partir dos postos mais próximos de Grândola (24F/01C) e Comporta (23E/01C) do SNIRH e a estação de Sines do IM. Evapotranspiração de referência, velocidade do vento e humidade relativa - Estação meteorológica de Alcácer do Sal (valores para o período de 1959 até 1988 os restantes anos da série foram calculados utilizando as médias mensais da série anterior) Carta de solos à escala 1: do IHERA Carta Corine Land Cover 2006 à escala 1: do IGEO

17 Melides Recarga Fonte: Oliveira et al. (2011) Recarga anual média: 119 mm/ano

18 Melides Escoamento direto Fonte: Oliveira et al. (2011) Escoamento direto anual médio: 199 mm/ano

19 Melides Recarga por sub-bacia (BALSEQ_MOD) > 100 mm mm mm 5 10 mm < 5 mm Fonte: Oliveira et al. (2011) Escoamento directo por sub-bacia (BALSEQ_MOD) mm > 200 mm mm < 100 mm mm Universidade Algarve, Campus Fonte: de Oliveira Gambelas, et al. 30 (2011) nov 2012

20 ALTERAÇÕES CLIMÁTICAS Melides Recarga (BALSEQ_MOD) Modelo HadRM2 IS92a Recarga anual média: 88 mm/ano 73,7 % Rec Ed anual médio: 179 mm/ano 89,8 % Ed Fonte: Relatório LNEC 153/2012 DHA/NAS Modelo HadRM3 SRES A2 Modelo HadRM3 SRES B2 Recarga anual média: 47 mm/ano 39,9 % Rec Ed anual médio: 114 mm/ano 57,5 % Ed Recarga anual média: 64 mm/ano 53,6 % Rec Ed anual médio: 142 mm/ano 71,5 % Ed

21 Algarve

22 Algarve (Bacia do Arade + Querença-Silves) Dados de entrada Precipitação - Sistema aquífero Querença-Silves e área de drenagem 30H/03 São Bartolomeu de Messines - Bacia da barragem do Arade 30H/02U Vale Barriga (lacunas completadas com as estações de 30G/03C Barragem do Arade, 30H/03UG São Bartolomeu de Messines e 29G/02G São Marcos da Serra) todas os postos do SNIRH. - Restante bacia do Arade 30G/01UG Alferce (lacunas completadas com as estações de 30H/02U Vale Barriga, 30G/03C Barragem do Arade e 29G/02G São Marcos da Serra) todas os postos do SNIRH. Evapotranpiração de referência, velocidade do vento e humidade relativa - Sistema aquífero Querença-Silves e área de drenagem, Bacia da barragem do Arade, e restante Bacia do Arade Estação meteorológica de Praia da Rocha (valores para o período de 1958 até 1988 os restantes anos da série foram calculados utilizando as médias mensais da série anterior) valores do P.B.H. Ribeiras do Algarve (MAOT, 2000). Carta de solos à escala 1: do IHERA Carta Corine Land Cover 2000 à escala 1: do IGEO Carta geológica da Região do Algarve à escala 1: dos SGP (1992)

23 Algarve Bacia do Arade

24 Bacia do Arade Recarga Fonte: Oliveira et al. (2011) Recarga anual média: 74 mm/ano

25 Bacia do Arade Escoamento direto Fonte: Oliveira et al. (2011) Escoamento direto anual médio: 494 mm/ano

26 Bacia do Arade (exceto barragem do Arade) Recarga por sub-bacia (BALSEQ_MOD) Fonte: Oliveira et al. (2011) Escoamento directo por sub-bacia (BALSEQ_MOD) Fonte: Oliveira et al. (2011)

27 ALTERAÇÕES CLIMÁTICAS Bacia de Odelouca Escoamento direto (BALSEQ_MOD) Esc. dir. anual médio: 467 mm/ano 89,9 % Ed Modelo HadRM2, IS92a Recarga anual média: 44 mm/ano 73,9 % Rec Esc. dir. anual médio: 278 mm/ano 53,5 % Ed Modelo HadRM3, SRES A2 Recarga anual média: 22 mm/ano 36,9 % Rec Esc. dir. anual médio: 367 mm/ano 70,7 % Ed Modelo HadRM3 SRES B2 Recarga anual média: 32 mm/ano 54,4 % Rec Fonte: Relatório LNEC 153/2012 DHA/NAS

28 Algarve Querença-Silves

29 Querença-Silves Recarga (BALSEQ_MOD) : Recarga anual média = 314 mm/ano Fonte: Oliveira et al. (2011) com base em Oliveira et al. (2008), corrigido para a apresentação oral : Recarga anual média = 294 mm/ano Fonte: Oliveira et al. (2011)

30 Querença-Silves Escoamento directo (BALSEQ_MOD) : Esc. direto anual médio = 124 mm/ano Fonte: Oliveira et al. (2011) com base em Oliveira et al. (2008), corrigido para a apresentação oral : Esc. direto anual médio = 115 mm/ano Fonte: Oliveira et al. (2011)

31 Querença-Silves RISCO de disponibilidade de águas subterrâneas

32 ALTERAÇÕES CLIMÁTICAS Querença-Silves Recarga (BALSEQ_MOD) Recarga anual média: 245 mm/ano 83,4 % Rec Modelo HadRM2, IS92a Ed anual médio: 100 mm/ano 87,6 % Ed Recarga anual média: 136 mm/ano 46,2 % Rec Modelo HadRM3, SRES A2 Ed anual médio: 59 mm/ano 51,4 % Ed Recarga anual média: 186 mm/ano 63,3 % Rec Modelo HadRM3 SRES B2 Ed anual médio: 79 mm/ano 68,9 % Ed Fonte: Relatório LNEC 153/2012 DHA/NAS

33 Querença-Silves Balanço hídrico na área de drenagem do sistema aquífero Fonte: Relatório LNEC 180/2012

34 Querença-Silves Balanço hídrico na área de drenagem BalSeq_Mod DecHidr Fonte: Relatório LNEC 180/2012

35 Querença-Silves Balanço hídrico na área de drenagem P Ep R R R topografia Ed Ed nível freático R Ebs D = Eb D = Eb Ebs Sub-bacia hidrográfica Fonte: Adaptado do Relatório LNEC 180/2012 Sistema aquífero Legenda: P = precipitação, R = recarga, Ed = escoamento direto, D = descarga, Eb = escoamento de base, P = precipitação Ebs = escoamento subterrâneo de saída, Ep = escoamento superficial (= Ed + Eb) R = recarga Ed = escoamento direto D = descarga Eb = escoamento de base Ebs = escoamento subterrâneo de saída Ep = escoamento superficial (= Ed + Eb)

36 Conclusões Áreas de estudo de Melides e do Algarve Recarga e escoamentos diretos com distribuição espacial muito heterogénea realçando-se em ambas as áreas a ocorrência de formações xistentas e de rochas sedimentares, detríticas no caso de Melides e carbonatadas carsificadas no caso do Algarve. Redução da recarga e dos escoamentos diretos em cenários de alterações climáticas, variável em função dos modelos de alterações climáticas considerados a que se associam cenários de desenvolvimento distintos.

37 Conclusões Sistema aquífero Querença-Silves O estudo da recarga de águas subterrâneas da série de 30 anos ( ) no sistema aquífero Querença-Silves e das extrações de águas subterrâneas para os diversos fins da atividade humana revelou que nos anos de seca extrema (com precipitações da ordem dos 300 mm/ano) as extrações são superiores a 90 % da recarga anual média. Se se considerar como critério de avaliação, o valor de 50 % da recarga, os anos de precipitação inferior a 450 mm/ano (6 em 30 anos) teriam extrações superiores a esse critério. Se se extrapolar as estimativas feitas sobres as alterações climáticas, conclui-se que muitos mais anos teriam precipitações inferiores. Contudo o sistema aquífero de Querença-Silves apresenta uma grande resiliência às extrações de águas subterrâneas devido às suas enormes reservas. Nos cálculos efetuados não se considerou a área de drenagem do sistema aquífero. A recarga com água que precipita na área de drenagem exterior ao sistema aquífero Querença-Silves (147 km2) foi estimada em 62 hm3/ano, a que acresce 94 hm3/ano de recarga anual média direta no sistema aquífero (área aflorante de 318 km2). Logo, estima-se que a recarga anual média de água proveniente do exterior do sistema aquífero seja cerca de 40% da recarga total do sistema.