Avaliação de Infiltração em Drenagem Urbana Recorrendo a ... · Agradecimentos Gostaria de...

Avaliação de Infiltração em Drenagem Urbana

Recorrendo a Métodos Convencionais

e não Convencionais

Aplicação ao Caneiro de Alcântara, em Lisboa

Vera de Almeida Trigueiros Rodrigues

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em

Engenharia Civil

Júri

Presidente: Prof. António Alexandre Trigo Teixeira

Orientador: Prof. José Manuel de Saldanha Gonçalves Matos

Orientador: Eng.º Pedro Ricardo Neto Póvoa

Vogal: Prof.ª Rita Sofia Dias Salgado Brito

Vogal: Prof.ª Filipa Maria Santos Ferreira

Novembro 2013

Agradecimentos

Gostaria de fazer um breve agradecimento a todas as pessoas que tornaram possível a realização

desta dissertação, assim como a conclusão do grau de Mestre em Engenharia Civil.

Agradeço ao meu orientador, Professor José Saldanha Matos, pela supervisão deste trabalho, pelo

conhecimento científico que me foi transmitindo e principalmente pela constante disponibilidade e

motivação. Agradeço ainda às pessoas da Secção de Hidráulica e Recursos Hídricos e Ambientais do

Instituto Superior Técnico que acompanharam e auxiliaram o meu trabalho ao longo dos últimos

meses, nomeadamente à Professora Filipa Ferreira e à Engª. Rita Matos.

À empresa SIMTEJO, em especial ao Eng.º Pedro Póvoa, coorientador desta dissertação, e à

Engª. Susana Almeida, por tornarem possível a aplicação deste tema a um caso de estudo real, pelo

esclarecimento de questões práticas, acesso a dados, entre outras facilidades. Agradeço ainda à

Engª. Vanda Barroso e ao colega Nuno Pimentel, pelo interesse e preciosa colaboração ao longo da

campanha de amostragem, assim como a todos os outros colegas e funcionários da SIMTEJO que a

tornaram possível.

Agradeço aos meus amigos e aos meus colegas de curso, que se foram também tornando amigos ao

longo deste cinco anos. Agradeço-lhes todo o companheirismo e confiança.

Por fim mas não menos importante, agradeço à minha família. Aos meus pais, por terem sempre

investido na minha formação pessoal e académica e por me terem incutido a vontade de fazer

sempre o meu melhor. À minha irmã Mariana, pela amizade.

Resumo

A infiltração de águas subterrâneas em coletores aumenta os custos de manutenção dos sistemas de

drenagem urbana e compromete a sua gestão sustentável. Nas últimas duas décadas foram

desenvolvidos diversos métodos destinados ao estudo e quantificação deste fenómeno. Na maioria

dos países têm-se aplicado métodos convencionais, baseados na análise de caudais ou na diluição

de determinados poluentes no caudal total. No entanto, e em particular no contexto europeu, têm sido

desenvolvidos e aplicados métodos inovadores para estimar a infiltração, baseados na análise de

razões isotópicas ou na construção de modelos de simulação. Na presente dissertação apresenta-se

uma abordagem metodológica que, aliando métodos convencionais e não convencionais, permite

estimar a infiltração em sistemas de drenagem urbana. São propostos três modelos que possibilitam

a análise deste fenómeno para diferentes níveis de acesso a dados e de rigor nos resultados. Os

modelos de nível I e nível II foram aplicados ao caso de estudo da Zona Alta da bacia de drenagem

de Alcântara, em Lisboa. Apesar de só terem sido analisados períodos de tempo seco, estima-se que

o caudal de infiltração no Caneiro de Alcântara é, nessas condições, de cerca de 0.30 m3/s, o que

corresponde a aproximadamente 35% do caudal médio de águas residuais em tempo seco

(excluindo, naturalmente, a infiltração).

Palavras-chave: Afluências indevidas, águas residuais, drenagem urbana, infiltração, razão

isotópica.

Abstract

The success in urban sewer systems management depends on the knowledge about the quality and

quantity of effluents that drain into pipes and eventually get to the wastewater treatment facilities. Over

the last two decades, several authors studied this phenomenon and some quantification methods

were developed. Traditional methods, based on flow rates evaluation or on the analysis of certain

pollutants’ dilution, are the most commonly used. Nevertheless, innovative approaches have been

developed and applied, particularly in Europe. These non-traditional methods are based on the

analysis of isotopic ratios or on computational models, for example. This dissertation presents an

approach to assess infiltration in urban sewer systems, by combining traditional and non-traditional

methods. The mentioned approach is based on a three level methodology in which each level requires

different input data and, depending on that, provides an outcome with a higher or lower degree of

precision. Level I and Level II methods were successfully applied to the northern part of Alcântara’s

urban basin, in Lisbon. Considering that only dry weather periods were studied, results show that the

infiltration in Alcântara’s major trunk sewer is likely to be 0.30 m3/s, which corresponds to

approximately 35% of the dry weather wastewater flow (excluding infiltration).

Keywords: Infiltration, I/I (infiltration and inflow), isotopic ratio, urban sewers, wastewater.

i

Índice

1. Introdução ........................................................................................................................................ 1

1.1. Enquadramento e relevância do tema .................................................................................... 1

1.2. Objetivos da dissertação ......................................................................................................... 2

1.3. Estrutura da dissertação .......................................................................................................... 3

2. Afluências indevidas em sistemas de drenagem ............................................................................ 5

2.1. Considerações iniciais ............................................................................................................. 5

2.2. Ciclo urbano da água .............................................................................................................. 5

2.3. Sistemas de drenagem urbana ............................................................................................... 6

2.4. Componentes do caudal em redes de drenagem ................................................................... 7

2.5. Composição típica de águas residuais .................................................................................. 10

3. Estado da arte ............................................................................................................................... 13

3.1. Considerações iniciais ........................................................................................................... 13

3.2. Aspetos regulamentares ........................................................................................................ 13

3.3. Métodos analíticos ................................................................................................................. 14

3.3.1. Métodos convencionais ..................................................................................................... 15

3.3.1.1. Métodos de análise de caudal ....................................................................................... 15

3.3.1.2. Métodos químicos.......................................................................................................... 18

3.3.2. Métodos não convencionais: método dos isótopos ........................................................... 22

3.4. Modelos de simulação ........................................................................................................... 27

4. Proposta de abordagem metodológica para estimativa da infiltração .......................................... 33


4.2. Modelo de nível I ................................................................................................................... 34

4.3. Modelo de nível II .................................................................................................................. 36

4.3.1. Notas iniciais ...................................................................................................................... 36

4.3.2. Descrição do modelo ......................................................................................................... 37

4.4. Sistema de modelos de nível III ............................................................................................ 41

4.4.1. Considerações iniciais ....................................................................................................... 41

4.4.2. Modelo de infiltração na rede de drenagem ...................................................................... 42

4.4.3. Submodelo hidrológico ...................................................................................................... 45

4.4.4. Submodelo de afluências em tempo seco ........................................................................ 47

4.4.5. Submodelo hidráulico do sistema de drenagem ............................................................... 48

4.4.6. Submodelo do aquífero ..................................................................................................... 49

4.5. Considerações finais ............................................................................................................. 50

5. Descrição do caso de estudo do Caneiro de Alcântara ................................................................ 53

5.1. Enquadramento geral ............................................................................................................ 53

5.2. Clima e relevo ........................................................................................................................ 55

ii

5.3. Geologia ................................................................................................................................ 57

5.4. Hidrologia e ocupação do solo .............................................................................................. 59

5.5. População servida e capitações ............................................................................................ 64

5.6. Rede de drenagem ................................................................................................................ 66

6. Avaliação de infiltração no sistema de Alcântara .......................................................................... 71


6.2. Aplicação do modelo de nível I.............................................................................................. 71


6.2.2. Estimativa da infiltração ..................................................................................................... 74

6.3. Aplicação do modelo de nível II............................................................................................. 76


6.3.2. Descrição da campanha de recolha de amostras ............................................................. 77

6.3.2.1. Locais e número de amostras ....................................................................................... 77

6.3.2.2. Procedimentos de recolha de amostras ........................................................................ 78

6.3.3. Apresentação e análise de resultados .............................................................................. 80

6.3.3.1. Notas iniciais .................................................................................................................. 80

6.3.3.2. Análise por ponto de medição ....................................................................................... 80

6.3.3.3. Análise por fonte de água .............................................................................................. 82

6.3.3.4. Estimativa da infiltração no Caneiro de Alcântara ......................................................... 83

6.4. Potencialidade da aplicação do sistema de modelos de nível III .......................................... 89

6.5. Análise de resultados ............................................................................................................ 90

7. Conclusões e perspetivas de trabalhos futuros ............................................................................ 93

Referências Bibliográficas ..................................................................................................................... 95

Anexos

iii

Índice de figuras do texto

Figura 2.1: Representação esquemática do ciclo urbano da água [www.aguasdivertidas.ccems.pt]. ... 5

Figura 2.2: Esquema ilustrativo de um sistema de drenagem unitário. .................................................. 6

Figura 2.3: Identificação gráfica das afluências indevidas. Adaptada de Metcalf & Eddy (2004). ......... 9

Figura 3.1: Aplicação do método do triângulo para a separação das parcelas de água residual,

infiltração e escoamento superficial na ETAR de Mirandela (Amorim 2007). ....................................... 17

Figura 3.2: Separação dos hidrogramas obtidos em duas bacias de drenagem na Suíça, onde foi

aplicado o método das séries temporais de cargas poluentes (Kracht e Gujer 2004). ........................ 20

Figura 3.3: Comparação entre os resultados do modelo matemático de simulação de CQO com os

resultados reais medidos numa campanha pontual (Kracht e Gujer 2004). ......................................... 21

Figura 3.4: Volumes de infiltração estimados pelos métodos do Quadro 3.2 nas diversas sub-bacias

estudadas por De Bénédittis e Bertrand-Krajewski (2004a). ................................................................ 22

Figura 3.5: Variações da razão 18

O em águas naturais. Adaptada de Schilperoort (2004). ............... 24

Figura 3.6: Valores de 18

O medidos na bacia de Ecully (Lyon) em 12 e 13 de Março de 2003.

Adaptada de De Bénédittis e Bertrand-Krajewski (2004b). ................................................................... 25

Figura 3.7: Composição de um hidrograma diário usando o método dos isótopos. Adaptada de De

Bénédittis e Bertrand-Krajewski (2004b). .............................................................................................. 26

Figura 3.8: Caracterização isotópica e decomposição do hidrograma diário nas suas componentes

básicas: águas residuais e infiltração (Kracht e Gujer 2004). ............................................................... 27

Figura 3.9: Simulação feita para um caso de estudo, onde se mostra que a existência do sistema de

drenagem tem uma influência expressiva no nível freático. Adaptada de Gustafsson (2000). ............ 29

Figura 3.10: Representação esquemática da secção transversal considerada por um modelo

tridimensional de infiltração (Karpf e Krebs 2012). ............................................................................... 30

Figura 3.11: Taxa de infiltração, carga hidráulica e condutividade do meterial de aterro, obtidas

através de simulações no progama MODFLOW (Karpf e Krebs 2012). ............................................... 30

Figura 3.12: Influência da área e da forma dos orifícios da tubagem no processo de infiltração.

Adaptada de Karpf e Krebs (2012). ....................................................................................................... 31

Figura 4.1: Quadro-resumo de cada nível da metodologia proposta para a estimativa da infiltração.. 33

Figura 4.2: Mapa com a identificação dos locais de recolha de amostras para medição da análise

isotópica, elaborado para a bacia de Yzeron (França). Adaptada de De Bénédittis e Bertrand-

Krajewski (2004a). ................................................................................................................................. 38

Figura 4.3: Representação esquemática do modelo de simulação (nível III). ...................................... 42

Figura 4.4: Representação simplificada de um caso em que ocorre infiltração (à esquerda) e outro em

que ocorre exfiltração (à direita). ........................................................................................................... 42

iv

Figura 4.5: Corte transversal de uma secção da tubagem onde pode ocorrer infiltração. ................... 43

Figura 4.6: Infiltração numa junta entre coletores [www.surrey.ca]. ..................................................... 43

Figura 4.7: Corte longitudinal de um troço de tubagem onde pode ocorrer infiltração. As secções S1 e

S2 são semelhantes ao representado na imagem anterior. ................................................................. 44

Figura 4.8: Representação esquemática do submodelo hidrológico (inputs, base de dados e outputs).

............................................................................................................................................................... 47

Figura 4.9: Representação esquemática do submodelo de afluências em tempo seco (inputs, base de

dados e outputs). ................................................................................................................................... 47

Figura 4.10: Representação esquemática do submodelo hidráulico do sistema de drenagem (inputs,

base de dados e outputs). ..................................................................................................................... 49

Figura 4.11: Representação esquemática do submodelo do aquífero (inputs, base de dados e

outputs). ................................................................................................................................................. 49

Figura 4.12: Principais dados e respetivos materiais de recolha necessários à aplicação de cada

nível. ...................................................................................................................................................... 51

Figura 5.1: Sistema de Alcântara: Zona Alta e Zona Baixa (que inclui as zonas de Algés-Alcântara e

Terreiro do Paço-Alcântara). Retirado de Galvão et al. (2006)............................................................. 54

Figura 5.2: Infografia referente ao sistema de abastecimento de água da EPAL (Jornal Público 2012).

............................................................................................................................................................... 55

Figura 5.3: Modelo digital de terreno da Zona Alta da bacia de Alcântara. .......................................... 56

Figura 5.4: Mapa geológico da Zona Alta da bacia de Alcântara. ........................................................ 57

Figura 5.5: Localização de alguns dos pontos de captação com maiores profundidades inventariados

em Ribeiro et al. (2010) e que intersectam formações geológicas presentes na bacia em estudo. .... 60

Figura 5.6: Relação entre os valores médios do nível hidrostático e as formações geológicas

aflorantes. .............................................................................................................................................. 62

Figura 5.7: Complexos hidrológicos identificados no município de Lisboa ........................................... 62

Figura 5.8: Uso do solo no Concelho de Lisboa (ENGIDRO e HIDRA 2007a). .................................... 63

Figura 5.9: Zonas verdes, edificadas e vias de comunicação existentes na bacia em estudo. ........... 64

Figura 5.10: Previsões de população para o concelho de Lisboa, segundo o PGDL (2006): citado por

ENGIDRO e HIDRA (2007a). ................................................................................................................ 64

Figura 5.11: Densidades populacionais médias por quarteirão da BGRI, segundo os dados do Censos

2001 (ENGIDRO e HIDRA 2007a). ....................................................................................................... 65

Figura 5.12: Imagem ilustrativa da cobertura exterior da ETAR de Alcântara [www.adp.pt]. ............... 66

Figura 5.13: Representação esquemática dos ramos principais do Caneiro de Alcântara. Adaptada de

ENGIDRO e HIDRA (2007a). ................................................................................................................ 67

v

Figura 5.14: Caneiro da Falagueira ....................................................................................................... 68

Figura 5.15: Caneiro da Damaia ........................................................................................................... 68

Figura 5.16: Secção Tipo Caneiro. ........................................................................................................ 68

Figura 5.17: Pormenor do autocarro caído no interior do Caneiro........................................................ 69

Figura 5.18: Abatimento do Caneiro no Bairro da Liberdade ................................................................ 69

Figura 5.19: Confluência entre o ramo de Campolide Benfica e o Ramal Av. Novas. ......................... 70

Figura 5.20: Aqueduto da Estação C.P. (Campolide). .......................................................................... 70

Figura 5.21: Quedas no interior do Caneiro, junto à Estrada Militar. .................................................... 70

Figura 5.22: Rampa sob a estação de Campolide. ............................................................................... 70

Figura 5.23: Soleira abatida na zona de Campolide. ............................................................................ 70

Figura 5.24: Assoreamento do Caneiro na Rua Garridas. .................................................................... 70

Figura 5.25: Perfis do projeto do Caneiro de Alcântara (secção tipo Caneiro). Adaptada de ENGIDRO

e HIDRA (2007a). .................................................................................................................................. 70

Figura 6.1: Localização em planta do ponto de medição ALC200 e da ETAR de Alcântara

[GoogleEarth]. ....................................................................................................................................... 71

Figura 6.2: Padrão diário do caudal médio de 15 minutos, na secção ALC200. .................................. 73

Figura 6.3: Distribuição dos caudais mínimos diários, por hora. .......................................................... 73

Figura 6.4: Padrões diários mensais do caudal médio de 15 minutos e padrão anual, na secção

ALC200. ................................................................................................................................................. 74

Figura 6.5: Localização dos pontos de recolha de amostras na bacia. ................................................ 78

Figura 6.6: Recolha de uma amostra para análise de isótopos no ponto AF1. .................................... 79

Figura 6.7: Medição com a sonda paramétrica no ponto AP1. ............................................................. 79


O medidos no ponto AF2, ao longo dos dias 22, 23 e 24 de Julho. ............ 81


O medidos no ponto AF3, ao longo dos dias 22, 23 e 24 de Julho. ............ 81


O medidos no ponto AP1, ao longo dos dias 22, 23 e 24 de Julho. .......... 81


O medidos no ponto AP2, ao longo dos dias 22, 23 e 24 de Julho. .......... 81


O medidos na secção CANETAR, ao longo dos dias 22, 23 e 24 de Julho.

............................................................................................................................................................... 81

Figura 6.13: Comparação dos valores de 18

O medidos nas duas fontes de água freática nos dias 22,

23 e 24 de Julho de 2013. ..................................................................................................................... 82


O medidos nas duas fontes de água potável nos dias 22,

23 e 24 de Julho de 2013, e respetivo valor médio. ............................................................................. 83

vi


O medidos na secção CANETAR, e valores médios de referência para

águas residuais e infiltração. ................................................................................................................. 84

Figura 6.16: Relação entre o caudal padrão na secção ALC200 e os caudais de infiltração medidos

nos dias 22, 23 e 24 de Julho (2013). ................................................................................................... 85

Figura 6.17: Contribuição das componentes de infiltração e água residual para o caudal total que aflui

à secção CANETAR. No eixo horizontal apresenta-se a hora e, entre parentises, o dia de Julho em

que foi feita a medição. ......................................................................................................................... 87

Figura 6.18: Hidrograma que mostra a contribuição das componentes de infiltração e águas residuais

para o caudal total que aflui à secção CANETAR. ............................................................................... 87

Figura 6.19: Caudais de infiltração medidos na secção CANETAR em diversos instantes dos dias 22,

23 e 24 de Julho (2013), valor médio e limites superior e inferior. ....................................................... 89

Índice de quadros do texto

Quadro 2.1: Principais componentes dos sistemas de drenagem urbanos ............................................ 7

Quadro 2.2:Tipos de afluências indevidas, segundo Metcalf & Eddy (2004). ........................................ 8

Quadro 2.3: Classificação das componentes das afluências indevidas segundo a origem de água. .... 9

Quadro 2.4: Características e parâmetros dos constituintes das águas residuais. Adaptado de Metcalf

& Eddy (2004). ....................................................................................................................................... 10

Quadro 2.5: Fatores que tipicamente influenciam as características água em sistemas de drenagem

unitários. ................................................................................................................................................ 11

Quadro 2.6: Alguns parâmetros da composição típica de águas residuais domésticas. Adaptado de

Metcalf & Eddy (2004). .......................................................................................................................... 11

Quadro 3.1: Valores de infiltração propostos em várias fontes bibliográficas. Adaptado de Cardoso et

al. (2004)................................................................................................................................................ 14

Quadro 3.2: Alguns métodos convencionais para estimar a infiltração (De Bénédittis e

Bertrand-Krajewski 2004a). ................................................................................................................... 22

Quadro 4.1: Classificação e descrição da função de cada submodelo de nível III............................... 41

Quadro 5.1: Média da temperatura média mensal em Lisboa, medida no Geofísico entre 1981 e 2010

(previsto), Instituto Português do Mar e Atmosfera (2013). .................................................................. 55

Quadro 5.2: Levantamento das formações geológicas intersectadas pela área da bacia em estudo. 57

Quadro 5.3: Correspondência entre as formações geológicas aflorantes e a profundidade das várias

captações de água subterrânea da área Metropolitana de Lisboa, na década de 40. Adaptado de

Ribeiro et al. (2010). .............................................................................................................................. 60

vii

Quadro 5.4: Classes de produtividade e níveis hidrostáticos das principais formações geológicas

aflorantes na bacia em estudo. Adaptado de Ribeiro et al. (2010). ...................................................... 61

Quadro 5.5: Coeficientes do método racional (Galvão et al. 2006). ..................................................... 63

Quadro 5.6: Populações totais segundo o PGDL (2006) e respetivas taxas geométricas de evolução.

Adaptado de ENGIDRO e HIDRA (2007a). ........................................................................................... 65

Quadro 5.7: Previsões de crescimento da população na Zona Alta da bacia de Alcântara. ................ 65

Quadro 6.1: Divisão do número de dias de tempo húmido, seco-transição e seco na bacia em estudo,

para o período em análise. .................................................................................................................... 72

Quadro 6.2: Valores mínimo, máximo e médio do caudal total de tempo seco adotados para a bacia

de Alcântara. ......................................................................................................................................... 74

Quadro 6.3: Caudal médio de águas residuais, fator de infiltração e fator de ponta máximo para a

situação hipotética de o caudal infiltrado ser igual ao caudal mínimo. ................................................. 75

Quadro 6.4: Resultados da aplicação do nível I ao caso de estudo do Caneiro de Alcântara. ............ 75

Quadro 6.5: Identificação dos locais de medição da campanha de 22 a 24 de Julho (2013). ............. 78

Quadro 6.6: Relação entre os pontos de medição e a nomenclatura usada na aplicação ao método

dos isótopos. ......................................................................................................................................... 83

Quadro 6.7: Parâmetros utilizados na aplicação do nível II à secção CANETAR e resultados obtidos

para cada instante de recolha de amostras na referida secção. .......................................................... 86

Quadro 6.8: Valores médios do caudal total, caudal de infiltração e caudal de águas residuais e

frações de infiltração obtidos pela metodologia de nível II, na secção CANETAR............................... 88

ix

Índice de anexos

Anexo I: Análise de caudais de tempo seco na secção ALC200…………………………………… I.1

Anexo II: Definição do padrão de caudais de tempo seco na secção ALC200…………………… II.1

Anexo III. Estimativa da população servida pelo sistema da Zona Alta da bacia de Alcântara…. III.1

Anexo IV: Planeamento da campanha de recolha de amostras para análise isotópica: 22 a 24

de Julho de 2013………………………………………………………………………………………….

HH

IV.1

Anexo V: Resultados da campanha de recolha de amostras para análise isotópica: 22 a 24 de

Julho de 2013……………………………………………………………………………………………..

HH

V.1

Índice de figuras em anexo

Figura A I-1: Hidrograma de Julho, 2012 ............................................................................................. I.3

Figura A I-2: Hidrograma de Agosto, 2012........................................................................................... I.3

Figura A I-3: Hidrograma de Setembro, 2012 ...................................................................................... I.3

Figura A I-4: Hidrograma de Outubro, 2012 ......................................................................................... I.3

Figura A I-5: Hidrograma de Novembro, 2012 ..................................................................................... I.4

Figura A I-6: Hidrograma de Dezembro, 2012 ..................................................................................... I.4

Figura A I-7: Hidrograma de Janeiro, 2013. ......................................................................................... I.4

Figura A I-8: Hidrograma de Fevereiro, 2013....................................................................................... I.4

Figura A I-9: Hidrograma de Março, 2013. ........................................................................................... I.4

Figura A I-10: Padrão diário de tempo seco em cada mês (Abordagem I). .......................................... I.5

Figura A I-11:Padrão diário de tempo seco (Abordagem I). ................................................................. I.6

Figura A I-12: Padrão diario de tempo seco em cada mês (Abordagem II). ......................................... I.6

Figura A I-13:Padrão diário de tempo seco (Abordagem II). ................................................................ I.7

Figura A I-14: Padrão diário de tempo seco em cada mês (Abordagem III). ........................................ I.8

Figura A I-15:Padrão diário de tempo seco (Abordagem III). ............................................................... I.9

Figura A I-16:Comparação das três abordagens usadas. .................................................................... I.9

Figura A I-17:Comparação das três abordagens usadas, considerando o caudal horário como a média

dos valores medidos na hora anterior. ................................................................................................ I.10

Figura A III-1: Software ArcMap – Representação da BGRI 1106 e BGRI 1115 (relativas aos

concelhos de Lisboa e Amadora, respetivamente). ............................................................................ III.2

x

Figura A III-2: Software ArcMap – Obtenção da área das freguesias da Amadora intersectadas pela

bacia. ................................................................................................................................................... III.2

Figura A IV-1: Localização dos pontos de recolha de amostras na bacia, em planta. ....................... IV.3

Figura A V-1: Recolha no local AP1 ..................................................................................................... V.1

Figura A V-2: Medição de parâmetros no local AP1 ............................................................................ V.1

Figura A V-3: Caixa de visita no local AF1 ........................................................................................... V.1

Figura A V-4: Medição de parâmetros no local AF1 ............................................................................ V.1



Figura A V-7: Local AF3 ....................................................................................................................... V.1

Figura A V-8: Recolha de amostras no local AF3 ................................................................................ V.1

Figura A V-9: Recolha de água no local AF1 ....................................................................................... V.2

Figura A V-10: Recolha de água no local AF1 ..................................................................................... V.2

Figura A V-11: Recolha de água no local AP1 ..................................................................................... V.2

Figura A V-12: Recolha de amostra no local AP1 ................................................................................ V.2

Figura AV-13: Local AF2 (Jardim da Mina) .......................................................................................... V.2

Figura AV-14: Recolha de amostra no local AF2 ................................................................................. V.2

Figura AV-15: Recolha de água no local AF1 ...................................................................................... V.2

Figura AV-16: Medição de parâmetros no local AF1 ........................................................................... V.2

Figura AV-17: Resultados, em bruto, dos valores de 18

O medidos em cada local. .......................... V.6


O medidos no local CANETAR. .................. V.6

Figura AV-19: Comparação dos valores de medidos nas duas fontes de água freática nos dias

22, 23 e 24 de Julho de 2013, e respetivo valor médio. ...................................................................... V.7

Figura AV-20: Valores brutos de 18

O medidos no Caneiro de Alcântara, e médias diárias das águas

potáveis e águas freáticas, em cada dia. ............................................................................................. V.7

Figura AV-21: Valores de 18

O registados no dia 22 de Julho de 2013 (excluindo o outlier). ............. V.8


O registados no dia 23 de Julho de 2013. ............................................. V.8


O registados no dia 24 de Julho de 2013. ............................................. V.8

Índice de quadros em anexo

Quadro A I-1: Análise mensal da precipitação. ..................................................................................... I.2

xi

Quadro A I-2: Número de dias de tempo húmido, seco de transição e seco, para Ttrans= 2 dias. ........ I.2

Quadro A I-3: Valores característicos de caudal de tempo seco em cada mês (Abordagem I). .......... I.5

Quadro A I-4: Caudal de tempo seco máximo, mínimo e médio (Abordagem I). ................................. I.6

Quadro A I-5: Valores característicos de caudal de tempo seco em cada mês (Abordagem II). ......... I.7

Quadro A I-6: Caudal de tempo seco máximo, mínimo e médio (Abordagem II). ................................ I.7

Quadro A I-7: Número de dias de tempo seco, seco-transição e húmido considerando Ttransição= 1 dia.

............................................................................................................................................................... I.8

Quadro A I-8: Valores característicos de caudal de tempo seco em cada mês (Abordagem III). ........ I.8

Quadro A I-9: Caudal de tempo seco máximo, mínimo e médio (Abordagem III). ............................... I.8

Quadro A I-10: Caudais máximos, mínimos e médios em cada mês, obtidos pelas diferentes

abordagens. ........................................................................................................................................... I.9

Quadro A II-1: Valores médios, mínimos e máximos do caudal registado na secção ALC200 do

Caneiro de Alcântara, entre Julho de 2012 e Junho de 2013. ............................................................. II.1

Quadro A II-2: Caudal de tempo seco mínimo, máximo e médio registado ao longo dos 208 dias

analisados. ........................................................................................................................................... II.2

Quadro A II-3: Caudal de tempo seco mínimo, máximo e médio registado em de cada mês. ............ II.2

Quadro A II-4: Frequência dos caudais mínimos e máximos registados a cada 15 minutos. ............. II.2

Quadro A III-1: Estimativa da população servida pelo sistema de Alcântara (norte), por concelho e

freguesia. ............................................................................................................................................. III.1

Quadro A IV-1: Características, localização e fotografia de três locais visitados no dia 1 de Março de

2013. .................................................................................................................................................... IV.2

Quadro A IV-2: Identificação dos locais de medição da campanha de 22 a 24 de Julho (2013). ...... IV.3

Quadro A IV-3: Lista de materiais e entidades responsáveis pelo seu fornecimento. ....................... IV.4

Quadro A IV-4: Procedimentos a adotar na recolha de amostras, em cada local. ............................. IV.4

Quadro A IV-5: Constituição das equipas 1 e 2. ................................................................................. IV.5

Quadro A IV-6: Número de amostras que se prevê recolher em cada local. ..................................... IV.6

Quadro A IV-7: horário de recolha de amostras, por dia e por equipa. .............................................. IV.8

Quadro A V-1: Resultados das medições com a sonda, CQO e em cada local e para cada

instante de recolha. .............................................................................................................................. V.3

Quadro A V-2: Razões isotópicas de cada amostra, por ordem cronológica (valores originais

fornecidos pelo SIIAF). ......................................................................................................................... V.5

Quadro A V-3: Valor médio da água potável e freática: em cada dia e nos três dias (média global). V.7

Quadro A V-4: Caudal infiltrado, caudal de águas residuais e caudal total (segundo o padrão). ....... V.9

xii

Quadro A V-5: Valores usados para construir o hidrograma que mostra a contribuição das

componentes de infiltração e águas residuais para o caudal total que aflui à secção CANETAR

(Figura 6.18). ........................................................................................................................................ V.9

Quadro A V-6: Fração de infiltração considerando a média global e a média diária dos valores de 18

O

de água potável e freática. ................................................................................................................... V.9

Quadro A V-7: Valores de referentes a cada origem de água, fração de infiltração e respetivo

erro. .................................................................................................................................................... V.10

Quadro A V-8: Comparação dos resultados obtidos usando como base o caudal médio padrão de

tempo seco (à esquerda) ou usando valores médios obtidos na campanha (à direita). ................... V.10

xiii

Lista de acrónimos

Sigla Significado

APUSS Assessing Infiltration and Exfiltration on the Performance of Urban Sewer Systems

(Projeto europeu)

ADIST Associação para o Desenvolvimento do Instituto Superior Técnico

BGRI Base Geográfica de Referenciação da Informação

CML Câmara Municipal de Lisboa

CBO Carência Bioquímica em Oxigénio

CQO Carência Química em Oxigénio

CP Comboios de Portugal

CVL Complexo Vulcânico de Lisboa

DHI Danish Hydraulic Institute (Dinamarca)

EPA Environmental Protection Agency (Estados Unidos da América)

ETA Estação de Tratamento de Água

ETAR Estação de Tratamento de Águas Residuais

EUA Estados Unidos da América

FCUL Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa

IST Instituto Superior Técnico

EN Norma Europeia

PGDL Plano Geral de Drenagem de Lisboa

PVC Policloreto de Vinilo (Polyvinyl Chloride)

PEAD Polietileno de Alta Densidade

SIMTEJO Saneamento Integrado de Municípios do Tejo e Trancão

SST Sólidos Suspensos Totais

SIIAF Stable Isotopes and Instrumental Analysis Facility

SMOW Standard Mean Oceanic Water

xiv

Lista de símbolos

Símbolo Significado Dimensões

Área da secção molhada pela água subterrânea [L2]

Área de infiltração [L2]

Capitação (por habitante) [L3T

-1]

Caudal de águas residuais (domésticas e industriais) [L3T

-1]

Caudal de águas residuais industriais [L3T-1]

Caudal de infiltração [L3T

-1]

Caudal médio de águas residuais [L3T-1]

Caudal teórico de águas residuais (domésticas e industriais) [L3T-1]

Caudal total de tempo seco [L3T

-1]

Caudal total médio registado em tempo seco [L3T-1]

Caudal total mínimo registado em tempo seco [L3T-1]

Coeficiente de infiltração (ou exfiltração) [T-1

]

Coeficiente de infiltração de Karpf et al. (2007) [LT-1]

Comprimento do trecho do coletor [L]

Concentração de um poluente na componente de águas residuais [ML-3

]

Concentração de um poluente na componente de infiltração [ML-3

]

Concentração total de um poluente [ML-3

]

Constante de recessão do caudal de infiltração [T-1

]

Desvio máximo entre as medições e o caudal total médio de tempo

seco [L3T-1]

Diâmetro da tubagem [L]

Diferença de pressão hidrostática [L]

Diferença entre a altura piezométrica da água subterrânea e a altura

de água no interior do coletor [L]

Distância média entre e o nível freático [L]

Erro relativo associado à fração de infiltração no caudal total [-]

Erro relativo associado à medição da razão isotópica em laboratório

[-]

Erro relativo associado ao caudal de infiltração [L3T-1]

xv

Símbolo Significado Dimensões

Escoamento superficial originado pela precipitação [LT-1

]

Evapotranspiração total na bacia [LT-1

]

Fator de ponta (máximo) [-]

Fator de ponta mínimo [-]

Fração de infiltração no caudal de águas residuais [-]

Fração de infiltração no caudal total [-]

Infiltração originada pela precipitação [LT-1

]

Isótopo de oxigénio de número de massa [-]

Magnitude inicial do caudal que não é constante no tempo [L3T-1]

Parcela do caudal de infiltração constante no tempo [L3T-1]

Perímetro molhado [L]

População [-]

Precipitação [LT-1

]

Razão isotópica [-]

Razão isotópica relativa à água de infiltração [-]

Razão isotópica relativa à água total que circula no Caneiro [-]

Razão isotópica relativa a águas residuais [-]

Taxa geométrica de evolução da população [-]

Tempo [T]

1

1. Introdução

1.1. Enquadramento e relevância do tema

A infiltração de águas subterrâneas em coletores urbanos constitui, em regra, uma preocupação

significativa das entidades gestoras de sistemas de drenagem. Para além de contribuir

consideravelmente para o aumento do custo de operação dos sistemas de drenagem e das Estações

de Tratamento de Águas Residuais (ETAR), a infiltração compromete a gestão urbana sustentável da

água a longo prazo.

A gestão eficaz dos sistemas de drenagem depende do controlo e monitorização dos caudais

descarregados na rede e do conhecimento das suas origens e pontos de entrada, pelo que é posta

em risco pela ocorrência de infiltrações. No Reino Unido, por exemplo, estima-se que os custos

associados à infiltração sejam da ordem de £1 M/m3/dia (Ellis 2001).

Segundo Sousa (2001), os caudais de infiltração dependem de fatores como a extensão da rede de

drenagem (principalmente nos troços em que os coletores estejam abaixo do nível freático), as

características hidrogeológicas do terreno e o tipo e estado de conservação do material dos coletores,

das juntas e das câmaras de visita.

Os problemas causados pela infiltração advêm principalmente do aumento do caudal total que circula

na rede de drenagem, provocado por este fenómeno. Em algumas cidades, o caudal de infiltração

pode atingir cerca de 100% do caudal de águas residuais domésticas (Cardoso et al. 2006). A

infiltração provoca a sobrecarga hidráulica dos sistemas e, em tempo de chuva, pode fazer com que

seja ultrapassada a capacidade máxima das ETAR. Em sistemas unitários, o aumento do caudal

pode contribuir para o extravasamento do sistema, para a ocorrência de cheias nas zonas urbanas e

consequente deterioração de infraestruturas urbanas. No caso de ser ultrapassada a capacidade da

ETAR, acresce o risco de descarga de efluentes não tratados em cursos de água naturais. O

aumento do volume de água nos coletores leva também à diminuição da temperatura e à diluição dos

poluentes, num fator que pode variar entre 1:1 e 1:3 (Ellis 2001). Assim, a eficiência dos tratamentos

biológicos nas ETAR fica comprometida, o que pode afetar a qualidade da água tratada e do meio

natural em que ela é descarregada.

O fenómeno de infiltração pode acelerar o envelhecimento dos coletores e pôr em risco a sua

estabilidade. No primeiro caso, devido à pressão que a água exerce nas fissuras das paredes (que

pode contribuir para o seu alargamento progressivo) e no segundo caso, porque o material de aterro

que envolve as fissuras pode ser destabilizado e arrastado pelo fluxo de água na vizinhança. Deste

modo, a qualidade estrutural dos sistemas de drenagem é um parâmetro chave para controlar a

infiltração e garantir a transferência das águas domésticas para as ETAR, sem que ocorram trocas

com o meio exterior. Refira-se que a Norma Europeia (EN) 752-2 (CEN 1996; citado por Cardoso et

al. 2006), que indica os critérios básicos de desempenho dos sistemas públicos de drenagem de

águas residuais, refere que a integridade estrutural do sistema de drenagem urbana, incluindo a

estanquidade, deve ser garantida.

2

Resumindo, o investimento no estudo e quantificação da infiltração em sistemas de drenagem urbana

tem muito interesse para as entidades gestoras, não só porque permite minimizar os diversos

impactes referidos, mas também porque pode funcionar como um indicador do estado estrutural e da

eficiência ambiental dos sistemas. Importa salientar que nem todos os aspetos relacionados com a

infiltração são negativos. Em tempo seco, a infiltração contribui para o aumento da autolimpeza,

prevenindo a acumulação de sólidos e sedimentos, diminui o risco de processos anaeróbios, o odor e

a corrosão das tubagens.

O problema da quantificação da infiltração numa rede de drenagem coloca-se em duas fases

concretas: na fase de projeto, quando se calculam os caudais de dimensionamento, e durante a fase

de exploração, quando se pretende avaliar o desempenho técnico e económico do sistema. Em

projetos de reabilitação, a quantificação da infiltração também é importante uma vez que permite

avaliar o desempenho antes e depois das intervenções. Na fase de projeto, a capacidade da rede

deve ser calculada tendo em conta as afluências indevidas que entram no sistema de drenagem. O

caudal total de dimensionamento deve incluir não só a estimativa do caudal de águas residuais

(domésticas, industriais e comerciais) mas também as infiltrações que podem ocorrer nos coletores. A

escolha dos materiais e o processo construtivo também influenciam a taxa de infiltração. Na fase de

conceção e construção, deve ser feito um balanço entre os custos de controlo de infiltração e os

benefícios daí obtidos. Para cada sistema existe um ponto crítico, a partir do qual o custo de futuras

intervenções e reparações para diminuir a infiltração não compensa o que foi poupado durante a fase

de projeto.

Apesar do rigor e investimento na conceção e construção dos sistemas contribuir para a redução das

afluências indevidas, não é suficiente fazer apenas uma análise a priori. Os caudais de infiltração

estimados na fase de projeto são frequentemente subestimados, principalmente devido à

imprevisibilidade do fenómeno e à dificuldade em considerar fatores que dependem da qualidade da

construção privada de ligações à rede (como os defeitos em ramais de ligação ou drenos ilegais, por

exemplo). Torna-se assim importante controlar a infiltração durante a fase de exploração, aplicando

para isso métodos mais ou menos rigorosos, como os que se apresentam nesta dissertação.

1.2. Objetivos da dissertação

O objetivo desta dissertação é sistematizar as metodologias existentes para avaliação da infiltração

em sistemas de drenagem urbana e desenvolver uma apreciação crítica sobre a sua aplicabilidade.

Pretende-se, ainda, propor uma nova abordagem metodológica que permita estimar a infiltração

através de procedimentos diferentes, consoante o nível de acesso a dados e o rigor pretendido nos

resultados. Este trabalho inclui a análise do caso de estudo da Zona Alta da bacia de Alcântara, à

qual será aplicada a abordagem metodológica proposta.

A presente dissertação tem também como objetivo promover o interesse na investigação da

infiltração em sistemas de drenagem em Portugal, uma vez que não existem ainda muitos estudos

relevantes nesta área.

3

1.3. Estrutura da dissertação

A presente dissertação é constituída por sete capítulos, cujo conteúdo se apresenta resumidamente

nos próximos parágrafos.

No Capítulo 1 é apresentado o enquadramento e relevância do tema da dissertação, referindo-se os

objetivos principais e a estrutura do trabalho.

No Capítulo 2 contextualiza-se a infiltração no ciclo urbano da água e faz-se um pequeno resumo dos

tipos e características dos sistemas de drenagem urbana. Referem-se algumas definições

importantes para a compreensão do resto da dissertação, nomeadamente a distinção entre afluências

indevidas, infiltração e afluências de escoamento direto. Descrevem-se ainda as diferentes

componentes do caudal total de águas residuais e alguns dos parâmetros de qualidade de água.

No Capítulo 3 apresenta-se o estado da arte, nomeadamente o tipo de métodos que existem para a

estimativa de infiltração e os princípios e hipóteses a eles associados. Distinguem-se métodos

analíticos (baseados em noções matemáticas, químicas e físicas) de métodos de simulação, e

referem-se ainda os valores regulamentares usados em alguns países. Os métodos analíticos

separam-se em convencionais e não convencionais, tal como sugerido no título desta dissertação.

Dá-se maior destaque ao método dos isótopos, que constitui uma das maiores bases de raciocínio

para os capítulos seguintes. Referem-se ainda exemplos da aplicação de métodos em alguns casos

de estudo reais.

No Capítulo 4 propõe-se uma nova abordagem metodológica para a estimativa da infiltração, em que

o método de estimativa de infiltração depende dos dados disponíveis e do nível de rigor pretendido.

Apresentam-se três níveis de complexidade crescente, nomeadamente modelos de nível I, II e III. O

primeiro, descrito no subcapítulo 4.2., baseia-se na análise de caudais e exige apenas o acesso a

séries de caudal na secção da rede de drenagem que se pretende estudar. O nível II, descrito em

4.3., consiste na aplicação do método dos isótopos e requer, para além da análise de caudal, a

recolha de amostras e análise laboratorial da razão isotópica. Por fim, no subcapítulo 4.4.

apresenta-se o sistema de modelos de maior complexidade. Resumidamente, o nível III corresponde

a desenvolver um modelo de simulação que, conjugando as características do sistema de drenagem

com as características hidrológicas da bacia, permita conhecer a infiltração em qualquer ponto e em

qualquer instante.

No Capítulo 5 apresenta-se o caso de estudo da Zona Alta da bacia de Alcântara. Descrevem-se as

suas características físicas e naturais, nomeadamente o clima e relevo (5.2) a geologia (5.3), a

hidrogeologia e ocupação do solo (5.4). No subcapítulo 5.5. referem-se os valores de população

servida e dos caudais de distribuição e, por fim, apresentam-se as características do sistema de

drenagem no subcapítulo 5.6, com especial ênfase para o Caneiro de Alcântara, onde se pretende

estimar a infiltração.

No Capítulo 6 aplicam-se os modelos de nível I e II da metodologia proposta no Capítulo 4 ao caso de

estudo apresentado no Capítulo 5. Em 6.2. obtém-se uma estimativa da infiltração para a Zona Alta

4

da bacia de Alcântara recorrendo apenas à análise de caudal. Em 6.3. começa-se por descrever a

campanha de recolha de amostras que permitiu seguir o nível II, e depois descrevem-se e

analisam-se cuidadosamente os resultados obtidos. No final deste subcapítulo apresenta-se a

estimativa da infiltração para a Zona Alta da bacia de Alcântara, baseada na aplicação do método dos

isótopos.

Por fim, no Capítulo 7, sintetizam-se as conclusões do estudo e apresentam-se sugestões para o

prosseguimento da investigação.

5

2. Afluências indevidas em sistemas de drenagem

2.1. Considerações iniciais

O tema da infiltração em redes de drenagem urbana é complexo e exige o conhecimento prévio de

vários conceitos. Neste capítulo apresentam-se alguns desses conceitos e define-se o fenómeno de

infiltração. Começa-se por descrever o ciclo urbano da água, de seguida apresentam-se os diversos

tipos de sistemas de drenagem urbana e depois distinguem-se as componentes que constituem o

caudal total que circula nos sistemas, entre as quais se destaca a infiltração. Por fim, apresenta-se

ainda a composição típica de águas residuais domésticas.

2.2. Ciclo urbano da água

O ciclo urbano da água corresponde a todas as etapas de utilização humana da água, desde o

momento em que ela é retirada à natureza, até ao momento em que é novamente devolvida (Figura

2.1). A primeira fase do ciclo urbano é a captação da água superficial armazenada em albufeiras, ou

a extração de água subterrânea do solo, dependendo das situações. De seguida, a água segue para

uma Estação de Tratamento de Água (ETA) onde é submetida a processos de arejamento,

floculação, decantação, filtração e desinfeção. A água tratada é então transportada através de

grandes adutoras até um reservatório, onde fica armazenada até ser novamente transportada,

através da rede de distribuição, até ao ponto de consumo. Depois de utilizada (em ambiente

doméstico ou industrial), a água é descarregada no sistema de drenagem urbano, passando a ser

classificada como água residual. É recolhida através de coletores e canalizada para uma Estação de

Tratamento de Águas Residuais (ETAR), onde é novamente tratada. De um modo geral, as etapas do

processo de tratamento são o tratamento preliminar (gradagem e desarenação/ desengorduramento),

decantação primária, tratamento biológico, decantação secundária e desinfeção. O ciclo urbano

termina com a restituição da água à natureza, geralmente feita através da descarga dos efluentes da

ETAR num curso de água superficial.

Figura 2.1: Representação esquemática do ciclo urbano da água [www.aguasdivertidas.ccems.pt].

6

2.3. Sistemas de drenagem urbana

Os sistemas de drenagem têm classificações diferentes, conforme a natureza da qualidade das

águas residuais que transportam (pluvial, residual doméstica/industrial ou mista). De acordo com o

ponto 1 do artigo 116.º do Decreto Regulamentar 23/95 de 23 de Agosto de 1995, os sistemas de

drenagem pública de águas residuais podem ser separativos, unitários, mistos ou separativos parciais

(ou pseudo-separativos).

Os sistemas separativos são constituídos por duas redes distintas, uma destinada às águas residuais

domésticas e industriais e outra à drenagem das águas pluviais ou similares. O destino dos coletores

de cada tipo de rede é distinto. As águas residuais domésticas são conduzidas para uma ETAR, onde

após tratamento adequado são descarregadas no meio recetor. Por outro lado, as águas pluviais são

descarregadas no meio recetor, sendo frequente que não sejam sujeitas a qualquer tratamento. Os

critérios de dimensionamento adotados em cada rede também são diferentes. Enquanto os sistemas

separativos domésticos são dimensionados para transportar o caudal de ponta doméstico, os

sistemas separativos pluviais são dimensionados para um dado período de retorno. Atualmente, os

sistemas separativos são os mais recomendados para as redes de drenagem urbana.

Contrariamente aos sistemas separativos, os sistemas unitários são constituídos por uma única rede

de coletores, à qual afluem simultaneamente águas residuais domésticas, industriais e pluviais, como

mostra a Figura 2.2.

Figura 2.2: Esquema ilustrativo de um sistema de drenagem unitário.

O caudal transportado em coletores unitários sofre grandes variações em função da ocorrência de

precipitações, o que torna complexo o dimensionamento hidráulico das estações de tratamento. As

ETAR que servem os sistemas unitários são geralmente dimensionadas para receber caudais da

ordem de 3 a 6 vezes o caudal médio diário em tempo seco. Os emissários devem ser construídos

com materiais resistentes à corrosão e têm geralmente diâmetros significativos, superiores aos das

redes separativas. Apesar de serem aparentemente os mais económicos, os sistemas unitários estão

associados a baixas eficiências e a diversos problemas de funcionamento das redes. Quando chove,

é frequente ser ultrapassada a capacidade da ETAR e os afluentes serem descarregados diretamente

7

no meio aquático. Por outro lado, em tempo seco, é difícil manter condições hidráulicas de

escoamento devido à sedimentação de sólidos em suspensão e aos riscos de formação de gás

sulfídrico, por exemplo.

Os sistemas mistos são uma conjugação dos dois tipos de sistemas anteriores: parte da rede coletora

funciona como sistema unitário, e a restante como sistema separativo.

Por fim, os sistemas separativos parciais ou pseudo-separativos são aqueles em que se admite, em

condições excecionais, a ligação de águas pluviais de pátios interiores ao coletor de águas residuais

domésticas. Em Portugal, à semelhança de outros países, apesar dos sistemas serem

tendencialmente concebidos como separativos, acabam por tender a funcionar como

pseudo-separativos.

Grande parte dos sistemas de drenagem urbana em Portugal e na Europa comportam-se como

sistemas unitários, mistos ou pseudo-separativos, tendo a particularidade de transportar

conjuntamente águas residuais domésticas e águas pluviais.

Os sistemas de águas residuais, sejam separativos ou unitários, dispõem de um conjunto de

componentes principais que se podem dividir em três grandes grupos: rede coletora, instalações e

condutas elevatórias e órgãos acessórios. Como não se pretende fazer uma análise detalhada dos

constituintes dos sistemas de drenagem, apresentam-se apenas os mais relevantes no Quadro 2.1.

Quadro 2.1: Principais componentes dos sistemas de drenagem urbanos

Componentes dos sistemas de drenagem

Redes interiores de edifícios

Rede geral de drenagem: coletores, câmaras de visita, sarjetas de passeio (redes

unitárias) e/ou sumidouros (redes separativas de águas pluviais)

Ramais de ligação à rede geral de drenagem

Estações elevatórias e condutas de impulsão

Emissários e intercetores

Estações de tratamento

Exutores de lançamento e destino final (emissários submarinos)

Descarregadores de tempestade

Sifões invertidos

Lagoas de amortecimento e retenção

2.4. Componentes do caudal em redes de drenagem

As diversas componentes do caudal que circula na rede de drenagem dependem do tipo de sistema

usado e a sua percentagem varia com as condições locais e com a altura do ano (Metcalf & Eddy

2004). Simplificadamente, podem assumir-se as quatro componentes apresentadas de seguida,

sendo que a última é a que tem maior interesse para este trabalho.

8

1) Águas residuais domésticas, provenientes das descarregadas nas habitações, zonas

comerciais ou edifícios públicos.

2) Águas residuais industriais, onde predominam efluentes industriais.

3) Águas pluviais resultantes do escoamento superficial originado pela precipitação.

4) Afluências indevidas, relativas à água que entra indevidamente no sistema de forma direta ou

indireta, como se explica em seguida.

Apesar de existirem várias publicações sobre o tema, não há uma definição clara para o conceito de

afluências indevidas (apresentado no ponto 4 da lista anterior). De uma forma simples, pode

admitir-se que estas correspondem a águas parasíticas que circulam no sistema de drenagem,

apesar de não lhe pertencerem (Schilperoort 2004). Em Metcalf & Eddy (2004), as afluências

indevidas aparecem como a combinação das cinco componentes descritas no Quadro 2.2 e

representadas na Figura 2.3.

Quadro 2.2:Tipos de afluências indevidas, segundo Metcalf & Eddy (2004).

Tipo de afluência indevida Definição

Infiltração de percurso (ou

simplesmente infiltração)

Água subterrânea que entra nas infraestruturas enterradas do

sistema de drenagem através de deficiências estruturais nos

coletores (em juntas, ligações) ou através das paredes das

câmaras de visita.

Infiltração base

Água subterrânea que entra deliberadamente no sistema de

drenagem, proveniente de drenos, da bombagem de caves, de

sistemas de arrefecimento ou de descargas de pequenos

cursos de água naturais canalizados, e que é independente do

estado de conservação do coletor.

Afluências pluviais diretas

Água pluvial que entra indevidamente no sistema, com origem

no escoamento de telhados ou em ligações indevidas de

ramais pluviais de edificações e de sumidouros.

Afluências pluviais totais

Soma das afluências anteriores com outras possíveis

descargas feitas a montante (por descarregadores de

tempestade, por exemplo).

Afluências pluviais retardadas

Água pluvial que leva diversos dias a percorrer ou a entrar no

sistema de drenagem (devido a reservas e empoçamentos na

bacia natural, por exemplo).

No Quadro 2.2, as duas primeiras componentes têm origem em águas subterrâneas e as três

restantes provêm de águas pluviais. Como nesta dissertação se pretende estudar todo o fenómeno

de infiltração e quantificar o volume de água subterrânea que entra nos sistemas, independentemente

do ponto de entrada, torna-se desnecessário adotar uma classificação tão detalhada.

Alternativamente, as afluências indevidas serão divididas em apenas dois conceitos: infiltração

9

(entrada de águas subterrâneas) e afluências de escoamento direto (entrada de águas pluviais),

como se apresenta no Quadro 2.3.

Quadro 2.3: Classificação das componentes das afluências indevidas segundo a origem de água.

Classificação proposta em

Metcalf & Eddy (2004) Origem da água

Classificação proposta na presente dissertação

Infiltração de percurso Subterrânea Infiltração

infiltração base

Afluências pluviais diretas

Pluvial Afluências de escoamento direto Afluências pluviais totais

Afluências pluviais retardadas

A maioria dos autores considera que a infiltração é constante ao longo do dia, podendo apenas sofrer

variações sazonais. Como mostra a Figura 2.3, para uma janela temporal pequena (da ordem dos

dias), a infiltração é a única componente do caudal total que se mantém constante, mesmo após a

ocorrência de precipitação (Metcalf & Eddy 2004). Por isso é importante fazer a análise da infiltração

em tempo seco, quando as afluências de escoamento direto são mínimas e se pode assumir que o

caudal total tem apenas duas componentes, águas residuais (domésticas e industriais) e infiltração.

Esta situação é retratada na Figura 2.3, no primeiro dia e meio antes da precipitação.

Figura 2.3: Identificação gráfica das afluências indevidas. Adaptada de Metcalf & Eddy (2004).

No conceito de afluências indevidas podem ainda ser incluídas as descargas não licenciadas, que

também levam à entrada indevida de efluentes no sistema de drenagem. Por serem situações

pontuais, muitas vezes desconhecidas (ou com origens desconhecidas) e impossíveis de prever, não

se distingue esta parcela na análise da infiltração.

10

Antes de terminar este subcapítulo, importa fazer uma referência à nomenclatura usada nesta

dissertação. O termo afluências indevidas corresponde à expressão comumente usada na bibliografia

anglo-saxónica, I/I (infiltration e inflow). Em português, e como sugerido neste trabalho, usam-se os

termos infiltração e afluências de escoamento direto.

2.5. Composição típica de águas residuais

A água residual é composta por uma mistura de substâncias em solução, em suspensão e flutuantes,

e pode ser caracterizada em termos da sua composição física, química ou biológica. As principais

propriedades físicas, os constituintes químicos e biológicos e as suas fontes encontram-se descritas

no Quadro 2.4.

Quadro 2.4: Características e parâmetros dos constituintes das águas residuais. Adaptado de Metcalf & Eddy (2004).

Características Parâmetros

Físicas

Sólidos totais (ST), sólidos voláteis totais (SVT), sólidos suspensos totais

(SST), sólidos totais dissolvidos (STD), e outros sólidos.

Distribuição do tamanho das partículas, cor, turvação, odor, temperatura,

densidade, condutividade, transmitância.

Químicas

inorgânicas

Amónia ( ), nitratos (

), nitrogénio total, fósforo total, fósforo

orgânico, sulfato ( ), cloretos ( ), alcalinidade, pH, metais e gases.

Químicas

orgânicas

Carência Bioquímica em Oxigénio (CBO), Carência Química em Oxigénio

(CQO), Carbono Orgânico Total (COT), compostos orgânicos específicos,

entre outros.

Biológicas Organismos coliformes, microrganismos específicos e toxicidade.

Muitas das características apresentadas no Quadro 2.4 estão inter-relacionadas: por exemplo, a

temperatura afeta simultaneamente a quantidade de gases dissolvidos e a atividade biológica das

águas residuais (Metcalf & Eddy 2004). Em meio urbano, estas características são também

extremamente variáveis e dependem do tipo de rede de drenagem (unitária e/ou separativa), do

aglomerado populacional (condições socioeconómicas, nível de saúde, etc.), da natureza da água de

abastecimento público, entre outros fatores. Há oscilações permanentes de concentrações dos

poluentes e da percentagem de substâncias dissolvidas e, consequentemente, as características

variam muito de secção para secção e, na mesma secção, de instante para instante (Vieira 2005). Na

prática, qualquer substância pode ser descarregada nas redes de drenagem, o que inviabiliza uma

análise química exaustiva da qualidade da água. No Quadro 2.5 apresentam-se alguns dos fatores

que influenciam as características da água que circula em sistemas de drenagem unitários.

11

Quadro 2.5: Fatores que tipicamente influenciam as características água em sistemas de drenagem unitários.

Parâmetro Fatores

Quantitativos Qualitativos

Precipitação

Altura e volume

Intensidade

Duração

Condições atmosféricas regionais

Fonte das águas residuais

Capitação e variação do consumo

Tipo de origem: residencial, comercial, etc.

Tipo de origem

Características da bacia de drenagem

Área, tempo de concentração

Uso do solo e áreas impermeáveis

Características do solo

Controlo de cheias

Práticas de gestão da bacia natural

Acumulação e remoção de poluentes

Tipo de sistema e características de traçado e conservação

Diâmetro, inclinação e forma das tubagens

Quantidade de infiltração

Assoreamento

Práticas de regulação de caudal

Transformações químicas e biológicas

Qualidade/ origem da infiltração

No Quadro 2.6 apresentam-se valores típicos das concentrações de alguns contaminantes das águas

residuais domésticas não tratadas, para diferentes padrões de consumo e descarga.

Quadro 2.6: Alguns parâmetros da composição típica de águas residuais domésticas. Adaptado de Metcalf & Eddy (2004).

Contaminantes Unidade

Concentração

Águas residuais

“não carregadas”1

Águas residuais

“carregadas”2

Sólidos totais (ST) mg/l 720 1230

Sólidos dissolvidos totais (SDT) mg/l 500 860

Sólidos suspensos totais (SST) mg/l 210 400

CBO mg/l 190 350

CQO mg/l 430 800

Nitrogénio total mg/l 40 70

Amónia mg/l 25 45

Cloretos mg/l 50 90

Sulfatos mg/l 30 50

Óleos e gordura mg/l 90 100

Coliformes totais Nº/ 100 ml 107-10

9 10

7-10

10

Coliformes fecais Nº/ 100 ml 104-10

6 10

5-10

8

1 Baseada num fluxo de águas residuais de cerca de 460 l/hab.dia

2 Baseada num fluxo de águas residuais de cerca de 260 l/hab.dia

12

Salienta-se que as concentrações apresentadas no referido quadro são meramente indicativas. Em

Portugal, e em média, os dados relativos a águas residuais são superiores. Tipicamente são aceites

como “normais”, ou até, relativamente a alguns dos parâmetros, ligeiramente abaixo do normal, os

valores indicativos que se reportam a águas residuais carregadas, apresentadas no Quadro 2.6.

13

3. Estado da arte


O problema da quantificação da infiltração em redes de drenagem só começou a ser estudado

recentemente. Nos próximos parágrafos apresentam-se os valores regulamentares usados na fase de

projeto de sistemas de drenagem em alguns países, descrevem-se alguns dos métodos propostos na

bibliografia para estimar a infiltração e faz-se referência a casos de estudo onde eles foram aplicados.

Primeiramente expõe-se alguns métodos analíticos de estimativa da infiltração, desenvolvidos nas

últimas décadas, e que podem ser divididos em dois tipos: convencionais (análise de caudal ou

análise química da água) e não convencionais (método dos isótopos). Depois apresenta-se uma

abordagem alternativa para conhecer o fenómeno de infiltração, baseado na construção e análise de

modelos de simulação.

3.2. Aspetos regulamentares

Uma das primeiras referências à definição e identificação da infiltração em sistemas de drenagem

surgiu em 1972 nos Estados Unidos da América (EUA), nomeadamente no documento Federal Water

Pollution Control Act Amendments (The National Archieves of the United States 1973). Para que a

conceção e construção de estações de tratamento fosse subsidiada pelos governos federais, as

entidades gestoras tinham de demonstrar que os sistemas de drenagem não estavam sujeitos a

grandes volumes de afluências indevidas (Metcalf & Eddy 2004).

Atualmente, os caudais de dimensionamento calculados na fase de projeto de sistemas de drenagem

consideram geralmente uma fração constante correspondente à infiltração. Na maioria dos países

existe um valor regulamentado, estimado através de métodos convencionais em função do diâmetro

da tubagem e da extensão da rede a montante. No Quadro 3.1 apresentam-se os valores usados em

alguns países, assim como os seus autores. Em Portugal, os valores admissíveis para o caudal de

infiltração são atualmente estipulados pelo Decreto Regulamentar 23/95 (1995). Segundo o artigo

126.º, ponto 4:

“4 - Desde que não se disponha de dados experimentais locais ou de informações similares, o

valor do caudal de infiltração pode considerar-se:

a) Igual ao caudal médio anual, nas redes de pequenos aglomerados com coletores a jusante

até 300 mm;

b) Proporcional ao comprimento e diâmetro dos coletores, nas redes de médios e grandes

aglomerados; neste último caso, quando se trate de coletores recentes ou a construir, podem

estimar-se valores de caudais de infiltração da ordem de 0,500 m3/dia, por centímetro de

diâmetro e por quilómetro de comprimento da rede pública, podendo atingir-se valores de

4 m3/dia, por centímetro e por quilómetro, em coletores de precária construção e conservação.

c) Os valores referidos nas alíneas a) e b) podem ser inferiores sempre que estiver assegurada

uma melhor estanquidade da rede, nomeadamente no que respeita aos coletores, juntas e

câmaras de visita.”

14

Quadro 3.1: Valores de infiltração propostos em várias fontes bibliográficas. Adaptado de Cardoso et al. (2004).

Autor3 Valores de infiltração Comentários

Water Authorities

Association (1989)

10% da capacidade do coletor deve

ser destinada à infiltração

Aplicável ao dimensionamento

de sistemas separativos

domésticos, no Reino Unido.

American Society of Civil

Engineers-Water

Environment Federation

(EPA 2001)

0,05 - 1,39 m3/dia/cm/km

4

Variação de valores de

referência locais, nos EUA.

Norma ATV118

(ATV-DVWK 2003)

100% do caudal doméstico (em

casos justificados pode assumir

outra magnitude)


de sistemas separativos

Negligenciada no dimensionamento

dos coletores mas considerada no

dimensionamento de estruturas

especiais e estações de tratamento.


de sistemas unitários, e com

exceção das estruturas

especiais de instalações de

tratamento.

Decreto

Regulamentar 23/95

(1995).

Para mm: igual ao caudal

médio anual

Para mm: entre 0,5 a

4 m3/dia/cm/km.

Depende do estado de

conservação dos coletores.

Podem ser considerados

valores inferiores se for

assegurada a estanquidade da

rede.

Os valores regulamentares podem servir de incentivo ao controlo da infiltração. Nos EUA, o Federal

Water Pollution Control Act Amendments, entre outras normas, promoveram o investimento no

controlo das afluências indevidas, tendo sido desenvolvidos inúmeros estudos na área. No entanto,

na maioria dos países, os regulamentos e valores de projeto adotados não funcionam como um

estímulo à melhoria dos sistemas e levam regularmente ao seu sub e sobredimensionamento. No

Brasil, por exemplo, estima-se que os caudais de projeto baseados em coeficientes de infiltração

adotados a partir de normas, são 35% a 318% maiores que os valores de caudal total efetivamente

medido (Hanai e Campos 1997).

3.3. Métodos analíticos

As afluências indevidas ao sistema de drenagem causam simultaneamente um aumento do caudal e

alterações na composição química da água que circula no sistema. Neste subcapítulo apresentam-se

os métodos analíticos convencionais baseados na análise de caudal em tempo seco, assim como os

métodos químicos. Depois, apresenta-se o método analítico não convencional mais relevante para

esta dissertação, o método dos isótopos.

3 Os primeiros dois autores são citados por Cardoso et al. (2004).

4 Por centímetro de diâmetro e por quilómetro de coletor.

15

3.3.1. Métodos convencionais

3.3.1.1. Métodos de análise de caudal

Os métodos convencionais de análise de caudal assentam na hipótese base de que o caudal total

que circula na rede em tempo seco é composto apenas por duas componentes: uma relativa

exclusivamente às águas residuais (de origem doméstica ou industrial, ) e outra relativa à

infiltração ( ), como mostra a equação (3.1).

(3.1)

Neste caso, o caudal de infiltração corresponderá à diferença entre o caudal total em tempo seco ( )

e o caudal que teoricamente é apenas relativo a águas residuais. O valor do caudal total é geralmente

baseado em séries temporais diárias ou horárias de caudal de tempo seco. Em vários casos de

estudo mostrou-se conveniente analisar o caudal num intervalo de tempo significativo, de forma a

considerar a variação da posição do nível freático. Relativamente à parcela de águas exclusivamente

residuais, a maioria dos métodos calcula-a com base em valores teóricos de caudal, nomeadamente

no conceito de caudal de ponta (Schilperoort 2004). Alguns métodos podem ser aplicados também

em tempo húmido uma vez que conseguem distinguir a água com origem pluvial das restantes.

A aplicação direta da equação (3.1) foi descrita por Brombach et al. (2002) como um método

matemático simples que pode ser usado para estimar o caudal anual de afluências indevidas numa

dada bacia. A diferença entre a soma dos caudais de tempo seco registados na secção mais a

jusante da bacia ao longo de um ano, e a soma dos caudais teóricos de águas residuais afluentes ao

sistema no mesmo período, é igual ao volume das afluências indevidas ao longo desse ano. Na

metodologia proposta por Brombach et al. (2002), o caudal teórico de águas residuais em tempo seco

( ) é calculado pela equação (3.2), onde C é a capitação doméstica diária, a população

servida pelo sistema de drenagem e o caudal anual de descargas industriais. Neste cálculo

admite-se uma percentagem de perdas de água de consumo doméstica de 10%.

(3.2)

Para aplicar esta metodologia são necessários, para além dos dados relativos à capitação, população

e descargas industriais, dados de medições contínuas de caudal (geralmente medidos na entrada das

ETAR) e de precipitação diária, ao longo do ano em estudo. Estes últimos servem para distinguir os

dias de tempo seco, eliminando os restantes da análise. É de salientar que, ao aplicar diretamente a

equação (3.1) para estimar a infiltração, assume-se que as águas subterrâneas são a única origem

de afluências indevidas, desprezando-se a existência de afluências de escoamento direto.

A equação (3.1) pode ser aplicada de uma forma ainda mais simples do que a proposta por

Brombach et al. (2002), bastando para isso analisar os caudais mínimos diários em tempo seco, e

assumir que a contribuição de águas residuais domésticas é muito reduzida, ou mesmo nula, durante

a noite. Vários autores sugerem que, numa bacia em que os caudais mínimos diários se registem

16

tipicamente no período noturno, esses mesmos caudais correspondem apenas a infiltração (uma vez

que a contribuição de águas residuais é praticamente nula). Em Staufer et al. (2012) foram estudadas

as afluências indevidas no sistema de Mützenich (Alemanha). A fração correspondente à infiltração

foi obtida através da média dos mínimos noturnos registados nos dias de tempo seco de um dado

mês (caracterizados por precipitações inferiores a 0.3 mm). Usando esta metodologia, concluiu-se

que o caudal de infiltração era cerca de 300% do caudal total de águas residuais. Refira-se que,

neste caso, 50% da rede se encontrava abaixo do nível freático.

Apesar de ser pouco rigorosa, esta abordagem pode ser aplicável em bacias pequenas, em situações

onde não é fácil ter acesso a dados de população ou que não se pretenda fazer um grande

investimento. É também comum admitir que apenas uma percentagem do caudal noturno

corresponde a infiltrações, sendo necessário, nesse caso, conhecer ou assumir um fator de ponta

mínimo.

Weiß et al. (2002) propuseram uma abordagem para analisar os caudais mínimos que dispensa

dados de precipitação (ou seja, não é apenas aplicável em tempo seco). O método do mínimo móvel

(ou moving minimum, segundo a nomenclatura inglesa) assenta na ideia de que a soma dos caudais

de águas residuais com as afluências indevidas, num dado dia, é igual ao caudal mínimo total

registado nos 21 dias anteriores. Para aplicar este método é preciso dispor de registos do caudal

diário afluente à secção em estudo ao longo de um ano, e estimar um valor teórico para a

componente de águas residuais em tempo seco (podendo ser usada a equação (3.2), por exemplo).

Desenhando o gráfico dos caudais mínimos em função do tempo e subtraindo o referido caudal

teórico de águas residuais (que se assume ser constante) obtém-se uma estimativa para o volume

anual que infiltra na bacia de drenagem em estudo.

Outro método para estimar a infiltração através da análise de caudais é o método do triângulo,

proposto por Weiß et al. (2002). Para o aplicar, é preciso definir o intervalo de tempo em que se

pretende estudar a infiltração e ter acesso a séries de caudais diários totais medidos nos pontos de

interesse, ao longo desse período. Depois, organizam-se as séries por ordem crescente de grandeza,

desprezando-se a ordem cronológica das medições de caudal. Com os dados obtidos, desenha-se

um gráfico que relaciona os caudais como percentagem do caudal máximo registado (eixo vertical) e

o tempo, como uma percentagem do período de tempo total (eixo horizontal). O resultado obtido é

geralmente uma curva em S, como o apresentado na Figura 3.1, relativa à aplicação do método do

triângulo à entrada da ETAR de Mirandela.

Na Figura 3.1, a linha horizontal representa o caudal teórico de água exclusivamente residual e a

área abaixo corresponde ao volume anual de caudal de tempo seco teórico (relativo apenas a águas

residuais). A área do gráfico entre a curva de caudais e a linha horizontal corresponde ao volume

anual total de águas não residuais (ou seja, à soma do volume de águas pluviais e com origem em

escoamentos superficiais com o volume de afluências indevidas).

17

Figura 3.1: Aplicação do método do triângulo para a separação das parcelas de água residual, infiltração e escoamento superficial na ETAR de Mirandela (Amorim 2007).

A separação das componentes de caudais pluviais e afluências indevidas exige que sejam

contabilizados os dias de tempo seco ao longo do período em análise. Conceptualmente,

considera-se que o ponto de interseção entre número de dias secos e a curva de caudais divide os

caudais de tempo seco (à esquerda do ponto) dos caudais associados a tempo de chuva (à direita).

Assumindo que a infiltração é máxima após períodos chuvosos e mínima (ou até mesmo nula)

quando a componente de escoamento pluvial direto é máxima, e admitindo que existe uma relação

matemática linear, traça-se uma reta entre os dois extremos. Separa-se assim o volume anual de

água de origem pluvial do volume anual de infiltração, obtido através da área do triângulo formado

entre a curva em S e a referida reta.

Até agora foram descritas abordagens fundamentalmente baseadas na equação (3.1) e na análise de

dados de caudal. No entanto, existe ainda outro princípio vulgarmente aplicado no estudo da

infiltração e que leva à introdução de um novo conceito nesta dissertação: a fração de infiltração.

Uma ideia transversal a muitos métodos analíticos é que o caudal de infiltração é uma fração do

caudal total ou do caudal médio de águas residuais, como se mostra nas equações (3.3) e (3.4),

respetivamente. Nesta dissertação optou-se por usar a letra para descrever o primeiro caso e

para descrever o segundo.

(3.3)

(3.4)

No caso dos métodos de análise de caudal, a fração de infiltração é normalmente obtida através da

análise dos caudais mínimos diários registados ao longo de um intervalo de tempo considerável

(preferencialmente superior a 6 meses). A infiltração indesejada de águas subterrâneas nos sistemas

de drenagem pode representar mais de 50% do caudal total que circula na rede (Kracht et al. 2003).

18

Mostrou-se que no Reino Unido o caudal de infiltração corresponde, em média, a uma percentagem

variável entre 15% e 50% do caudal médio total de tempo seco (Ellis 2001).

Uma das principais limitações dos métodos convencionais é a sua dependência de registos e dados

locais, nomeadamente:

Caudal médio relativo apenas a águas residuais de origem doméstica e industrial,

regularmente estimado com base nos padrões de consumo da zona em estudo.

Número de habitantes e respetivos valores de referência para o caudal descarregado, per

capita.

Medições precisas do caudal, nomeadamente no período noturno (quando a altura de água

nas tubagens é reduzida).

É ainda de referir que os valores de infiltração obtidos por estes métodos podem estar influenciados

por vários erros. Os caudais noturnos podem ter contribuições de descargas industriais ou

bombagens de caves, e a qualidade das medições pode ser afetada pela reduzida altura de água.

Podem existir afluências com consistência no tempo, principalmente em redes extensas. A estimativa

do caudal de águas residuais implica a atribuição de capitações e está por isso associada a grandes

incertezas (depende da dimensão do agregado, hábitos higiénicos populacionais, disponibilidade de

água, estrutura populacional, alterações climáticas, entre outros). Verifica-se também uma variação

sazonal significativa no caudal de águas residuais domésticas. A parcela relativa às descargas

industriais também é difícil de quantificar – devem ser usados valores registados ou, na ausência

deles, considerados os caudais máximos de descarga permitidos por lei.

3.3.1.2. Métodos químicos

Neste subcapítulo descrevem-se alguns dos princípios gerais dos métodos químicos para estimativa

da infiltração, propostos na bibliografia. O pressuposto transversal a todos os métodos químicos é o

de que a infiltração causa a diluição do esgoto e leva à diminuição da concentração dos poluentes

tipicamente presentes nas águas residuais, em tempo seco. Nas condições da equação (3.1), e

assumindo que as águas de infiltração não têm os mesmos níveis de contaminação das águas

residuais, pode-se estimar a infiltração através da comparação entre a concentração de um

determinado poluente no caudal total (medido numa dada secção da rede) e a concentração típica

das águas residuais locais (encontrada na bibliografia ou estimada com base nas características da

população e no consumo de água).

Para explicar o conceito da análise química na estimativa da infiltração, descreve-se de seguida um

dos trabalhos mais completos nesta área, desenvolvido por Kracht e Gujer (2004). Os autores

propõem a quantificação da infiltração através de três passos: medição simultânea e contínua do

caudal e da concentração de um determinado poluente (numa dada secção do coletor), posterior

análise das séries temporais de concentrações e caudal obtidas e, por fim, construção de um modelo

matemático que permita descrever a concentração de um dado poluente em ordem ao caudal

19

medido. Este método, habitualmente chamado de método das séries temporais de cargas poluentes,

baseia-se num simples balanço de massa, descrito pela equação (3.5).

(3.5)

Analogamente ao princípio base traduzido pela equação (3.1), a aplicação da equação (3.5) implica

admitir que a concentração total de poluente medida num dado ponto ( ) reflete as concentrações

das duas componentes contribuintes do caudal total: águas residuais puras ( ) e infiltração ( ).

Para aplicar a equação (3.5) é necessário conhecer a concentração de um determinado poluente nas

águas residuais e nas águas de infiltração. No primeiro caso, e numa perspetiva simplificada, pode

estimar-se um valor teórico constante calculado com base nas características da população da bacia

e do consumo de água. Na Holanda, por exemplo, o valor standard da concentração de CBO em

águas residuais domésticas é de 54 g(O2)/dia/hab (Schilperoort 2004).

Alternativamente, e no caso de se pretender um maior nível de rigor nos resultados, pode

considerar-se que a concentração de um determinado poluente nas águas residuais é função do

caudal de águas residuais e do tempo, variando com ambos os parâmetros (3.6). O método proposto

por Kracht e Gujer (2004) também prevê a variação da taxa de infiltração ao longo do tempo,

nomeadamente através da divisão conceptual do caudal infiltrado em duas componentes: uma

constante ( ) e outra que decresce exponencialmente com o tempo. Esta última parcela descreve

a influência da retenção de água nas camadas superficiais do solo após um fenómeno de

precipitação, e encontra-se discriminada na equação (3.7), onde é a magnitude inicial do caudal

que não é de base no instante , e é uma constante recessiva. Quanto maior for a intensidade da

precipitação anterior ao período de tempo seco, maior será , e quanto maior for a capacidade de

retenção e armazenamento do solo, menor será o valor do coeficiente .

( ) ( ) (3.6)

( ) (3.7)

De forma a ilustrar melhor a separação da infiltração em duas componentes, apresentam-se na

Figura 3.2 os hidrogramas obtidos em dois casos de estudos onde foi aplicado o método das séries

temporais de cargas poluentes. São claramente distinguíveis as três componentes consideradas pelo

modelo: águas residuais, infiltração de base e infiltração variável (exponencialmente decrescente).

Relativamente à concentração do poluente na componente de infiltração, a alternativa mais simples e

que é frequentemente usada é escolher a CQO como poluente traçador. Esta escolha simplifica o

processo de cálculo, uma vez que na maioria dos casos se pode admitir que a concentração de

matéria orgânica nas águas freáticas é muito baixa, podendo ser negligenciável quando comparada

com a água residual doméstica (Kracht e Gujer 2004). Assim, pode-se assumir que a concentração

presente na equação (3.5) é nula.

20

Figura 3.2: Separação dos hidrogramas obtidos em duas bacias de drenagem na Suíça, onde foi aplicado o método das séries temporais de cargas poluentes (Kracht e Gujer 2004).

A escolha da CQO como parâmetro traçador tem ainda outras vantagens. Por um lado, é um traçador

relativamente conservativo e a sua concentração não se altera significativamente com fenómenos

como a adsorção, oxirredução, pH ou variações de temperatura. Por outro, é um parâmetro

conhecido, utilizado em outras situações e que já é monitorizado nas redes de drenagem (a sua

medição não exige necessariamente um custo operacional acrescido).

A concentração de sólidos suspensos totais também pode ser usada como traçador natural das

águas residuais. No entanto, a SST tende a sobrestimar o caudal de infiltração devido à

sedimentação de sólidos nas zonas mais elevadas das bacias, principalmente durante o período

noturno (levando a um decréscimo da concentração de SST nas secções mais a jusante) (Bares et al.

2008). Recentemente, Shelton et al. (2011) desenvolveram um estudo do potencial de vários

marcadores químicos menos comuns, nomeadamente a cafeína, o nitrogénio total, os sólidos

suspensos totais (SST), Escherichia coli (E. coli) e Enterococci. Verificou-se que os dois últimos

marcadores, de origem bacterial, são muito menos estáveis que os físico-químicos e concluiu-se que

o traçador mais estável era o nitrogénio total. No entanto, não foram encontrados casos de aplicação

em que tenha sido usado este parâmetro para estimar a infiltração.

No caso do método das séries temporais de cargas poluentes, importa referir que um requisito chave

para o seu sucesso é garantir uma elevada resolução temporal das séries, o que só é possível se for

usado equipamento adequado. O caudal deve ser medido com os melhores medidores disponíveis e

a CQO deve ser obtida através de medições óticas, sendo para isso necessário utilizar um

espectrofotómetro de radiação UV/visível de comprimento de onda múltiplo. A utilização deste tipo de

equipamento, testada nas duas bacias referidas na Figura 3.2, permite reconhecer e definir um

padrão. Com base nesse padrão, pode-se obter um modelo matemático que simule a concentração

de CQO numa determinada secção da rede de drenagem (Kracht e Gujer 2004). A adequação do

modelo é retratada na Figura 3.3, onde se mostra que os valores modelados se aproximam bastante

dos medidos numa campanha pontual. A vantagem desta abordagem é que depois de calibrado, o

modelo permite que a infiltração seja estimada (em situações futuras) com base apenas em dados de

caudal.

21

Figura 3.3: Comparação entre os resultados do modelo matemático de simulação de CQO com os resultados reais medidos numa campanha pontual (Kracht e Gujer 2004).

O uso de tecnologias de medição mais avançadas e a construção de um modelo matemático são as

únicas características que distinguem a metodologia proposta por Kracht e Gujer (2004) de outras

semelhantes e anteriores. Já em 1997, por exemplo, tinha sido realizado um trabalho na bacia do

Ribeirão do Ouro (Brasil) em que foram aplicados exatamente os mesmos princípios, mas de forma

muito mais simplificada. Usaram-se dados de caudais mínimos noturnos (entre as 03:00 e as 06:00

horas), estimou-se um valor teórico para o caudal de águas residuais e considerou-se que a

concentração de CQO nas águas residuais era igual à média diária. Neste caso de estudo conclui-se

que 90% do caudal noturno era devido a infiltrações e que a infiltração real era 2.93 vezes inferior à

referida pelas normas Brasileiras. O facto de a infiltração ser inferior ao previsto foi em parte

justificado pelo nível de submersão da rede, em relação ao nível freático (Hanai e Campos 1997). As

normas brasileiras assumem que toda a rede está submersa, o que não corresponderá, na maioria

das redes de drenagem, à realidade. Na bacia estudada por Hanai e Campos, apenas 29% da rede

estava submersa no aquífero local. Também a título exemplificativo, e numa situação mais recente, a

equação (3.5) foi aplicada a uma bacia em Praga, tendo-se estimado que 45% do caudal médio diário

que circulava na rede tinha origem em afluências indevidas (Bares et al. 2008).

Antes de finalizar este subcapítulo e encerrar a descrição dos métodos analíticos e convencionais,

faz-se referência a um estudo comparativo onde foram analisados, para a mesma bacia, os

resultados de infiltração obtidos por diversos métodos. Foram analisados alguns dos métodos

apresentados nesta dissertação, e ainda outros. O estudo foi desenvolvido por De Bénédittis e

Bertrand-Krajewski (2004a) e conclui que o método escolhido para a quantificação da infiltração

influencia significativamente o resultado obtido, podendo os valores de caudal de infiltração obtidos

variar em quase 20% (Figura 3.4). Com base nos resultados, o autor concluiu que os métodos

tradicionais apresentam uma incerteza demasiado elevada na estimativa do valor da infiltração e na

localização dos pontos de origem. Os métodos analisados, respetivos princípios e autores

apresentam-se no Quadro 3.2, que serve também para listar algumas das metodologias existentes

mas que não foram referidas nesta dissertação.

22

Quadro 3.2: Alguns métodos convencionais para estimar a infiltração (De Bénédittis e Bertrand-Krajewski 2004a).

Método Código5 País Autor

6 Tipo

Caudal de tempo seco F1 - - Medição de caudal

Caudal de tempo seco (bis) F1 (bis) Suíça Hager et al. (1985) Medição de caudal

Média da densidade F2 Áustria Ertl et al. (2002) Medição de caudal

Amnen & Muller F3 Áustria Annen, (1980) Medição de caudal

Triângulo F4 Alemanha Weiß et al. (2002) Medição de caudal

Mínimo móvel F5 Alemanha Weiß et al. (2002) Medição de caudal

Diferença de caudal diário F6 França Joannis (1994) Medição de caudal

Diferença de caudal noturno F7 França Joannis (1994) Medição de caudal

Caudal mínimo noturno F8 França Renault (1983) Medição de caudal

Caudal noturno corrigido F9 França Renault (1983) Medição de caudal

Caudal noturno corrigido (bis) F10 Suíça Hager et al. (1985) Medição de caudal

Parâmetro de forma F11 França Joannis (1994) Medição de caudal

IMHOFF França Renault (1983) Químico

Suíço Suíça Hager et al. (1985) Químico

Híbrido ou Horizon França Horizon (1992) Químico

Figura 3.4: Volumes de infiltração estimados pelos métodos do Quadro 3.2 nas diversas sub-bacias estudadas por De Bénédittis e Bertrand-Krajewski (2004a).

3.3.2. Métodos não convencionais: método dos isótopos

Depois de terem sido apresentados alguns dos métodos convencionalmente usados para a estimativa

da infiltração em redes de drenagem, apresenta-se agora um método não convencional, baseado na

análise de razões isotópicas. O método dos isótopos implica um estudo químico das águas residuais,

mas não foi incluído no subcapítulo 3.2.1.2. porque não ser um método convencional.

5 Referente à Figura 3.4

6 Autores citados por De Bénédittis e Bertrand-Krajewski (2004a), que não constam das Referências Bibliográficas desta

dissertação.

23

Refira-se que o presente subcapítulo baseia-se em alguns dos trabalhos desenvolvidos no âmbito do

projeto Assessing Infiltration and Exfiltration on the Performance of Urban Sewer Systems (APUSS),

financiado pela Comissão Europeia no âmbito do 5.º Programa Quadro de Investigação e

Desenvolvimento, e que decorreu entre 2001 e 2004. Este projeto foi dedicado às questões de

infiltração e exfiltração em redes de drenagem urbana, tendo envolvido a participação de sete países

europeus (incluindo Portugal), várias universidades, pequenas e médias empresas e municípios. Uma

das principais áreas de trabalho deste projeto foi o desenvolvimento de novos métodos de medição

de infiltração, que permitissem diferenciar zonas do sistema de coletores com ocorrência de

infiltração, baseados num esforço analítico limitado e com um baixo risco ambiental (Cardoso et al.

2006). No APUSS foram identificados dois tipos de métodos para estimar a infiltração à escala da

sub-bacia: um baseado na medição dos isótopos de oxigénio 16

O e 18

O (apresentado neste

subcapítulo) e outro baseado na medição simultânea e contínua do caudal e da concentração em

CQO (anteriormente apresentado em 3.3.1.2).

A apresentação do método dos isótopos divide-se em três partes. Primeiro é introduzida a definição

de razão isotópica, depois são explicados os princípios do método dos isótopos e por fim

apresentam-se dois exemplos da sua aplicação.

Definições

Os isótopos são átomos do mesmo elemento químico que apenas diferem no número de neutrões

presentes no núcleo. Cada um dos elementos constituintes da molécula de água, oxigénio (O) e

hidrogénio (H), contém três isótopos estáveis. No método dos isótopos proposto por Kracht et al.

(2004) é usada a razão entre dois isótopos de oxigénio, 18

O e 16

O. Esta razão, também designada por

, pode ser calculada por comparação com padrão de referência para a água, SMOW (Standard

Mean Oceanic Water), como mostra a equação (3.8).

( ) ( ) ( )

( ) (3.8)

A abundância de um dado isótopo em águas naturais depende de fatores como as características dos

eventos de precipitação (altitude, latitude, distância ao oceano), do ciclo de evaporação/condensação

ou a ocorrência de trocas minerais (De Bénédittis e Bertrand-Krajewski 2004b). Na Figura 3.5

apresentam-se as gamas de valores de em diversas origens naturais de água.

Princípios básicos

Uma vez que o método dos isótopos será descrito e aplicado no subcapítulo 4.3 deste trabalho, nos

próximos parágrafos descrevem-se apenas os seus princípios básicos. Uma explicação mais

detalhada do método pode ser consultada em De Bénédittis e Bertrand-Krajewski (2004b).

24

Figura 3.5: Variações da razão 18

O em águas naturais. Adaptada de Schilperoort (2004).

A composição de isótopos estáveis das águas naturais não varia facilmente com possíveis alterações

químicas ou com atividade biológica. Pensa-se inclusivamente que a presença de isótopos estáveis

não seja sequer afetada pela utilização da água nas infraestruturas urbanas. Assim, a razão isotópica

pode ser usada como um traçador natural e aplicada na estimativa de infiltração.

No principal estudo realizado sobre este tema, desenvolvido em Kracht et al. (2003), optou-se por

usar a razão isotópica 18

O/16

O (também denominada por 7), atrás descrita. O objetivo passa por

usar os isótopos estáveis de oxigénio presentes na água da rede como referência para as águas

residuais, e os das águas subterrâneas locais como referência para a água infiltrada. Este princípio

foi também estudado por Houhou et al. (2009), que confirmou a viabilidade da utilização de isótopos

estáveis para determinar a origem e quantidade de água limpa que entra nos sistemas de drenagem.

Considerando que as águas de consumo têm razões isotópicas distintas das águas

subterrâneas, é possível estimar a infiltração através da medição da razão à saída de uma dada

sub-bacia e aplicando posteriormente a equação de balanço de massa.

Apesar de ser simples e pouco dispendioso, o método dos isótopos tem uma utilização limitada,

podendo apenas ser aplicado em sub-bacias onde as características isotópicas das águas de

consumo e das águas subterrâneas sejam homogéneas. Outra desvantagem é que são apenas

admitidas duas origens para as afluências indevidas, nomeadamente a água de abastecimento e

água subterrânea. Segundo Kracht e Gujer (2006), a precisão das estimativas de infiltração e outras

afluências depende da variabilidade natural da composição isotópica dos aquíferos e do estado de

conservação da rede. Devem ser realizadas investigações hidrológicas minuciosas para definir os

principais caminhos, origens e tipos de água na bacia em que se pretende aplicar o método.

7 É usada a notação standard internacional referida na norma V-SMOW.

25

Aplicações

O método dos isótopos foi aplicado em vários casos de estudo. Na Bélgica foram desenvolvidos

testes piloto em duas cidades (Eskel e Hamme) e concluiu-se que o método dos isótopos poderia ser

usado em ambos os casos, com sucesso (Dirckx et al. 2009). Foram também testadas três zonas

com bacias e características muito distintas: Toraccia (zona suburbana de Roma, Itália), Rümlang

(Zurique, Suíça) e na zona urbana de Lyon (França). Nos próximos parágrafos descrevem-se os

últimos dois estudos mencionados, respetivamente na bacia de Ecully (Lyon, França) e Rümlang

(Zurique, Suíça).

Ecully (França, Lyon)

O primeiro estudo apresentado foi realizado na bacia de Ecully, que se localiza na zona residencial

urbana de Lyon e ocupa uma área de 245 ha. As diferenças significativas na composição isotópica

das várias origens de água nesta região tornam-na adequada para aplicar o método dos isótopos.

Numa primeira fase realizaram-se campanhas preliminares para testar a aplicabilidade do método.

Foram medidas as diferentes composições de nas várias fontes de água da bacia,

nomeadamente a rede de abastecimento, os rios Ródano e Saône e os aquíferos a eles associados.

Realizaram-se duas campanhas para avaliar os efeitos sazonais, uma em Março e outra em

Setembro de 2002. Os valores obtidos foram devidamente analisados – compararam-se as

composições de isótopos nos diferentes tipos de água e em diferentes períodos do ano, tendo-se

concluído que o método dos isótopos podia ser aplicado. Foi então recolhido um conjunto de

amostras da água circulante na rede de drenagem durante um período de 24 horas, com início às

10:00 horas de 12/03/2003 (Figura 3.6).


O medidos na bacia de Ecully (Lyon) em 12 e 13 de Março de 2003. Adaptada de De Bénédittis e Bertrand-Krajewski (2004b).

Como se pode ver na Figura 3.6, o valor de de todas as amostras recolhidas está dentro dos

limites de referência para águas exclusivamente provenientes de infiltração (inf) ou águas da rede

(AR). Consequentemente, é viável admitir que a água que circula na rede de drenagem é uma

26

mistura da água potável, proveniente da rede de abastecimento, e da infiltração de águas

subterrâneas. A proporção destas duas componentes do caudal total foi calculada para cada amostra,

o que permitiu conhecer o hidrograma diário, representado na Figura 3.7, e a partir do qual se podem

ler os valores estimados do caudal de infiltração.

Figura 3.7: Composição de um hidrograma diário usando o método dos isótopos. Adaptada de De Bénédittis e Bertrand-Krajewski (2004b).

Ao construírem o hidrograma diário, os autores depararam-se com elevadas variações horárias de

infiltração (o que não seria expectável). Isso motivou a análise e quantificação das incertezas do

método, assunto que se encontra descrito com detalhe em De Bénédittis e Bertrand-Krajewski

(2004b). Quanto à justificação e causa das variações registadas, foram sugeridos dois fenómenos

distintos:

O facto de o método dos isótopos estimar um valor para a infiltração sem ter em conta a

forma como essa água entrou na rede de drenagem. Assim, o caudal infiltrado pode provir

não só de problemas em juntas, defeitos nos coletores, etc. mas também de descargas de

águas residuais bombadas para diversos propósitos (arrefecimento, etc.).

O mecanismo da infiltração real: quando o perímetro molhado dos coletores diminui

(nomeadamente durante o período noturno) e a diferença de pressões entre o nível freático e

o nível de água no coletor aumenta, o potencial de infiltração é superior.

Concluindo, este estudo mostrou que os isótopos de oxigénio podem ser usados para quantificar a

infiltração (relativa a águas subterrâneas) se as condições de aplicabilidade do método forem

satisfeitas. Verificou-se ainda que a taxa de infiltração na bacia de Ecully, ao longo do período

analisado, foi variável durante o dia.

Rümlang (Zurique, Suíça)

O segundo caso de estudo abordado neste subcapítulo refere-se à bacia de Rümlang, uma pequena

localidade com cerca de 5400 habitantes, localizada perto de Zurique, Suíça. A água que abastece

vila provém do Lago Zurique, que é maioritariamente alimentado pela precipitação nos Alpes.

27

Segundo medições realizadas no local, a água potável que circula na rede de distribuição apresenta

uma razão de -11.3‰, enquanto a composição média das águas subterrâneas foi estimada

em -9.54‰ (Kracht e Gujer 2006).

Para otimizar a aplicação experimental do método dos isótopos, todas as captações de águas

subterrâneas locais foram substituídas por água com características semelhantes às do lago, durante

algumas semanas (antes da campanha de recolha de amostras). Refira-se também que neste estudo

foram considerados, simultaneamente, isótopos de oxigénio e hidrogénio. Isto permitiu detetar e

entender a interferência de determinados fatores, como os efeitos causados pela evaporação, nos

dois tipos de isótopos.

A Figura 3.8 compara uma série temporal de valores de de várias fontes de água e mostra ainda

a resultante separação do hidrograma nas suas diferentes componentes. O valor estimado para a

infiltração de águas subterrâneas foi de 712 m3/dia, o que corresponde a 39% do caudal diário total

na rede de drenagem. Ao analisar a Figura 3.8 é interessante verificar que o caudal de afluências

indevidas apresenta algumas flutuações diárias, tal como aconteceu no caso de estudo de Ecully.

Com base em conhecimentos e estudos anteriores, seria espectável que o caudal de afluências

sofresse variações sazonais, mas não diárias. Os autores interpretaram estas flutuações como sendo

resultado do armazenamento de grandes volumes de água em zonas “mortas”, distribuídos ao longo

da rede de drenagem.

Figura 3.8: Caracterização isotópica e decomposição do hidrograma diário nas suas componentes básicas: águas residuais e infiltração (Kracht e Gujer 2004).

A incerteza nos resultados obtidos neste caso de estudo deveu-se principalmente à mistura de água

de diferentes redes de abastecimento e à existência de pequenas captações locais (Kracht e Gujer

2006). Os autores deste estudo afirmam que, em situações favoráveis, o método dos isótopos poderá

estimar taxas de infiltração com um erro inferior a 5%.

3.4. Modelos de simulação

Ao longo dos últimos anos, alguns estudos mostraram que as redes de drenagem se comportam de

forma semelhante aos cursos de água, existindo uma grande semelhança entre os processos de

alimentação em cursos de água superficiais e o fenómeno de infiltração em coletores. No estudo

desenvolvido por Karpf e Krebs (2004), concluiu-se que as metodologias usadas para descrever as

28

interações entre rios e aquíferos podem ser aplicadas, com as devidas adaptações, a casos em que

se pretenda simular a dinâmica da infiltração de água subterrânea em sistemas de drenagem.

Seguindo este princípio, têm sido desenvolvidos dois tipos de modelos de simulação: uns que se

baseiam em teorias de armazenamento e retenção de água no solo (Belhadjd et al. 1995; Raynaud et

al. 2008; citados por Karpf e Krebs 2012) e outros que recorrem a leis físicas unidimensionais, como

a lei de Darcy, para estimar a infiltração (Gustafsson 2000; Karpf e Krebs 2004). Relativamente ao

segundo caso, apresenta-se, a título de exemplo, a equação proposta por Karpf et al. (2007) para

estimar o caudal de infiltração (3.9).

(3.9)

Na equação (3.9), é um coeficiente de infiltração que depende da permeabilidade da tubagem,

calculado através de uma regressão linear múltipla, é a área da secção molhada pela água

subterrânea, é a diferença de pressões entre o nível freático e a altura de água no interior da

tubagem e é a distância média entre e o nível freático.

O princípio de interligação entre sistemas de drenagem e o meio hidrológico envolvente foi integrado

em diversos softwares de modelação de bacias urbanas, de modo a torná-los capazes de representar

processos que normalmente são negligenciados, como é o caso da infiltração nos sistemas de

drenagem. Um dos primeiros modelos a merecer destaque foi o modelo computacional integrado

proposto por Gustafsson (2000), no qual se desenvolveu o uso conjunto de dois programas da DHI

(Danish Hydraulic Institute): MOUSE e MIKE SHE. Na abordagem proposta, o MOUSE e o MIKE SHE

são executados independentemente (como se existissem dois modelos diferentes), exceto em três

elementos, nos quais os dois softwares são acoplados:

Interação entre tubagens e o aquífero – calcula-se o caudal infiltrado com base na lei de

Darcy, considerando a variação temporal e espacial da pressão nas tubagens e no aquífero

envolvente, a superfície da tubagem em contacto com a água subterrânea e adota-se um

coeficiente de infiltração empírico.

O caudal proveniente de ligações de serviço, drenos de caves ou de outras redes que não

são consideradas no M USE, é “transportado” para câmaras de visita previstas no modelo

MOUSE (de forma a ser considerado).

Áreas que são consideradas impermeáveis no MIKE SHE passam a ser descritas como

zonas de escoamento superficial no modelo MOUSE.

A combinação destes softwares permitiu modelar, com sucesso, a interação entre os sistemas de

drenagem e os sistemas de água subterrânea envolventes em três casos de estudo na Suécia.

Apesar de requerer uma grande resolução geográfica e um grande investimento de tempo e dinheiro,

o modelo acoplado MIKE SHE-MOUSE permite localizar as áreas com maior potencial de infiltração e

é particularmente vantajoso quando se pretende conhecer as alterações hidrogeológicas que a

implementação de uma rede de drenagem tem num dado local. Um dado interessante obtido deste

29

modelo, e que merece destaque na análise de infiltração, é que o próprio nível freático é influenciado

pelo sistema de drenagem. Por outras palavras, a altura piezométrica das águas subterrâneas na

zona envolvente da rede é inferior à altura piezométrica natural (que se mediria se não existisse a

rede). Este raciocínio é concretizado na Figura 3.9, onde se representam as alturas de água na

presença ou ausência da tubagem, para um caso de estudo analisado por Gustafsson (2000).

Verifica-se, de facto, que em muitas cidades europeias os níveis freáticos só não se encontram mais

próximo da superfície porque são controlados pela existência de sistemas de drenagem permeáveis

(Kracht et al. 2003).

Figura 3.9: Simulação feita para um caso de estudo, onde se mostra que a existência do sistema de drenagem tem uma influência expressiva no nível freático. Adaptada de Gustafsson (2000).

Anteriormente ao MIKE SHE, o modelo conceptual MOUSE NAM, também desenvolvido pela DHI, foi

aplicado em centenas de bacias na Suécia, com o objetivo de modelar os processos hidrogeológicos

que afetam as afluências indevidas (Gustafsson 2000). Este tipo de modelo não permite, no entanto,

a consideração de alterações futuras na rede e dos seus efeitos.

Existem várias outras propostas de modelos computacionais, como é o caso do URBS (Urban Runoff

Branching System), apresentado em Rodriguez et al. (2004). Mais recentemente, Karpf e Krebs

(2011) também propuseram um modelo que combina dados das águas subterrâneas com a

informação relativa ao sistema de drenagem. A metodologia proposta permite estimar não só a

infiltração mas também as afluências de escoamento direto, tornando clara a contribuição de cada

uma destas componentes para o caudal total. O referido modelo destaca-se pelo facto de agrupar as

tubagens em diferentes classes, consoante as suas características estruturais. Este foi um aspeto

inovador e que teve em conta os resultados de investigações anteriores, que provaram a existência

de uma correlação entre as características estruturais do sistema de drenagem (diâmetro, material,

profundidade da soleira) e a fração de infiltração. Os grupos de tubagens foram criados com base em

dois critérios: o número de dias por ano em que o nível freático estava acima da altura de

escoamento na tubagem, e o ano da sua construção. O primeiro critério considera a deterioração

causada pela submersão, e tem maior peso que o segundo, que reflete a importância da idade nas

condições estruturais da tubagem. A otimização do modelo foi feita através da aplicação do método

dos mínimos quadrados a cada classe.

30

Os modelos de simulação estimam a infiltração com base em condições de fronteira previamente

definidas, como mostra esquematicamente a Figura 3.10.

Figura 3.10: Representação esquemática da secção transversal considerada por um modelo tridimensional de infiltração (Karpf e Krebs 2012).

Recentemente, Karpf e Krebs (2012) apresentaram uma abordagem que dá particular ênfase à

importância da definição das condições de fronteira. Os autores desenvolveram uma linha de

raciocínio que envolve três fases consecutivas. Primeiro prepararam um modelo hidráulico

tridimensional (usando o programa MODFLOW) com o objetivo de estudar detalhadamente a

influência das condições de fronteira. Depois, com base nesse modelo, foi desenvolvido um modelo

unidimensional de infiltração, baseado na lei de Darcy. A análise a uma dimensão foi fundamental

porque um modelo 3D não poderia ser aplicado a situações reais, devido à incompatibilidade do

formato dos dados disponíveis (Karpf e Krebs 2012). Por fim, foram feitas diversas simulações com

condições de fronteira diferentes, de forma a identificar as zonas (em profundidade) com maior

potencialidade de ocorrência de infiltração.

Os resultados do estudo de Karpf e Krebs (2012) confirmaram que a infiltração de água subterrânea

representa um problema tridimensional complexo. Ainda assim, a análise tridimensional permitiu

concluir que existe uma relação linear entre a taxa de infiltração e a condutividade hidráulica do

material de aterro e do potencial hidráulico (Figura 3.11). Consequentemente, é admissível proceder

apenas a uma análise unidimensional e aplicar a lei de Darcy (Karpf e Krebs 2012).

Figura 3.11: Taxa de infiltração, carga hidráulica e condutividade do meterial de aterro, obtidas através de simulações no progama MODFLOW (Karpf e Krebs 2012).

31

Também do estudo de Karpf e Krebs (2012) se concluiu que a perda de pressão na vizinhança das

fissuras dos coletores é não só influenciada pela diferença de carga hidráulica (entre o nível freático e

o nível de água dentro do coletor), mas também pela profundidade de assentamento do coletor, pela

condutividade do solo e do material de aterro e pela extensão da área de tubagem por onde a água

entra (ou sai). O volume infiltrado depende ainda da dimensão das fissuras dos coletores. Danos de

menores dimensões podem causar fluxos superiores do que os de maior dimensão, uma vez que

quanto mais pequena for a área de infiltração, maior é a importância do fluxo horizontal (na

vizinhança) (Karpf e Krebs 2012). Esta relação pode ser vista na Figura 3.12, onde se observa que a

taxa de infiltração diminui progressivamente, à medida que amenta a área de infiltração. Também

existe uma relação entre a infiltração e a forma dos orifícios de entrada, geralmente correspondentes

a danos e fissuras das paredes das tubagens. Na Figura 3.12 apresenta-se a infiltração relativa a

uma área de entrada de 9 cm2, consoante a forma do orifício seja em cruz, retangular ou linear.

Figura 3.12: Influência da área e da forma dos orifícios da tubagem no processo de infiltração. Adaptada de Karpf e Krebs (2012).

A criação de modelos implica um trabalho exaustivo de recolha de dados hidrológicos, geológicos e

relativos à rede de drenagem. Para criar um modelo do tipo MOUSE-MIKE SHE é necessário

dispor-se dos dados geográficos, geométricos e geofísicos do local em estudo. É ainda relevante

conhecer as condições meteorológicas e outras condicionantes mais específicas, consoante o caso

em estudo. Os inputs mais típicos são a topografia, uso do solo e características das

culturas/vegetação, mapas detalhados (propriedades, habitações, estradas, etc.), superfícies

impermeáveis e respetivas condições de escoamento e drenagem, geometria dos rios, lagos, e outros

cursos de água, geometria do sistema de drenagem, cota das fundações e tubagens, informação

geológica (incluindo características hidrogeológicas), informação relativa à extração de água

subterrânea, séries temporais de precipitação diária e o valor mensal típico da evapotranspiração. Os

parâmetros específicos necessários a cada modelo dependem de caso para caso. No caso de estudo

abordado em Karpf e Krebs (2011), foram usados registos de caudal afluente à ETAR local,

intensidade de precipitação, temperatura do ar, profundidade dos níveis freáticos, nível de água do rio

Elba e medições de caudal num curso de água local. Refira-se que, em muitos casos, a modelação

pode envolver a simplificação de condições reais, como por exemplo assumir que as características

do solo e do material de aterro são homogéneas (Karpf e Krebs 2012).

32

Outra etapa fundamental é o processo de calibração do modelo. No caso do MIKE SHE-MOUSE,

exige-se que se conheçam dados como a posição do nível freático, as afluências indevidas detetadas

(em todos os locais possíveis) e informações relativas ao estado de conservação do sistema de

drenagem. No caso estudado por Karpf e Krebs (2012), para otimizar os parâmetros foram usados

dados de 4 anos (1995-1999) e para a validação do modelo foram usados dados de 2005 a 2007. A

resolução temporal dos registos foi de um dia, exceto no caso dos registos do nível freático, que eram

espaçados de 8 dias. O número de medições do nível freático e a localização das mesmas deve ser

baseado na experiência e depende de local para local. Nos casos até agora estudados têm sido

recolhidas entre 6 a 12 amostras para bacias com áreas entre os 200 e os 500 ha (Gustafsson 2000).

33

4. Proposta de abordagem metodológica para estimativa da infiltração


Neste capítulo apresenta-se uma metodologia para estimar a infiltração em redes de drenagem. Para

uma melhor compreensão do texto, encadeou-se o processo em três níveis de exigência e precisão

de dados crescente: nível I, II e III (Figura 4.1).

Nível Ideias base

Exig

ên

cia

de

dad

os e

pre

cis

ão d

e

resu

lta

dos

I Análise dos caudais mínimos e admissão de uma hipótese de contribuição do

esgoto no período noturno (fator de ponta mínimo).

II

Análise da razão isotópica das diversas origens de água que afluem ao

sistema de drenagem e aplicação do método proposto por De Bénédittis e

Bertrand-Krajewski (2004b) para estimar a infiltração.

III

Construção de um sistema de modelos de simulação que permitam calcular a

infiltração num determinado instante e para uma qualquer secção da rede de

drenagem.

Figura 4.1: Quadro-resumo de cada nível da metodologia proposta para a estimativa da infiltração.

O primeiro nível apresentado adequa-se a situações em que não se pretenda fazer um grande

investimento, ou em que o acesso a dados seja escasso. Por sua vez, o último nível exige um

elevado número de dados e um grande conhecimento das características da bacia em estudo (mas

fornece também resultados mais precisos). Enquanto nos dois primeiros níveis se pretende

fundamentalmente obter um valor anual ou sazonal para a infiltração, no nível III o objetivo é mais

ambicioso: prever, para um dado instante e numa dada secção da bacia em estudo, o caudal

infiltrado. Os modelos de nível I e nível II foram aplicados ao caso de estudo do Caneiro de Alcântara,

sendo os resultados apresentados no Capítulo 6 desta dissertação. O prazo de realização desta

dissertação não permitiu, no entanto, a aplicação do modelo de nível III.

Antes de prosseguir para a descrição da proposta metodológica, é importante fazer uma referência às

definições de tempo seco, tempo húmido e tempo de transição. Como já foi atrás referido, a análise

de infiltração num sistema unitário deve ser feita em tempo seco, ou seja, quando não chegam ao

sistema de drenagem afluências originadas pela precipitação. No entanto, não é fácil concretizar este

conceito num número de horas ou dias, até porque as condições variam muito consoante o local e as

características naturais da bacia e do sistema de drenagem. A definição de tempo húmido é

relativamente consensual e abrange todos os dias em que a precipitação total sobre a bacia foi igual

ou superior a um dado limite. Nesta dissertação considera-se o valor de 0.25 mm, à semelhança do

apresentado em Brito (2012). O tempo de transição (ou seco-transição, como se propõe chamar

neste trabalho) corresponde aos dias secos que precedem o tempo húmido e em que o caudal ainda

pode estar afetado pela precipitação dos dias anteriores. É exatamente a definição deste conceito

34

que é complexa, sendo que para cada caso de estudo deve ser feita uma análise semelhante à

apresentada no Anexo I.

Esclarecidas as definições de tempo seco, seco-transição e húmido, pode-se prosseguir para a

explicação da metodologia proposta. Nos próximos parágrafos apresentam-se, por ordem crescente

de acesso a dados e precisão de resultados, os três níveis da abordagem (resumidos mais à frente,

na Figura 4.1). Refira-se que a abordagem que se apresenta em seguida foi desenvolvida e deve ser

apenas aplicada em sistemas unitários gravíticos (se existirem bombagens, a análise do caudal fica

completamente distorcida).

4.2. Modelo de nível I

O caudal de infiltração numa dada rede de drenagem pode ser estimado através de um raciocínio

hidráulico simples. Para o aplicar, é preciso ter acesso a medições de caudal num dado intervalo de

tempo e a estimativas da população abrangida pela bacia de drenagem que se pretende estudar.

Considere-se que o caudal médio medido na rede de drenagem reflete apenas a influência de duas

componentes: caudal doméstico real e caudal de infiltração (considerado constante ao longo do dia).

Nestas condições, o caudal médio total de tempo seco pode ser descrito como se apresenta na

equação (4.1).

(4.1)

Na equação acima, é a média dos caudais medidos numa determinada secção da rede de

drenagem, ao longo de um dado período de tempo seco, é o caudal médio de águas residuais e

é o caudal de infiltração, no mesmo período e para a mesma secção. O caudal de infiltração

pode ser descrito como uma fração do caudal médio de águas residuais. Sendo essa fração, pode

escrever-se a equação (4.2).

( ) (4.2)

A equação (4.2) tem duas incógnitas ( e ), pelo que é necessário encontrar pelo menos mais

uma equação para obter um valor para a fração de infiltração. Pode ser usado o conceito de caudal

de ponta ( ), correspondente ao máximo caudal registado em tempo seco, e descrito pela equação

(4.3), onde é o fator de ponta máximo.

( ) (4.3)

O fator de ponta é influenciado pelo consumo de água, pelo número de ligações e de habitantes

servidos, e pelo tempo de permanência dos efluentes na rede de drenagem (Sousa s.d.). O fator de

ponta doméstico instantâneo poderia ser calculado através da razão entre o caudal máximo e o

caudal médio de águas residuais domésticas. No entanto, o caudal total que circula na rede (e que

pode ser medido através de caudalímetros ou sondas) não é constituído apenas por águas residuais

domésticas, incluindo também infiltrações e efluentes industriais. Assim, é apenas possível obter um

35

fator de ponta instantâneo aparente. Na ausência de dados de caudal que não incluam uma parcela

de infiltração, e segundo o Decreto Regulamentar 23/95 (1995), artigo 125.º, o fator de ponta pode

ser estimado pela equação (4.4), em que é a população que gera os caudais afluentes à rede de

drenagem.

√ (4.4)

A partir das equações (4.2) e (4.3) é possível calcular o valor de e e, consequentemente, obter

uma estimativa para a infiltração. No entanto, a análise da infiltração deve considerar também o

caudal mínimo, pelo que se adiciona uma terceira condição, representada pela equação (4.5). Esta é

semelhante à equação (4.3), ao considerar que o caudal mínimo diário é também composto por duas

frações: uma relativa a águas residuais e outra à infiltração.

( ) (4.5)

Na equação (4.5), é o caudal mínimo registado em tempo seco e

é o fator de ponta

mínimo. Este último parâmetro é muito difícil de estimar, não existindo sequer expressões empíricas

que permitam calculá-lo, como acontece no caso do fator de ponta máximo. Assim, é necessário

assumir um valor para

, que deve ser crescente consoante a importância que a fração de água

residual tem nos caudais mínimos, comparativamente com a infiltração.

As equações (4.2), (4.3) e (4.5) formam um sistema de três equações e três incógnitas (4.6), que

teoricamente permite o cálculo da taxa de infiltração numa dada rede de drenagem.

( )

( )

( )

(4.6)

Na prática, a equação (4.4) é muito pouco rigorosa e o processo de cálculo descrito até este

parágrafo pode levar a soluções fisicamente impossíveis (como aconteceu no caso de estudo desta

dissertação, apresentado no Capítulo 6).

A infiltração pode ser estimada com base na análise dos mínimos, em alternativa ao sistema (4.6). Se

for considerado que no instante em que o caudal é mínimo não há qualquer contribuição de caudal

doméstico, e que o caudal de infiltração é constante ao longo do dia, então o caudal mínimo

corresponde ao valor máximo da infiltração. O fator de ponta doméstico mínimo é, nesse caso, nulo.

Se em vez disso, for considerado um dado valor de

, o caudal médio de infiltração ao longo do

período analisado, , pode ser calculado aplicando a equação (4.7). Na ausência de outros dados,

sugere-se que se adote um fator de ponta mínimo de 0.10 (ENGIDRO e HIDRA 2007b).

(4.7)

36

Relembre-se que na equação (4.7), e

correspondem, respetivamente, ao caudal mínimo

total e caudal médio total, registados na secção (ou secções) em estudo ao longo do período em

análise.

Para aplicar o modelo de nível I a uma determinada secção da rede de drenagem, recomenda-se a

análise de registos de caudal em intervalos de 15 minutos, nessa secção e em dias de tempo seco,

num período mínimo de 6 meses. O período deve abranger as duas principais estações, Verão e

Inverno, de forma a considerar a variação sazonal da posição do nível freático (mais elevado no

Inverno do que no Verão, devido aos períodos mais regulares e intensos de chuva).

Por fim, salienta-se que o maior problema do modelo de nível I é que se torna impossível estimar o

caudal de infiltração sem assumir, a priori, um valor para o fator de ponta doméstico mínimo, o que

torna muito pouco rigorosa a estimativa da infiltração. Acresce ainda o problema da estimativa da

infiltração obtida por este nível não ser conservativa, uma vez que se analisam apenas caudais em

dias de tempo seco.

4.3. Modelo de nível II

4.3.1. Notas iniciais

O método de quantificação de infiltração atrás descrito pode ser combinado com uma abordagem que

permita distinguir as duas componentes do caudal total (residual e infiltração), através da análise das

propriedades químicas da água. Este tipo de abordagem dispensa a aplicação da equação (4.7) e

leva a uma melhoria significativa da precisão dos resultados obtidos. No Capítulo 3 referem-se alguns

métodos que permitem a diferenciação das frações do caudal, nomeadamente métodos químicos

baseados na análise da diluição de poluentes ou da razão isotópica.

Neste nível pretende-se aliar um método químico à análise de caudais mínimos, de forma a aumentar

o rigor na estimativa da infiltração. Assim, propõe-se a análise das razões isotópicas e a aplicação do

método proposto por De Bénédittis e Bertrand-Krajewski (2004b), e em parte descrito no subcapítulo

3.3.2.

Antes de prosseguir para a descrição da metodologia, poderá ser interessante explicar porque é que

não se considerou a utilização de outro método químico, como o método das séries temporais de

cargas poluentes, baseado na análise da diluição da CQO. Tal como referido no subcapítulo 3.3.1.2,

a estimativa da infiltração pode ser feita através da análise da concentração de CQO nas águas que

circulam na rede de drenagem. É comum admitir que, quanto mais baixo for o valor da CQO, maior

será a fração do caudal mínimo correspondente à infiltração. No entanto, esta abordagem é

questionável: nem todas as contribuições para a água residual doméstica têm de ter um alto teor em

matéria orgânica. No período noturno, por exemplo, podem existir descargas de máquinas de lavar

em volume superior ao das descargas de retretes, levando a uma diluição considerável do esgoto

doméstico. Consequentemente, os valores mínimos diários de CQO não são apenas causados pela

37

infiltração. O mesmo problema não se coloca para a razão isotópica, que funciona como um código

único e invariável, característico de cada tipo de água.

Refira-se ainda que se pensou na hipótese de propor uma metodologia que aliasse o método dos

isótopos à análise da concentração de CQO, através da calibração de um padrão CQO-infiltração. De

forma a colmatar o problema da análise da CQO acima referido, podia ser construído um padrão que

relacionasse valores de CQO com as taxas de infiltração obtidas através da aplicação do método dos

isótopos. Para isso, era preciso medir, simultaneamente, a concentração de CQO e as razões

isotópicas durante um período de uma semana, por exemplo. Uma vez definido o padrão, sempre que

se pretendesse estimar a infiltração numa dada secção, bastaria analisar registos de CQO. No

entanto, os resultados práticos apresentados no Capítulo 6 mostraram que, no caso de estudo desta

dissertação, não se observou nenhuma relação entre os valores de CQO e a taxa de infiltração obtida

pela aplicação do método dos isótopos.

4.3.2. Descrição do modelo

Para além dos registos contínuos de caudal (utilizados no nível I), a aplicação do modelo de nível II

requer a recolha de amostras e a análise laboratorial da razão isotópica em águas de três origens

diferentes: freática, potável e residual total (água que circula na rede de drenagem).

Nem todos os casos de estudo podem progredir do nível I para o nível II, uma vez que a

aplicabilidade do método dos isótopos depende de diversos fatores, entre os quais se destacam as

características hidrológicas da bacia. Existe assim uma série de condições que têm de ser analisadas

e verificadas antes de prosseguir para a aplicação prática desta metodologia, conforme se descreve

nos próximos parágrafos.

O primeiro critério que tem de ser verificado é que a água potável não tenha origem no mesmo

sistema de aquíferos que a água subterrânea. Caso contrário, a razão isotópica das duas origens de

água será igual (ou muito semelhante), o que impede a aplicação da equação (4.9), apresentada

mais à frente. Ficam assim excluídas as bacias de drenagem em que exista exploração da água

subterrânea local para abastecimento e consumo da população.

Depois, é importante verificar se existem diferentes origens de água potável, problema que se coloca

com especial relevância no caso de bacias com grandes dimensões, ou intersectadas por regiões

administrativas diferentes. Analogamente, deve ser feito um levantamento das características

hidrogeológicas e dos sistemas de aquíferos locais, no sentido de perceber se existem águas

subterrâneas com diferentes propriedades químicas (e diferentes razões isotópicas). Uma vez que o

acesso a dados fidedignos e espacialmente bem definidos pode ser difícil em muitas situações,

aconselha-se a realização de uma pré-campanha em que sejam recolhidas amostras de águas

potáveis e freáticas, em diferentes pontos da bacia. Os resultados da análise da razão isotópica das

referidas amostras permitem identificar diferentes origens de águas freáticas e potáveis, e ajudam a

ter uma atitude critica em relação à aplicação do método dos isótopos, a priori. Se os valores da

razão isotópica das fontes de água potável forem muito próximos dos das águas freáticas (mesmo

38

não sendo iguais), a aplicação do método dos isótopos torna-se mais sensível e os resultados

poderão ser menos rigorosos. Pode ainda ser interessante recolher-se, na pré-campanha, amostras

para análise da concentração de CQO em águas freáticas, de forma a verificar se elas estão

contaminadas com matéria orgânica. Os locais em que houver contaminação devem ser excluídos do

estudo, sendo substituídos por outros. Este procedimento é particularmente importante em casos

onde se desconfie que existam descargas de esgoto para cursos de água naturais subterrâneos e

canalizados.

Uma vez verificadas as várias condições de aplicabilidade acima referidas, e antes de partir para a

aplicação prática do nível II, deve ser feito um planeamento cuidado do trabalho e das campanhas de

recolha de amostras. O planeamento deve considerar e definir os quatro pontos seguintes:

1) Origens de água que possam afluir ao sistema de drenagem;

2) Número de pontos de recolha de amostras;

3) Localização e distribuição espacial desses pontos;

4) Facilidade de acesso aos pontos de medição.

Na fase de planeamento das campanhas pode ser elaborado um mapa semelhante ao representado

na Figura 4.2 (referente a um caso de estudo na bacia de Yzeron, em França), onde se incluem as

informações dos primeiros três pontos mencionados acima.

Figura 4.2: Mapa com a identificação dos locais de recolha de amostras para medição da análise isotópica, elaborado para a bacia de Yzeron (França). Adaptada de De Bénédittis e Bertrand-Krajewski (2004a).

Relativamente ao ponto 4, há várias questões que devem ser consideradas. A recolha de água

potável pode ser feita em torneiras de domicílios ou de espaços comerciais, ou até mesmo em

bebedouros ou fontes de água localizadas em espaços públicos. O acesso a águas freáticas e

residuais pode não ser tão simples. Para o primeiro caso, é útil ter acesso a cadastros de poços e

minas de água, no caso de não existirem cursos de água superficiais acessíveis ou com as

39

características pretendidas. Relativamente ao acesso às águas residuais, é importante analisar a

planta da rede de drenagem e identificar as caixas de visita mais próximas das secções que se

pretendem estudar. Em ambos os casos é conveniente fazer uma visita aos locais pretendidos, antes

de proceder à recolha de amostras, de modo a perceber as condições de acesso e segurança. No

Anexo IV apresenta-se, como exemplo, o documento usado no planeamento da campanha

apresentada no Capítulo 6.

Antes de prosseguir para a aplicação prática da metodologia, é necessário definir a duração das

campanhas. Nesta dissertação, sugere-se a análise de 3 a 7 dias de tempo seco, em duas

campanhas anuais: uma realizada no período de Verão e outra no período de Inverno. Tal como se

referiu para o nível I, esta separação é importante para que se tenha em consideração a variação

sazonal do nível freático. Refira-se ainda que a classificação das estações depende da localização da

bacia e do regime típico anual de precipitação da região. No caso particular de Portugal, o ideal seria

realizar uma campanha entre Julho e Agosto (época seca) e outra em Janeiro ou Fevereiro (época

húmida).

Idealmente as recolhas devem ser horárias (para que sejam captadas as variações ao longo do dia),

como aconteceu em Lyon, no caso estudado por De Bénédittis e Bertrand-Krajewski (2004b). Se tal

não for possível, as medições devem concentrar-se preferencialmente no período noturno, quando se

regista o caudal mínimo.

A realização das campanhas exige um conjunto de recursos humanos e materiais. As condições de

acessibilidade de cada local definem o número de pessoas necessário. Nos pontos de recolha de

água potável poderá bastar estar uma pessoa, mas nos locais de recolha de águas residuais e

freáticas é aconselhável que estejam duas pessoas, no mínimo. Nestes dois casos é comum ser

necessário levantar tampas de câmaras de visita, e descer até ao Caneiro, no caso das amostras

recolhidas na rede de drenagem. Os recursos materiais podem dividir-se em duas categorias: os que

são inerentes à recolha de amostras para análise da razão isotópica, e os que são auxiliares. No

primeiro caso incluem-se filtros, seringas e tubos e no segundo baldes, copos, e instrumentos de

ajuda à remoção das tampas, por exemplo. Uma vez que as amostras têm de ser armazenadas a

uma baixa temperatura, é ainda fundamental incluir uma geleira no material necessário. No

planeamento apresentado no Anexo IV listam-se os materiais usados para o caso de estudo do

Caneiro de Alcântara. No mesmo anexo especificam-se os cuidados que são exigidos no processo de

recolha de amostras para análise da razão isotópica. Por exemplo, refere-se que devem ser

recolhidos volumes pequenos de água, filtrados in situ e armazenados em tubos de vidro ou de

Eppendorf, completamente cheios (para evitar contacto com a atmosfera), e mantidos a uma

temperatura de aproximadamente 4 ºC, até serem levados para o laboratório.

Depois de recolhidas as amostras, segue-se a análise em laboratório da razão das diferentes

amostras. Os resultados obtidos permitem distinguir a contribuição das águas residuais domésticas e

da infiltração para o caudal total. Volta-se a referir que o valor de medido em amostras de águas

freáticas serve como valor de referência para a componente de infiltração, δ inf, e o medido em

40

amostras de água potável serve como valor de referência para a componente de águas residuais, δAR.

Estes dois parâmetros condicionam o valor de da água residual total (δT). Conhecendo, para um

dado instante, o caudal total de uma dada secção e as razões isotópicas δinf, δAR e δT, é possível

estimar o caudal infiltrado através de uma equação de conservação de massa, (4.8).

(4.8)

A fração de infiltração ( )8 pode ser deduzida da equação (4.8) e apresentar-se como se mostra em

(4.9). Depois de calculado , basta multiplicar esse valor pelo caudal total registado na secção em

estudo (no mesmo instante em que foi recolhida a amostra), para obter o caudal de infiltração.

(4.9)

Para que se possam tirar conclusões fidedignas relativas à infiltração, é imperativo fazer uma

estimativa da incerteza. Em De Bénédittis e Bertrand-Krajewski (2004b) apresentam-se equações

simplificadas para o cálculo da incerteza da fração de infiltração e do caudal infiltrado, (4.10) e (4.11),

respetivamente.

√

√

(4.10)

√

(4.11)

Nas equações acima, a única variável que não foi anteriormente mencionada é a incerteza da análise

de em laboratório ( ), que se pode admitir próxima de 0.10‰. Se a incerteza relativa for

superior a 1, não é razoável aplicar o método dos isótopos (De Bénédittis e Bertrand-Krajewski

2004b). Nesta dissertação sugere-se que seja adotado este critério. Entenda-se, por isso, que a

viabilidade da aplicação da metodologia de nível II só fica comprovada depois de se calcularem os

valores da fração de infiltração e da sua incerteza. Refira-se ainda que, caso se pretenda um estudo

mais rigoroso, deve-se considerar a variação espacial dos valores de referência δinf e δAR no cálculo

na incerteza.

A desvantagem desta abordagem é que as infiltrações obtidas se referem apenas a um instante e a

uma secção. Apesar de poder haver um grande rigor na estimativa obtida, só se conhece a infiltração

correspondente ao caudal que atravessou uma dada secção num determinado momento do passado.

Não é possível, através da aplicação do nível II, prever o caudal de infiltração numa situação futura

ou numa secção diferente da rede de drenagem. Pode fazer-se uma aproximação, e assumir que a

média dos caudais de infiltração obtidos na campanha de Verão se estendem à restante estação, e

8 Esta fração não é igual à apresentada no nível I: k refere-se à fração de infiltração no caudal de águas residuais, e b à fração

de infiltração no caudal total

41

aplicar o mesmo raciocínio para o Inverno. No entanto, esta nunca será uma aproximação rigorosa e

fidedigna, podendo apenas ser usada a título indicativo.

4.4. Sistema de modelos de nível III

4.4.1. Considerações iniciais

Neste subcapítulo apresenta-se o nível III, o mais complexo e exigente da abordagem metodológica

proposta, e que envolve a criação de um sistema de modelos de simulação. No subcapítulo 3.4 já

foram referidas alguns dos fundamentos base deste tipo de modelos, e foram ainda referidos alguns

exemplos.

Sabe-se que o fenómeno de infiltração de águas subterrâneas em redes de drenagem é potenciado

pela diferença de carga hidráulica entre o nível freático e o nível de água no interior dos coletores.

Este princípio não foi considerado nos dois níveis anteriores, tendo sido apenas analisados os

caudais e as características das águas que circulam na rede. Um modelo de infiltração na rede de

drenagem (descrito no subcapítulo 4.4.2), devidamente construído e calibrado, permite simular a

interação entre o ciclo hidrológico natural da bacia e o sistema de drenagem e, com base nessa

interação, estimar a infiltração num dado instante e para uma dada secção.

No entanto, este modelo só pode ser aplicado se forem conhecidos, para cada secção ou para cada

trecho, o nível de água no coletor e a altura piezométrica do aquífero. Assim, o sistema de modelos

de nível III deve incluir a integração de quatro submodelos, apresentados no Quadro 4.1, e que

alimentam progressivamente o modelo de infiltração na rede de drenagem.

Quadro 4.1: Classificação e descrição da função de cada submodelo de nível III.

Nome Função

Submodelo hidrológico

Estimar o caudal de escoamento superficial e o caudal que

infiltra no solo, para a bacia de drenagem em estudo.

Submodelo de afluências

em tempo seco

Estimar o caudal doméstico e industrial que aflui ao sistema

de drenagem.

Submodelo hidráulico do

sistema de drenagem

Estimar a altura de água no interior dos coletores da rede

de drenagem.

Submodelo do aquífero Estimar a altura piezométrica do aquífero (posição do nível

freático).

Os parâmetros de entrada (inputs) de cada submodelo, assim como as suas características e

princípios base, são descritos nos subcapítulos 4.4.3 a 4.4.6.

Na Figura 4.3 representa-se esquematicamente o sistema de modelos pretendido no nível III e a

forma como eles se interligam. A leitura do restante capítulo permitirá uma melhor compreensão

desta figura.

42

Caudal de águas

residuais

Altura de água

nos coletores

Submodelo

hidrológico

Iteração

Submodelo

hidráulico

do sistema de

drenagem

Submodelo de

afluências

em tempo seco

Submodelo

do aquífero

Modelo de infiltração

na rede de drenagem

Caudal de

escoamento

superficial

Altura piezométrica do

aquífero

Caudal de

infiltração

Caudal de

escoamento

subterrâneo

Figura 4.3: Representação esquemática do modelo de simulação (nível III).

4.4.2. Modelo de infiltração na rede de drenagem

O modelo de infiltração na rede de drenagem segue um princípio base muito simples, que se divide

em duas fases. Primeiramente, o modelo deve avaliar o potencial de ocorrência de infiltração com

base na posição relativa do nível freático e da altura de água na rede de drenagem (Figura 4.4).

Figura 4.4: Representação simplificada de um caso em que ocorre infiltração (à esquerda) e outro em que ocorre exfiltração (à direita).

Num determinado troço, se o nível freático apresentar uma cota superior à altura de água no coletor,

a diferença de pressão hidrostática pode levar à entrada de água no mesmo (ou seja, é possível

haver infiltração). Se, por outro lado, a pressão for maior no interior do coletor, a água tende a sair e

potencia-se o fenómeno de exfiltração (que não é analisado nesta dissertação).

43

Caso a diferença de alturas confirme a possibilidade de infiltração, o modelo deve prosseguir para a

segunda fase, na qual devem ser considerados os restantes fatores que influenciam a entrada de

água no coletor. A posição do nível freático não é o único fator que determina a ocorrência ou não de

infiltração. Por exemplo, no caso hipotético de um troço de tubagem ter características estruturais

perfeitamente estanques, não haverá infiltração, mesmo que a diferença de pressões atue nesse

sentido. Características como o material das paredes dos coletores, a sua idade e o seu estado de

conservação são determinantes neste processo e devem por isso ser consideradas pelo modelo de

infiltração na rede de drenagem.

O caudal infiltrado depende da diferença de alturas entre o nível freático e o nível de água no coletor

( ), da área de infiltração ( ) e de um coeficiente de infiltração (ou exfiltração), , que descreva

a influência dos restantes fatores que condicionam a infiltração (sendo o estado estrutural dos

coletores o mais relevante). O modelo de infiltração na rede de drenagem deve então estimar o

caudal de infiltração através da equação (4.12), baseada no mesmo princípio físico que lei de Darcy.

(4.12)

A infiltração pode ser estudada a diferentes escalas espaciais, podendo a equação (4.12) ser

aplicada secção a secção, trecho a trecho ou diretamente a toda a bacia de drenagem. No primeiro

caso, ilustrado na Figura 4.5 para uma dada “secção 1”, deve ser considerado o perímetro da secção

molhado pela água subterrânea ( ) em vez da área, na equação (4.12). É difícil quantificar um

coeficiente de infiltração à escala da secção, uma vez que isso implica um nível de detalhe muito

grande no conhecimento das condições do sistema. A análise à escala da secção deve restringir-se a

zonas de juntas entre coletores, por exemplo, onde se espera que o coeficiente de infiltração seja

superior ao dos troços contíguos (Figura 4.6).

Figura 4.5: Corte transversal de uma secção da tubagem onde pode ocorrer infiltração.

Figura 4.6: Infiltração numa junta entre coletores [www.surrey.ca].

Na maioria das situações, a decisão mais adequada será proceder a uma análise troço a troço, que

não só é mais concretizável do que a análise secção a secção, como pode ainda facilitar a estimativa

do coeficiente . Se forem considerados trechos com as mesmas características estruturais, ou

44

seja, com a mesma idade ou estado de conservação, o coeficiente de infiltração poderá ser mais

uniforme, conduzindo a resultados mais rigorosos.

A aplicação do modelo de infiltração trecho a trecho permite obter o caudal de infiltração ao longo de

um determinado comprimento da tubagem, . A Figura 4.7 ilustra, muito simplificadamente, o cenário

que se pretende simular e os parâmetros que devem ser usados na equação (4.12).

Figura 4.7: Corte longitudinal de um troço de tubagem onde pode ocorrer infiltração. As secções S1 e S2 são semelhantes ao representado na imagem anterior.

Na Figura 4.7 toda a tubagem está submersa no aquífero, pelo que a área de infiltração

corresponderá a toda a área exterior do coletor. No caso do trecho compreendido entre as secções

S2 e S3, o valor de corresponde ao produto entre o comprimento e o perímetro molhado da

secção média (semelhante ao apresentado na Figura 4.5). No mesmo troço, é a diferença média

de pressões hidrostáticas ao longo do comprimento , que pode ser dada pela média da diferença

de níveis nas secções extremas ( e ). As condições estruturais do trecho 2-3 devem ser

refletidas no valor do coeficiente de infiltração . Naturalmente, quanto mais danificadas

estiverem as paredes desse trecho do coletor, maior será o coeficiente e maior o caudal

infiltrado ao longo do comprimento .

Para além de permitir conhecer, com algum detalhe, os caudais infiltrados nas diferentes zonas da

rede, a análise trecho a trecho é bastante apropriada em situações em que se pretenda conhecer a

infiltração num coletor específico. Por exemplo, pode ser especialmente útil em casos onde existam

danos estruturais significativos ou quando se pretenda analisar coletores que estejam totalmente

submersos no aquífero local.

45

O rigor da análise trecho a trecho depende da escala estudada: quanto maior o comprimento dos

trechos analisados, menor o rigor dos resultados obtidos. É importante salientar que esta relação não

se estende até ao nível da secção, que deve apenas ser aplicado em situações especiais (devido à

elevada dificuldade em estimar o coeficiente de infiltração para cada secção da rede). Se o modelo

de infiltração na rede for aplicado à escala da bacia de drenagem, os resultados serão menos

precisos do que os obtidos através de uma análise secção a secção, trecho a trecho, ou mista. No

entanto, em situações em que o investimento disponível seja reduzido, quando se pretenda apenas

uma estimativa bruta da infiltração total no sistema, ou em bacias demasiado complexas, pode-se

reduzir todo o sistema de drenagem a um coletor principal e modelá-lo através do nível III. Por outras

palavras, descrever o sistema de drenagem e as condições naturais da bacia em duas dimensões

(num perfil longitudinal), criando um trecho fictício no qual circula o caudal afluente à ETAR.

Naturalmente, esta é uma simplificação muito bruta e que não garante resultados fiáveis.

Para que o modelo de simulação da infiltração na rede de drenagem funcione corretamente, é preciso

ter um valor de calibrado e adequado à bacia em estudo. Em estudos anteriores, esse processo

baseou-se na análise detalhada das condições de cada troço do sistema de drenagem. Nesta

dissertação propõe-se uma alternativa inovadora: calibrar o modelo de simulação (e o coeficiente de

infiltração, , em particular) através dos resultados obtidos no modelo de nível II, baseado no

método dos isótopos. Paralelemente à construção do modelo de simulação, devem realizar-se

campanhas de recolha de amostras e análise de razões isotópicas nas secções de interesse. O

número de secções analisadas depende, mais uma vez, do investimento disponível e do nível de rigor

que se pretende. Quanto maior for, melhor deverá ser a qualidade de calibração do modelo. Correndo

o modelo com o caudal de infiltração obtido pelo método dos isótopos e aplicando, implicitamente, a

equação (4.12), obtém-se um valor para o coeficiente de infiltração em cada troço de tubagem. Esta

metodologia garante um nível de rigor elevado e torna desnecessário o levantamento de dados das

tubagens (o que pode, em alguns sistemas de drenagem, implicar um investimento elevado e ser

pouco exequível). Adicionalmente, o fator assim obtido considera, para além das condições da

tubagem, outros fenómenos associados à infiltração, que podem inclusivamente ser ainda

desconhecidos.

4.4.3. Submodelo hidrológico

O objetivo do submodelo hidrológico é estimar o escoamento superficial e o escoamento subterrâneo

originados por um dado evento de precipitação, e com esses dados alimentar os modelos hidráulico e

do aquífero, respetivamente (Figura 4.3). Após um evento de precipitação, a água pode ser

intercetada pela vegetação, ficar retida na cobertura de edifícios, ou cair diretamente no solo.

Considerando que as primeiras parcelas não são significativas, pode-se admitir que praticamente

toda a água precipitada atinge o solo. Depois, esta pode evaporar, dar origem a um escoamento

superficial ou infiltrar no solo. O ciclo descrito pode ser traduzido de forma pouco rigorosa por um

balanço de massa simples, como mostra a equação (4.13), onde é a precipitação, a

evaporação/evapotranspiração, o escoamento superficial e a infiltração.

46

(4.13)

A precipitação diária é um dos inputs do submodelo hidrológico, pelo que é preciso existirem

udómetros no interior e na vizinhança da bacia em estudo. Uma vez que os valores são referentes

apenas a um ponto, pode recorrer-se ao método de Thiessen (ou a outro semelhante) para conseguir

uma distribuição espacial adequada da precipitação. Outro input do modelo é a evapotranspiração na

bacia, que pode ser medida diretamente com evaporímetros ou calculada através de fórmulas

empíricas, como a de Thornthwaite. Em ambos os casos devem ser obtidos, no mínimo, dois valores

de evapotranspiração na bacia por ano: um que caracterize os dias típicos de Inverno (tempo de

chuva) e outro que caracterize os dias de Verão (tempo seco). Para algumas bacias podem existir

valores de evapotranspiração disponíveis na bibliografia.

As parcelas relativas à infiltração e ao escoamento superficial podem ser calculadas de forma

independente, recorrendo a modelos conceptuais. O escoamento superficial pode ser calculado, por

exemplo, com base no método racional. Refere-se este método porque é o habitualmente usado no

dimensionamento de coletores de sistemas de drenagens pluviais em Portugal, mas existem outros

semelhantes e mais sofisticados. Nesta fase, a infiltração deve ser analisada a nível da capacidade

de infiltração no solo, uma vez que a percolação da água em profundidade será depois descrita pelo

modelo de aquíferos. A capacidade de infiltração, definida como a taxa máxima a que um solo é

capaz de absorver água (geralmente expressa em mm/h), varia com o tempo: é máxima no início do

evento de precipitação e vai decrescendo com o passar do tempo até atingir um valor

aproximadamente constante, quando o solo fica saturado. Podem ser usadas diversos métodos,

como o método de Horton, método do índice Φ, o do Soil Conservation Service ou outros

semelhantes. Todos eles requerem que o modelo tenha uma base de dados, geograficamente

distribuídos ao longo da bacia, relativos ao tipo de solo, uso do solo, nível de compactação, entre

outras características.

Para que o submodelo hidrológico funcione corretamente é necessário que se verifique a

condição (4.13), o que dificilmente será garantido se os quatro parâmetros forem obtidos de forma

independente. Assim, o modelo deve atuar de forma integrada, simulando o ciclo hidrológico natural e

as devidas alterações causadas pela presença humana, nomeadamente a nível do uso do solo.

Relativamente ao escoamento superficial, refira-se ainda que se devem considerar duas parcelas:

uma que aflui à rede de drenagem (através dos sumidouros ou sarjetas) e outra que nunca a atinge

(por ficar retida ou por escorrer diretamente para cursos de água superficiais). A primeira parcela é a

única que interessa a esta análise, e será inclusivamente um dos inputs do submodelo hidráulico do

sistema de drenagem. De forma a contemplar esta situação, o modelo deve incluir um fator de

perdas, que deve depender das características da bacia natural e da rede de drenagem. Na Figura

4.8 apresenta-se uma representação esquemática do funcionamento do submodelo hidrológico,

especificando-se os inputs, a base de dados do modelo e os resultados dele obtidos.

47

Precipitação diária

Evapotranspiração

Características naturais do solo

(geologia, nível de compactação)

Uso do solo

(áreas permeáveis e impermeáveis)

Caudal de

escoamento

superficial

Caudal de

escoamento

subterrâneo

Figura 4.8: Representação esquemática do submodelo hidrológico (inputs, base de dados e outputs).

A criação de um submodelo hidrológico não é inovadora, sendo que existem no mercado várias

opções de softwares que podem ser aplicados para esse fim, como por exemplo o MIKE SHE

(referido no subcapítulo 3.4).

4.4.4. Submodelo de afluências em tempo seco

Com o submodelo de afluências em tempo seco (Figura 4.9) pretende-se estimar os caudais de

águas residuais domésticas e industriais afluentes ao sistema de drenagem, em tempo seco. Para tal,

é preciso analisar séries de caudais medidos em vários pontos da rede e definir um padrão diário de

consumo. O modelo deve considerar o tipo de aglomerado e as consequentes variações horárias das

descargas (no caso de zonas dormitório, por exemplo, as descargas domésticas são superiores no

horário não laboral). Também há variações sazonais significativas, nomeadamente no período de

férias ou até mesmo nos fins de semana. Devem ainda ser contabilizadas descargas regulares de

outras origens, com origem na drenagem de caves ou em efluentes de linhas de água canalizadas

(como acontece no caso de estudo de Alcântara, com o aqueduto de Belas). Pode ainda ser

considerada uma margem para possíveis descargas industriais não licenciadas.

Número de sub-bacias

Descargas acrescidas

Padrão típico de descargas

residuais domésticas, por sub-bacia.

Padrão típico de descargas

industriais, por sub-bacia.

Limites das sub-bacias

Caudal de águas

residuais

(domésticas e

industriais)

Figura 4.9: Representação esquemática do submodelo de afluências em tempo seco (inputs, base de dados e outputs).

Propõe-se a divisão da bacia em diferentes unidades contributivas (ou sub-bacias), cada uma

correspondente a uma secção do sistema de drenagem. Quanto maior for o nível de rigor pretendido,

maior o número de unidades. Para uma abordagem mais simples pode considerar-se a bacia como

uma única unidade contribuinte e estimar-se o caudal afluente à secção da rede localizada mais a

48

jusante. Caso se queira estimar o caudal em mais secções, devem ser definidas as sub-bacias

correspondentes a cada secção, cada uma com características de população e indústria diferentes. À

medida que aumenta o número de secções em análise, o grau de complexidade e exigência de dados

é superior (por exemplo, é preciso ter a estimativa da população contribuinte de cada sub-bacia), mas

os resultados também vão sendo progressivamente mais rigorosos.

4.4.5. Submodelo hidráulico do sistema de drenagem

Para a construção do submodelo hidráulico do sistema de drenagem deve dispor-se de informação

relativa à rede de drenagem, nomeadamente:

Geometria do sistema de drenagem: planta, perfis longitudinais (comprimento dos trainéis,

declives, etc.) e transversais (diâmetro e forma da tubagem).

Cota de soleira dos coletores.

Condições estruturais do sistema de drenagem (idade, materiais e nível de conservação).

Deve ser dada particular atenção aos elementos de junta das tubagens e às câmaras de visita, uma

vez que são ambos pontos muito suscetíveis à entrada de águas subterrâneas.

Cruzando os caudais fornecidos pelos submodelos hidrológico e de afluências em tempo seco com

os dados geométricos das tubagens (nomeadamente o diâmetro), o modelo hidráulico deve calcular a

altura de água em cada secção. Nas secções em que não existam registos de caudal ou da

geometria das tubagens, a altura de água deve ser interpolada. A altura de água calculada pelo

modelo descrito é inferior à altura real na tubagem, porque não inclui a infiltração. Este problema

pode ser corrigido de duas formas:

1) Faz-se uma análise em cadeia, de montante para jusante, e considera-se que a altura de

infiltração num troço é igual à soma do caudal infiltrado em todos os troços a montante. No

ponto inicial (mais a montante), a infiltração pode ser considerada nula ou ter um valor

predefinido, consoante a informação disponível.

2) O modelo hidráulico do sistema arbitra um valor para o caudal infiltrado que será

posteriormente corrigido, de forma iterativa, pelo modelo global de simulação. Por outras

palavras, o modelo corre até que o caudal infiltrado final, fornecido pelo modelo de infiltração

do sistema, seja igual ao arbitrado.

Apesar de as duas alternativas serem viáveis, sugere-se a aplicação da segunda hipótese, uma vez

que a primeira pode ser mais complexa, principalmente em casos onde haja, num dado ponto,

intersecção de troços de diferentes tipos de sistemas (separativos e unitários).

A representação esquemática do submodelo hidráulico do sistema de drenagem apresenta-se na

Figura 4.10.

49

Caudal de águas

residuais

Caudal de escoamento

superficial

Altura de água nos

coletores

Geometria do sistema

Cota de soleira das tubagens

Condições estruturais do sistema

Caudal de

infiltração

Figura 4.10: Representação esquemática do submodelo hidráulico do sistema de drenagem (inputs, base de dados e outputs).

4.4.6. Submodelo do aquífero

O objetivo do submodelo do aquífero (Figura 4.11) é simular de forma quantitativa o comportamento

hidrogeológico da bacia, nomeadamente a posição do nível freático num dado instante e local. Para

isso são precisos os dados do submodelo hidrológico, relativos à parcela de volume infiltrado após

um evento de precipitação. A modelação física do processo de infiltração pode ser feita através da lei

de Darcy, por exemplo: para um dado comprimento unitário (com a mesma direção que o fluxo), o

caudal infiltrado é função da diferença de pressões nesse comprimento e da condutividade hidráulica

do solo. Exige-se assim que o modelo tenha uma base de dados (com alguma definição espacial) que

inclua informação relativa ao tipo de formações, a sua condutividade hidráulica e a espessura das

camadas. Devem ainda ser incluídas as linhas de água e os cursos de água superficiais naturais da

bacia, que também influenciam o fluxo de águas subterrâneas.

Caudal de escoamento

subterrâneo

Características do solo: tipo de

formação, profundidade das

camadas e condutividade hidráulica

Localização de cursos de água

subterrâneos

Altura piezométrica do

aquífero

Calibração: medição de

altura piezométrica

em poços

Figura 4.11: Representação esquemática do submodelo do aquífero (inputs, base de dados e outputs).

Caso se pretendam soluções mais elaboradas, o submodelo do aquífero deverá ter em conta a

própria influência do sistema de drenagem na posição do nível freático, o que implicaria haver uma

relação bidirecional entre o modelo hidráulico e o submodelo do aquífero.

50

Contrariamente aos modelos descritos até agora, cuja calibração pode ser complicada, o submodelo

do aquífero pode ser calibrado de forma independente do modelo global. Para isso, basta medir a

altura piezométrica em vários poços ou até mesmo nos cursos de água naturais localizados na bacia.

4.5. Considerações finais

Antes de terminar o presente capítulo é importante resumir todos os níveis de modelos apresentados,

de forma a clarificar a abordagem metodológica proposta. Como se percebeu da leitura dos

subcapítulos anteriores, os três níveis apresentam uma ordem crescente de disponibilidade e acesso

a dados e precisão de resultados. Comparativamente com as metodologias propostas nos níveis I e

II, a de nível III tem a grande vantagem de permitir uma janela de resolução espacial e temporal muito

maior, sendo possível simular situações futuras. Alimentando o modelo de infiltração na rede de

drenagem com os inputs necessários, ele consegue dar resposta a questões pertinentes, como:

Qual a resposta do sistema de drenagem à variação do nível freático, e qual o tempo de

resposta do sistema;

Qual o traçado em planta e a profundidade a que devem ser implementadas as tubagens, de

forma a evitar infiltrações;

Quais os aspetos de projeto mais prejudiciais e que devem ser evitados (localização de

câmaras de visita, etc.);

Qual o impacto de uma dada alteração do sistema de drenagem (ações de conservação de

tubagens, alteração do traçado em planta, entre outros) no caudal de infiltração.

Importa referir que a construção de um modelo de simulação semelhante ao descrito não exige

necessariamente o recurso a diferentes softwares para modelar cada componente, podendo

dispor-se de um único sistema integrado de modelação como, por exemplo, o software integrado

MIKE 2012, da DHI.

Relativamente ao modelo de nível III, volta-se a mencionar que, se no submodelo hidráulico do

sistema de drenagem for arbitrado um valor para o caudal de infiltração, o modelo de simulação deve

levar a cabo várias iterações até que o caudal infiltrado obtido pela equação (4.12) seja igual ao

arbitrado.

Por fim, conclui-se este capítulo apresentando, na Figura 4.12, um resumo dos principais dados

necessários à aplicação de cada nível, assim como os materiais necessários à sua recolha.

51

Níveis

Dados [Equipamento fixo]

I II III

Registos contínuos de caudal

[Caudalímetro: um por cada secção analisada]

Registos de precipitação diária total

[Udómetro: no mínimo um no interior da bacia]

Caudal de águas residuais em tempo seco

(dados de população ou fator de ponta mínimo)

Razões isotópicas

(águas freáticas, potáveis e residuais totais)

Dados físicos, geológicos, hidrológicos e

hidrogeológicos da bacia de drenagem

Características do sistema de drenagem

(planta, secções transversais, perfis, cotas, localização

dos diversos constituintes, materiais, diâmetro das

tubagens, entre outros)

Evapotranspiração na bacia

Figura 4.12: Principais dados e respetivos materiais de recolha necessários à aplicação de cada nível.

53

5. Descrição do caso de estudo do Caneiro de Alcântara

5.1. Enquadramento geral

A bacia de drenagem de Alcântara localiza-se no distrito de Lisboa (Portugal) e abrange

maioritariamente os municípios de Lisboa e Amadora. Está inserida na zona oeste da bacia

hidrográfica do rio Tejo, sendo considerada a maior e mais complexa bacia da região de Lisboa. A

principal linha de água desta bacia corresponde à Ribeira de Alcântara, que nasce na Brandoa

(Amadora) e se desenvolve ao longo dos vales da Falagueira, Benfica e Alcântara, até descarregar

no Rio Tejo.

Graças à fertilidade dos terrenos e à sua localização, o vale de Alcântara foi ocupado por diversos

povos ao longo da história. Os romanos usaram-no para pastagens e campos de cereais e os árabes

plantaram olivais, hortas e criaram campos de criação cavalar. A ocupação rural do vale durou até

meados do século XVIII. Depois, o terramoto de 1755 e a posterior revolução industrial levaram ao

rápido crescimento urbano da cidade de Lisboa e à consequente densificação da ocupação urbana

da bacia. A urbanização causou grandes alterações na rede hidrográfica natural, sendo que quase

todas as linhas de água da bacia foram canalizadas.

São vários os sistemas de drenagem que se podem identificar na envolvente da região em estudo.

No caso concreto do concelho de Lisboa, o sistema de drenagem de águas residuais domésticas

encontra-se divido em três sistemas de drenagem principais, designadamente Alcântara, Chelas e

Beirolas. O sistema de Alcântara (cujos efluentes são drenados para a ETAR de Alcântara) ocupa

uma área de cerca de 3200 ha e divide-se em dois subsistemas (Figura 5.1):

Zona Alta, onde todo o caudal de águas residuais tem um escoamento gravítico até à ETAR

de Alcântara maioritariamente através do Caneiro de Alcântara;

Zona Baixa, onde o caudal afluente à ETAR tem de ser bombeado em instalações

elevatórias.

A bacia hidrográfica natural de Alcântara não coincide, integralmente, com a bacia da rede de

drenagem. No final da década de 70 foi construído um coletor que desviou parte das águas de

Alcântara para a zona de Xabregas, pertencente à bacia de Chelas. O desvio foi feito na Av. dos

Estados Unidos da América, e teve como objetivo solucionar o problema das inundações nas zonas

de Entrecampos e Campo Grande (e também da baixa de Alcântara). Assim, cerca de 25% da área

natural da bacia de Alcântara, correspondente à zona do Lumiar e de Campo Grande/Alvalade,

pertence à bacia de drenagem de Chelas.

Nesta dissertação, a avaliação da infiltração é feita para a Zona Alta do sistema de Alcântara, atrás

descrita e ilustrada. Esta ocupa uma área total de aproximadamente 2746 ha e intercepta duas zonas

administrativas distintas, cujos limites também se representam na Figura 5.1: Concelho da Amadora e

Concelho de Lisboa. O Caneiro de Alcântara, no qual se irá focar a análise da infiltração, corresponde

à canalização da Ribeira de Alcântara mencionada anteriormente.

54

Figura 5.1: Sistema de Alcântara: Zona Alta e Zona Baixa (que inclui as zonas de Algés-Alcântara e Terreiro do Paço-Alcântara). Retirado de Galvão et al. (2006).

A empresa responsável pela recolha, tratamento e rejeição de águas residuais dos municípios de

Amadora e de Lisboa é a SIMTEJO (Saneamento Integrado de Municípios do Tejo e Trancão). No

entanto, e devido à separação territorial da bacia em dois concelhos, existem duas empresas distintas

responsáveis pelo abastecimento e distribuição de água. Em Lisboa, a empresa responsável pela

produção, tratamento, abastecimento e distribuição de água é a EPAL (Empresa Portuguesa das

Águas Livres). O sistema de abastecimento do concelho de Lisboa é constituído pelas captações de

água, estações de tratamento de água (ETA), adutores e toda a rede de distribuição. Distinguem-se

três subsistemas no sistema de produção: Alviela, Tejo e Castelo do Bode. A água captada tem

origem superficial ou subterrânea, dependendo do subsistema. Estima-se que cerca de 60% do

volume de água fornecido a Lisboa seja proveniente do subsistema de Castelo do Bode, sendo

captada na albufeira da barragem homónima, elevada e transportada até à estação de tratamento da

Asseiceira. No concelho da Amadora são os SMAS (Serviços Municipalizados de Água e

Saneamento) de Oeiras e Amadora que garantem a distribuição de água à população residente. É

também esta a empresa responsável pela prestação de serviços de saneamento básico no Concelho

da Amadora. Tal como no caso de Lisboa, existem vários subsistemas – na área em estudo, aqueles

que têm maior representatividade são o da Zona Média da Amadora, do Nó da Falagueira e da

Atalaia. As origens da água no concelho da Amadora são as mesmas que as do concelho de Lisboa.

Importa referir que a água captada em Castelo de Bode e distribuída aos dois concelhos provém do

rio Zêzere, o maior afluente do Tejo. Com uma bacia hidrográfica de cerca de 5000 km2, este rio

nasce na serra da Estrela, desenvolve-se numa extensão de aproximadamente 220 km e desagua no

Tejo, perto da vila de Constância. Na Figura 5.2 apresenta-se uma infografia que descreve

esquematicamente a captação e transporte de água potável para os concelhos de Lisboa e Amadora.

55

Figura 5.2: Infografia referente ao sistema de abastecimento de água da EPAL (Jornal Público 2012).

5.2. Clima e relevo

Apesar da Zona Alta abranger dois concelhos distintos, considerou-se que para efeitos deste trabalho

era razoável admitir que as condições climáticas são aproximadamente análogas em toda a área em

estudo. Assim, analisou-se o clima com base na bibliografia existente e nos valores medidos no posto

Geofísico (em Lisboa, mas localizado fora do perímetro da bacia), onde existe um longo registo de

séries de dados climáticos.

A zona da grande Lisboa apresenta um clima mediterrânico com relativa moderação térmica. O clima

da região é muito influenciado por fatores geográficos como a latitude e a proximidade ao Oceano

Atlântico. A uma escala local, podem ainda identificar-se como fatores modeladores do clima a

topografia acidentada da região e a posição da cidade de Lisboa, à beira do Rio Tejo (Alcoforado

1993). É de referir que vários autores destacam a importância do clima urbano em Lisboa, resultante

da modificação das características físicas originais da cidade devido à morfologia urbana.

Distinguem-se duas épocas sazonais: um Verão com um clima quente e seco, e um Inverno chuvoso

e com temperaturas mais baixas. Segundo o Instituto Português do Mar e Atmosfera (2013), a

temperatura média anual ronda os 16.0 ºC, sendo as temperaturas mínimas registadas tipicamente

no mês de Janeiro e as máximas em Agosto. No Quadro 5.1 abaixo apresentam-se os valores da

temperatura média mensal registada entre 1981 e 2010 (previsto), no Geofísico.

Quadro 5.1: Média da temperatura média mensal em Lisboa, medida no Geofísico entre 1981 e 2010 (previsto), Instituto Português do Mar e Atmosfera (2013).

Mês Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez

T (ºC) 11.6 12.7 14.9 15.9 18.0 21.2 23.1 23.5 22.1 18.8 15.0 12.4

56

Os valores médios anuais de precipitação variam entre 650 mm e 760 mm, verificando-se que a

maior parte da precipitação total anual ocorre entre os meses de Outubro e Abril. Os máximos

mensais registam-se habitualmente entre Novembro e Fevereiro (rondando os 160 mm) e os mínimos

nos meses de Julho e Agosto (cerca de 3 a 7 mm) (Câmara Municipal de Lisboa 2010b). A

evapotranspiração real média anual em Lisboa atinge um valor na ordem dos 500 mm e o balanço

hidrológico revela que há um excedente de água de cerca de 150 mm entre os meses de Dezembro a

Março e um défice de 25 mm, de Junho a Setembro (Oliveira 2010).

Os rumos de vento dominantes são de Norte durante a época de Verão, Nordeste no Inverno e

Sudoeste, Oeste e Noroeste durante as estações intermédias (Câmara Municipal de Lisboa 2010b).

As situações de nevoeiro não são frequentes, ocorrendo apenas ocasionalmente, principalmente nos

meses de Dezembro e Janeiro. A taxa de insolação varia ao longo do ano: em Julho, mês típico de

Verão, é superior a 0.6 em 90% dos dias; em Janeiro o mesmo valor só é ultrapassado em 45% dos

dias (Baltazar 2010).

Relativamente ao relevo, não existe uma grande diversidade altimétrica na bacia (Figura 5.3). A maior

diferença de cotas ocorre entre os 36 m, na zona da ETAR de Alcântara, e os 276 m, no concelho da

Amadora (noroeste) e predominam áreas com altitude inferior a 120 m. A análise do mapa

hipsométrico (Figura 5.3) evidencia o vale de Alcântara, que se desenvolve até ao Tejo e ao longo do

qual se vão registando as cotas mais baixas da bacia. É ao longo deste vale que se escoa a antiga

Ribeira de Alcântara. Apesar de ter uma secção transversal larga a montante, a jusante de Campolide

a ribeira está fortemente entalhada.

Figura 5.3: Modelo digital de terreno da Zona Alta da bacia de Alcântara9.

9 Na construção desta imagem foram usados tipos de dados diferentes para cada concelho, e por isso existe uma falha de rigor

na zona limítrofe.

57

5.3. Geologia

Foram vários os elementos bibliográficos consultados para a caracterização geológica da bacia em

estudo. Com os dados geológicos fornecidos pelas câmaras municipais da Amadora e Lisboa

construiu-se o mapa geológico apresentado na Figura 5.4. A sua análise permitiu fazer o

levantamento de todas as formações existentes na área em estudo, listadas no Quadro 5.2.

Figura 5.4: Mapa geológico da Zona Alta da bacia de Alcântara.

Quadro 5.2: Levantamento das formações geológicas intersectadas pela área da bacia em estudo.

Formação Era

Aluviões e aterros (a) (Recente)

Depósitos de terraços marinhos

Filões e massas de teralito

Areolas de Estefânia (MEs) Cenozoico

Argilas de Prazeres (MPr) Cenozoico

Formação de Benfica (ou Complexo de Benfica10

) (φBf) Cenozoico

Argilas de forno de tijolo (MFt) Cenozoico

Calcários de Entrecampos (MEc) Cenozoico

Complexo Vulcânico de Lisboa (β1) Mesozoico

Formação de Bica (C2

Bi) Mesozoico

Formação de Caneças (C2

Cn) Mesozoico

10

Segundo os dados da Câmara Municipal de Lisboa

58

Do Quadro 5.2 e da Figura 5.4 conclui-se que a zona em estudo intercepta maioritariamente unidades

litoestratigráficas das Eras Cenozoica e Mesozoica. Verifica-se ainda a presença significativa de

materiais de origem magmática, pertencentes ao Complexo Vulcânico de Lisboa. Nos próximos

parágrafos apresenta-se uma breve descrição de algumas formações geológicas, baseada

fundamentalmente na Componente Geológica do Plano Diretor Municipal de Lisboa (Câmara

Municipal de Lisboa 2010a).

As rochas mais antigas que afloram na zona em estudo remontam ao Cretácico superior (com

aproximadamente 97 Ma11

). Devido a um episódio de transgressão marinha que terá ocorrido nessa

altura, terão existido condições para a sedimentação de vasas num ambiente marinho, litoral, de

águas quentes e pouco profundas. Foi assim que surgiu a Formação de Caneças, caracterizada por

margas de cor amarelada, alternadas com bancadas de calcários margosos.

Sobrejacente a esta unidade depositaram-se os sedimentos que deram origem à Formação de Bica.

Caracterizada por séries de camadas espessas de calcários compactos de cor branca, por vezes

apinhoados, esta formação apresenta vários vestígios de fósseis (bivalves, gastrópodes, crustáceos,

equinodermes e alguns vertebrados, e rudistas, na parte superior destas unidades de calcários).

Pensa-se que se foram formando pequenas lagunas entre os recifes, ao longo do período de

sedimentação e consolidação destes sedimentos. O ambiente marinho e a comunicação temporária

desta unidade com o mar proporcionou a formação de bancadas de calcários folhetados, com restos

de uma fauna empobrecida, onde se destacam abundantes leitos e nódulos de sílex. A posterior

emersão desta formação levou a processos de erosão e carsificação, surgindo heterogeneidades

texturais e um aspeto tipicamente apinhoado.

A época que seguiu a génese da Formação de Caneças e Formação de Benfica terá sido marcada

por um evento de vulcanismo que abrangeu um larga zona da região de Lisboa. O Complexo

Vulcânico de Lisboa (CVL) terá tido origem na ascensão de magma através de condutas, chaminés e

filões que resultaram da intensa fracturação criada pela movimentação de placas. Não é fácil estimar

a idade desta formação: as datações radiométricas permitem fixar uma idade mínima de 130 Ma para

esta unidade, existindo no entanto autores que sugerem uma idade efetiva de 72 Ma. O CVL

caracteriza-se pela intercalação de escoadas basálticas e episódios explosivos piroclásticos,

existindo ainda materiais sedimentares intercalados, originados em períodos de inatividade vulcânica.

As escoadas podem apresentar espessuras até 12 m (Ribeiro et al. 2010).

início do Período Paleogénico (≈ 65 Ma) foi marcado pela intensa atividade tectónica que levou ao

enrugamento do relevo existente e à emersão e ausência de sedimentação. Nessa altura a região de

Lisboa era marcada por uma paisagem continental (ainda sem a delimitação do Rio Tejo), sub-árida e

com intensos fenómenos erosivos. Deste ambiente resultou o transporte de grandes volumes de

material heterogéneo por rios de regime torrencial, das zonas mais altas até às bacias de deposição.

Foi nestas bacias que se depositaram os sedimentos conglomeráticos que constituem a Formação de

Benfica. Trata-se de sedimentos fluviais detríticos grosseiros que em alguns locais assentam em

11

Milhões de anos

59

inconformidade sobre o substrato Mesozoico. Esta formação constitui um complexo detrítico muito

heterogéneo, englobando argilas muito duras a rijas de cores em geral avermelhadas, areias muito

compactas, seixos e calhaus e composto por conglomerados, arenitos, argilas e alguns níveis de

calcários e de arenitos calcários (Ribeiro et al. 2010). O tom avermelhado dos sedimentos resulta da

oxidação dos minerais de ferro, denunciando as características oxidantes do ambiente de deposição.

Segue-se o Período Miocénico (≈ 24 Ma), caracterizado pelo regresso do regime marinho à região. A

série miocénica da região de Lisboa exibe 300 metros de alternância entre argilas, margas, areias e

calcários, representando episódios de transgressão e regressão. Estes episódios resultaram na

formação de rochas típicas de diversos ambientes peri-continentais e litorais, a que correspondem

sedimentos e fósseis característicos dos mesmos, como é o caso de Areolas de Estefânia e Argilas

de Prazeres. A formação “Areolas da Estefânia” é constituída por areias finas, siltosas, micáceas de

cores vivas, argilas silto-arenosas e arenitos mais ou menos consolidados, com uma espessura total

aproximadamente de 24 a 36 m. A formação “Argilas dos Prazeres” é composta por argilitos, argilitos

siltosos, argilitos margosos, margas e calcários (Ribeiro et al. 2010).

Uma descrição detalhada de cada formação presente na área em estudo, incluindo das formações

Cálcarios de Entrecampos e Argilas de Forno de Tijolo (que não foram mencionadas nos parágrafos

anteriores), pode ser consultada em Vasconcelos (2011).

5.4. Hidrologia e ocupação do solo

Segundo o Instituto Nacional da Água (1997), distinguem-se quatro unidades hidrogeológicas em

Portugal Continental, que correspondem às quatro grandes unidades morfo-estruturais do país. O

sistema de Alcântara, assim como a íntegra dos concelhos de Lisboa e Amadora, localiza-se na Orla

Mesocenozóica Ocidental, abreviadamente designada por Orla Ocidental. Esta unidade contém

tipicamente formações calcárias, margosas, detríticas e argilosas do Mesozoico, formações detríticas

e calcárias do Cenozoico e também areias e aluviões quaternárias (Lencastre et al., 1992; citado por

Ribeiro et al. 2010). Apesar de se identificarem vários sistemas individualizados de aquíferos na Orla

Ocidental, nenhum deles abrange a área em estudo. Assim, e para uma análise mais detalhada da

hidrogeologia da bacia, recorreu-se ao relatório elaborado pelo Centro de Geossistemas do Instituto

Superior Técnico para a EPAL (Ribeiro et al. 2010). Neste documento são apresentadas as

profundidades e níveis hidrostáticos medidos em diversos poços, localizados nas diferentes unidades

litológicas do concelho de Lisboa. Apesar de apenas dois desses poços se localizarem no interior da

bacia (Figura 5.5) e de não haver qualquer dado relativo ao concelho da Amadora, considera-se que

não haverá uma variação espacial significativa das características hidrológicas das formações, até

porque a área abrangida é reduzida, à escala hidrogeológica. Na Figura 5.5 apresenta-se a

localização dos poços analisados no estudo que se encontram mais próximos da bacia. No Quadro

5.3 apresentam-se os valores de profundidade de cada captação e o nível hidrostático medido.

60

Figura 5.5: Localização de alguns dos pontos de captação com maiores profundidades inventariados em Ribeiro et al. (2010) e que intersectam formações geológicas presentes na bacia em estudo.

Quadro 5.3: Correspondência entre as formações geológicas aflorantes e a profundidade das várias captações de água subterrânea da área Metropolitana de Lisboa, na década de 40. Adaptado de Ribeiro et al. (2010).

Formação Geológica Tipo de

captação Profundidade

(m)

Nível hidrostático

12

(m)

1 Argilas do Forno do Tijolo Poço 31.8 -23.0

2 Calcários de Entrecampos Poço 30.0 *

3 Calcários de Entrecampos Poço 30.0 *

4 Areolas da Estefânia Poço 34.0 *

5 Argilas e Calcários dos Prazeres Poço 50.0 -12.8

6 Formação de Benfica Poço 38.6 -3.10

7 Complexo Vulcânico de Lisboa Furo 105.0 *

* dados não disponíveis

O complexo Argilas do Forno do Tijolo apresenta uma baixa permeabilidade, formando-se aquitardos

com espessura aproximada de 19 metros (Silva et al. 2007). De entre as captações inventariadas

nesta formação, a que apresenta um nível hidrostático com maior profundidade localiza-se no interior

da bacia, estando identificada na Figura 5.5 e no Quadro 5.3 com o número 1.

As litologias Calcários de Entrecampos e Areolas da Estefânia apresentam características de aquífero

semi-confinado (Silva et al. 2007). Em ambas há registos de diversas captações de água

subterrânea. Também na formação aflorante Argilas e Calcários dos Prazeres se regista um elevado

número de captações (nomeadamente poços). O poço com maior profundidade é o identificado com o

número 5, localizado muito próximo dos limites da bacia em estudo.

12

Referente à cota do terreno

61

As formações do Complexo Vulcânico de Lisboa constituem um aquífero com uma acentuada

heterogeneidade litológica, caracterizando-se por baixos níveis freáticos. A captação de água com

maior profundidade corresponde a um furo nas proximidades da bacia (número 7) e apresenta um

volume de água extraível de 81 m3/dia (Ribeiro et al. 2010).

A Formação de Benfica caracteriza-se por uma baixa permeabilidade. Não obstante, em zonas de

espessura reduzida a média e separadas entre si por camadas impermeáveis a semipermeáveis de

maior espessura é possível a formação de aquíferos de camadas múltiplas (com níveis suspensos ou

semi-confinados). De entre os registos disponíveis, é nesta formação que o nível hidrostático se

encontra mais próximo da superfície (número 6, localizado no interior da bacia).

Produtividade, nível hidrostático e permeabilidade

A produtividade dos sistemas hidrogeológicos foi divida por Ribeiro et al. (2010) em três classes,

consoante o caudal de exploração das captações de água subterrânea:

Produtividade alta: ≥ 6 l/s

Produtividade média: ≥ 1 l/s e < 6 l/s

Produtividade baixa: < 1 l/s

Em Ribeiro et al. (2010) caracterizou-se a produtividade de algumas unidades geológicas aflorantes

na bacia em estudo. Foram analisadas diversas amostras e conclui-se que os caudais de exploração

das captações (ou a sua produtividade) variam entre 0.00002 l/s e 9.72 l/s, valores registados nas

formações Argilas e Calcários dos Prazeres e Complexo vulcânico de Lisboa, respetivamente. Os

valores medianos estão compreendidos entre 0.232 l/s (Argilas e Calcários dos Prazeres) e 2.01 l/s

(Areolas da Estefânia).

No Quadro 5.4 apresenta-se a classificação da produtividade das formações geológicas aflorantes

mais relevantes na bacia, verificando-se que predominam zonas com produtividade média a baixa.

Apresentam-se ainda os valores do nível hidrostático das captações de água subterrânea,

apresentados por Ribeiro et al. (2010).

Quadro 5.4: Classes de produtividade e níveis hidrostáticos das principais formações geológicas aflorantes na bacia em estudo. Adaptado de Ribeiro et al. (2010).

Referência Formação Geológica Classe de

produtividade

Nível Hidrostático (m)

Média Mediana Mínimo Máximo

1 Argilas do Forno do Tijolo

Média 6.78 4.80 0.6 23.0

2 Calcários de Entrecampos

Média a Baixa 7.48 6.20 0.6 25.0

4 Areolas da Estefânia Média a Baixa 6.00 5.10 0.0 21.1

5 Argilas e Calcários dos Prazeres

Baixa 6.04 5.50 0.0 21.6

6 Formação de Benfica Baixa 6.36 4.70 0.0 32.0

7 Complexo Vulcânico de Lisboa

Baixa 6.02 4.75 0.0 24.6

62

O valor médio do nível hidrostático obtido nas diversas formações geológicas aflorantes ronda os 6 a

8 m, como se mostra na Figura 5.6. Salienta-se que os valores médios diferem dos valores

apresentados no Quadro 5.3, que se referiam a medições pontuais num único furo o poço.

Figura 5.6: Relação entre os valores médios do nível hidrostático e as formações geológicas aflorantes.

Para além do estudo atrás referido, analisou-se ainda o mapa de permeabilidades disponibilizado

pela Câmara Municipal de Lisboa (CML), apresentado na Figura 5.7.

Figura 5.7: Complexos hidrológicos identificados no município de Lisboa

Na Figura 5.7 distinguem-se cinco classes de permeabilidade, variando de alta a baixa. Verifica-se

que a bacia em estudo abrange todas as classes, existindo por isso uma grande diversidade no

comportamento hidrogeológico. A separação das zonas de permeabilidade está muito relacionada

com as formações geológicas e com a descrição que foi feita anteriormente, no que se refere às suas

propriedades hidrogeológicas. Aliás, o mapa foi elaborado com base nas propriedades geológicas de

cada formação, pelo que é um reflexo do que foi referido. Note-se que como não se teve acesso a

dados hidrogeológicos do concelho da Amadora, não foi possível analisar uma parte da bacia.

Uso do solo

Em muitos casos, o solo está coberto por edifícios, estradas ou zonas verdes que alteram as

características originais das formações geológicas. Assim, é necessário analisar o uso do solo

independentemente das formações geológicas e das suas características e propriedades.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

1 2, 3 4 5 6 7

Nív

el

Hid

ros

táti

co

(m

)

Formação Geológica (referência)

63

No Plano Geral de Drenagem de Lisboa (PGDL) foi produzida uma carta simplificada onde se

identificam oito diferentes classes de uso do solo para o concelho de Lisboa (Figura 5.8). Para efeitos

de determinação de caudais de ponta de cheia, foi atribuído a cada classe um coeficiente C (relativo

ao método racional generalizado, conforme proposto no Decreto Regulamentar 23/95), como se

mostra o Quadro 5.5. Refira-se que o parâmetro C pretende traduzir os efeitos da infiltração,

interceção, detenção superficial, retenção superficial e período de retorno.

Figura 5.8: Uso do solo no Concelho de Lisboa (ENGIDRO e HIDRA 2007a).

Quadro 5.5: Coeficientes do método racional (Galvão et al. 2006).

Classes de uso C

Espaço verde 0.3

Praias e dunas 0.3

Cursos de água 0.0

Área edificada 0.8

Área edificada – Moradias 0.5

Área edificada – Baixa densidade 0.6

Área não edificada ou degradada 0.5

Canal rodo-ferroviário 1.0

Área industrial 0.8

Usos especiais 0.8

No PGDL sugere-se que o valor de C a adotar na bacia de Alcântara (incluindo a Zona Baixa) é de

0.67. Esta estimativa foi obtida cruzando a distribuição espacial do coeficiente C com os limites de

todas as sub-bacias de Lisboa, e calculando uma média ponderada, de acordo com a área, do valor

do coeficiente C de cada sub-bacia.

Antes de concluir o subcapítulo referente ao uso do solo, importa apresentar a Figura 5.9. Recorrendo

aos dados disponibilizados pelas Câmaras Municipais de Lisboa e da Amadora, foi possível montar

um mapa onde se distinguem zonas verdes (jardins, parques, etc.), zonas edificadas e vias de

comunicação. É evidente a predominância de superfícies impermeáveis ao longo de toda a bacia.

Graças às funcionalidades do software ArcGis, sabe-se que a área de espaços verdes dentro da

64

bacia é de aproximadamente 5.7 km2, o que corresponde a uma percentagem de zona verde de cerca

de 20%.

Figura 5.9: Zonas verdes, edificadas e vias de comunicação existentes na bacia em estudo.

5.5. População servida e capitações

Uma vez que não existem estudos de população ou capitação específicos para a bacia de drenagem

em estudo, este subcapítulo baseou-se no PGDL (2006). Apesar de este documento ter sido

desenvolvido apenas para o concelho de Lisboa, e uma vez que não se teve acesso ao mesmo tipo

de dados relativos ao concelho da Amadora, considerou-se que as estimativas e previsões da

população se podiam estender a toda a bacia (sem grande erro).

No PGDL foram analisados diversos estudos sobre a evolução da população na área servida pelo

sistema de drenagem de Lisboa, baseados nos Censos de 2001. Na Figura 5.10 apresentam-se as

previsões de população para o concelho de Lisboa segundo os diversos estudos consultados no

âmbito do PGDL (ENGIDRO e HIDRA 2007a). Os valores estimados para a população total no

concelho de Lisboa e as respetivas taxas geométricas (Tg) apresentam-se no Quadro 5.6.

Figura 5.10: Previsões de população para o concelho de Lisboa, segundo o PGDL (2006): citado por ENGIDRO e HIDRA (2007a).

0

100,000

200,000

300,000

400,000

500,000

600,000

700,000

800,000

900,000

1,000,000

1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050

CENSOS + 2004

CENÁRIOS INE Elevado

CENÁRIOS INE Base

CENÁRIOS INE Reduzido

PGR97

FBO

Aquaforum

CESUR CresNat

CESUR ModTend

CESUR IntUrb.

CESUR OcupTotal

65

Quadro 5.6: Populações totais segundo o PGDL (2006) e respetivas taxas geométricas de evolução. Adaptado de ENGIDRO e HIDRA (2007a).

Ano População (hab) Tg (%)

2001 740358 -

2025 777293 0.20

2045 789054 0.08

Os dados acima apresentados referem-se a todo o concelho de Lisboa e têm por base os resultados

dos Censos 2001. Com o objetivo de adaptar esta metodologia ao caso em estudo, nomeadamente

ao sistema de drenagem da Zona Alta de Alcântara, utilizaram-se os dados dos Censos 2011 e

seguiu-se o procedimento que se descreve no Anexo III. Obteve-se uma população total, em 2011, de

201160 habitantes.

Relativamente às previsões de crescimento de população, foram calculadas as populações

esperadas na bacia para um horizonte de 10 e 20 anos, considerando as taxas geométricas de

evolução da população usadas no PGDL. Os valores encontrados em ambos os casos, assim como a

população registada em 2011, apresentam-se no Quadro 5.7.

Quadro 5.7: Previsões de crescimento da população na Zona Alta da bacia de Alcântara.

Ano População (hab) Tg (%)

2011 201160 -

2030 208951 0.20

2050 212321 0.08

As densidades populacionais médias na Zona Alta de Alcântara, para cada quarteirão pertencente à

BGRI (Base Geográfica de Referenciação da Informação) e segundo os dados dos Censos 2001,

representam-se na Figura 5.11.

Figura 5.11: Densidades populacionais médias por quarteirão da BGRI, segundo os dados do Censos 2001 (ENGIDRO e HIDRA 2007a).

66

A BGRI é um sistema de referenciação geográfica, apoiado em ortofotocartografia sob a forma digital,

resultado da divisão da área das freguesias em pequenas unidades territoriais estatísticas (Instituto

Nacional de Estatística 2012).

Depois de expostos os dados de população na zona em estudo, segue-se para a apresentação das

capitações. No concelho de Lisboa são atualmente consumidos cerca de 59 hm3 de água por ano,

sendo o sector doméstico responsável por 50% deste valor, seguido pelo comércio e indústria (23%)

e pelos serviços (15%) (ENGIDRO e HIDRA 2007a).

A capitação média doméstica no concelho de Lisboa é de cerca de 130 l/hab/dia, sendo que se prevê

uma estabilização do valor em 145 l/hab/dia, a partir de 2025 (ENGIDRO e HIDRA 2007a).

Relativamente à capitação equivalente do consumo comercial, industrial e de serviços admitem-se

valores inferiores a 200 l/hab/dia.

5.6. Rede de drenagem

O sistema de drenagem da cidade de Lisboa é muito diversificado e complexo. Existem núcleos de

zonas unitárias, separativas e pseudo-separativas, sendo que em alguns casos as redes separativas

são intercaladas com unitárias. Identificam-se três tipos de redes distintos, nomeadamente

ramificadas, malhadas, e pseudo-malhadas. Há ainda uma grande variedade nos tipos de secção e

nos materiais usados, que variam entre alvenaria de pedra, tijoleira, betão, PVC (Policloreto de Vinil)

ou PEAD (Polietileno de Alta Densidade). Os coletores apresentam idades muito distintas e as

ligações e intersecções são pouco claras, o que dificulta a compreensão do funcionamento integrado

das redes. Por fim, é de referir a complexidade acrescida pela contribuição de efluentes provenientes

de concelhos vizinhos (como Amadora e Oeiras) e a influência da maré, nas zonas ribeirinhas. A

diversidade de infraestruturas que integram o sistema contribui também para a sua elevada

complexidade – destacam-se os descarregadores (de ligação, de tempestade), as diversas

instalações elevatórias (as principais são cerca de uma dezena), as estruturas especiais (como

transições de secção) e válvulas de maré.

A estação de tratamento que serve a bacia em estudo é a ETAR de Alcântara, atualmente a maior

ETAR coberta do país, localizada na Av. De Ceuta (Figura 5.12).

Figura 5.12: Imagem ilustrativa da cobertura exterior da ETAR de Alcântara [www.adp.pt].

67

Apesar de ter sido projetada para um caudal máximo de aproximadamente 4.5 m3/s, caudal médio

afluente à ETAR em tempo seco é pouco superior a 1.0 m3/s (ENGIDRO e HIDRA 2007a). Em 2006

iniciou-se um projeto de adaptação e ampliação da ETAR, com o principal objetivo de melhorar o

nível de tratamento das águas residuais e requalificar a paisagem e o ambiente na zona envolvente.

Refira-se ainda que atualmente a população servida pela ETAR de Alcântara ronda os 756 mil

habitantes.

Caneiro de Alcântara

Atualmente, o sistema de Alcântara é maioritariamente unitário, embora existam alguns troços de

rede separativa, construídos recentemente. O comprimento total de coletores é de cerca de 250 km e

estima-se que o sistema sirva cerca de 254 000 habitantes equivalentes13

. Como referido

anteriormente, o Caneiro de Alcântara corresponde à canalização da Ribeira de Alcântara, principal

linha de água da bacia hidrográfica em estudo e a mais longa da região de Lisboa. De seguida

descrevem-se algumas das características mais relevantes do Caneiro.

O Caneiro de Alcântara tem início no Casal de S. Brás (Amadora) e apresenta uma extensão de

aproximadamente 13 km até ao ponto de descarga no Rio Tejo, junto à Doca de Santo Amaro

(Alcântara, Lisboa). É possível distinguir quatro ramos distintos na estrutura principal do Caneiro

(Figura 5.13): ramo de Benfica-Campolide, ramal das Avenidas-Novas, ramo Campolide-Alcântara e o

troço Marítimo (ENGIDRO e HIDRA 2007a). A Zona Alta inclui apenas a extensão do Caneiro a

montante da ETAR de Alcântara e abrange os dois primeiros ramos e parte do ramo de

Campolide-Alcântara.

Figura 5.13: Representação esquemática dos ramos principais do Caneiro de Alcântara. Adaptada de ENGIDRO e HIDRA (2007a).

Refira-se que é comum designar por braço da Falagueira o troço do Caneiro pertencente ao concelho

da Amadora, sendo o termo “Caneiro de Alcântara” aplicado apenas ao trecho situado no concelho de

13

Habitante equivalente representa a carga orgânica biodegradável com uma carência bioquímica de oxigénio de 60 g/dia.

68

Lisboa (Figura 5.14). Existe ainda um outro troço no concelho da Amadora afluente ao Caneiro de

Alcântara ao qual se dá o nome de Caneiro da Damaia, retratado na Figura 5.15.

Figura 5.14: Caneiro da Falagueira Figura 5.15: Caneiro da Damaia

Em geral, os perfis longitudinais dos troços do Caneiro de Alcântara são constituídos por trainéis com

0.0058 m/m de inclinação, sendo os desníveis entre trainéis vencidos por rampas de transição com

0.10 m/m de inclinação. Ao longo de todo o traçado existem galerias de acesso que não só permitem

a passagem de serviços de manutenção e conservação, como também drenam os caudais de

coletores e linhas de água existentes. As galerias de acesso apresentam uma secção em abóbada

semicircular de 1500 mm de diâmetro e uma altura livre interior de 2 m na crista da abóbada.

A drenagem de água de infiltração com origem nos aluviões da zona é feita através de dois drenos de

betão, de 500 mm de diâmetro, com juntas secas envoltas em enrocamento e com capacidades

máximas de 540 l/s (Galvão et al. 2006). Em 2006 existiam informações da CML que indicavam um

elevado nível de assoreamento.

Em praticamente toda a extensão observa-se uma secção transversal “tipo Caneiro” (ilustrada na

Figura 5.16), composta por um arco parabólico de 0.45 m de espessura, assente em maciços de

encontro que transmitem as cargas às fundações. A soleira do Caneiro de Alcântara é uma estrutura

independente da secção superior e possui uma caleira central para escoamento das águas residuais

de tempo seco (à exceção do troço final do Caneiro, que não dispõe de soleira).

Figura 5.16: Secção Tipo Caneiro.

Relativamente à secção útil do Caneiro, esta é constituída por uma caleira inferior com 0.75 m de

altura, por uma secção intermédia aproximadamente retangular e uma cobertura de perfil parabólico.

No trecho a seguir à estação de comboios de Campolide, a altura total da secção é de 5.15 m e a

largura máxima de 8 m. Em geral, a curva central da caleira permite o transporte de cerca de 2 m3/s,

69

sendo que a totalidade da caleira permite a passagem de um caudal de cerca de 5 m3/s. Em tempo

seco é possível circular nas duas faixas laterais e proceder à limpeza ou inspeção da tubagem.

Nas secções transversais do tipo Caneiro, a estrutura é construída em betão simples. Apesar ser a

solução dominante, existem também troços em alvenaria de pedra e em betão armado, onde são

adotados outros tipos de secção transversal. Salienta-se o exemplo dos troços próximos de

travessias da CP (Comboios de Portugal), onde o Caneiro é construído em alvenaria e apresenta

uma secção habitualmente designada por “secção tipo CP”. Nas rampas entre trainéis, o betão é

reforçado (600 kg de cimento por metro cúbico) e existe um reboco em argamassa com 1 cm de

espessura.

Ao longo dos últimos anos, têm sido identificados vários problemas estruturais no Caneiro de

Alcântara. Para além de se tratar de uma estrutura antiga e complexa, há zonas em que os níveis de

sobrecarga sobre o Caneiro são atualmente muitos superiores àqueles para os quais as paredes

foram dimensionadas. Acresce ainda o facto de o Caneiro de Alcântara estar soterrado em zonas

extremamente sensíveis, nomeadamente sob estruturas viárias e ferroviárias importantes.

Os problemas estruturais do Caneiro têm causado acidentes preocupantes e que denunciam a

existência de um elevado risco social, económico e ambiental. Em 25 de Novembro de 2003, por

exemplo, ocorreu um colapso junto da estação de comboios de Campolide que levou à queda de um

autocarro para o interior do Caneiro (Figura 5.17). Em Dezembro do mesmo ano ocorreu um

abatimento do Caneiro de Alcântara junto ao Bairro da Liberdade, em Campolide (Figura 5.18).

Figura 5.17: Pormenor do autocarro caído no interior do Caneiro

Figura 5.18: Abatimento do Caneiro no Bairro da Liberdade

A Câmara Municipal de Lisboa tem vindo a fazer algumas intervenções para reabilitação do Caneiro

de Alcântara (ENGIDRO e HIDRA, 2007a). Na zona de Campolide (onde ocorreram os dois acidentes

referidos), o Caneiro foi devidamente reparado e não deverá apresentar, atualmente, um elevado

risco de colapso.

Antes de terminar o presente capítulo, apresentam-se algumas fotografias e desenhos (Figuras 5.19

a 5.25) relativos ao Caneiro de Alcântara, retirados de ENGIDRO e HIDRA (2007a).

70

Figura 5.19: Confluência entre o ramo de Campolide Benfica e o Ramal Av. Novas.

Figura 5.20: Aqueduto da Estação C.P. (Campolide).

Figura 5.21: Quedas no interior do Caneiro, junto à Estrada Militar.

Figura 5.22: Rampa sob a estação de Campolide.

Figura 5.23: Soleira abatida na zona de Campolide. Figura 5.24: Assoreamento do Caneiro na Rua Garridas.

Figura 5.25: Perfis do projeto do Caneiro de Alcântara (secção tipo Caneiro). Adaptada de ENGIDRO e HIDRA (2007a).

71

6. Avaliação de infiltração no sistema de Alcântara


No Capítulo 4 foram descritas três metodologias para estimar a infiltração, por ordem crescente de

complexidade. Neste capítulo pretende-se expor a aplicação de duas das metodologias referidas ao

caso de estudo anteriormente descrito, o Caneiro de Alcântara.

Primeiro apresenta-se a análise do caudal na bacia e estudam-se os mínimos e as variações horárias

e mensais (nível I). Depois, são analisados os dados de CQO e isótopos, ambos obtidos numa

campanha decorrida entre 22 e 24 de Julho e cujo relatório e descrição se encontra no Anexo V.

Apresentam-se estimativas para a infiltração com base no que foi descrito no modelo de nível II.

6.2. Aplicação do modelo de nível I


Paralelamente a esta dissertação foi feito um estudo do comportamento dos caudais no Caneiro de

Alcântara, com o principal objetivo de obter padrões de tempo seco que ajudem à compreensão do

funcionamento do sistema de drenagem e na estimativa do caudal infiltrado (Anexo I).

Os registos de caudal usados foram cedidos pela SIMTEJO e são referentes à secção ALC200 do

Caneiro de Alcântara, localizada junto à entrada da ETAR (Figura 6.1).

Figura 6.1: Localização em planta do ponto de medição ALC200 e da ETAR de Alcântara [GoogleEarth].

Avaliaram-se registos ao longo do período de um ano, de 01/07/2012 a 30/06/2013, com medições

espaçadas de 5 minutos. Verificou-se que existiam alguns dias sem qualquer registo de caudal

(provavelmente devido a problema com o equipamento), pelo que o número total de dias disponíveis

para análise foi de 358.

72

Numa primeira fase, considerou-se a conversão dos registos em caudais médios horários. No

entanto, foi feito um pequeno estudo no qual se verificou que o nível de rigor deveria ser superior,

principalmente porque se pretende captar pequenas variações do caudal no período noturno

(Anexo I). Assim, optou-se por usar valores do caudal médio em cada 15 minutos.

A definição de tempo húmido, tempo de transição e tempo seco seguiu o sugerido no subcapítulo 4.1.

Uma vez que não foi possível aceder a registos de precipitação dentro da bacia, foram usados os

valores obtidos em zonas próximas. Para os meses do ano de 2012 foram usados registos de

precipitação de três postos udométricos diferentes: Pontinha, Beirolas e Instituto D. Luíz. O valor de

precipitação diária considerado foi o maior dos registados em cada posto, por razões conservativas.

Note-se que este valor poderá não corresponder à precipitação que ocorreu sobre a bacia em estudo,

mas deverá ser próximo. Como se pretende apenas selecionar os dias de tempo seco ao longo do

período em análise, não se considerou necessário aplicar um modelo mais rigoroso para estimar a

precipitação na bacia (como por exemplo o método de Thiessen, sugerido no subcapítulo 4.4 para o

sistema de modelos de nível III).

Para o ano de 2013 não foi possível ter acesso ao registo de dados nos postos da Pontinha e

Beirolas, pelo que foram apenas usados os do Instituto D. Luíz. Consideraram-se como dias húmidos

todos aqueles em que a precipitação registada foi igual ou superior a 0.25 mm. Foram analisados os

caudais dos dois dias seguintes a cada dia de tempo húmido e, como se concluiu que a influência da

precipitação apenas se faz sentir nas horas imediatamente após o evento, considerou-se razoável

admitir um tempo seco-transição de um dia (Anexo I). Com base nestas definições, o período em

análise ficou dividido conforme apresentado Quadro 6.1, contabilizando-se 208 dias de dados de

tempo seco disponíveis para análise.

Quadro 6.1: Divisão do número de dias de tempo húmido, seco-transição e seco na bacia em estudo, para o período em análise.

Classificação do tempo Número de dias

Húmido 111

Seco-Transição 39

Seco 208

Com os registos de caudal médio em 15 minutos ao longo dos 208 dias de tempo seco obteve-se um

padrão diário, apresentado Figura 6.2. e tabelado no Anexo II. Verifica-se que o caudal se mantém

praticamente constante ao longo do dia (rondando o valor de 1.20 m3/s), variando apenas durante o

período noturno, onde sofre um decréscimo significativo. O valor mínimo apresentado no padrão é de

1.06 m3/s e ocorre às 04:45 h, mas pode definir-se uma envolvente de caudais mínimos entre as

01:00 h e as 07:30 h. Apesar de não ser muito marcado, o caudal máximo regista-se às 10:45 h,

tomando o valor de 1.25 m3/s.

A diminuição do caudal no período noturno era espectável e traduz os hábitos da população – as

descargas domésticas diminuem a partir das 22:00 h, mas só mais tarde é que esse efeito começa a

ser sentido na secção ALC200. Estima-se que o tempo de concentração natural da bacia seja de 6 a

73

8 horas, pelo que as descargas feitas na zona do concelho da Amadora, ou em outras zonas mais

distantes da ETAR, podem demorar algumas horas a percorrer o sistema. Por outro lado, a partir das

07:00 h começa novamente a aumentar o caudal descarregado na rede, devido à rotina e aos hábitos

de higiene da população (banhos, etc.). O efeito das descargas próximas da secção em estudo é

sentido quase imediatamente, pelo que o caudal começa a aumentar mais rapidamente a partir das

07:30 h.

Figura 6.2: Padrão diário do caudal médio de 15 minutos, na secção ALC200.

Foi feita uma análise estatística para tentar perceber se o conjunto dos caudais registados a uma

dada hora seguia uma distribuição normal, log-normal, Pearson III ou Gumbel. No entanto, não se

verificou nenhuma correlação.

Uma análise mais detalhada dos mínimos diários é apresentada na Figura 6.3, onde se verifica que é

tipicamente entre as 02:00 h e as 07:30 h (aproximadamente) que afluem à ETAR os caudais

mínimos.

Figura 6.3: Distribuição dos caudais mínimos diários, por hora.

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

1.60

0:00 6:00 12:00 18:00 0:00

QT (

m3/s

)

Tempo (h)

0%

2%

4%

6%

8%

10%

12%

00:0

0

01:0

0

02:0

0

03:0

0

04:0

0

05:0

0

06:0

0

07:0

0

08:0

0

09:0

0

10:0

0

11:0

0

12:0

0

13:0

0

14:0

0

15:0

0

16:0

0

17:0

0

18:0

0

19:0

0

20:0

0

21:0

0

22:0

0

23:0

0

Pe

rce

nta

ge

m d

e m

ínim

os

re

gis

tad

os

Tempo (h)

74

O padrão diário do caudal de tempo seco varia mensalmente, conforme mostra a Figura 6.4. Os

padrões dos meses de Junho, Agosto, Setembro, Outubro, Novembro e Março estão, em média,

abaixo do padrão anual (os restantes seis meses estão acima). Se por um lado o período de férias

poderia justificar o baixo caudal em Junho e Agosto, por outro verifica-se que no mês de Julho o

caudal médio é dos mais elevados. A nível da infiltração, pode-se colocar a hipótese dos caudais

serem superiores nos meses tipicamente chuvosos (dezembro, janeiro, fevereiro) devido ao nível

freático estar mais elevado e haver consequentemente um caudal acrescido pela infiltração das

águas subterrâneas.

Figura 6.4: Padrões diários mensais do caudal médio de 15 minutos e padrão anual, na secção ALC200.

6.2.2. Estimativa da infiltração

Apresenta-se de seguida a aplicação do modelo de nível I ao caso de estudo do Caneiro de

Alcântara.

Usaram-se os dados de caudal médio de 15 minutos medidos na secção ALC200 ao longo de

208 dias de tempo seco. Para aplicar o nível I, selecionaram-se três dos valores característicos da

série de caudais analisados, nomeadamente o mínimo, a média e o máximo (Quadro 6.2). Para os

primeiros dois parâmetros consideram-se todos os valores registados, ou seja, obteve-se o caudal

mínimo absoluto e o valor médio global. No entanto, verificou-se que o caudal máximo absoluto era

demasiado elevado (superior a 3 m3/s) e correspondia a uma situação pontual e não representativa.

Optou-se então por adotar, para o caudal de ponta, o valor máximo dos caudais médios mensais em

cada 15 minutos, apresentados na Figura 6.4.

Quadro 6.2: Valores mínimo, máximo e médio do caudal total de tempo seco adotados para a bacia de Alcântara.

(m3/s) (m

3/s) (m

3/s)

0.40 1.33 1.19

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

1.10

1.20

1.30

1.40

0:00 6:00 12:00 18:00 0:00

QT (

m3/s

)

Tempo (h)

jul/12

ago/12

set/12

out/12

nov/12

dez/12

jan/13

fev/13

mar/13

abr/13

mai/13

jun/13

padrão

75

Aplicando a equação (4.4) ao número de habitantes servidos pelo sistema de drenagem apresentado

(201160 hab, conforme apresentado no subcapítulo 5.5), obtém-se um fator de ponta máximo igual a

1.63.

Conhecendo os dados de caudal e o referido fator de ponta, aplicou-se o sistema de equações (4.6) e

obteve-se uma solução impossível, tal como se tinha previsto no subcapítulo 4.2. Esta situação faz

com que se questione a validade da equação (4.4) e a aplicabilidade do próprio conceito de fator de

ponta.

Alternativamente, e seguindo o nível I, desprezaram-se os cálculos do sistema (4.6) e prosseguiu-se

o estudo da infiltração com a análise dos caudais mínimos. Considerando a situação extrema de o

caudal de infiltração ser igual ao caudal mínimo, ou seja, de o fator de ponta mínimo ser nulo,

obtiveram-se os resultados apresentados no Quadro 6.3.

Quadro 6.3: Caudal médio de águas residuais, fator de infiltração e fator de ponta máximo para a situação hipotética de o caudal infiltrado ser igual ao caudal mínimo.

(-) (-) (m3/s) (m

3/s)

0.50 1.17 0.40 0.79

O fator de ponta apresentado no Quadro 6.3 mostra a inviabilidade da aplicação da equação (4.4) ao

presente caso de estudo. O valor obtido através da referida equação, 1.63, seria fisicamente

impossível, uma vez que ultrapassa o fator de ponta correspondente ao cenário de infiltração

máxima.

Seguindo o procedimento descrito em 4.2, adotou-se um valor diferente de zero para o fator de ponta

mínimo e calculou-se o caudal de médio de infiltração através da equação (4.7). No Quadro 6.4

apresentam-se os resultados da aplicação do nível I ao caso de estudo do Caneiro de Alcântara.

Quadro 6.4: Resultados da aplicação do nível I ao caso de estudo do Caneiro de Alcântara.

(-) (-) (m3/s) (m

3/s)

0.35 0.10 0.31 0.88

Tal como sugerido em ENGIDRO e HIDRA (2007b), considerou-se um fator de ponta mínimo de 0.10

e obteve-se uma fração de infiltração de cerca de 35%. Consequentemente, o caudal médio de

infiltração, obtido em condições de tempo seco no Caneiro de Alcântara, foi de aproximadamente

0.31 m3/s. Este resultado traduz o caudal de infiltração que atravessou, em média, a secção ALC200

ao longo dos 208 dias de tempo seco analisados. Devido à localização desta secção (a jusante da

bacia), o valor obtido pode ser indicativo do volume total infiltrado na Zona Alta do sistema de

Alcântara. Para além do caudal de infiltração e dos outros parâmetros atrás referidos, obteve-se

ainda o caudal médio de águas residuais em tempo seco (excluindo a infiltração), 0.88 m3/s.

76

Antes de concluir este subcapítulo, salientam-se alguns dos fatores que podem condicionar o rigor

dos resultados do método de nível I. A aplicação das equações de análise de caudal só é possível se

for assumido, a priori, um valor para o fator de ponta máximo ou para o fator de ponta mínimo. No

presente caso de estudo, a escolha da primeira hipótese ficou comprometida devido à inadequação

da equação (4.4). Assim, o caudal de infiltração foi calculado pressupondo que o fator de ponta

doméstico mínimo seria igual a 0.10. No entanto, e apesar de esta ser uma hipótese menos incerta

do que a primeira, este valor não pode ser comprovado apenas através da análise de séries de

caudais, e isso pode tornar poucos rigorosos os resultados do nível I.

Esta metodologia considera apenas o cenário de tempo seco, pelo que o caudal de infiltração obtido

é pouco conservativo. Os dias de chuva excluídos da análise podem ser pontuais e intervalados com

dias de tempo seco, mas também podem estar concentrados, nomeadamente nos meses de Inverno.

Em Alcântara, dos 208 dias de tempo seco analisados, apenas 3 se registaram no mês de Março e 7

no mês de Novembro, por exemplo. Nestes dois meses, claramente marcados pela ocorrência de

precipitação, os níveis freáticos provavelmente estavam mais elevados e, consequentemente, o

caudal infiltrado pode ter sido superior.

Destaca-se, por fim, a falta de rigor associada ao desconhecimento da origem e do tipo de afluências.

Uma vez que a análise da infiltração se baseia apenas nos caudais registados, qualquer descarga

voluntária de efluentes na rede de drenagem afeta os resultados obtidos. A análise de registos num

período mais alargado, nomeadamente de vários anos, poderá ajudar a conhecer melhor o

comportamento padrão do sistema de drenagem e a reconhecer situações pontuais e excecionais.

Ainda assim, e principalmente em bacias tão complexos como a de Alcântara, o rigor do modelo de

nível I será sempre reduzido.

6.3. Aplicação do modelo de nível II


No subcapítulo anterior obteve-se uma estimativa para a infiltração média na Zona Alta da bacia de

Alcântara com base em registos de caudal. Agora, e com base na metodologia de nível II

apresentada no subcapítulo 4.3, pretende-se melhorar a estimativa anterior através da aplicação do

método dos isótopos.

Os valores de razão isotópica analisados neste subcapítulo foram obtidos numa campanha de

recolha que teve lugar na Zona Alta da bacia de Alcântara, ao longo de três dias de Verão. A

campanha foi realizada no âmbito do projeto Avaliação de caudais de infiltração na Zona Alta de

Alcântara, incluindo contribuições dos Caneiros da Falagueira e Damaia, na Amadora, uma prestação

de serviços do IST, através da ADIST (Associação para o Desenvolvimento do Instituto Superior

Técnico), à SIMTEJO.

A campanha teve lugar nos dias 22, 23 e 24 de Julho e consistiu na recolha de amostras de água

freática, residual e potável em diversos locais dos concelhos da Amadora e Lisboa, para posterior

77

medição da razão isotópica , em laboratório. Foram ainda recolhidas amostras para análise da

CQO e foram medidos, in situ, os parâmetros de temperatura, pH, potencial redox, oxigénio dissolvido

e condutividade. As análises de razões isotópicas foram levadas a cabo pela Stable Isotopes and

Instrumental Analysis Facility (SIIAF), pertencente ao Centro de Biologia Ambiental da Faculdade de

Ciências da Universidade de Lisboa (FCUL). A CQO foi analisada em dois laboratórios diferentes:

Laboratório de Análises Químicas do Instituto Superior Técnico (águas freáticas) e laboratório da

SIMTEJO (águas residuais). Refira-se que nem todos os dados obtidos na campanha foram utilizados

nesta dissertação. Apesar de se terem feito recolhas em duas outras secções da rede de drenagem

(Falagueira e Damaia), serão apenas usados os resultados obtidos no Caneiro de Alcântara,

fundamentalmente por questões de sigilo, exigidas pela SIMTEJO.

Os resultados obtidos na campanha de 22 a 24 de Julho referem-se apenas ao período de Verão, e

devem ser futuramente complementados com os de uma segunda campanha, a realizar em tempo de

Inverno (fora do âmbito desta dissertação).

Por fim, salienta-se que a decisão de realizar uma campanha de amostragem na Zona Alta da bacia

de Alcântara, para posterior aplicação do método dos isótopos, só foi tomada porque se sabia, a

priori, que o valor da razão do aquífero local era distinto do valor característico da água potável

distribuída na bacia. Em 2007 foi realizado um pequeno estudo experimental que comprovou esta

diferença, tornando-se desnecessário proceder, neste caso de estudo, a uma pré-campanha.

6.3.2. Descrição da campanha de recolha de amostras

Nos próximos parágrafos descrevem-se os detalhes práticos da campanha realizada nos dias 22, 23

e 24 de Julho. Apresentam-se os locais de recolha, o número de amostras recolhidas e a sua

distribuição horária, e explicam-se ainda os procedimentos adotados em cada local.

6.3.2.1. Locais e número de amostras

Foram recolhidas amostras em seis pontos distintos da bacia: para além das amostras de águas

residuais totais14

, recolhidas no Caneiro de Alcântara (junto à entrada da ETAR), foram recolhidas

amostras em cinco outros pontos, dos quais três correspondem a origens de água freática e dois a

origens de água potável. A localização dos pontos e a sua descrição encontra-se no Quadro 6.5 e na

Figura 6.5.

A análise da razão isotópica foi prevista em todos os locais descritos no Quadro 6.5, tendo-se

recolhido um total de cinquenta e seis amostras ao longo dos três dias de campanha (catorze de

águas residuais, vinte de água potável e vinte e duas de águas freáticas). Simultaneamente,

recolheram-se amostras para análise de CQO em todos os locais exceto AP1, AP2 e AF3 (os dois

primeiros porque se esperam valores nulos de CQO na água potável e o último por se tratar de uma

secção experimental, que não tinha sido incluída no plano inicial).

14

O termo água residual total refere-se a toda a água que circula no caneiro, e não apenas à componente de água residual

doméstica e/ou industrial.

78

Quadro 6.5: Identificação dos locais de medição da campanha de 22 a 24 de Julho (2013).

Origem Local Morada

Água residual (total)

Caneiro de Alcântara CANETAR ETAR de Alcântara (Av. De Ceuta), Lisboa

Água potável (rede)

Bebedouro (Parque Aventura) AP1 Estrada da Falagueira, Amadora

Torneira (ETAR de Alcântara) AP2 ETAR de Alcântara (Av. De Ceuta), Lisboa

Água freática

Nascente da R. da Fonte dos Passarinhos

AF1 Rua Fonte dos Passarinhos, Amadora

Nascente do Jardim da Mina AF2 Praceta do Jardim da Mina, Amadora

Linha de água do Parque Aventura (Belas/aqueduto)

AF3 Estrada da Falagueira, Amadora

Figura 6.5: Localização dos pontos de recolha de amostras na bacia.

Por motivos principalmente logísticos, o horário, duração, a distribuição temporal e o tipo de recolhas

não foram iguais em todos os dias, como mostra o planeamento apresentado no Anexo IV. No

primeiro dia de campanha (22 de Julho), entre as 09:00 e as 17:00 h foram recolhidas quatro

amostras em horas diferentes, em todos os locais exceto em AF3 (onde apenas se fizeram duas

recolhas). No dia seguinte (23 de Julho) recolheram-se sete amostras de águas residuais e dez

amostras em cada local de águas freáticas e potável, ao longo de doze horas (05:00 às 17:00 h). No

último dia de campanha (24 de Julho) fizeram-se três recolhas de águas residuais e apenas uma de

água potável e água freática (em cada ponto), entre as 05:00 e as 09:00 h.

6.3.2.2. Procedimentos de recolha de amostras

Os métodos de recolha dependeram do tipo de água e das condições de cada local. No ponto

CANETAR, a falta de condições de segurança não permitiu descer até ao Caneiro, pelo que se usou

um recipiente pequeno, acoplado a uma vareta comprida, para retirar um volume de água e trazê-lo à

79

superfície. Depois, retiraram-se desse recipiente as amostras para análise de isótopos e CQO.

Apesar da dificuldade de acesso humano, foi possível mergulhar a sonda diretamente dentro do

Caneiro.

Na nascente da R. da Fonte dos Passarinhos (AF1) também se usou um copo com braço extensível

para trazer a água para a superfície, não tendo sido preciso descer a câmara de visita.

Recolheram-se as amostras e mergulhou-se a sonda nesse mesmo copo. A recolha ainda foi mais

fácil no jardim da Mina (AF2), onde não foi preciso recorrer a nenhum instrumento porque a água se

encontrava muito próxima da superfície. Optou-se apenas por tamponar o canal de saída da água

(em cada medição) para forçar a subida do nível e permitir uma submersão mais eficaz da sonda

(Anexo V, Figura A V-5).

As características dos locais AP1, AF3 e AP2 (bebedouro, torneira da ETAR e linha de água do

Parque Aventura, respetivamente) não permitiram a recolha direta da fonte. Nos primeiros dois casos

optou-se por encher um copo, e dele recolher as amostras para análise de isótopos e CQO. No caso

do ponto AP2, depois de se deixar correr a água da torneira durante um certo tempo, tapou-se o

sifão, encheu-se o lavatório e recolheram-se as amostras.

Entre todas as utilizações do balde, copo e sonda, teve-se o cuidado de os enxaguar com água

potável. Antes da recolha de cada volume de água (no ponto CANETAR, por exemplo), também se

encheu e esvaziou o recipiente uma vez, antes da recolha definitiva. Outro aspeto que foi tido em

consideração foi a colocação da sonda no balde/copo apenas depois de serem recolhidas as

amostras. Refira-se que em todas as recolhas foram registados os parâmetros medidos pela sonda

paramétrica (Anexo V), exceto na primeira recolha feita no ponto CANETAR (devido a dificuldades

logísticas).

O procedimento adotado na recolha das amostras para análise da razão isotópica baseou-se nas

indicações da SIIAF: retirou-se um pequeno volume de água com uma seringa e, usando um filtro

descartável, filtrou-se a amostra in situ, para dentro de um tubo Eppendorf (com o cuidado de o

encher até cima). De seguida apresentam-se duas fotografias tiradas na campanha, onde se vê a

utilização da seringa e filtro (Figura 6.6) e a medição com a sonda paramétrica (Figura 6.7).

Figura 6.6: Recolha de uma amostra para análise de isótopos no ponto AF1.

Figura 6.7: Medição com a sonda paramétrica no ponto AP1.

80

6.3.3. Apresentação e análise de resultados

6.3.3.1. Notas iniciais

Nos subcapítulos seguintes apresentam-se e discutem-se os principais resultados obtidos pela

aplicação do método de nível II, sendo proposto um intervalo de valores para a infiltração no Caneiro

de Alcântara. Primeiramente, os resultados são analisados sob dois pontos de vista: por ponto de

medição e por fonte de água. Depois, e com base nessa análise, é estudada a infiltração na secção

CANETAR.

Antes de prosseguir, é preciso referir que um dos pontos de amostragem, AF1, não pôde ser

considerado na análise de infiltração. Os resultados das análises de CQO mostraram que esta água

estava altamente contaminada com matéria orgânica (Anexo V), não podendo por isso ser usada

como valor de referência para águas freáticas. Assim, consideraram-se apenas dois pontos de águas

freáticas, AF2 e AF3, dos quais apenas o primeiro é representativo (em número), uma vez que foram

apenas recolhidas duas amostras no ponto AF3 ao longo de toda a campanha.

6.3.3.2. Análise por ponto de medição

A primeira etapa da análise de resultados consistiu em verificar a coerência dos valores de

obtidos em cada ponto de medição, nos diferentes dias e horas da campanha. Pretendeu-se verificar

se existiam padrões horários ou diários e identificar possíveis outliers. Os resultados apresentam-se

nas Figuras 6.8. a 6.12 da página seguinte.

Verifica-se que não existe um padrão claro em nenhum dos pontos analisados, verificando-se apenas

uma coerência grande nos valores medidos no ponto AP1. Na secção CANETAR, os resultados

obtidos aproximadamente na mesma hora mas, em dias diferentes, apresentam grandes variações.

Destacam-se as diferenças dos valores da razão obtidos nos dias 22 e 23 e observa-se ainda a

existência de um outlier. Esse valor, correspondente à primeira medição do dia 22, será excluído da

restante análise. Relativamente às fontes de água potável, nos dois pontos (AP1 e AP2) verificou-se

que a razão isotópica medida no dia 22 foi inferior à medida no dia 23, em todas as amostras

analisadas. Não obstante, a irregularidade é maior no ponto AP2.

Com base no que foi acima referido sugere-se que, na análise da infiltração, seja usado o valor médio

da razão isotópica das fontes de água potável e freática, e não os valores pontuais. Para além das

vantagens práticas, esta hipótese tem alguma fundamentação física uma vez que se espera que a

razão das águas freáticas e águas potáveis seja praticamente constante no tempo. À

semelhança do que foi proposto por De Bénédittis e Bertrand-Krajewski (2004b), a fração de

infiltração pode ser calculada usando os valores “reais” de águas residuais, obtidos em cada amostra

recolhida, e os valores médios de águas freáticas e potáveis. Refira-se ainda que se estudaram duas

hipóteses: usar as médias diárias ou a média global dos três dias (Anexo V). Como não foram

recolhidas, em todos os locais, amostras ao longo dos três dias (no ponto AF3 só se recolheram

amostras no dia 22, por exemplo), optou-se pela segunda hipótese.

81


O medidos no ponto AF2, ao longo dos dias 22, 23 e 24 de Julho.


O medidos no ponto AF3, ao longo dos dias 22, 23 e 24 de Julho.


O medidos no ponto AP1, ao longo dos dias 22, 23 e 24 de Julho.


O medidos no ponto AP2, ao longo dos dias 22, 23 e 24 de Julho.


O medidos na secção CANETAR, ao longo dos dias 22, 23 e 24 de Julho.

-6.0

-5.5

-5.0

-4.5

-4.0

-3.5

-3.0

4:30 7:30 10:30 13:30 16:30

1

8O

(‰

)

Hora

AF2

22/jul 23/jul 24/jul

-6.0

-5.5

-5.0

-4.5

-4.0

-3.5

-3.0

4:30 7:30 10:30 13:30 16:30

1

8O

(‰

)

Hora

AF3

22/jul

-7.0

-6.5

-6.0

-5.5

-5.0

-4.5

-4.0

4:30 7:30 10:30 13:30 16:30

1

8O

(‰

)

Hora

AP1


-7.0

-6.5

-6.0

-5.5

-5.0

-4.5

-4.0

4:30 7:30 10:30 13:30 16:30

1

8O

(‰

)

Hora

AP2

22/jul 23/jul

-6.5

-6.0

-5.5

-5.0

-4.5

-4.0

-3.5

4:30 7:30 10:30 13:30 16:30

1

8O

(‰

)

Hora

CANETAR


82

6.3.3.3. Análise por fonte de água

Depois de ter sido analisada a variação temporal das razões isotópicas medidas nesta campanha,

falta analisar a sua variação espacial. Não se esperava que existisse uma constância nos valores de

medidos no Caneiro de Alcântara (e por isso não se faz referência a essa origem de água neste

subcapítulo), mas esperava-se que isso acontecesse nos pontos de águas freáticas e potáveis.

Como mostra a Figura 6.13, as razões isotópicas medidas nas duas fontes de água freática (AF2 e

AF3) são muito semelhantes. Apesar da água do ponto AF3 ter origem numa nascente em Belas (fora

da bacia), tem uma razão isotópica muito semelhante à água freática medida no ponto AF2.

Considera-se assim razoável não distinguir as duas fontes (AF2 e AF3) e usar o valor médio de todas

as medições para estimar a infiltração. Em campanhas futuras não será necessário voltar a recolher

amostras nas duas fontes, bastando analisar de uma delas. Pode ser interessante, no entanto,

recolher amostras de águas freáticas noutros locais, de modo a verificar se o valor de é

constante em toda a área da bacia.


O medidos nas duas fontes de água freática nos dias 22, 23 e 24 de Julho de 2013.

Contrariamente ao que acontece com as águas freáticas, as razões isotópicas obtidas nos pontos

AP1 e AP2 denunciam uma variabilidade espacial que não era espectável. Sabendo que toda a água

distribuída na bacia em estudo tem a mesma origem (como foi referido no Capítulo 5), seria de

esperar que a razão isotópica medida em qualquer torneira ou fontanário (dentro da bacia) fosse

muito semelhante. No entanto, verifica-se que os valores de no ponto AP1 foram, em todas as

medições, superiores aos medidos no ponto AP2 (Figura 6.14). Apesar de poder parecer uma

diferença pequena (em média, 0.30‰), tem uma grande influência na estimativa da infiltração, uma

vez que a fração de infiltração ( ) é muito sensível a pequenas variações da razão .

Refira-se que se optou por apresentar, na Figura 6.14, a evolução da razão ao longo dos três

dias de campanha (e não em formato horário, como na Figura 6.13) porque se torna mais clara a

diferença entre os dois pontos de medição.

-5.0

-4.8

-4.6

-4.4

-4.2

-4.0

-3.8

-3.6

8:30 11:30 14:30 17:30

1

8O

(‰

)

Tempo (h)

AF3

AF2 (22/07)

AF2 (23/07)

AF2 (24/07)

83


O medidos nas duas fontes de água potável nos dias 22, 23 e 24 de Julho de 2013, e respetivo valor médio.

6.3.3.4. Estimativa da infiltração no Caneiro de Alcântara

A estimativa da infiltração na secção CANETAR do Caneiro de Alcântara foi feita através da aplicação

do método dos isótopos proposto por De Bénédittis e Bertrand-Krajewski (2004b), tal como descrito

no subcapítulo 4.2. O valor de medido nos pontos AF2 e AF3 serviu como valor de referência

para a componente de infiltração, δinf, e o medido nos pontos AP1 e AP2 serviu como valor de

referência para a componente de águas residuais, δAR. A razão isotópica obtida no Caneiro

(CANETAR) é a parcela total, representada por δT. O Quadro 6.6 apresenta as nomenclaturas que

passarão a ser usadas a partir deste ponto do trabalho.

Quadro 6.6: Relação entre os pontos de medição e a nomenclatura usada na aplicação ao método dos isótopos.

Origem Ponto de medição Nomenclatura

Potável AP1

δAR AP2

Freática AF2

δinf AF3

Residual “total” CANETAR δT

Relembrem-se ainda três considerações importantes, resultantes da análise feita até este

subcapítulo:

O ponto AF1 não foi incluído na análise da razão isotópica.

A primeira medição no ponto CANETAR (09:30 de dia 22 de Julho, 2013) foi excluída, uma

vez que se considera ser um outlier.

A razão isotópica obtida nas várias amostras de água potável e água freática foi convertida

em valores médios, independentes do dia, hora ou local de medição.

-6.0

-5.8

-5.6

-5.4

-5.2

-5.0

-4.8

-4.6

1

8O

(‰

)

Tempo (data e hora)

AP1

AP2

Média(AP1+AP2)

84

Seguindo a metodologia de nível II, começou-se por aplicar a equação (4.9) aos valores de

obtidos em cada amostra recolhida da secção CANETAR. Calculou-se, assim, a fração da infiltração

(relativamente ao caudal total) que atravessou essa secção num determinado instante. Depois,

aplicou-se a equação (4.10) para determinar o erro e verificar se o método dos isótopos podia ser

aplicado em todas as situações. Relembre-se que este método não deve ser aplicado em casos onde

a razão seja superior a 1 (De Bénédittis e Bertrand-Krajewski 2004b). Verificou-se que três das

amostras não cumpriam este critério, tendo-se optado pela exclusão destes valores da restante

análise. Esta decisão não se baseou cegamente no critério de De Bénédittis e Bertrand-Krajewski

(2004b), mas também na sua interpretação. As situações em que se obtém uma razão superior

a 1 correspondem a casos em que a infiltração estimada é muito reduzida, questionando-se assim a

validade da análise da razão isotópica.

Excluindo o outlier e os três casos acima referidos, obteve-se o cenário apresentado na Figura 6.15.


O medidos na secção CANETAR, e valores médios de referência para águas residuais e infiltração.

Verifica-se que todos os valores medidos no Caneiro estão compreendidos entre os valores de

referência de água residual e de infiltração, o que valida a aplicação do método dos isótopos. No

entanto, e comparativamente com outros casos de estudo, os valores da razão isotópica das três

origens de água são muito próximos. Isto faz com que pequenas variações no valor de

conduzam a grandes variações no valor de estimado. Segundo a SIIAF, o erro associado à análise

isotópica em laboratório foi, neste caso, de 0.07‰. Uma margem de mais ou menos este valor em

cada medição de δT é suficiente para provocar uma variação de cerca de 7% no valor de . Existem

ainda outros fatores de erro associados à aplicação do método dos isótopos, que serão em parte

abordados no subcapítulo 6.4.

-6.5

-6.0

-5.5

-5.0

-4.5

-4.0

-3.5

1

80

(‰

)

Tempo (data e hora)

Total

Águas residuais

InfiltraçãoT

AR

inf

85

Relativamente aos resultados da Figura 6.15, refira-se ainda que se verifica que durante a

madrugada os valores de δT se afastam ligeiramente dos valores de δAR, o que poderá ser causado

pela redução das descargas de águas residuais domésticas nesse período.

Conhecidos os valores da fração de infiltração em vários instantes, basta multiplicá-los pelo caudal

total registado na secção CANETAR (no mesmo instante) para obter o caudal de infiltração. Uma vez

que não se teve acesso aos dados de caudal relativos aos dias 22, 23 e 24 de Julho a tempo da

entrega desta dissertação, utilizaram-se os valores do ano padrão, apresentados no nível I (Figura

6.4). Refira-se que o padrão corresponde à secção ALC200 (localizada junto ao Aqueduto das Águas

Livres) e não à secção onde foram recolhidas as amostras. Idealmente deveriam ser usados os

valores reais do caudal medido na secção CANETAR, nos instantes em que foram retiradas as

amostras. No entanto, como se trata de um trabalho académico e sendo as duas secções muito

próximas, considerou-se razoável recorrer a estes dados.

A Figura 6.16 mostra o padrão diário do caudal médio total registado na secção ALC200 (obtido com

dados de Julho de 2012 a Julho de 2013) e os valores estimados para o caudal de infiltração em cada

instante, ao longo dos dias 22, 23 e 24 de Julho.

Figura 6.16: Relação entre o caudal padrão na secção ALC200 e os caudais de infiltração medidos nos dias 22, 23 e 24 de Julho (2013).

A Figura 6.16 mostra que o caudal de infiltração não se manteve constante ao longo do tempo,

variando entre 0.18 e 0.61 m3/s. Também nos casos de estudo de Ecully e Rümlang, apresentados no

Capítulo 3, se tinha verificado o mesmo fenómeno (Figura 3.7 e Figura 3.8). Estes resultados

contrariam o que se expôs no Capítulo 2, onde se referiu que a infiltração de águas subterrâneas

deveria ser constante ao longo do tempo (Figura 2.3). As flutuações no caudal de infiltração poderão

dever-se à variação do nível de água no interior do coletor, à variação da posição do nível freático, à

descarga voluntária de águas subterrâneas (para drenagem de caves, por exemplo), ou a outras

descargas de origem desconhecida. Neste caso, como os valores obtidos se reportam a dias de

tempo seco (e de Verão), pensa-se que não terão ocorrido variações significativas na posição do

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

0:00 6:00 12:00 18:00 0:00

Q (

m3/s

)

Tempo (h)

Caudal total (padrão)

Infiltração (22/07)



86

nível freático. Dadas as características geométricas do Caneiro de Alcântara, também não se espera

que a variação do nível de água no Caneiro tenha tido uma influência relevante. Não obstante, o

caudal de infiltração que aflui à secção CANETAR pode entrar nos coletores em qualquer ponto do

sistema em alta de Alcântara, pelo que é difícil, sem proceder a um trabalho de análise mais

detalhado, encontrar motivos concretos para as variações apresentadas na Figura 6.16.

No Quadro 6.7 apresentam-se os parâmetros chave da aplicação da metodologia de nível II ao

presente caso de estudo, nomeadamente os valores de obtidos em cada amostra recolhida, o

respetivo fator de infiltração, a análise do erro associado a esse fator e, por fim, o caudal de

infiltração e o caudal de águas residuais (excluindo a infiltração). Cada linha do referido quadro

refere-se ao dia e à hora a que foi recolhida uma determinada amostra na secção CANETAR.

Excetuam-se os casos das razões isotópicas e , para as quais são apresentados valores

médios, e o caudal padrão, que não foi o registado no instante da recolha.

Quadro 6.7: Parâmetros utilizados na aplicação do nível II à secção CANETAR e resultados obtidos para cada instante de recolha de amostras na referida secção.

Data (dia e hora)

(‰) b b b/b Qpadrão Qinf QAR

AR* inf* (-) (-) (-) (m3/s) (m

3/s) (m

3/s)

22/7/13 16:00 -5.34 -4.38 -5.08 0.26 0.13 0.50 1.22 0.32 0.90

23/7/13 05:00 -5.34 -4.38 -5.04 0.31 0.13 0.42 1.06 0.33 0.73

23/7/13 06:00 -5.34 -4.38 -5.09 0.26 0.13 0.52 1.08 0.28 0.80

23/7/13 07:00 -5.34 -4.38 -5.08 0.27 0.13 0.50 1.15 0.31 0.85

23/7/13 09:30 -5.34 -4.38 -5.20 0.14 0.14 0.97 1.24 0.18 1.06

23/7/13 11:00 -5.34 -4.38 -5.15 0.20 0.14 0.68 1.24 0.25 0.99

23/7/13 14:00 -5.34 -4.38 -5.19 0.15 0.14 0.92 1.24 0.19 1.05

24/7/13 05:00 -5.34 -4.38 -5.02 0.33 0.13 0.39 1.06 0.36 0.71

24/7/13 06:00 -5.34 -4.38 -5.15 0.20 0.14 0.68 1.08 0.21 0.86

24/7/13 07:00 -5.34 -4.38 -4.83 0.53 0.13 0.24 1.15 0.61 0.54

*Valor médio

De forma semelhante ao apresentado anteriormente na Figura 3.7, apresenta-se na Figura 6.17 a

distinção entre a contribuição das componentes de infiltração e água residual para o caudal total, na

secção CANETAR. As colunas representam o resultado obtido em cada amostra recolhida, por ordem

horária (não considerando o dia, que vem referido entre parênteses). Os mesmos dados são

apresentados na Figura 6.18 sob a forma de um hidrograma que abrange um período entre as 05:00

e as 16:00 h. Na construção do referido hidrograma usou-se o valor médio dos resultados dos dias 23

e 24 de Julho para as 05:00, 06:00 e 07:00 horas.

87

Figura 6.17: Contribuição das componentes de infiltração e água residual para o caudal total que aflui à secção CANETAR. No eixo horizontal apresenta-se a hora e, entre parentises, o dia de Julho em que foi feita a medição.

Figura 6.18: Hidrograma que mostra a contribuição das componentes de infiltração e águas residuais para o caudal total que aflui à secção CANETAR.

Tal como tinha sido referido no Capítulo 4, o modelo de nível II garante algum rigor nos resultados,

mas permite obter apenas estimativas pontuais do caudal de infiltração. Os resultados apresentados

no Quadro 6.7 e nas Figura 6.17 e Figura 6.18 referem-se apenas ao volume de água infiltrada que

atravessou a secção CANETAR no instante em que foi recolhida cada amostra. Se as recolhas

tivessem sido horárias ou igualmente distribuídas ao longo dos dias (em intervalos de 4 ou 6 horas,

por exemplo), o valor médio dos caudais de infiltração representaria, de forma relativamente segura,

o caudal médio diário de infiltração. No entanto, e como mostra a primeira coluna do Quadro 6.7, as

recolhas feitas na campanha de 22 a 24 de Julho (e que foram posteriormente validadas pela análise

da incerteza) apresentam uma distribuição espacial considerável. Para além dos intervalos entre cada

recolha serem irregulares, há horas do dia em que se conhecem dois valores de (05:00, 06:00 e

07:00 h), horas em que existe apenas um (09:30, 11:00, 14:00 e 16:00 h), e um grande intervalo em

que não existe qualquer registo (entre as 16:00 h e as 05:00 h). Assim, a média dos caudais de

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

05:00(23)

05:00(24)

06:00(23)

06:00(24)

07:00(23)

07:00(24)

09:30(23)

11:00(23)

14:00(23)

16:00(24)

Q (

m3/s

)

Tempo (hora e dia)

Águas residuais

Infiltração

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

05:00 06:00 07:00 09:30 11:00 14:00 16:00

Q (

m3/s

)

Tempo (h)

Águas residuais

Infiltração

88

infiltração apresentados no Quadro 6.7 não descreve a infiltração média diária nos dias 22, 23 e 24

de Julho, mas apenas a média dos valores de caudal de infiltração correspondentes a cada amostra.

Apesar disso, e na ausência de dados que permitam corrigir o referido problema, optou-se por se

considerar o valor médio do caudal de infiltração.

Considerando o potencial fator de erro descrito no parágrafo anterior, apresentam-se no Quadro 6.8

os valores médios do caudal de infiltração e do caudal de tempo seco (de águas residuais, excluindo

a infiltração). Este segundo parâmetro foi obtido subtraindo ao caudal médio total em tempo seco

(obtido do padrão de caudais na secção ALC200) o caudal médio de infiltração. No mesmo quadro

apresenta-se a fração de infiltração em relação ao caudal total, , e em relação ao caudal de tempo

seco, .

Quadro 6.8: Valores médios do caudal total, caudal de infiltração e caudal de águas residuais e frações de infiltração obtidos pela metodologia de nível II, na secção CANETAR.

(m3/s) (m

3/s) (m

3/s) (-) (-)

1.19 0.30 0.89 0.34 0.25

Concluiu-se que o caudal médio de infiltração, obtido através da aplicação do método de nível II aos

valores de razões isotópicas medidos na campanha de 22, 23 e 24 de Julho, de 2013 foi de

0.30 m3/s. Esse valor corresponde a 34% do caudal de tempo seco (excluindo a infiltração) e a 25%

do caudal total, e pode ser adotado, à falta de dados que permitam uma estimativa melhor, como um

valor de referência para a infiltração média em tempo de Verão na secção CANETAR. Considerando

que esta é a secção mais a jusante da bacia, a estimativa obtida poderá também ser representativa

da infiltração total na Zona Alta da bacia de Alcântara.

É de salientar que os resultados apresentados no Quadro 6.8 são afetados pelo facto de não se

conhecer o caudal nos dias da campanha. Como os dados de caudal não se referem à mesma

secção nem ao mesmo período da campanha, optou-se por usar o caudal médio total do padrão e

não apenas a média dos valores de caudal em cada instante de recolha. Consequentemente, o

caudal de águas residuais e a fração apresentados no Quadro 6.8 não são iguais à média dos

valores do Quadro 6.7, apesar de serem semelhantes (Anexo V, Quadro A V-8).

Apesar dos caudais de infiltração obtidos apresentarem valores extremos muito dispersos (0.18 e

0.61 m3/s), verifica-se que a maioria dos registos se aproxima do valor médio. Por isso, em vez de só

se apresentar um valor médio de infiltração para a época de Verão, entendeu-se apresentar um

intervalo no qual se incluem 90% dos valores registados. Assim, pode-se admitir que o caudal total

infiltrado na Zona Alta da bacia de Alcântara, em tempo de Verão, assume um valor provável entre

0.18 e 0.36 m3/s (face à condição de 90% destes valores se “encaixarem” nesse intervalo), como

mostra a Figura 6.19.

89

Figura 6.19: Caudais de infiltração medidos na secção CANETAR em diversos instantes dos dias 22, 23 e 24 de Julho (2013), valor médio e limites superior e inferior.

Depois de estimados os caudais de infiltração, e seguindo o nível II, deveria ser calculado o erro

associado a cada caudal, através da equação (4.11). No entanto, como não se estão a usar os dados

reais de caudal, e uma vez que o erro do caudal total ( ) é muito elevado (porque os valores dos

caudais usados para construir o padrão são muito dispersos), considerou-se que a análise do erro do

caudal infiltrado não teria sentido, neste caso.

6.4. Potencialidade da aplicação do sistema de modelos de nível III

A construção de um modelo de simulação bem calibrado é um processo que exige um grande

investimento de tempo e de recursos humanos e financeiros, pelo que não seria viável fazê-lo no

âmbito desta dissertação. No entanto, faz-se nos próximos parágrafos uma breve referência à

potencialidade da aplicação do nível III ao caso de estudo.

A aplicação do nível III ao sistema de drenagem de Alcântara é possível, mas extremamente

complexa. A bacia ocupa uma área significativa e as características da rede (tipo de sistema adotado,

traçado, materiais e secções, entre outros) variam muito consoante o local, tal como foi referido no

subcapítulo 5.1. É difícil, mesmo para as entidades gestoras, conhecer os caudais afluentes a cada

troço do Caneiro de Alcântara, assim como a sua origem.

Para além do sistema de drenagem, também o sistema natural da bacia é complexo e há uma grande

escassez de dados. Por exemplo, não existe um registo dos níveis de água subterrânea que possa

ser usado, o que significa que teriam de ser realizadas campanhas de medição para calibrar o

submodelo do aquífero. No âmbito desta dissertação, a CML esclareceu que, apresar de serem

frequentemente realizados furos para a medição de níveis freáticos em locais onde se pretenda

construir, os dados não são fiáveis. A justificação é que a construção altera o nível medido nas

campanhas iniciais, principalmente no caso de existirem caves. Acrescenta-se ainda que a elevada

densidade de edificação existente na bacia torna pouco fiável o uso de valores do nível natural de

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

00:00 06:00 12:00 18:00 00:00

Q (

m3/s

)

Tempo (h)

Infiltração média

Limite superior

Limite inferior




90

água subterrânea, nomeadamente devido à falta de informação relativa aos caudais bombados em

caves e à alteração do fluxo natural da água em profundidade.

Em vez de ser vista apenas como um problema, a complexidade do caso de estudo da Zona Alta de

Alcântara pode justificar o investimento na construção e calibração de um sistema de modelos de

nível III. A sua aplicação permitiria não só conhecer o fenómeno de infiltração na bacia como ainda

compreender melhor o comportamento do próprio sistema de drenagem. O estado estrutural do

sistema, por exemplo, pode ser avaliado a partir da análise dos resultados de um modelo de

infiltração. Também se podem tirar conclusões relativamente à eficácia das soluções adotadas (a

nível dos materiais, traçados, etc.) e à necessidade de proceder à reabilitação do sistema (e, em caso

afirmativo, em que áreas).

Por fim, refira-se que o sucesso da aplicação do nível III depende dos recursos materiais, do tempo

disponível, e da constituição de uma equipa multidisciplinar. Idealmente devem envolver-se as

autoridades locais e envolver peritos de diferentes áreas, nomeadamente saneamento, geologia,

hidrologia, tecnologias de informação, informática, entre outras.

6.5. Análise de resultados

Para concluir o presente capítulo analisam-se, nos próximos parágrafos, os resultados da aplicação

dos modelos de nível I e II ao caso de estudo do Caneiro de Alcântara.

No presente caso de estudo verificou-se que o caudal médio de infiltração obtido pela aplicação do

nível I foi muito próximo do obtido no nível II (respetivamente de 0.31 e 0.30 m3/s). Neste tipo de

situações, em que o resultado é semelhante, o modelo de nível II pode ser usado para verificar a

viabilidade da aplicação do nível I.

No Caneiro de Alcântara, apesar de todas as hipóteses admitidas na aplicação da metodologia

proposta, e na falta de melhores resultados, poder-se-á admitir que se confirmou a aplicabilidade do

modelo de nível I. Adicionalmente, o facto de os valores serem próximos pode indicar que a infiltração

média na Zona Alta da bacia de Alcântara ronda, efetivamente, o valor de 0.30 m3/s. Note-se, no

entanto, que este pressuposto não é rigoroso e que podem existir variações.

A interpretação e o rigor das estimativas obtidas implica a análise da qualidade dos dados usados. A

série de caudais analisada no nível I tem valores muito dispersos, sendo elevado o desvio padrão dos

dados medidos em cada 15 minutos. O padrão diário de caudais tem, no entanto, valores de caudal

muito constantes, e não se verifica uma descida brusca nos valores durante o período noturno.

Relativamente aos valores da razão obtidos no método de nível II, não se verificou uma

diferença significativa entre a composição de cada origem de água. Consequentemente, e como foi

referido no subcapítulo 6.3, pequenas variações no valor da razão isotópica causam variações

significativas na fração de infiltração obtida. Por este motivo, e face aos resultados até agora

disponíveis, não se pode garantir um nível de rigor elevado nas estimativas obtidas pela aplicação do

nível II ao caso de estudo do Caneiro de Alcântara.

91

Existem inúmeros fatores de erro associados a todos os níveis da abordagem metodológica. Há um

grande desconhecimento em relação aos caudais descarregados na Zona Alta de Alcântara. O

sistema é muito grande e afluem ao Caneiro tubagens com características muito diferentes, em

termos de idade, nível de conservação ou do tipo de sistema, por exemplo. Os caudais industriais e

as descargas não licenciadas também complicam a análise do caudal, devido à sua imprevisibilidade.

Por se tratar de uma ribeira natural, há diversos cursos de água canalizados que são

deliberadamente descarregados no Caneiro de Alcântara e que serão considerados, em qualquer das

análises, como caudal infiltrado.

Acrescem também os erros associados ao desconhecimento que ainda existe em relação à análise

isotópica. A campanha dos dias 22, 23 e 24 de Julho foi realizada sem que houvesse uma grande

experiência anterior, pelo que a falta de conhecimento prático pode ter conduzido a alguns erros que

influenciaram os resultados. Os valores obtidos em laboratório são muito próximos e apresentam

variações no tempo e no espaço (como referido em 6.3) que não eram expectáveis. Inicialmente,

pensou-se que as razões isotópicas podiam ter sido adulteradas pelas condições de conservação e

transporte, ao longo dos dias de campanha. A temperatura dentro da geleira onde foram

armazenadas as amostras pode ter ultrapassado os 4 ºC, uma vez que os dias de campanha foram

marcados por temperaturas exteriores elevadas. No entanto, segundo informações da SIIAF, o único

fenómeno que pode adulterar a razão isotópica é a ocorrência de condensações, e tal seria apenas

possível se os frascos estivessem mal fechados (não foi o caso). O erro da análise da razão em

laboratório também influencia significativamente o cálculo do fator de infiltração. No caso de estudo

analisado, este erro foi de 0.07 ‰, o que é suficiente para “distorcer”, em parte, os resultados obtidos,

principalmente porque a diferença entre as razões isotópicas das três origens de água é muito

reduzida.

Por fim, salienta-se que o investimento necessário à aplicação do modelo nível I é muito inferior ao

necessário à aplicação dos níveis II e III, bastando ter acesso a dados de séries de caudal, em uma

ou mais secções, e registos de precipitação (para distinguir os dias de tempo seco). A exigência de

dados no nível II é superior. Para além dos dados de caudal e precipitação, é necessário proceder a

medições pontuais da razão isotópica em diversos locais da bacia, ao longo de vários dias. A

realização de trabalhos de campo, campanhas e recolha de amostras requer a disponibilidade de

materiais e recursos humanos com algum grau de especialização. O sucesso da campanha realizada

no âmbito desta dissertação dependeu da presença de operadores da SIMTEJO nos locais de

recolha de amostra, assim como do conhecimento prévio dos técnicos envolvidos relativamente ao

procedimento prático a adotar na recolha de amostras. Quando comparado com a recolha de

amostras para análise de CQO, por exemplo, o processo é muito menos expedito. Adicionalmente,

como a análise da razão não é uma prática comum, tem de se recorrer a laboratórios

especializados, o que também dificulta a logística da aplicação do nível II.

93

7. Conclusões e perspetivas de trabalhos futuros

A infiltração é um processo complexo e que, para ser analisado com rigor, exige um estudo exaustivo

do sistema de drenagem e do meio físico envolvente. Os métodos convencionais, usados

regularmente para quantificar a infiltração em coletores urbanos, não consideram a hidrogeologia

local e, devido a algumas das hipóteses e simplificações assumidas, conduzem muitas vezes a

estimativas pouco rigorosas da infiltração.

Não obstante, os resultados obtidos nesta dissertação (Capítulo 6), não denunciam uma diferença

significativa entre a estimativa da infiltração obtida pela aplicação de métodos analíticos

convencionais (modelo de nível I) e a estimativa obtida pela aplicação do método dos isótopos, não

convencional (modelo de nível II). A aplicação do modelo de nível I ao caso de estudo do Caneiro de

Alcântara resultou na obtenção de um caudal médio de infiltração de 0.31 m3/s. Relembre-se que este

valor foi estimado partindo do pressuposto que o fator de ponta mínimo doméstico na bacia era 0.10.

Aplicando o modelo de nível II, baseado no método dos isótopos, concluiu-se que o caudal médio de

infiltração na secção CANETAR (localizada no Caneiro de Alcântara, próximo da ETAR) foi de cerca

de 0.30 m3/s, ao longo dos dias 22, 23 e 24 de Julho de 2013. Os resultados obtidos pela aplicação

do nível II mostraram ainda que a infiltração no Caneiro de Alcântara, nos referidos dias, não foi

constante ao longo do tempo. Fatores como a variação da posição do nível freático, variação da

altura de escoamento no interior do Caneiro ou descargas devidas à drenagem de caves podem estar

na origem destas flutuações.

A proximidade entre os valores encontrados pela aplicação dos modelos de nível I e II deve ser

interpretada com cuidado, uma vez que foram adotadas várias hipóteses simplificativas. Ainda assim,

poder-se-á assumir que, segundo os resultados obtidos nesta dissertação, o caudal médio de

infiltração na Zona Alta da bacia de Alcântara, em tempo seco e no Verão, deverá ser próximo de

0.30 m3/s.

A solução para obter uma estimativa correta e rigorosa da infiltração em Alcântara pode passar pela

construção, calibração e validação de um modelo de simulação, semelhante ao proposto no nível III.

A construção e calibração deste tipo de modelo exige um investimento de tempo muito elevado, um

levantamento rigoroso das características do sistema e um estudo exaustivo das características

naturais da bacia. Adicionalmente, é necessário dispor de técnicos qualificados e, idealmente,

envolver peritos de diferentes áreas disciplinares (saneamento, geologia e hidrologia, por exemplo).

Apesar de todas as exigências, um modelo de simulação permitiria prever a quantidade de infiltração

e tomar decisões, adotando medidas preventivas ou de conservação.

O estudo realizado nesta dissertação conduziu a um resultado que, apesar de não se relacionar

diretamente com o tema da infiltração, merece ser referido. Verificou-se que o fator de ponta máximo

apresentado no Decreto Regulamentar 23/95 e obtido pela equação (4.4), com base em estimativas

da população, tem um valor demasiado elevado e que se mostrou ser incompatível com os valores de

caudal de tempo seco analisados. Consequentemente, concluiu-se que a aplicabilidade da referida

94

equação é questionável, principalmente no caso de bacias urbanas complexas ou de grandes

dimensões.

No subcapítulo 6.4 identificaram-se alguns problemas relacionados com a aplicação prática do

modelo de nível II, nomeadamente a nível do planeamento de campanhas de recolha de amostras

para análise da razão isotópica. Para os corrigir e melhorar, sugere-se que sejam adotadas, em

campanhas futuras, duas novas estratégias. A primeira é transportar uma amostra com razão

isotópica conhecida ao longo das campanhas e voltar a medi-la no final, de forma a verificar se existe

ou não influência da temperatura (ou de outros fatores) no valor da razão isotópica. A segunda

estratégia passa por fazer análises triplicadas, de forma a ter maior segurança nos valores obtidos

em laboratório.

Outra sugestão para futuras aplicações do método dos isótopos à bacia de Alcântara (ou a outras

bacias de grades dimensões) é aumentar o número e a distribuição espacial dos locais de recolha de

amostras de águas freáticas e águas potáveis. Esta medida poderia ajudar a esclarecer as diferenças

encontradas nas duas fontes de água potável analisadas na Zona Alta da bacia de Alcântara e

confirmar a uniformidade espacial da razão isotópica das águas subterrâneas locais.

Num âmbito mais geral, devem ser tomadas ações que permitam controlar e minimizar o fenómeno

da infiltração, nomeadamente em secções, trechos ou zonas da rede de drenagem onde os caudais

de infiltração, estimados pela aplicação da metodologia proposta, sejam elevados. Nessas situações,

sugere-se que sejam realizados trabalhos de reabilitação, ampliação e conservação do sistema de

drenagem. A reabilitação dos sistemas pode levar a uma redução de mais de 20% da infiltração de

água subterrânea (Staufer et al. 2012). A título de exemplo, refira-se que uma reabilitação pioneira de

um sistema de drenagem, levada a cabo muito recentemente em Seattle (EUA), levou a uma

diminuição quase imediata de 66% do volume de afluências indevidas (Force 2013). A intervenção

consistiu na injeção de uma mistura silicatada nos coletores do sistema, com objetivo de selar as

fissuras existentes nas paredes. A mistura não foi aplicada em todos os troços da rede, mas

estima-se que nas secções tratadas houve uma melhoria na prevenção da infiltração de cerca de

99%. As entidades gestoras deste sistema de drenagem esperam que a aplicação progressiva desta

tecnologia estabilize as afluências indevidas num período de 15 a 20 anos. Medidas semelhantes têm

sido aplicadas em diversos países, verificando-se que para todos os casos conhecidos, a reabilitação

dos coletores levou à diminuição da infiltração de águas subterrâneas.

Para concluir esta dissertação, reforça-se a importância de se continuar a investir no estudo do

fenómeno da infiltração de águas subterrâneas em redes de drenagem. A nível internacional, tem-se

investido na construção de modelos de simulação mais avançados e detalhados, que permitam

entender melhor o processo de escoamento e tornem possível identificar as propriedades estruturais

dos sistemas que mais influenciam o processo de infiltração. Em Portugal, este tema tem sido foi

pouco explorado, e o nível de conhecimento ainda está aquém de outros países europeus, como a

Suíça, França, Dinamarca ou Suécia.

95

Referências Bibliográficas

Alcoforado, M. J. (1993). O clima da região de Lisboa - contrastes e ritmos térmicos, Centro de

Estudos Geográficos da Universidade de Lisboa, Lisboa, Portugal.

Amorim, H. A. (2007). “Afluências indevidas aos sistemas de drenagem de águas residuais.”

Dissertação de Mestrado em Engenharia do Ambiente, Faculdade de Engenharia da Universidade

do Porto, Porto, Portugal.

ATV-DVWK (2003). “Standardization and Derivation of Dimensioning Values for Wastewater

Facilities.” <http://pt.scribd.com/doc/53548281/atv-dvwk-a-198-e> (Maio, 2013).

Baltazar, S. C. (2010). “Mapas Bioclimáticos de Lisboa.” Dissertação de Mestrado em Geografia

Física e Ordenamento do Território, Instituto de Geografia e Ordenamento do Território da

Universidade de Lisboa, Lisboa, Portugal.

Bares, V., Krejcí, P., Stránský, D., Sýkora, P. (2008). “Long-term monitoring of infiltration/inflow based

on diurnal variation of pollutant mass flux.” Proceedings of the 11th International Conference on

Urban Drainage, Edimburgo, Escócia.

Brito, R. (2012). “Monitorização de variáveis hidráulicas e da qualidade de água em sistemas de

drenagem de águas residuais.” Tese de Doutoramento em Engenharia Civil, Instituto Superior

Técnico, Lisboa, Portugal.

Brombach, H., Weiß, G., Lucas, S. (2002). “Temporal variation of infiltration inflow in combined sewer

systems.” Proceedings of the 9th International Conference on Urban Drainage, Portland, USA.

Câmara Municipal de Lisboa (2010a). “Componente Geológica : Caracterização”, Revisão do Plano

Diretor Municipal de Lisboa, Lisboa, Portugal.

Câmara Municipal de Lisboa (2010b). “Relatório síntese de Caracterização Biofísica”, Revisão do

Plano Diretor Municipal de Lisboa, Lisboa, Portugal.

Cardoso, M. A., Bertrand-Krajewski, J. L., Ellis, J. B., Frehmann, T., Giulianelli, M., Gujer, W., Krebs,

P., Pliska, Z., Pollert, J., Pryl, K. (2006). “Melhorar o conhecimento e a gestão da infiltração e da

exfiltração em sistemas de drenagem urbana: o projecto APUSS.” 2º Encontro Nacional de

Saneamento Básico, Cascais, Portugal.

Cardoso, M. A., Coelho, S. T., Almeida, M. (2004). “Sewer systems performance assessment

methodology, formulation, computational application and case studies.” Deliverable 9.2: Infiltration

and exfiltration performance indicators, LNEC, Lisboa, Portugal.

De Bénédittis, J., Bertrand-Krajewski, J. L. (2004a). “Infiltration in sewer systems: comparison of

measurement methods”. Proceedings of the 4th International Conference on Sewer Processes and

Networks, Madeira, Portugal, 301-308.

De Bénédittis, J., Bertrand-Krajewski, J. L. (2004b). “Measurement of infiltration rates in urban sewer

systems: use of oxygen isotopes”. Proceedings of the 4th International Conference on Sewer

Processes and Networks, Madeira, Portugal, 309-316.

Decreto Regulamentar 23/95 (1995). “Regulamento Geral dos Sistemas Públicos e Prediais de

Distribuição de Água e Drenagem de Águas Residuais.” Diário da República Eletrónico,

<http://www.dre.pt> (Maio, 2013).

Dirckx, G., Bixio, D., Thoeye, C., Gueldre, G. D., Steene, B. V. (2009). “Dilution of sewage in Flanders

mapped with mathematical and tracer methods.” Urban Water Journal, 6(2), 81-92.

http://www.dre.pt/

96

Ellis, J. B. (2001). “Sewer infiltration/exfiltration and interactions with sewer flows and groundwater

quality.” Proceedings of the international conference Interurba II: Interactions between sewers,

treatment plants and receiving waters in urban areas, Lisboa, Portugal, 311-319.

ENGIDRO e HIDRA (2007a). “Estudo Prévio – Volume I: Memória justificativa e descritiva.” Estudo da

bacia de drenagem da Zona Alta do subsistema de Alcântara, Lisboa, Portugal.

ENGIDRO e HIDRA (2007b). “Planos de minimização de afluencias indevidas nos sistemas

municipais de drenagem na área de concessão da ÁGUAS do AVE, S.A..”

Force, J. (2013). “Seattle flood grouting pilot controls infiltration and inflow.” Water 21, IWA, Agosto

2013, 33.

Galvão, A., Silva, C., Ferreira, F., Matos, J.S., Oliveira, R.P., Marques, R., Fonseca, T., Branco, T.

(2006). “Fase B: Diagnóstico de desempenho do sistema.” Plano Geral de Drenagem de Lisboa,

Chiron, HIDRA e ENGIDRO, Miraflores, Portugal.

Gustafsson, L. G. (2000). “Alternative drainage schemes for reduction of inflow/infiltration – prediction

and follow-up of effects with the aid of an integrated sewer/aquifer model.” 1st International

Conference on Urban Drainage via Internet.

Hanai, F. Y., Campos, J. R. (1997). “Avaliação da infiltração na rede coletora de esgotos na bacia do

Ribeirão do Ouro da cidade de Araraquara-SP.” 19º Congresso Brasileiro de Engenharia

Sanitária e Ambiental, Trabalhos Técnicos, Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e

Ambiental, Rio de Janeiro, Brasil.

Houhou, J., Lartiges, B., France-Lanord, C., Guilmette, C., Poix, S., Mustin, C. (2009). “Isotopic

tracing of clear water sources in an urban sewer: a combined water and dissolved sulfate

stable isotope approach.” Water Research, IWA, 44 (2010), 256-266.

Instituto Nacional da Água (1997). “Definição, caracterização e cartografia dos sistemas aquíferos de

Portugal continental.”, Relatório Final, Instituto da Água, 236.

Instituto Nacional de Estatística (2012). Censos 2011, <http://censos.ine.pt> (Maio, 2013)

Instituto Português do Mar e Atmosfera (2013). Normais Climatológicas,

<http://www.ipma.pt/pt/oclima/normais.clima/> (Abril, 2013)

Jornal Público (2012). O milagre da torneira

<http://static.publico.pt/homepage/infografia/sociedade/MilagreAgua/> (Setembro, 2013)

Karpf, C., Franz, T., Krebs, P. (2007). “Fractionation of Infiltration and Inflow (I/I) components in urban

sewer systems with regression analysis.” Proceedings of NOVATECH 2007, Lyon, França,

1227-1234.

Karpf, C., Krebs, P. (2004). “Sewers as drainage systems - quantification of groundwater infiltration.”

Proceedings of Novatech 2004: Sustainable techniques and strategies in urban water

management, Lyon, França, 969-976.

Karpf, C., Krebs, P. (2011). “Quantification of groundwater infiltration and surface water inflows in

urban sewer networks based on a multiple model approach.” Water Research, IWA, 45(10),

3129-36.

Karpf, C., Krebs, P. (2012). “Modelling of groundwater infiltration into sewer systems.” Urban Water

Journal, 10(4), 221-229.

97

Kracht, O., Gresch, M., De Bénédittis, J., Prigiobbe, V., Gujer, W. (2003). “Stable isotopes of water as

a natural tracer for infiltration into urban sewer systems” Geophysical Research Abstracts,

European Geophysical Society, Vol.5.

Kracht, ., Gujer, W. (2004). “Quantification of infiltration into sewers based on time series of pollutant

loads.” Proceedings of the 4th International Conference on Sewer Processes and Networks,

Madeira, Portugal, 293-300.

Kracht, ., Gujer, W. (2006). “Tracer based quantification of sewer infiltration: experiences using

natural isotopes (δ18 , δ2H).” Proceedings of the 4th Swiss Geoscience Meeting, Berna,

Suíça.

Metcalf & Eddy, Tchobanoglous, G., Burton, F. L., Stensel, H. D. (2004). Wastewater Engineering,

Treatment and Reuse, McGraw Hill, International Edition.

Oliveira, M. D. (2010). “Estudo hidrogeológico da sub-bacia hidrográfica de Alcântara-Lisboa.”

Dissertação de Mestrado em Geologia Aplicada, Departamento de Geologia da Faculdade de

Ciências da Universidade de Lisboa, Lisboa, Portugal.

Ribeiro, L., Bruxo, A., Pires, C., Matos, C., Silva, C., Oliveira, E., Miguens, F., Nascimento, J., Moreso,

L., Melo, M., Amaro, S. (Março de 2010). “Geo-referenciação e caracterização da água

subterrânea, poços, furos e minas da cidade de Lisboa.” Projeto realizado para a EPAL,

Instituto Superior Técnico, Lisboa, Portugal.

Rodriguez, F., Morena, F., Andrieu, H. (2004). “Development of a distributed hydrological model

based on urban databanks - Production processes of URBS.” Conference on Urban Drainage

Modelling, Dresden, Alemanha, 561-570.

Schilperoort, R. (2004). “Natural water isotopes for the quantification of infiltration and inflow in sewer

systems”, MSc Thesis, TU DElft - INSA de Lyon.

Shelton, J. M., Kim, L., Fang, J., Ray, C., Yan, T. (2011). “Assessing the Severity of Rainfall-Derived

Infiltration and Inflow and Sewer Deterioration Based on the Flux Stability of Sewage

Markers.” Environmental Science & Technology, American Chemical Society, 45, 8683–8690.

Silva, C., Sanches, F., Marques, J., Latas, P., Cardoso, S., Carvalho, M. R. (2007). “Caracterização

das águas subterrâneas da zona do Lumiar (Concelho de Lisboa).” Relatório da Associação

Portuguesa de Recursos Hídricos, Lisboa, Portugal.

Sousa, E. R. (2001). Sistemas de drenagem de águas residuais e pluviais. Textos de apoio à

disciplina de Saneamento I, Instituto Superior Técnico, Lisboa, Portugal.

Sousa, E. R. (s.d.). Projeto de Sistemas de Drenagem de Águas Residuais Comunitárias. Textos

pedagógicos, Instituto Superior Técnico, Lisboa, Portugal.

Staufer, P., Scheidegger, A., Rieckermann, J. (2012). “Assessing the performance of sewer

rehabilitation on the reduction of infiltration and inflow.” Water Research, IWA, 96 (2012).

The National Archieves of the United States (1973). Code of Federal Regulations 40: Protection of the

Environment, Office of the Federal Register.

Vasconcelos, M. A. (2011). “Cartografia de suscetibilidade à ocorrência de movimentos de vertente

em contexto urbano: o Concelho de Lisboa.” Dissertação de Mestrado em Geologia do

Ambiente, Riscos Geológicos e Ordenamento do Território, Departamento de Geologia

Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, Lisboa, Portugal.

98

Vieira, A. R. (2005). “Controlo da poluição de águas residuais em tempo de chuva.” Dissertação de

Mestrado em Hidráulica e Recursos Hídricos, Instituto Superior Técnico, Lisboa, Portugal.

Weiß, G., Brombach, H., Haller, B. (2002). “Infiltration and inflow in combined sewer systems:

longterm analysis.” Water Science and Technology, 45(7).

I.1

Anexo I

Análise de caudais de tempo seco na secção ALC200

I.0

I. Análise de caudais de tempo seco na secção ALC200

I.1

Análise de caudais de tempo seco na secção ALC200

(Caneiro de Alcântara)

Neste anexo apresenta-se parte do relatório desenvolvido no âmbito do estudo de caudais na Zona

Alta da bacia de Alcântara e apresentado em Maio de 2013

I.1. Introdução

Neste relatório apresenta-se o resumo do estudo do comportamento dos caudais de tempo seco da

secção ALC200 do Caneiro de Alcântara. Pretende-se obter padrões de tempo seco que ajudem na

compreensão do funcionamento do sistema de drenagem e na estimativa do caudal infiltrado.

I.2. Dados de Caudal

Foram usados valores de caudal cedidos pela SIMTEJO, medidos no Caneiro de Alcântara junto à

entrada da ETAR (secção ALC200). Os dados usados são referentes ao período de 01/07/2012 a

07/04/2013 e foram medidos em intervalos de 5 minutos. Verificou-se que no referido período

existiam sete dias sem qualquer registo de caudal (provavelmente devido a problema com o

equipamento), nomeadamente 20, 21, 22, 23, 24 e 31 de Julho (2012) e 1 de Agosto (2012). Os

dados referentes a esses dias não foram considerados, o que reduziu o número total de dias

analisados (em termos de caudal e precipitação) para 274.

I.3. Dados de precipitação e classificação de tempo seco, seco de transição e húmido

Para os meses do ano de 2012 foram usados registos de precipitação de três postos udométricos

diferentes: Pontinha, Beirolas e Instituto D. Luíz. O valor de precipitação diária considerado foi o

maior dos registados em cada posto (por razões conservativas), o que não corresponde ao valor real

da precipitação sobre a bacia em estudo. Para o ano de 2013 não foi possível ter acesso ao registo

de dados nos postos da Pontinha e Beirolas (aquando da realização deste relatório), pelo que foram

apenas usados os do Instituto D. Luíz.

Com base no apresentado em Brito (2012), considerou-se que o tempo húmido se caracteriza pelos

dias em que a precipitação foi superior a 0.25 mm. Assim, foram apenas considerados os dias em

que se registou um valor mínimo de 0.25 mm em pelo menos um dos postos.

O tempo seco de transição caracteriza-se pelos dias sem precipitação que precedem cada dia em

que se registou precipitação. Considera-se que nestes dias o caudal registado ainda pode estar

afetado pela precipitação dos dias anteriores. Apesar de em algumas fontes bibliográficas se sugerir

um período de sete dias de transição entre tempo húmido e seco (Starr 2006), considerou-se que

dadas as características da bacia e o tempo de concentração da bacia, seria mais razoável assumir

um número de dias inferior. Nas abordagens apresentadas neste relatório experimentou-se usar um

tempo de transição de um e dois dias.

I.2

No Quadro A I-1 apresenta-se a precipitação total em cada mês analisado e a distinção entre o

número de dias de tempo seco, seco-transição e húmido para cada mês, considerando 1 ou 2 dias de

transição.

Quadro A I-1: Análise mensal da precipitação.

Mês Hipótese assumida

(Ttrans=)

Número de dias

Pmensal

(mm) Tempo seco

Tempo seco-

transição

Temo húmido

Total

Julho 2 dias 20 4 1

25 0,30 1dia 22 2 1

Agosto 2 dias 26 2 2

30 10,20 1 dia 27 1 2

Setembro 2 dias 22 2 6

30 65,20 1dia 22 2 6

Outubro 2 dias 12 7 12

31 144,70 1 dia 15 4 12

Novembro 2 dias 2 12 16

30 280,40 1dia 7 7 16

Dezembro 2 dias 7 11 13

31 173,20 1 dia 12 6 13

Janeiro 2 dias 7 7 17

31 155,10 1dia 10 4 17

Fevereiro 2 dias 15 5 8

28 64,40 1 dia 17 3 8

Março 2 dias 3 3 25

31 267,30 1dia 3 3 25

Abril 2 dias 0 2 5

7 32,70 1 dia 1 1 5

Total 2 dias 114 55 105

274

1 dia 136 33 105

I.4. Abordagem I: Caudais horários e Ttrans= 2 dias

Numa primeira fase de análise, converteram-se os registos em caudais médios horários. Foram

apenas considerados os casos com pelo menos 5 registos de caudal numa hora, tendo os restantes

sido considerados como não representativos. Nesta primeira abordagem assumiu-se um tempo seco

de transição de 2 dias, o que leva à separação apresentada no Quadro A I-2.

Quadro A I-2: Número de dias de tempo húmido, seco de transição e seco, para Ttrans= 2 dias.

Número total de dias

Húmido Seco de transição Seco

105 55 121

I.3

Hidrogramas mensais

De seguida apresentam-se os hidrograma mensais obtidos na Abordagem I. Para que fosse possível

cruzar os dados de caudal (horários) com o registo de precipitação (diário), foram usados valores

médios diários de caudais. Verifica-se uma correlação entre a ocorrência de precipitação e caudais

máximos em todos os meses exceto em Julho. Recorda-se que a precipitação mensal total foi

anteriormente apresentada no Quadro A I-1.

Figura A I-1: Hidrograma de Julho, 2012

Figura A I-2: Hidrograma de Agosto, 2012

Figura A I-3: Hidrograma de Setembro, 2012 Figura A I-4: Hidrograma de Outubro, 2012

0

1

1

2

2

3

3

4

4

5

5900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

-2 1 4 7

10

13

16

19

22

25

28

31

P (

mm

)

Ca

ud

al (l

/s)

Dia

Precipitação Caudal

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50900

1100

1300

1500

1700

1900

0 3 6 9

12

15

18

21

24

27

30

P (

mm

)

Ca

ud

al (l

/s)

Dia


0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200900

1400

1900

2400

2900

3400

3900

0 3 6 9

12

15

18

21

24

27

30

P (

mm

)

Cau

da

l (l

/s)

Dia


0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200900

1400

1900

2400

2900

3400

3900

4400

0 3 6 9

12

15

18

21

24

27

30

P (

mm

)

Cau

da

l (l

/s)

Dia


I.4

Figura A I-5: Hidrograma de Novembro, 2012

Figura A I-6: Hidrograma de Dezembro, 2012

Figura A I-7: Hidrograma de Janeiro, 2013.

Figura A I-8: Hidrograma de Fevereiro, 2013.

Figura A I-9: Hidrograma de Março, 2013.

0

50

100

150

200

250

300

350

400900

1900

2900

3900

4900

5900

6900

79000 3 6 9

12

15

18

21

24

27

30

P (

mm

)

Ca

ud

al (l

/s)

Dia


0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500900

2900

4900

6900

8900

10900

12900

14900

0 3 6 9

12

15

18

21

24

27

30

P (

mm

)

Ca

ud

al (l

/s)

Dia


0

50

100

150

200

250

300900

1400

1900

2400

2900

3400

3900

4400

4900

5400

0 3 6 9

12

15

18

21

24

27

30

P (

mm

)

Cau

da

l (l

/s)

Dia


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

1001100

1600

2100

2600

3100

36000 3 6 9

12

15

18

21

24

27

30

P (

mm

)

Cau

da

l (l

/s)

Dia


0

50

100

150

200

250

300

350

400900

1900

2900

3900

4900

5900

6900

7900

8900

9900

0 3 6 9

12

15

18

21

24

27

30

P (

mm

)

Ca

ud

al (l

/s)

Dia


I.5

Padrão de tempo seco em cada mês

De seguida apresenta-se o padrão de tempo seco de cada mês analisado. Como se pode verificar na

Figura A I-10, há uma variação significativa dos valores do caudal horário em cada mês. No Quadro A

I-3 resumem-se os valores de caudal médio, mínimo e máximo mensal.

Figura A I-10: Padrão diário de tempo seco em cada mês (Abordagem I).

Quadro A I-3: Valores característicos de caudal de tempo seco em cada mês (Abordagem I).

Mês Pmensal

(mm)

Caudal (m3/s)

Mínimo Data Máximo Data Média

Jul 0,30 0,96 14/07/2012 1,36 13/07/2012 1,27

Ago 10,20 0,54 24/08/2012 1,34 31/08/2012 1,18

Set 65,20 0,72 16/09/2012 1,29 13/09/2012 1,17

Out 144,70 0,54 06/10/2012 1,25 09/10/2012 1,08

Nov 280,40 0,68 14/11/2012 1,24 23/11/2012 1,06

Dez 173,20 0,88 12/12/2012 1,38 10/12/2012 1,21

Jan 155,10 0,93 05/01/2013 1,39 30/01/2013 1,19

Fev 64,40 0,88 27/02/2013 1,38 26/02/2013 1,26

Mar 267,30 0,87 02/03/2013 1,31 01/03/2013 1,12

Abr 32,70 <> <> <> <> <>

Verifica-se que o caudal horário mínimo registado ocorreu em Outubro e o máximo em Janeiro. No

entanto, os meses em que se registaram um total de precipitação máximo e mínimo foram Novembro

e Julho, respetivamente.

Padrão de tempo seco global

Depois de analisar separadamente o comportamento dos caudais de tempo seco de cada mês,

estudou-se o padrão de tempo seco global (que inclui indiferenciadamente todos os valores de caudal

médio horário). Para o desenho do padrão global de tempo seco usou-se a média dos caudais

médios em cada hora do dia (para cada hora calculou-se a média de todos os caudais medidos nessa

hora, em tempo seco). Foi também desenhada a envolvente estatística para um intervalo de

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

0:00 12:00 0:00

Ca

ud

al (l

/s)

Tempo (h)

jul/12

ago/12

set/12

out/12

nov/12

dez/12

jan/13

fev/13

mar/13

I.6

confiança de 95%. Os resultados apresentam-se na Figura A I-11, e no Quadro A I-4 apresentam-se

a média, mínimo e máximo de todos os valores horários.

Figura A I-11:Padrão diário de tempo seco (Abordagem I).

Quadro A I-4: Caudal de tempo seco máximo, mínimo e médio (Abordagem I).

Caudal (m3/s)

Média total Mínimo Máximo

1,19 0,54 1,39

I.5. Abordagem II: Caudais de 15 minutos e com Ttransição= 2 dias

Esta abordagem difere da anterior pelo rigor dos intervalos usados para calcular os caudais médios.

Neste caso, em vez de se analisarem os valores médios horários, analisam-se as médias de cada 15

minutos. Isto faz com que o número de dados analisados aumente quatro vezes, o que poderá trazer

um maior nível de detalhe a esta análise. No entanto, o número total de dias secos mantém-se o

mesmo que o apresentado na Quadro A I-2, uma vez que o tempo de transição considerado continua

a ser de 2 dias.

De forma semelhante à Abordagem I, e sem que haja necessidade de explicações mais detalhadas,

apresentam-se de seguida os resultados obtidos para a Abordagem II. A Figura A I-12 e o Quadro A

I-5 referem-se à análise mensal e a Figura A I-13 e o Quadro A I-6 à análise global.


Figura A I-12: Padrão diario de tempo seco em cada mês (Abordagem II).

400

600

800

1000

1200

1400

1600

0:00 6:00 12:00 18:00 0:00

Ca

ud

al (l

/s)

Tempo (h)

Caudal médiohorário

IC inferior

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

1.10

1.20

1.30

1.40

0:00 6:00 12:00 18:00 0:00

Cau

da

l (m

3/s

)

Tempo (h)

Julho

Agosto

Setembro

Outubro

Novembro

Dezembro

Janeiro

Fevereiro

Março

I.7

Quadro A I-5: Valores característicos de caudal de tempo seco em cada mês (Abordagem II).

Mês Pmensal

(mm) Mínimo (m

3/s)

Data Máximo (m

3/s)

Data Média (m

3/s)

Jul 0,30 0,81 14/07/2012 1,39 12/07/2012 1,27

Ago 10,20 0,50 24/08/2012 1,35 05/08/2012 1,18

Set 65,20 0,63 16/09/2012 1,31 12/09/2012 1,17

Out 144,70 0,43 06/10/2012 1,27 03/10/2012 1,08

Nov 280,40 0,56 14/11/2012 1,29 23/11/2012 0,53

Dez 173,20 0,83 12/12/2012 1,42 12/12/2012 1,21

Jan 155,10 0,85 04/01/2013 1,40 31/01/2013 1,19

Fev 64,40 0,79 27/02/2013 1,42 26/02/2013 1,26

Mar 267,30 0,82 01/03/2013 1,32 01/03/2013 1,12

Abr15

32,70 <> <> <> <> <>


Figura A I-13:Padrão diário de tempo seco (Abordagem II).

Quadro A I-6: Caudal de tempo seco máximo, mínimo e médio (Abordagem II).

Caudal (m3/s)


1,19 0,43 1,42

I.6. Abordagem III: Caudais de 15 minutos e com Ttransição= 1 dia

Os hidrogramas mensais apresentados na abordagem I mostram que o efeito da precipitação na rede

de drenagem apenas é notado nas horas seguintes ao evento. Assim, parece razoável adotar uma

nova abordagem e reduzir o tempo seco de transição para um dia. Ao fazer isso, obtêm-se um maior

número de dias para análise de tempo seco, como se mostra no Quadro A I-7 (o número total de dias

analisados continua a ser o mesmo, 274).

15 No mês de Abril não se registaram dias secos.

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

1.60

1.80

0:00 6:00 12:00 18:00 0:00

Cau

da

l (m

3/s

)

Tempo (h)

Caudal médio15min (2dias)

IC inferior

IC superior

I.8

Quadro A I-7: Número de dias de tempo seco, seco-transição e húmido considerando Ttransição= 1 dia.

Tempo seco Tempo seco-transição Tempo húmido

136 33 105

Mais uma vez, e de forma semelhante às Abordagem I e II, apresentam-se de seguida os resultados

obtidos para a Abordagem III. A Figura A I-14 e o Quadro AI-8 referem-se à análise mensal e a Figura

A I-15 e o Quadro A I-9 à análise global.


Figura A I-14: Padrão diário de tempo seco em cada mês (Abordagem III).

Quadro A I-8: Valores característicos de caudal de tempo seco em cada mês (Abordagem III).

Mês Pmensal

(mm) Mínimo (m3/s)

Data Máximo (m3/s)

Data Média (m3/s)

Jul 0,30 0,81 14/07/2012 1,39 12/07/2012 1,27

Ago 10,20 0,50 24/08/2012 1,35 05/08/2012 1,18

Set 65,20 0,63 16/09/2012 1,31 12/09/2012 1,17

Out 144,70 0,43 06/10/2012 1,27 03/10/2012 1,08

Nov 280,40 0,55 13/11/2012 1,31 06/11/2012 0,56

Dez 173,20 0,83 12/12/2012 1,46 09/12/2012 1,22

Jan 155,10 0,85 04/01/2013 1,45 29/01/2013 1,20

Fev 64,40 0,79 27/02/2013 1,42 26/02/2013 1,26

Mar 267,30 0,82 01/03/2013 1,32 01/03/2013 1,12

Abr 32,70 1,27 06/04/2013 1,63 06/04/2013 1,41


Quadro A I-9: Caudal de tempo seco máximo, mínimo e médio (Abordagem III).

Caudal (m3/s)


1,19 0,43 1,63

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

1.60

0:00 6:00 12:00 18:00 0:00

Cau

da

l (m

3/s

)

Tempo (h)

Julho

Agosto

Setembro

Outubro

Novembro

Dezembro

Janeiro

Fevereiro

Março

Abril

I.9

Figura A I-15:Padrão diário de tempo seco (Abordagem III).

I.7. Comparação das abordagens I, II e III

Podem tirar-se várias conclusões da análise comparativa das três abordagens. A mais imediata é que

a utilização de dados de caudal horário atenua as pequenas variações que existem ao longo da hora,

como seria esperado. Pelo contrário, o padrão de tempo seco das abordagens II e III (onde foram

usados caudais de 15minutos) já apresenta algumas oscilações.

Na Figura A I-16 apresentam-se os padrões de tempo seco para cada uma das abordagens

analisadas e no Quadro A1-10 resumem-se os resultados obtidos para as três abordagens.

Figura A I-16:Comparação das três abordagens usadas.

A Figura A I-16 mostra que é entre as 22:00h e as 10:00h que a diferença entre o uso do caudal

horário e o de 15 minutos é mais significativa. Neste período ocorre uma diminuição significativa do

caudal (aproximadamente 0,20m3/s) e há um claro desfasamento entre os dados de caudal horário e

o de 15minutos. Quando o caudal diminui os valores horários são inferiores aos de 15minutos e o

inverso acontece quando o caudal volta a aumentar. Esta diferença deve-se à definição de caudal

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

1.60

1.80

0:00 6:00 12:00 18:00 0:00

Ca

ud

al (m

3/s

)

Tempo (h)

Caudal médio15minIC inferior

IC superior

1.00

1.05

1.10

1.15

1.20

1.25

1.30

0:00 6:00 12:00 18:00 0:00

Cau

da

l (m

3/s

)

Tempo (h)

Caudal médiohorário

Caudal médio15min (1dia)

Caudal médio15min (2dias)

I.10

horário adotada neste trabalho – o caudal médio às 10:00h corresponde à média das medições

existentes entre as 10:00h e as 11:00h. No entanto, se for assumido que o caudal médio às 10:00h

corresponde à média das medições existentes entre as 09:00h e as 10:00h (e por aí em diante)

continua a existir uma discrepância, como mostra a Figura A I-17. Neste caso o desfasamento é

inverso, verificando-se que os valores horários são superiores ao de 15 minutos quando o caudal

diminui.

Quadro A I-10: Caudais máximos, mínimos e médios em cada mês, obtidos pelas diferentes abordagens.

Abordagem I Abordagem II Abordagem III

Mês Mínimo (m

3/s)

Máximo (m

3/s)

Média (m

3/s)

Mínimo (m

3/s)

Máximo (m

3/s)

Média (m

3/s)

Mínimo (m

3/s)

Máximo (m

3/s)

Média (m

3/s)

Jul 0,96 1,36 1,27 0,81 1,39 1,27 0,81 1,39 1,27

Ago 0,54 1,34 1,18 0,50 1,35 1,18 0,50 1,35 1,18

Set 0,72 1,29 1,17 0,63 1,31 1,17 0,63 1,31 1,17

Out 0,54 1,25 1,08 0,43 1,27 1,08 0,43 1,27 1,08

Nov 0,68 1,24 1,06 0,56 1,29 0,53 0,55 1,31 0,56

Dez 0,88 1,38 1,21 0,83 1,42 1,21 0,83 1,46 1,22

Jan 0,93 1,39 1,19 0,85 1,40 1,19 0,85 1,45 1,20

Fev 0,88 1,38 1,26 0,79 1,42 1,26 0,79 1,42 1,26

Mar 0,87 1,31 1,12 0,82 1,32 1,12 0,82 1,32 1,12

Abr <> <> <> <> <> <> 1,27 1,63 1,41

Total16

0,54 1,39 1,19 0,43 1,42 1,19 0,43 1,63 1,19

Figura A I-17:Comparação das três abordagens usadas, considerando o caudal horário como a média dos valores medidos na hora anterior.

De facto, ao usar uma janela temporal horária não se consegue captar as variações do caudal ao

longo da hora, o que pode ser particularmente decisivo em períodos com caudal pouco estável (como

o período noturno). Torna-se assim inadequado recorrer aos caudais horários para estudar a

infiltração e fica consequentemente excluída a Abordagem I. No entanto, é de referir que para o caso

16

Considerando todos os valores em conjunto (sem diferenciar o mês)

1.00

1.05

1.10

1.15

1.20

1.25

1.30

0:00 6:00 12:00 18:00 0:00

Cau

da

l (m

3/s

)

Tempo (h)

Caudalmédio horário

Caudalmédio 15min(1dia)Caudalmédio 15min(2dias)

I.11

em estudo e na falta de medições em intervalos temporais mais curtos, os caudais horários poderiam

ser usados a partir das 10:00h (quando o caudal começa a estabilizar).

Relativamente ao tempo de transição verifica-se que não há uma diferença significativa nos valores

obtidos considerando 1 ou 2 dias. Tal como mostram os hidrogramas mensais atrás apresentados, o

efeito da precipitação no caudal só se faz sentir nas horas imediatamente a seguir. Assim, não é

razoável excluir os dados de caudal do segundo dia de transição, devendo os mesmos ser incluídos

no tempo seco. Consequentemente, pode assumir-se um tempo de transição de um dia, para a bacia

em estudo.

Concluindo, a abordagem III é a que se apresenta como a melhor opção. Em estudos próximos

relativos a estimativas de infiltração serão usados dados de caudal médio em intervalos de 15

minutos e um tempo de transição de um dia.

Referências

Brito, R. (2012). “Monitorização de variáveis hidráulicas e da qualidade de água em sistemas de drenagem de

águas residuais.” Tese de Doutoramento em Engenharia Civil, Instituto Superior Técnico, Lisboa, Portugal.

Starr, M. (2006). An Improved Definition of Sewage Treatment Works Dry Weather Flow. Tynemarch Systems

Gsagsgfsgf

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

s

Anexo II

Definição do padrão de caudais de tempo seco na secção ALC200

II.2

II. Definição do padrão de caudais de tempo seco na secção ALC200

II.1

No presente anexo apresentam-se os valores usados na construção do padrão de tempo seco para a

secção ALC200 (Caneiro de Alcântara), e que se baseou na Abordagem III descrita no Anexo I.

Foram usados dados de caudal em intervalos de 5 minutos, registados nos 208 dias de tempo seco

que ocorreram entre 1 Julho de 2012 e 30 de Junho de 2013. No Quadro A II-1 apresentam-se a

média, o desvio padrão, o valor máximo e o valor mínimo do conjunto de 208 valores de caudal

(correspondentes aos 208 dias de tempo seco) relativos a cada 15 minutos do dia.

Quadro A II-1: Valores médios, mínimos e máximos do caudal registado na secção ALC200 do Caneiro de Alcântara, entre Julho de 2012 e Junho de 2013.

Caudal (m3/s) Caudal (m

3/s)

Hora Média Desvio Padrão

Mínimo Máximo

Hora Média Desvio Padrão

Mínimo Máximo

00:00 1.20 0.09 0.80 1.36 12:15 1.24 0.07 1.04 1.54 00:15 1.19 0.10 0.75 1.39 12:30 1.24 0.07 1.05 1.55 00:30 1.19 0.08 0.83 1.34 12:45 1.24 0.07 0.87 1.55 00:45 1.19 0.09 0.81 1.36 13:00 1.24 0.07 1.05 1.54 01:00 1.17 0.10 0.79 1.36 13:15 1.24 0.08 0.79 1.54 01:15 1.16 0.11 0.70 1.35 13:30 1.24 0.08 0.76 1.57 01:30 1.16 0.10 0.69 1.40 13:45 1.24 0.07 1.05 1.53 01:45 1.14 0.11 0.71 1.36 14:00 1.24 0.07 1.02 1.52 02:00 1.14 0.11 0.74 1.36 14:15 1.23 0.07 1.04 1.49 02:15 1.13 0.11 0.67 1.49 14:30 1.23 0.07 0.83 1.52 02:30 1.12 0.12 0.68 1.35 14:45 1.23 0.08 0.82 1.49 02:45 1.11 0.13 0.57 1.35 15:00 1.22 0.08 0.84 1.50 03:00 1.10 0.13 0.55 1.36 15:15 1.22 0.07 1.03 1.47 03:15 1.10 0.14 0.52 1.38 15:30 1.22 0.07 0.99 1.45 03:30 1.09 0.14 0.59 1.41 15:45 1.22 0.07 1.00 1.48 03:45 1.08 0.15 0.48 1.37 16:00 1.22 0.07 1.00 1.39 04:00 1.07 0.14 0.60 1.38 16:15 1.21 0.07 1.04 1.38 04:15 1.07 0.14 0.59 1.38 16:30 1.21 0.07 1.00 1.38 04:30 1.07 0.15 0.43 1.34 16:45 1.21 0.07 0.96 1.38 04:45 1.06 0.15 0.40 1.38 17:00 1.21 0.07 0.94 1.40 05:00 1.06 0.15 0.50 1.40 17:15 1.21 0.08 0.99 1.37 05:15 1.06 0.14 0.57 1.35 17:30 1.21 0.08 0.98 1.36 05:30 1.06 0.15 0.44 1.38 17:45 1.21 0.07 0.99 1.37 05:45 1.07 0.15 0.49 1.36 18:00 1.21 0.07 0.98 1.40 06:00 1.08 0.14 0.43 1.36 18:15 1.21 0.08 0.80 1.37 06:15 1.09 0.14 0.63 1.39 18:30 1.21 0.07 0.94 1.47 06:30 1.11 0.13 0.51 1.35 18:45 1.21 0.08 0.98 1.64 06:45 1.13 0.13 0.59 1.39 19:00 1.21 0.09 0.88 1.76 07:00 1.15 0.12 0.69 1.39 19:15 1.22 0.07 1.01 1.51 07:15 1.17 0.12 0.77 1.36 19:30 1.22 0.07 1.00 1.37 07:30 1.20 0.11 0.77 1.39 19:45 1.22 0.07 1.00 1.37 07:45 1.21 0.11 0.75 1.44 20:00 1.22 0.08 0.80 1.38 08:00 1.23 0.11 0.83 1.45 20:15 1.22 0.08 0.79 1.36 08:15 1.24 0.11 0.86 1.43 20:30 1.22 0.07 1.03 1.36 08:30 1.24 0.10 0.89 1.46 20:45 1.23 0.07 0.82 1.37 08:45 1.24 0.10 0.77 1.57 21:00 1.23 0.07 1.01 1.38 09:00 1.23 0.09 0.87 1.53 21:15 1.22 0.08 0.80 1.38 09:15 1.24 0.09 0.96 1.52 21:30 1.22 0.08 0.97 1.37 09:30 1.24 0.08 1.02 1.50 21:45 1.22 0.07 0.99 1.37 09:45 1.24 0.08 0.99 1.56 22:00 1.21 0.08 0.95 1.36 10:00 1.24 0.08 1.03 1.54 22:15 1.21 0.09 0.78 1.37 10:15 1.24 0.09 0.82 1.72 22:30 1.20 0.08 0.75 1.36 10:30 1.25 0.13 1.01 2.72 22:45 1.20 0.09 0.75 1.37 10:45 1.25 0.15 1.04 3.08 23:00 1.20 0.08 0.90 1.36 11:00 1.24 0.10 1.04 2.21 23:15 1.19 0.09 0.77 1.36 11:15 1.24 0.09 0.85 1.73 23:30 1.20 0.09 0.81 1.37 11:30 1.24 0.08 0.94 1.57 23:45 1.20 0.09 0.92 1.58 11:45 1.24 0.08 0.85 1.58 12:00 1.24 0.07 1.09 1.63

II.2

Quadro A II-2: Caudal de tempo seco mínimo, máximo e médio registado ao longo dos 208 dias analisados.

Caudal (m3/s)

Mínimo Máximo Médio

0.40 3.08 1.19

Quadro A II-3: Caudal de tempo seco mínimo, máximo e médio registado em de cada mês.

Mês Caudal mínimo mensal (m

3/s)

Data Caudal máximo mensal (m

3/s)

Data Caudal médio mensal (m

3/s)

Julho 0.81 14/07/2012 1.39 12/07/2012 1.27

Agosto 0.50 24/08/2012 1.35 05/08/2012 1.18

Setembro 0.63 16/09/2012 1.31 12/09/2012 1.17

Outubro 0.43 06/10/2012 1.27 03/10/2012 1.08

Novembro 0.55 13/11/2012 1.31 06/11/2012 0.56

Dezembro 0.83 12/12/2012 1.58 19/12/2012 1.22

Janeiro 0.85 04/01/2013 1.45 29/01/2013 1.20

Fevereiro 0.79 27/02/2013 1.42 26/02/2013 1.26

Março 0.82 01/03/2013 1.32 01/03/2013 1.12

Abril 0.75 20/04/2013 1.63 06/04/2013 1.25

Maio 0.71 20/05/2013 1.49 18/05/2013 1.20

Junho 0.40 27/06/2013 3.08 07/06/2013 1.14

Quadro A II-4: Frequência dos caudais mínimos e máximos registados a cada 15 minutos.

Mínimos Máximos

Hora Frequência Percentagem Frequência Percentagem

00:00 2 0.96% 3 1.44% 00:15 1 0.48% 2 0.96% 00:30 0 0.00% 1 0.48% 00:45 1 0.48% 2 0.96% 01:00 0 0.00% 1 0.48% 01:15 3 1.44% 1 0.48% 01:30 1 0.48% 1 0.48% 01:45 2 0.96% 1 0.48% 02:00 1 0.48% 0 0.00% 02:15 2 0.96% 1 0.48% 02:30 1 0.48% 0 0.00% 02:45 3 1.44% 0 0.00% 03:00 6 2.88% 0 0.00% 03:15 5 2.40% 0 0.00% 03:30 4 1.92% 2 0.96% 03:45 4 1.92% 0 0.00% 04:00 14 6.73% 0 0.00% 04:15 9 4.33% 0 0.00% 04:30 16 7.69% 0 0.00% 04:45 17 8.17% 1 0.48% 05:00 21 10.10% 0 0.00% 05:15 19 9.13% 0 0.00% 05:30 11 5.29% 0 0.00% 05:45 10 4.81% 1 0.48% 06:00 7 3.37% 0 0.00% 06:15 3 1.44% 0 0.00% 06:30 4 1.92% 0 0.00% 06:45 3 1.44% 0 0.00% 07:00 2 0.96% 0 0.00% 07:15 3 1.44% 0 0.00% 07:30 2 0.96% 2 0.96% 07:45 0 0.00% 3 1.44%

II.3

Mínimos Máximos

Hora Frequência Percentagem Frequência Percentagem 08:00 2 0.96% 17 8.17% 08:15 0 0.00% 30 14.42%

08:30 2 0.96% 10 4.81% 08:45 1 0.48% 13 6.25% 09:00 2 0.96% 4 1.92% 09:15 0 0.00% 2 0.96% 09:30 0 0.00% 4 1.92% 09:45 0 0.00% 3 1.44% 10:00 0 0.00% 1 0.48% 10:15 1 0.48% 2 0.96% 10:30 0 0.00% 0 0.00% 10:45 0 0.00% 4 1.92% 11:00 0 0.00% 6 2.88% 11:15 0 0.00% 4 1.92% 11:30 1 0.48% 3 1.44% 11:45 1 0.48% 1 0.48% 12:00 0 0.00% 1 0.48% 12:15 0 0.00% 2 0.96% 12:30 0 0.00% 2 0.96% 12:45 1 0.48% 2 0.96% 13:00 0 0.00% 4 1.92% 13:15 1 0.48% 4 1.92% 13:30 1 0.48% 2 0.96% 13:45 0 0.00% 3 1.44% 14:00 0 0.00% 3 1.44% 14:15 0 0.00% 1 0.48% 14:30 0 0.00% 1 0.48% 14:45 0 0.00% 1 0.48% 15:00 1 0.48% 3 1.44% 15:15 0 0.00% 1 0.48% 15:30 0 0.00% 3 1.44% 15:45 1 0.48% 3 1.44% 16:00 0 0.00% 1 0.48% 16:15 0 0.00% 0 0.00% 16:30 0 0.00% 2 0.96% 16:45 0 0.00% 0 0.00% 17:00 0 0.00% 2 0.96% 17:15 2 0.96% 2 0.96% 17:30 0 0.00% 0 0.00% 17:45 1 0.48% 0 0.00% 18:00 1 0.48% 1 0.48% 18:15 1 0.48% 2 0.96% 18:30 1 0.48% 0 0.00% 18:45 0 0.00% 1 0.48% 19:00 1 0.48% 3 1.44% 19:15 0 0.00% 0 0.00% 19:30 0 0.00% 0 0.00% 19:45 0 0.00% 1 0.48% 20:00 1 0.48% 2 0.96% 20:15 2 0.96% 0 0.00% 20:30 0 0.00% 1 0.48% 20:45 0 0.00% 3 1.44% 21:00 0 0.00% 3 1.44% 21:15 0 0.00% 4 1.92% 21:30 0 0.00% 1 0.48% 21:45 0 0.00% 0 0.00% 22:00 0 0.00% 1 0.48% 22:15 0 0.00% 2 0.96% 22:30 1 0.48% 1 0.48% 22:45 1 0.48% 3 1.44% 23:00 0 0.00% 2 0.96% 23:15 3 1.44% 1 0.48% 23:30 1 0.48% 1 0.48%

23:45 0 0.00% 6 2.88%

II.1

Anexo III

Estimativa da população servida pelo sistema da Zona Alta da bacia de

Alcântara

III.2

III. Estimativa da população servida pelo sistema da Zona Alta da bacia

de Alcântara

III.1

Todos estudos de população consultados no âmbito desta dissertação estavam desatualizados,

baseando-se, na maioria dos casos, nos resultados dos Censos 2001 (ou em outras projeções com

mais de 10 anos). Com o objetivo de atualizar os dados de população, utilizaram-se os resultados dos

últimos Censos (2011) e seguiu-se um procedimento semelhante ao usado por Vieira (2005). O

referido procedimento pode ser descrito, simplificadamente, em três passos:

1) Cálculo da fração da área de cada freguesia dos concelhos da Amadora e Lisboa que

pertence à bacia em estudo. Na presente dissertação recorreu-se a ferramentas ao programa

ArcGIS, e à BGRI (Base Geográfica de Referenciação da Informação), como mostram as

Figura A III-1 e Figura A III-2.

2) Admissão da hipótese de que a fração da população de cada freguesia que contribui para o

sistema de drenagem corresponde, aproximadamente, à percentagem obtida em 1). Por

exemplo, se 30% da área de uma dada freguesia está dentro dos limites da bacia, então 30%

da sua população contribui para o caudal total da rede de drenagem.

3) Multiplicação dos dados de população residente, obtidos nos Census 2011, pela área

pertencente à bacia, para cada freguesia dos concelhos da Amadora e Lisboa.

Aplicando esta metodologia obteve-se uma estimativa para a população residente total de cerca

de 201160, sendo os resultados específicos de cada freguesia apresentados no Quadro A III-1.

Verificou-se que 57% dos habitantes pertencem ao concelho de Lisboa, sendo os restantes 43%

residentes na Amadora.

Quadro A III-1: Estimativa da população servida pelo sistema de Alcântara (norte), por concelho e freguesia.

Concelho Freguesia Área abrangida pela bacia

População residente

População servida

(%) (hab) (hab)

Lisboa Alvalade 36 8869 3193 Lisboa Benfica 57 36821 20988 Lisboa Campo Grande 17 10514 1787 Lisboa Campolide 90 15460 13914 Lisboa Carnide 81 23316 18886 Lisboa Nossa Senhora de Fátima 100 15283 15283 Lisboa Santa Isabel 13 6875 894 Lisboa Santo Condestável 10 15257 1526 Lisboa São Domingos de Benfica 100 33745 33745 Lisboa São João de Deus 30 9798 2939 Lisboa São Sebastião da Pedreira 31 6342 1966 Amadora Alfragide 40 9904 3962 Amadora Brandoa 13 17805 2315 Amadora Buraca 35 16081 5628 Amadora Damaia 100 20894 20894 Amadora Falagueira 100 14531 14531 Amadora Mina 22 17977 3955 Amadora Reboleira 100 14344 14344 Amadora São Brás 36 26263 9455 Amadora Venda Nova 100 8359 8359 Amadora Venteira 14 18539 2595

III.2

Figura A III-1: Software ArcMap – Representação da BGRI 1106 e BGRI 1115 (relativas aos concelhos de Lisboa

e Amadora, respetivamente).

Figura A III-2: Software ArcMap – Obtenção da área das freguesias da Amadora intersectadas pela bacia.

III.1

Anexo IV

Planeamento da campanha de recolha de amostras para análise isotópica ;

22 a 24 de Julho de 2013

IV.2

IV. Planeamento da campanha de recolha de amostras para análise

isotópica:22 a 24 de Julho de 2013

IV.1

AVALIAÇÃO DE CAUDAIS DE INFILTRAÇÃO NA ZONA

ALTA DE ALCÂNTARA

Planeamento da Campanha de 22 a 24 Julho de 2013

(Documento de trabalho)

Introdução

No presente documento apresenta-se o planeamento da primeira campanha desenvolvida no âmbito

de uma prestação de serviços do Instituto Superior Técnico (IST), através da ADIST (Associação para

o Desenvolvimento do Instituto Superior Técnico), à SIMTEJO (Saneamento Integrado de Municípios

do Tejo e Trancão). A referida campanha terá lugar nos dias 22, 23 e 24 de Julho de 2013, na Zona

Alta da bacia de Alcântara (concelhos de Lisboa e Amadora).

Nesta campanha pretende-se fundamentalmente proceder à recolha de amostras de águas residuais,

águas freáticas e águas potáveis em diversos locais dos concelhos da Amadora e Lisboa, para

posterior avaliação da carência química em oxigénio (CQO) e da razão isotópica (18

O). Serão ainda

realizadas medições de temperatura, pH, potencial redox, oxigénio dissolvido e condutividade, in situ.

A análise da razão isotópica em laboratório será levada a cabo pela Stable Isotopes and Instrumental

Analysis Facility (SIIAF), pertencente à Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa. A CQO

será analisada pelos laboratórios da SIMTEJO (no caso das águas residuais) e pelo Laboratório de

Análises Químicas do IST (no caso das águas freáticas).

O principal objetivo deste documento é servir de guia prático para a campanha, apresentando-se,

para além do planeamento, os locais, as equipas, os materiais necessários e procedimentos a adotar.

Identificação dos pontos de recolha

Foram identificados, pela SIMTEJO, vários pontos de interesse, na Zona Alta da bacia de Alcântara,

para a recolha e análise de amostras. No dia 1 de Março de 2013 foi realizada uma visita a vários

locais, com o objetivo de analisar as facilidades de acesso e o potencial de serem ou não usados

nesta campanha. No Quadro A IV-1 apresentam-se as características de três dos locais analisados,

acompanhados por fotografias tiradas nessa data (pela Eng.ª Rita Matos).

IV.2

Quadro A IV-1: Características, localização e fotografia de três locais visitados no dia 1 de Março de 2013.

Local: Nascente do Jardim da Mina

Características: Caudal reduzido e acesso fácil

Local: Nascente da R. Fonte dos Passarinhos

Características: Caudal reduzido/médio e acesso

condicionado

Local: Linha de água do Parque Aventura

Características: Caudal médio e acesso fácil

IV.3

De acordo com o acordado entre o IST e a SIMTEJO, foram selecionados seis locais onde se prevê

que sejam recolhidas amostras, três dos quais são os apresentados no Quadro A IV-1. Esses locais

são descritos no Quadro A IV-2 e a sua localização apresenta-se na Figura A IV-1.

Quadro A IV-2: Identificação dos locais de medição da campanha de 22 a 24 de Julho (2013).

Origem Local Morada

Água residual (total)

Caneiro de Alcântara CANETAR ETAR de Alcântara (Av. De Ceuta), Lisboa

Água potável (rede)

Bebedouro (Parque Aventura) AP1 Estrada da Falagueira, Amadora

Torneira (ETAR de Alcântara) AP2 ETAR de Alcântara (Av. De Ceuta), Lisboa

Água freática

Nascente da R. da Fonte dos Passarinhos

AF1 Rua Fonte dos Passarinhos, Amadora

Nascente do Jardim da Mina AF2 Praceta do Jardim da Mina, Amadora

Linha de água do Parque Aventura (Belas/aqueduto)

AF3 Estrada da Falagueira, Amadora

Figura A IV-1: Localização dos pontos de recolha de amostras na bacia, em planta.

Material

O material necessário à realização desta campanha inclui instrumentos auxiliares e de recolha (que

permitam levantar as tampas das câmaras de visita, recolher volumes de água em pontos de menor

acessibilidade, etc.), material especializado para a recolha de amostras para análise isotópica (filtros

e seringas), material de armazenamento (tubos e geleira) e equipamento de proteção pessoal. A lista

dos itens necessários, da sua quantidade e das entidades responsáveis pelo seu fornecimento,

apresenta-se no Quadro A IV-3.

IV.4

Refira-se que, para além do material apresentado no Quadro A IV-3, cada técnico deverá levar

consigo equipamento de proteção, nomeadamente calçado apropriado e capacete. A SIMTEJO irá

ainda disponibilizar os fatos tyvek, máscaras, luvas e lanterna.

Quadro A IV-3: Lista de materiais e entidades responsáveis pelo seu fornecimento.

Material Quantidade

Fornecedor Equipa 1 Equipa 2

Balde de polietileno 1 1 IST Etiquetas (e marcador) >70 >50 IST Fato tyvek vários vários Simtejo Filtros >50 >50 SIIAF Frascos (CQO) 26 3 Simtejo Lanterna 1 1 Simtejo Luvas vários vários Simtejo Máscaras vários vários Simtejo Refrigerador 1 1 IST Sacos de plástico >50 >50 IST Seringas >50 >50 SIIAF Sonda paramétrica 1 1 IST, LNEC Tubos Eppendorf >50 >50 SIIAF

Procedimentos

A recolha de amostras para análise da razão isotópica tem algumas peculiaridades, principalmente

quando comparada com a recolha de CQO ou com a medição com a sonda paramétrica. Refira-se

ainda que os procedimentos e os cuidados a ter diferem ligeiramente consoante a origem de água

(freática, potável ou residual).

Para tornar mais clara a explicação dos procedimentos, apresentam-se no Quadro A IV-7, por

tópicos, os passos a tomar em cada local (de acordo com a origem de água). Para além de se terem

consultado relatórios de campanhas semelhantes realizadas anteriormente (fora de Portugal),

seguiram-se as indicações do SIIAF.

Quadro A IV-4: Procedimentos a adotar na recolha de amostras, em cada local.

Origem de água Locais Procedimentos

Águas Residuais CANETAR

1. Retirar um volume de água (não é necessário ser grande).

2. Logo de seguida medir os parâmetros: pH, condutividade,

oxigénio dissolvido, potencial redox.

3. Filtrar um volume da amostra (mínimo 0,5 ml) para um tubo de

Eppendorf. As membranas devem ser previamente lavadas com

água. O tubo deve ser cheio até cima, de forma a evitar o

contacto com a atmosfera.

4. Colocar o tubo num saco de plástico (para evitar condensações)

e guardá-lo dentro do refrigerador (que se deve manter a uma

temperatura de 4 ºC).

IV.5

Origem de água Locais Procedimentos

5. Não esquecer de identificar o tubo e o saco.

6. Depois de terminada a campanha de recolha e até entrega em

laboratório, as amostras têm de ser guardadas a uma

temperatura de 4 ºC.

Água Freática AF1, AF2,

AF3

O procedimento a adotar é o mesmo que para as águas residuais. Há

ainda que acrescentar os seguintes cuidados:

Usar um balde de polietileno para recolher um volume de água.

Encher e esvaziar o balde três vezes antes de recolher um

volume de água para amostra.

Água potável

AP1, AP2 O procedimento a adotar é o mesmo que nos casos anteriores.

No caso de a recolha ser feita em torneiras, deve deixar-se correr água

durante alguns minutos (idealmente 15 min) antes de retirar um volume

para amostra.

É importante referir que as seringas e os filtros, usados para a recolha de amostras de isótopos, são

descartáveis, devendo ser usados apenas uma vez.

Planeamento das atividades

A recolha de amostras será dividida por duas equipas, consoante a zona: uma será responsável pela

recolha de amostras na Amadora (cobrindo os locais AF1, AF2, AF3 e AP1) e outra que ficará na

ETAR de Alcântara (cobrindo os locais AP2 e CANETAR). Cada equipa deve ser acompanhada por

um operador da SIMTEJO e ter dois técnicos do IST, no mínimo. Prevê-se a constituição apresentada

no Quadro A IV-5.

Quadro A IV-5: Constituição das equipas 1 e 2.

Equipa 1 - Amadora Equipa 2 - ETAR

Vera Rodrigues (IST) Rita Matos (IST)

Nuno Pimentel (IST) Vasco Garcia (IST)

Engª. Vanda Barroso (Simtejo) Operador (Simtejo)

Operador (Simtejo) (-)

O plano de atividades previstas para cada equipa, que serve também como um mapa detalhado dos

horários de recolha de cada amostra, é apresentado na última página deste documento,

nomeadamente no Quadro A IV-7.

Caso se verifique ser impossível cumprir o referido plano de trabalhos (nomeadamente no primeiro

dia, devido a complicações, imprevistos ou falta de tempo), as equipas poderão ajustar os horários,

consoante o que for mais prático. Devem, no entanto, manter-se o número de recolhas em cada local

IV.6

e, preferencialmente, um intervalo relativamente constante entre cada medição (no mesmo local).

Assim, as horas de medição sugeridas não precisam de ser rigorosamente seguidas. Relativamente

às recolhas de água potável (AP), por exemplo, as equipas podem fazê-las quando for mais

conveniente, ao longo do dia.

No fim dos dois primeiros dias, as amostras devem ser trazidas para o IST e guardadas no frigorífico

do Laboratório de Ambiente. No último dia da campanha, todas as amostras para medição de

isótopos devem ser levadas para o laboratório do SIIAF.

É ainda importante considerar os meios de transporte, principalmente no caso da equipa “móvel”. Na

equipa 1 deve haver no mínimo um carro, para que se faça o percurso entre os diversos pontos. Em

princípio, a SIMTEJO irá disponibilizar um veículo para este fim. Todos os elementos das duas

equipas deverão ter em consideração que nos dias 23 e 24 de Julho a campanha tem início de

madrugada, pelo que seria aconselhável organizarem o modo de chegada aos locais.

No Quadro A IV-6 apresenta-se o número de amostras que se prevê serem recolhidas em cada local,

ao longo dos dias 22, 23 e 24 de Julho de 2013.

Quadro A IV-6: Número de amostras que se prevê recolher em cada local.

Local\ Tipo de análise Razão isotópica CQO

CANETAR 14 3 AF1 10 6 AF2 10 6 AF3 2 - AP1 10 - AP2 10 -

Atividades de preparação da campanha

Antes da realização da campanha, é necessário proceder a diversas atividades de preparação. Com

alguma antecedência, deve verificar-se a disponibilidade de material do IST, nomeadamente de

frascos de CQO, sondas e geleiras. Deve ficar ainda assegurado que exista espaço livre no frigorífico

do laboratório de Ambiente entre os dias 22 e 24 de Julho, de forma a poderem ser armazenadas

todas as amostras. O material que não é fornecido pelo IST, nomeadamente as seringas, tubos e

filtros, deve ser levantado e trazido para o IST.

Uma vez que os frascos Eppendorf são muito pequenos, aconselha-se ainda que seja feita, antes da

campanha, a rotulação dos mesmos. Por uma questão prática, podem também ser rotulados os

frascos de CQO. Refira-se ainda que, geralmente, os tubos, seringas e filtros estão à conta do

número de amostras. Assim, é conveniente organizar o material por dia e por equipa, para que não se

corra o risco de faltar material no último dia de campanha.

Para preparar a campanha, será realizada, no dia 17 de Julho, uma visita prévia de reconhecimento a

todos os locais. Nessa visita estarão presentes dois elementos do IST, um de cada equipa, que serão

acompanhados por um funcionário da SIMTEJO. O principal objetivo desta visita é conhecer a

IV.7

localização de cada ponto, estudar o percurso entre pontos (para a equipa 1) e adaptar o

planeamento inicial das atividades, se necessário. Pretende-se ainda identificar ou tentar prever

possíveis obstáculos e dificuldades práticas, a tempo de os minimizar antes da campanha.

Nos pontos de acesso limitado, nomeadamente na Rua da Fonte dos Passarinhos (onde a câmara de

visita se encontra numa zona de estacionamento), devem ser colocados pinos ou outra identificação,

para que não haja problemas de acesso. A SIMTEJO ficou responsável por proceder a este trabalho,

nos dias anteriores à campanha.

IV.8

Quadro A IV-7: horário de recolha de amostras, por dia e por equipa.

Equipa 1 Equipa 2

Dia 1 2 3 1 2 3 Data 22-Jul 23-Jul 24-Jul 22-Jul 23-Jul 24-Jul

5:00 CANETAR

5:15 CANETAR

5:30

5:45

6:00 CANETAR

6:15 CANETAR

6:30

6:45

7:00 CANETAR

7:15 CANETAR

7:30

7:45

8:00 AF1 AF1

8:15 AF2 AF2

8:30 AF3 AP1

8:45 AP1

9:00

9:15 AP2 AP2

9:30 CANETAR CANETAR

9:45

10:00 AF1 AF1

10:15 AF2 AF2

10:30 AP1 AP1

10:45


11:15 AP2 AP2

11:30

11:45

12:00 AF1 AF1

12:15 AF2 AF2

12:30 AF3 AP1

12:45 AP1 AP2 AP2

13:00

13:15

13:30

13:45


14:15 AP2 AP2

14:30

14:45

15:00 AF1 AF1

15:15 AF2 AF2

15:30 AP1 AP1

15:45


16:15 AP2 AP2

16:30 Trazer amostras para o IST

16:45

17:00 AF1 AF1

AF2 AF2

AP1 AP1

Trazer amostras para o IST

1 amostra isótopos

1 amostra isótopos + 1 amostra CQO

Intervalo (almoço)

IV.9

Anexo V

Resultados da campanha de recolha de amostras para análise isotópica;

22 a 24 de Julho de 2013

V.0

V. Resultados da campanha de recolha de amostras para análise

isotópica; 22 a 24 de Julho de 2013

V.1

V.1. Fotografias da campanha

Dia 1 (22/07/2013)

Figura A V-1: Recolha no local AP1 Figura A V-2: Medição de parâmetros no local AP1

Figura A V-3: Caixa de visita no local AF1 Figura A V-4: Medição de parâmetros no local AF1

Figura A V-5: Medição de parâmetros no local AF2 Figura A V-6: Medição de parâmetros no local AF2

Figura A V-7: Local AF3 Figura A V-8: Recolha de amostras no local AF3

V.2

Dia 2 (23/07/2013)

Figura A V-9: Recolha de água no local AF1 Figura A V-10: Recolha de água no local AF1

Figura A V-11: Recolha de água no local AP1 Figura A V-12: Recolha de amostra no local AP1

Dia 3 (24/07/2013)

Figura AV-13: Local AF2 (Jardim da Mina) Figura AV-14: Recolha de amostra no local AF2

Figura AV-15: Recolha de água no local AF1 Figura AV-16: Medição de parâmetros no local AF1

V.3

CANETAR

Parâmetros Unidade 22/7/13

9:30 22/7/13 11:00

22/7/13 14:00

22/7/13 16:00

23/7/13 5:00

23/7/13 6:00

23/7/13 7:00

23/7/13 9:30

23/7/13 11:00

23/7/13 14:00

23/7/13 16:00

24/7/13 5:00

24/7/13 6:00

24/7/13 7:00

T (ºC) 23.17 23.14 23.38 23.37 22.39 22.28 22.2 23.08 23.34 23.26 23.31 22.52 22.47 22.32

pH (-) 7.58 7.36 7.25 7.13 7.23 7.23 7.26 7.56 7.54 7.19 7.23 7.32 7.22 7.33

Condutividade (mS/cm) 898 866 893 877 851 784 782 899 920 870 884 797 767 756

OD (%) 2.5 4 5.4 2.8 10 14 6.2 2.5 1.9 5.5 2.1 10.8 2.5 17.4

(mgO2/L) 0.21 0.31 0.48 0.24 0.87 1.24 2.28 0.21 0.16 0.48 0.18 0.91 0.22 1.5

ORP (mV) - - -126.4 -172.7 -65.1 -59.7 -66.0 -201.9 -201.8 -180.6 -208.8 -81.5 -115.6 -110.0

CQO (lab) (mg(O2)/l) 720 610 740 - - - - - - - - - - -

(lab) (‰) -3.8 -5.4 -5.3 -5.1 -5.0 -5.1 -5.1 -5.2 -5.1 -5.2 -5.3 -5.0 -5.1 -4.8

AF2

Parâmetros

22/7/13 10:40

22/7/13 12:00

22/7/13 13:57

22/7/13 16:15

23/7/13 8:46

23/7/13 10:05

23/7/13 12:05

23/7/13 14:50

23/7/13 16:30

24/7/13 9:05

T (ºC) 19.65 19.51 18.96 18.95 18.86 18.84 18.83 18.86 18.95 18.9

pH (-) 7.87 7.87 7.83 7.74 7.77 7.83 7.77 7.75 7.72 7.45

Condutividade (mS/cm) 709 723 726 719 701 710 716 723 725 705

OD (%) 93.7 94.7 94.8 86.3 94.2 91.7 92.1 89.2 93.4 90.3

(mgO2/L) 8.47 8.64 8.78 8.04 8.74 2.51 8.55 8.27 8.65 8.37

ORP (mV) -183.7 -179.4 -208.5 -165.1 -167.7 -175.4 -164.7 -133.0 -157.3 -157.4

CQO (lab) (mg(O2)/l) < 5 <5 5

6 7

10

(lab) (‰) -4.3 -4.2 -4.3 -4.3 -4.5 -4.4 -4.3 -4.6 -4.5 -4.4

V.2

. Ap

res

en

taçã

o d

e re

su

ltad

os: p

arâ

me

tros

me

did

os p

ela

so

nd

a, v

alo

res

de C

QO

e

Qu

ad

ro A

V-1

: Resu

ltad

os d

as m

ediç

õe

s c

om

a s

ond

a, C

QO

e

em

ca

da

loca

l e p

ara

cad

a

insta

nte

de

recolh

a.

V.4

AF3

Parâmetros

22/7/13 10:10

22/7/13 15:30

T (ºC) 18.23 19.73

pH (-) 6.67 7.51

Condutividade (mS/cm) 784 839

OD (%) 81.7 71.1

(mgO2/L) 7.68 6.48

ORP (mV) -131.6 -176.4

(lab) (‰) -4.4 -4.3

AP1

Parâmetros

22/7/13 10:25

22/7/13 11:47

22/7/13 14:22

22/7/13 16:00

23/7/13 8:30

23/7/13 9:50

23/7/13 11:50

23/7/13 14:38

23/7/13 16:15

24/7/13 8:55

T (ºC) 22.58 23.25 23.59 24.21 22.38 23.00 23.14 24.23 24.40 22.95

pH (-) 7.75 7.71 7.79 7.89 7.75 7.80 7.71 7.76 7.77 7.72

Condutividade (mS/cm) 159 163 167 171 163 166 165 170 171 165

OD (%) 88.3 85.8 87.9 87.4 90.6 88.3 89.5 95.3 90.1 89.8

(mgO2/L) 7.61 7.32 7.43 7.32 7.79 7.58 7.65 7.99 7.52 7.70

ORP (mV) -191.2 -184.4 -215.5 -197.7 -190.4 -192.6 -184.6 -210.8 -194.0 -194.6

(lab) (‰) -5.3 -5.5 -5.5 -5.4 -5.4 -5.6 -5.6 -5.5 -5.5 -5.7

AP2

Parâmetros

22/7/13 9:15*

22/7/13 11:00

22/7/13 12:45

22/7/13 14:00

22/7/13 16:00

23/7/13 9:30

23/7/13 11:00

23/7/13 12:45

23/7/13 14:00

23/7/13 16:00

T (ºC)

24.78 25.25 25.03 24.9 24.54 24.57 24.7 24.8 25.05

pH (-)

7.25 7.74 7.69 7.74 7.75 7.73 7.77 7.74 7.77

Condutividade (mS/cm)

350 344 346 344 344 340 342 345 349

OD (%)

47.9 81.6 82.0 85.5 31.0 86.0 86.4 92.0 88.0

(mgO2/L)

3.98 6.69 6.80 7.00 6.70 7.06 7.02 7.50 7.22

ORP (mV)

- - -206.0 -291.0 -83.2 -168.0 -126.0 -226.0 -303.2

(lab) (‰) -5.0 -5.0 -5.0 -5.1 -5.0 -5.3 -5.5 -5.2 -5.3 -5.1

* Não foi possível medir os parâmetros.

V.5

Quadro A V-2: Razões isotópicas de cada amostra, por ordem cronológica (valores originais fornecidos pelo SIIAF).

Dia Hora Local 18

O (‰) Dia Hora Local 18

O (‰)

22 09:15 AP2 -5.01 23 10:05 AF2 -4.43

22 09:30 CANETAR -3.83 23 11:00 AP2 -5.45

22 09:55 AF1 -5.28 23 11:00 CANETAR -5.15

22 10:10 AF3 -4.39 23 11:38 AF1 -5.38

22 10:25 AP1 -5.34 23 11:50 AP1 -5.58

22 10:40 AF2 -4.34 23 12:05 AF2 -4.35

22 11:00 AP2 -5.02 23 12:45 AP2 -5.24

22 11:00 CANETAR -5.39 23 14:00 AP2 -5.33

22 11:40 AF1 -5.27 23 14:00 CANETAR -5.19

22 11:47 AP1 -5.52 23 14:30 AF1 -5.49

22 12:00 AF2 -4.21 23 14:38 AP1 -5.53

22 12:45 AP2 -4.99 23 14:50 AF2 -4.61

22 13:57 AF2 -4.31 23 16:00 AP2 -5.14

22 14:00 AP2 -5.11 23 16:00 CANETAR -5.28

22 14:00 CANETAR -5.30 23 16:07 AF1 -5.56

22 14:13 AF1 -5.47 23 16:15 AP1 -5.55

22 14:22 AP1 -5.51 23 16:30 AF2 -4.45

22 15:30 AF3 -4.27 24 05:00 CANETAR -5.02

22 15:55 AF1 -5.22 24 06:00 CANETAR -5.15

22 16:00 AP1 -5.41 24 07:00 CANETAR -4.83

22 16:00 AP2 -4.99 24 08:45 AF1 -5.68

22 16:00 CANETAR -5.08 24 08:55 AP1 -5.66

22 16:15 AF2 -4.27 24 09:05 AF2 -4.44

23 05:00 CANETAR -5.04

23 06:00 CANETAR -5.09

23 07:00 CANETAR -5.08

23 08:20 AF1 -5.55

23 08:30 AP1 -5.38

23 08:46 AF2 -4.48

23 09:30 AP2 -5.34

23 09:30 CANETAR -5.20

23 09:40 AF1 -5.63

23 09:50 AP1 -5.60

V.6


O medidos em cada local.


O medidos no local CANETAR.

-,6.0

-,5.5

-,5.0

-,4.5

-,4.0

-,3.5

-,3.0

22/7

/yy 0

8:0

0

22/7

/yy 1

1:0

0

22/7

/yy 1

4:0

0

22/7

/yy 1

7:0

0

22/7

/yy 2

0:0

0

22/7

/yy 2

3:0

0

23/7

/yy 0

2:0

0

23/7

/yy 0

5:0

0

23/7

/yy 0

8:0

0

23/7

/yy 1

1:0

0

23/7

/yy 1

4:0

0

23/7

/yy 1

7:0

0

23/7

/yy 2

0:0

0

23/7

/yy 2

3:0

0

24/7

/yy 0

2:0

0

24/7

/yy 0

5:0

0

24/7

/yy 0

8:0

0

1

8O

(‰

)

Data (dia e hora)

AF2 AF3 AP1 AP2 CANETAR

-6.0

-5.5

-5.0

-4.5

-4.0

-3.5

-3.0

22/7

09:0

0

22/7

15:0

0

22/7

21:0

0

23/7

03:0

0

23/7

09:0

0

23/7

15:0

0

23/7

21:0

0

24/7

03:0

0

24/7

09:0

0

1

80

(‰

)

Data (dia e hora)

AR-ETAR AP AF

V.7

V.3. Análise dos resultados: apresentação de tabelas e figuras auxiliares

Quadro A V-3: Valor médio da água potável e freática: em cada dia e nos três dias (média global).

18O (‰)

Origem da água Potável Freática

Dia 22 -5.24 -4.30

Dia 23 -5.41 -4.43

Dia 24 -5.66 -4.44

Global (3 dias) -5.34 -4.38

Figura AV-19: Comparação dos valores de medidos nas duas fontes de água freática nos dias 22, 23 e 24 de Julho de 2013, e respetivo valor médio.

Figura AV-20: Valores brutos de 18

O medidos no Caneiro de Alcântara, e médias diárias das águas potáveis e

águas freáticas, em cada dia.

-4.7

-4.6

-4.5

-4.4

-4.3

-4.2

-4.1

-4.0

1

80 (

‰)

Data (dia e hora)

Média (AF2+AF3) AF3 AF2

-6.0

-5.5

-5.0

-4.5

-4.0

-3.5

-3.0

1

80

(‰

)

Data (dia e hora)

CANETAR AP (22/07) AP (23/07) AP (24/07)

AF (22/07) AF (23/07) AF (24/07)

V.8


O registados no dia 22 de Julho de 2013 (excluindo o outlier).


O registados no dia 23 de Julho de 2013.


O registados no dia 24 de Julho de 2013.

-,6.0

-,5.5

-,5.0

-,4.5

-,4.0

-,3.5

-,3.0

8:30 11:30 14:30 17:30

1

8O

(‰

)

Data (h)

AP1

AP2

AF2

AF3

CANETAR

-,6.0

-,5.5

-,5.0

-,4.5

-,4.0

-,3.5

-,3.0

4:30 7:30 10:30 13:30 16:30

1

8O

(‰

)

Data (h)

AP1

AP2

AF2

CANETAR

-,6.0

-,5.5

-,5.0

-,4.5

-,4.0

-,3.5

-,3.0

4:30 7:30 10:30

1

8O

(‰

)

Data (h)

AP1

AF2

CANETAR

V.9

Quadro A V-4: Caudal infiltrado, caudal de águas residuais e caudal total (segundo o padrão).

Hora Dia Qpadrão Qinf QAR

(m3/s) (m

3/s) (m

3/s)

05:00 23 1.06 0.33 0.73

24 1.06 0.36 0.71

06:00 23 1.08 0.28 0.80

24 1.08 0.21 0.86

07:00 23 1.15 0.31 0.85

24 1.15 0.61 0.54

09:30 23 1.24 0.18 1.06

11:00 23 1.24 0.25 0.99

14:00 23 1.24 0.19 1.05

16:00 22 1.22 0.32 0.90

Quadro A V-5: Valores usados para construir o hidrograma que mostra a contribuição das componentes de infiltração e águas residuais para o caudal total que aflui à secção CANETAR (Figura 6.18).

Caudal médio de

infiltração Caudal (exclusivo) de

águas residuais

Hora (h) (m3/s) (m

3/s)

05:00 0.34 0.72

06:00 0.24 0.83

07:00 0.46 0.69

09:30 0.18 1.06

11:00 0.25 0.99

14:00 0.19 1.05

16:00 0.32 0.90

Quadro A V-6: Fração de infiltração considerando a média global e a média diária dos valores de 18

O de água

potável e freática17

.

b (-)

Média de valores de 18

O de águas freáticas e potáveis

Global Diária

22/7/13 09:30 outlier

Data

(d

ia e

ho

ra)

22/7/13 11:00 -0.06 -0.17

22/7/13 14:00 0.04 -0.07

22/7/13 16:00 0.26 0.16

23/7/13 05:00 0.31 0.38

23/7/13 06:00 0.26 0.33

23/7/13 07:00 0.27 0.34

23/7/13 09:30 0.14 0.22

23/7/13 11:00 0.20 0.27

23/7/13 14:00 0.15 0.23

23/7/13 16:00 0.06 0.13

24/7/13 05:00 0.33 0.53

24/7/13 06:00 0.20 0.42

24/7/13 07:00 0.53 0.68

17

A vermelho estão os valores que foram retirados posteriormente, após a análise do erro.

V.10

Quadro A V-7: Valores de referentes a cada origem de água, fração de infiltração e respetivo erro.

(‰) b b b/b|

Data AR inf (-) (-) (-)

22/7/13 09:30 -5.34 -4.38 -3.83 outlier

22/7/13 11:00 -5.34 -4.38 -5.39 -5.75% 15.25% 2.65

22/7/13 14:00 -5.34 -4.38 -5.30 3.66% 14.54% 3.97

22/7/13 16:00 -5.34 -4.38 -5.08 26.35% 13.29% 0.50

23/7/13 05:00 -5.34 -4.38 -5.04 31.32% 13.12% 0.42

23/7/13 06:00 -5.34 -4.38 -5.09 25.61% 13.32% 0.52

23/7/13 07:00 -5.34 -4.38 -5.08 26.71% 13.28% 0.50

23/7/13 09:30 -5.34 -4.38 -5.20 14.30% 13.87% 0.97

23/7/13 11:00 -5.34 -4.38 -5.15 19.88% 13.57% 0.68

23/7/13 14:00 -5.34 -4.38 -5.19 15.03% 13.83% 0.92

23/7/13 16:00 -5.34 -4.38 -5.28 5.53% 14.41% 2.61

24/7/13 05:00 -5.34 -4.38 -5.02 33.41% 13.05% 0.39

24/7/13 06:00 -5.34 -4.38 -5.15 19.85% 13.58% 0.68

24/7/13 07:00 -5.34 -4.38 -4.83 53.05% 12.83% 0.24

Quadro A V-8: Comparação dos resultados obtidos usando como base o caudal médio padrão de tempo seco (à esquerda) ou usando valores médios obtidos na campanha (à direita).

Usando o padrão Q

Usando apenas os dados dos

dias de campanha Q

(m3/s)

(m

3/s)

Caudal médio (padrão) 1.19

Média dos caudais (padrão)18

1.15

Caudal de infiltração 0.30

Caudal de infiltração 0.30

Caudal de tempo seco 0.89

Caudal de tempo seco 0.85

Frações de infiltração

Frações de infiltração

k 0.34

k 0.36 b 0.25

b (médio) 0.26

18

Este valor refere-se à média dos caudais em cada instante, obtidos também do padrão de tempo seco.

Avaliação de Infiltração em Drenagem Urbana Recorrendo a ... · Agradecimentos Gostaria de...

Documents

Transcript of Avaliação de Infiltração em Drenagem Urbana Recorrendo a ... · Agradecimentos Gostaria de...