Ana Maria PIRES Carlos MACHADO João VILHENA José Paulo MONTEIRO Luís RODRIGUES Maria José CARVALHO Nelson LOURENÇO Rui REBELO

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1 ÁGUA, ECOSSISTEMAS AQUÁTICOS E ACTIVIDADE HUMANA. UMA ABORDAGEM INTEGRADA E PARTICIPATIVA NA DEFINIÇÃO DE ESTRATÉGIAS INOVADORES E PROSPECTIVAS DE GESTÃO INTEGRADA DE RECURSOS HÍDRICOS NO SUL DE PORTUGAL PROWATERMAN PROJECTO PTDC/AAC-AMB/105061/2008 João Paulo LOBO FERREIRA (Coord.) Manuel OLIVEIRA Teresa LEITÃO Maria Emília NOVO Maria José HENRIQUES Luís OLIVEIRA Patrícia TERCEIRO Data de início: 01 de Janeiro de 2010 Ana Maria PIRES Carlos MACHADO João VILHENA José Paulo MONTEIRO Luís RODRIGUES Maria José CARVALHO Nelson LOURENÇO Rui REBELO Duração: 36 meses

2 Recarga artificial de aquiferos e vulnerabilidade das águas subterraneas as alterações climáticas Luís Oliveira Maria Emília Novo Patrícia Terceiro João Paulo Lobo Ferreira Laboratório Nacional de Engenharia Civil Núcleo de Águas Subterrâneas Departamento de Hidráulica e Ambiente Reunião de Inicio da Fase 2, Laboratório Nacional de Engenharia Civil, 12 de Novembro de 2010

3 INDICE DA APRESENTAÇÃO 1. Objectivo do segundo relatório temático 2. Métodos Não-Convencionais de obtenção de recursos hídricos 3. Recarga artificial de sistemas aquíferos 4. Ensaios de traçadores 5. Modelação das alterações climáticas à escala regional/recarga de aquíferos em cenários de alterações climáticas 6. Impactes e vulnerabilidade às alterações climáticas e pressões sobre o meio hídrico: as modificações nos teores de água do solo, escoamento superficial e recarga

4 1. Objectivo do segundo relatório temático 2. Métodos Não-Convencionais de obtenção de recursos hídricos 3. Recarga artificial de sistemas aquíferos 4. Ensaios de traçadores 5. Modelação das alterações climáticas à escala regional/recarga de aquíferos em cenários de alterações climáticas 6. Impactes e vulnerabilidade às alterações climáticas e pressões sobre o meio hídrico: as modificações nos teores de água do solo, escoamento superficial e recarga O objectivo principal do segundo relatório temático desenvolvido pelo LNEC foi sintetizar os avanços actuais e trabalhos desenvolvidos em vários temas importantes para o projecto PROWATERMAN. Devido à boa experiência do Núcleo de Águas Subterrâneas em Recarga Artificial de Sistemas Aquíferos e Impacte das Alterações Climáticas nos Recursos Hídricos verificou-se a necessidade de focar a atenção nestes dois temas.

5 1. Objectivo do segundo relatório temático 2. Métodos Não-Convencionais de obtenção de recursos hídricos 3. Recarga artificial de sistemas aquíferos 4. Ensaios de traçadores 5. Modelação das alterações climáticas à escala regional/recarga de aquíferos em cenários de alterações climáticas 6. Impactes e vulnerabilidade às alterações climáticas e pressões sobre o meio hídrico: as modificações nos teores de água do solo, escoamento superficial e recarga Utilização de águas residuais tratadas ou Reutilização de água Utilização de águas residuais tratadas para qualquer finalidade que constitua um benefício socioeconómico

6 Métodos Não-Convencionais de obtenção de recursos hídricos Utilização de águas residuais tratadas ou Reutilização de água

7 Métodos Não-Convencionais de obtenção de recursos hídricos Alteração de fase/térmico Destilação por etapas múltiplas Destilação com efeito múltiplo Destilação por compressão de vapor Dessalinização da água do mar e águas salobras Separação por membranas Osmose Inversa Nanofiltração Electrodiálise No Mundo Na Europa Em Portugal

8 Métodos Não-Convencionais de obtenção de recursos hídricos Outros métodos não-convencionais Categoria Subcategoria Nível de tratamento Uso exterior Jardins, limpeza de ruas Plantações Nenhum Nenhum Uso industrial Para arrefecimento Limpeza de chão e máquinas Filtração de partículas Filtração de partículas 1. Colheita da água da chuva Uso interior, não potável Uso interior, potável Casa de banho Lavagem de roupa Para produção Para consumo Filtração e desinfecção Filtração e desinfecção Barreiras múltiplas Barreiras múltiplas Recarga artificial de aquíferos Necessidade de uma avaliação de impactos 2. Transporte de água por meios não-convencionais 3. Obtenção de água por recolha de gelo dos Icebergs

9 1. Objectivo do segundo relatório temático 2. Métodos Não-Convencionais de obtenção de recursos hídricos 3. Recarga artificial de sistemas aquíferos 4. Ensaios de traçadores 5. Modelação das alterações climáticas à escala regional/recarga de aquíferos em cenários de alterações climáticas 6. Impactes e vulnerabilidade às alterações climáticas e pressões sobre o meio hídrico: as modificações nos teores de água do solo, escoamento superficial e recarga A recarga artificial de sistemas aquíferos é, por definição, a introdução artificial, e intencional, de água num sistema aquífero. Este processo pode ter o propósito de aumentar a quantidade de água disponível num sistema aquífero e/ou melhorar a qualidade da água subterrânea, contribuindo para uma boa gestão de recursos hídricos.

10 p2 Recarga artificial de sistemas aquíferos Técnicas de recarga artificial Superficiais Design of two infiltration ponds in River Seco bed (Carreiros test site) - vertical section Em profundidade SOUTH Infiltration pond 1 Infiltration pond 2 20 m 20 m 2.5 m 2.5 m 2.5 m NORTH p1 p m 15 m 5 m 5 m 15 m 5 Na zona vadosa (métodos indirectos ) Na zona saturada (métodos directos ) vertical scale (m) Legend P1 Piezometer 1 = 13 m depth P2 Piezometer 2 = 41 m depth P3 Piezometer 3 = 20 m depth Distance between P1 and P2 = 25 m Distance between ponds and piezometers = 2.5 m Distance between two ponds = 5 m Depth of each pond = 7.5 m horizontal scale (m) SUL Bacia 1 Bacia 2 20 m 20 m 2.5 m 2.5 m 2.5 m NORTE river edge p1 Bacia 1 p Bacia 2 Bacia vertical scale (m) river edge 15 m 15 m 2.5 m 2.5 m 2.5 m 2.5 m P1Piezometer 1 = 13 m depth P2Piezometer 2 = 41 m depth P3Piezometer 3 = 20 m depth

11 Recarga artificial de sistemas aquíferos Projectos internacionais relevantes GABARDINE - Groundwater Artificial Recharge based on Alternative Sources of Water: Advanced Integrated Technologies and Management ASEMWATERNET Asia and European Multi-stakeholder and Scientific Platform on Water Resources Management AQUASTRESS - Mitigation of water stress through new approaches to integrating management, technical, economic and institutional instruments RECLAIMWATER- Water Reclamation Technologies for Safe Artificial Groundwater Recharge

12 Recarga artificial de sistemas aquíferos 1. Ensaios em noras GABARDINE 2. Ensaios de duas bacias no leito do Rio Seco ARTIFICIAL RECHARGE / INJECTION IN LARGE DIAMETER WELL Depth to water table (meters) in injection well Recorded values Observed values Injection periods 1st test (4h) Qi = 20m 3 /hour Infiltration rate = 0.25 m/d 2nd test (143h, 6 days) Qi = 20m 3 /hour Infiltration rate = 1.18 m/d Mar 00:00 06-Mar 00:00 07-Mar 00:00 08-Mar 00:00 09-Mar 00:00 10-Mar 00:00 11-Mar 00:00 12-Mar 00:00 13-Mar 00:00 14-Mar 00:00 15-Mar 00:00

13 Recarga artificial de sistemas aquíferos GABARDINE monitoring well 3. Ensaios em bacias com diferentes profundidade Red clayed sands (Plio- Quaternary) Brown sands Zona Vadosa Zona saturada 24 Fine yellow sands (Miocene) 30 Trendline - infiltration rate vs soil type Nora 1/3 Infiltration Rate (m/d) % sand bacia 1 bacia 2 bacia 3 bacia do leito do rio Expon. (Series1) y = 6E-06e x R 2 =

14 Recarga artificial de sistemas aquíferos Resultados do GABARDINE Nível hidráulico da água de recarga vs taxa de recarga In filtration Rate (m 3/d) Infiltration rate vs hydraulic head Hidraulic Head (m) Nora 1/1 Nora 1/2 Nora 1/3 LNEC 6 (furo de injecção)/1 LNEC 6 (furo de injecção)/2 bacia 1 (1000 m2) bacia 2 (80 m2) bacia 3 (60 m2) bacia do leito do rio lnec6 nora Linear (lnec6) Linear (nora)

15 Recarga artificial de sistemas aquíferos Recarga artificial com água residual tratada Bacias de recarga artificial com água residual tratada na Tunísia (igualmente um objecto de estudo no projecto de cooperação cientifica Portugal-Tunísia I e II) Parâmetro Recarga directa Recarga indirecta profunda Recarga em superfície Tipo de aquífero Confinado e livre Livre Livre Local de recarga Zona saturada Zona vadosa Zona vadosa Tipo de tratamento (ETAR) Secundário, terciário e de afinação Secundário Pelo menos secundário (depende da zona vadosa) Manutenção Desinfecção e rebaixamento de nível Remoção de lamas e de vegetação morta Limpeza e desinfecção Fonte: Dillon et al. (2009)

16 1. Objectivo do segundo relatório temático 2. Métodos Não-Convencionais de obtenção de recursos hídricos 3. Recarga artificial de sistemas aquíferos 4. Ensaios de traçadores 5. Modelação das alterações climáticas à escala regional/recarga de aquíferos em cenários de alterações climáticas 6. Impactes e vulnerabilidade às alterações climáticas e pressões sobre o meio hídrico: as modificações nos teores de água do solo, escoamento superficial e recarga Funções dos traçadores: Definir os limites de bacias hidrogeológicas; Determinar a velocidade do escoamento; Simular situações de poluição (derrames, contaminações ou migrações); Calcular, através da diluição, o caudal de pequenas linhas de água. Tipo de traçadores: químicos, fluorescentes, isotópicos, e biológicos Legenda: t 0 Tempo zero, momento da injecção t max Tempo até à chegada da concentração máxima de concentrador, C max V max Velocidade de escoamento máxima, calculada usando T max (não consta na imagem) t L Tempo da primeira chegada do traçador. Depende da técnica utilizada e do método de detecção t T Tempo final (quando já não se detecta traçador) Fonte: Rossi (1994)

17 Ensaios de traçadores Traçador: NaCl

18 Ensaios de traçadores Traçador: bacteriófagos marinhos 1º Ensaio: Março 2006 Inserção de 5,4 x 10 9 partículas fágicas por ml e 9000 L água (furo 595/212) Inicio da análise no ponto 2D foi feita 59 horas após a inserção -> Não detectado o traçador ao longo do tempo Inicio da análise nas nascentes a Oeste foi feita 123 horas, 143 horas e 168 horas após a inserção -> Só se detectou o traçador no ponto 595/271 ao fim de 11 dias Fonte: Reis et al. (2007) 2º Ensaio: Junho de 2006 Inserção igual ao 1º ensaio Inicio da análise no ponto 2D foi imediata, sendo seguidamente feita de forma horária -> Não detectado o traçador ao longo do tempo Igual medição no ponto 3A -> Não detectado o traçador ao longo do tempo

19 1. Objectivo do segundo relatório temático 2. Métodos Não-Convencionais de obtenção de recursos hídricos 3. Recarga artificial de sistemas aquíferos 4. Ensaios de traçadores 5. Modelação das alterações climáticas à escala regional/recarga de aquíferos em cenários de alterações climáticas 6. Impactes e vulnerabilidade às alterações climáticas e pressões sobre o meio hídrico: as modificações nos teores de água do solo, escoamento superficial e recarga Modelação climática/downscaling (projecto GABARDINE) Downscaling estatístico Downscaling dinâmico Regressão linear múltipla a partir dos Tipos de Circulação (MLRct) Artificial Neural Networks (ANN) Downscaling estatístico para São Brás de Alportel Fonte: Maheras et al. (2009)

20 Modelação das alterações climáticas à escala regional/recarga de aquíferos em cenários de alterações climáticas Downscaling dinâmico para São Brás de Alportel Fonte: Maheras et al. (2009)

21 Modelação das alterações climáticas à escala regional/recarga de aquíferos em cenários de alterações climáticas Modelação da Incerteza da Precipitação Para as zonas de Lagos e Picota foi realizada uma caracterização da precipitação, definindo-se o Regime de Precipitação Mais Espectável (MERR) e a Incerteza dos Regimes de Precipitação (RRU). Este estudo foi realizado por Kutiel et al. (2006) e Kutiel et al. (2009b), no âmbito do Projecto GABARDINE. A descrição do regime de precipitação anual incluiu: TOTAL = Precipitação total acumulada para todos os eventos de precipitação de uma duração (em dias) específica. Mediana de TOTAL que para Lagos foi de 544,4 mm. SAR = Precipitação acumulada diária para cada dia do calendário juliano, um limiar mínimo de precipitação e diferentes probabilidades. SAP = Percentagem acumulada diária para cada dia do calendário juliano, um limiar mínimo de precipitação e diferentes probabilidades. mm SAR para Lagos SAP para Lagos

22 Modelação das alterações climáticas à escala regional/recarga de aquíferos em cenários de alterações climáticas Análise de Clusters Objectivo: identificar as ocorrências anuais de acumulações de precipitação, considerando a quantidade, altura de ocorrência e extensão de cada cluster O Cluster 1 (azul) que representa a mediana de todos os parâmetros tem a maior probabilidade de ocorrência de 1 vez a cada 2 anos. O Cluster 2 (vermelho) que representa uma mediana do parâmetro TOTAL, uma extensão mediana da extensão da época de precipitação (RSL) e uma DAP precoce tem probabilidade de ocorrência de 1 vez em cada 5 anos. O Cluster 3 (verde) que representa uma mediana de TOTAL. Médio RSL e uma DAP tardia tem probabilidade de ocorrência de 1 vez em cada 10 anos. O Cluster 4 (laranja), que representa um TOTAL de ano seco, logo RSL e DAP tardia tem probabilidade de ocorrência de 1 vez em cada 12 anos Incertezas dos Parâmetros dos Regimes de Precipitação e Clusters para Lagos

23 1. Objectivo do segundo relatório temático 2. Métodos Não-Convencionais de obtenção de recursos hídricos 3. Recarga artificial de sistemas aquíferos 4. Ensaios de traçadores 5. Modelação das alterações climáticas à escala regional/recarga de aquíferos em cenários de alterações climáticas 6. Impactes e vulnerabilidade às alterações climáticas e pressões sobre o meio hídrico: as modificações nos teores de água do solo, escoamento superficial e recarga As pressões das alterações climáticas sobre os aquíferos podem ser diferentes consoante o tipo de aquíferos envolvidos: Aquíferos confinados cuja recarga se faz apenas nas restritas zonas de afloramento (Zonas de Recarga) e portanto a renovação dos seus recursos estará totalmente dependente dos regimes de precipitação nas zonas de recarga. Aquíferos freáticos em zonas semi-áridas ao ficarem sujeitas a regimes de maior seca e variabilidade das precipitações e às alterações do balanço entre precipitação e evapotranspiração, reduzir-se-á a disponibilidade em recursos hídricos subterrâneos. Ao mesmo tempo, tenderá a haver um aumento da sua exploração. Aquíferos costeiros estando sujeitos à possibilidade de intrusão salina poderão tornar-se mais vulneráveis a este processo, em especial em zonas semi-áridas, devido à subida do nível do mar, redução das precipitações, aumento da sua variabilidade e o expectável aumento das extracções de águas subterrâneas. O número de eventos extremos tende a aumentar, embora tal dependa fortemente do tipo de cenário utilizado e, em especial, da contabilização do efeito dos aerossóis por parte dos modelos climáticos Períodos de retorno para 10 e 100 anos de intensidade-duração-frequência para os cenários HADCM2SUL Fonte: Burlando e Rosso (2002a)

24 Impactes e vulnerabilidade às alterações climáticas e pressões sobre o meio hídrico: as modificações nos teores de água do solo, escoamento superficial e recarga Um decréscimo substancial dos recursos médios disponíveis Uma descida generalizada do escoamento, e muito em particular do escoamento subsuperficial, o qual é particularmente sensível às variações de precipitação e de temperatura

25 Impactes e vulnerabilidade às alterações climáticas e pressões sobre o meio hídrico: as modificações nos teores de água do solo, escoamento superficial e recarga Em termos de qualidade: Concentrações de nutrientes em função do caudal no Rio Meuse. Fonte: Vliet e Zwolsman (2008)

26 Impactes e vulnerabilidade às alterações climáticas e pressões sobre o meio hídrico: as modificações nos teores de água do solo, escoamento superficial e recarga Alterações da recarga para diferentes cenários de alteração climática em zona de floresta alpina Cenário ACACIA Temperatura (ºC) Precipitação (%) Recarga (%) B1-low + 1,4 0-3,0 ** A1-high + 4,65-1,3 * - 7,5 ** Variação das percentagens de recarga para diferentes cenários de alteração climática num aquífero costeiro em zona semi-árida mediterrânica Cenários IPPC Temperatura (ºC) Subida do Nível do Mar (m) Precipitação (%) Recarga (%) B1 + 1,1 0,18-6% - 9% A1B + 2,8 0,35-12% - 19% A1F1 +6,4 0,59-47% - 47% Diferenças ente os níveis de água entre as condições actuais e a) cenário futuro , b) cenário futuro

27 Finalmente o FIM Obrigado pela vossa atenção!