GESTÃO DA ÁGUA, MIEA Aula 2 26/09/2018 GESTÃO DA ÁGUA …

DCEA , 1º SEMESTRE 2018/2019

GESTÃO DA ÁGUA, MIEA – Aula 2 – 26/09/2018

GESTÃO DA ÁGUA

FCT-UNL, 2018-2019, 7º SEMESTRE

Águas Interiores – Gestão de Recursos Hídricos

António Carmona Rodrigues([email protected])

Theo Fernandes([email protected])

Grupo de Hidráulica

Secção de Engenharia e

Gestão da Água e Resíduos

DCEA / FCT / UNL



TEMAS:

1. ORIGENS DE ÁGUA

2. USOS DA ÁGUA

3. HIDROENERGIA

4. DIMENSIONAMENTO DE ALBUFEIRAS

5. GESTÃO DA QUALIDADE DA ÁGUA



1. Origens de água

• Origens superficiais

Cursos de água; Albufeiras

• Origens subterrâneas

Furos / Poços; Galerias; Nascentes; Charcas

• Reutilização

• Desalinisação



1. Origens de água – Água subterrânea




O nível da água nos aquíferos não é estático e varia com:

a precipitação ocorrida;

a extracção de água subterrânea;

os efeitos de maré nos aquíferos costeiros;

a variação súbita da pressão atmosférica, principalmente no

Inverno;

as alterações do regime de escoamento de rios influentes

(que recarregam os aquíferos);

a evapotranspiração, etc.




• Aquíferos confinados

• Aquíferos livres

• Aquíferos suspensos

• Lei de Darcy



1. Origens de água – Água subterrânea: intrusão salina



1. Origens de água - Origens subterrâneas

• Disponibilidade é função da recarga do aquífero

• Podem ser a grande profundidade

• Disponibilidade calculada com base na medição de níveis

piezométricos e da caracterização do rebaixamento provocado pela

captação

• Sobreexploração pode conduzir a contaminação do aquífero

• Alterações na bacia (também em profundidade) podem induzir

alterações na disponibildade (recarga)



1. Origens de água - Origens superficiais

• Regime Natural vs regime regularizado

• Estudo realizado com base em séries históricas de precipitação

e/ou escoamento

• Escoamento é calculado com base na medição de níveis em

estações hidrométricas, para as quais é necessário estabelecer

curvas de vazão (curvas h – Q).

• Deve ser garantida a representatividade da série de valores de

escoamento

• Pode haver necessidade de preenchimento de falhas de dados

para garantir a continuidade temporal das séries

• Análise pode ser com base em diferentes escalas de tempo



1. Origens de água

Origens superficiais



2. Usos da água

• Usos consumptivos

Abastecimento Público, Agricultura, Indústria

• Usos não consumptivos

Navegação, Recreio, produção de energia,

Garantia e/ou promoção da qualidade dos ecossistemas

Extracção de inertes

• Outros:

Protecção contra cheias e secas



2. Usos da água - Abastecimento público

Elementos chave de gestão

• disponibilidade

• população servida e capitações

• pressões mínimas e máximas

• garantias e capacidade de reserva

• qualidade da água na origem e na distribuição

• eficiência energética



Características:

• Inclui:

Uso doméstico;

Uso comercial ou industrial satisfeitos a partir da rede urbana

Uso público

• Exige elevada fiabilidade/garantia (95%~ 100%)

• Factores determinantes:

Clima

Tipologia de habitação

Classe social /hábitos culturais

Preocupações ambientais

Importância quantitativa das unidades comerciais e industriais




Características:

• Capitação: Consumo diário médio anual por habitante (l/hab/dia)

• Valores típicos de capitação

(Linsley et al., 1992, Water Resources Engineering, McGraw Hill.)

Uso doméstico: 250 l/hab/dia (150-300 l/hab/dia)

Lavatórios: 20 l/hab/dia

Cozinha: 30 l/hab/dia

Duche: 45 l/hab/dia

Lavagem de roupa (à máquina): 35 l/hab/dia

Retrete: 95 l/hab/dia

Uso comercial e industrial: 150 l/hab/dia (30-300 l/hab/dia)

Uso publico: 75 l/hab/dia (60-100 l/hab/dia)




Avaliação Necessidades/disponibilidades:

• Necessidade = Cap x Pop. x # dias

• População Fixa / Flutuante.

• No dimensionamento (escala temporal distinta):

Qp = Fp x Fa x Cap x Pop

Fp = 1,5 + 70 / Pop

Fa ~ 0.8




2. Usos da água - Abastecimento agrícola

Elementos chave de gestão:

• Tipo de culturas

• Dotações de rega

• Sistema de rega (gravidade, aspersão)

• Garantias e capacidade de reserva

• Qualidade da água na origem

• Eficiências / perdas

• Qualidade e manutenção de equipamento

• Eficiência energética




Características:

• Associado a grandes volumes de água

• Admite-se níveis de garantia inferiores (~80%)

• Perdas muito significativas apontam para medidas:

Reconversão dos métodos de rega

Rega gota a gota

Rega por aspersão com cortinas de vento

Melhoria das estimativas de necessidades




As necessidades hídricas das culturas resultam de um balanço que se estabelece entre o solo, a planta

e a atmosfera, designado por Balanço Hídrico do Solo:

TEDRUIPSV

ΔV – Incremento de água incorporada pela plantas

ΔS – Variação do armazenamento de água no solo

P – Precipitação

I – Dotação de rega

U – Fluxo acumulado de ascensão capilar

R – Escoamento superficial

D – Fluxo acumulado de drenagem profunda

E – Evaporação

T – Transpiração

Balanço hídrico do solo



Necessidades Liquídas = ETPc – Pu

ETPc = Kc x ETPo

Precipitação útil, Pu:

Precipitação só é útil se se mantiver no solo disponível

para as plantas;

Pu = f (solo, teor de humidade)

Kc = f (Cultura, estado de desenvolvimento)


Necessidades/disponibilidades (FAO):



Evapotranspiração de Referência (ET0) - traduz a taxa de evapotranspiração de uma cultura de

referência hipotética, para a qual se assume uma altura de 0,12 m, uma resistência de superfície constante

de 70 s/m e um albedo de 0,23, semelhante à evapotranspiração de um extenso coberto de relva verde de

altura uniforme, em crescimento activo, cobrindo totalmente o solo e bem abastecido de água.

A Evapotranspiração de Referência pode ser determinada por diversos métodos:

directos (lisímetro, balanço de água no solo, etc.);

indirectos que, por sua vez, poderão ser micrometeorológicos

de base física (FAO – Penman-Monteith); ou

de base empírica (Hargreaves, radiação, Blaney-criddle, etc.).

Dos métodos existentes, a FAO recomenda a adopção do método de Penman Monteith. Não havendo

registos meteorológicos suficientes, pode recorrer-se ao método de Hargreaves.


Evapotranspiração de referência



Penman Penman-Monteith

Priestley-Taylor Turc

Thornthwaite Hargreaves





Evapotranspiração de Referência (ET0) - Método de Penman Monteith

2

2

034,01

273

900408,0

U

eeUT

GR

ETdan

ET0 – evapotranspiração de referência (mm.d-1);

Rn – radiação liquida à superfície da cultura (MJ.m-2.d-1);

G – densidade de fluxo de calor do solo (MJ.m-2.d-1);

T – média da temperatura do ar 2 m de altura (ºC):

U2 – velocidade do vento a 2 m de altura (m.s-1):

(ea-ed) – défice de pressão de vapor medida a 2 m de altura (kPa);

Δ – declive da curva de pressão e vapor (kPa.ºC-1);

γ – constante psicrométrica (kPa.ºC-1);

900 – coeficiente para a cultura de frequência (kJ-1.kg.K) resultante de cálculos padronizados;

0,34 – coeficiente de vento para a cultura de referência (kJ-1.kg.K); e

0,408 – valor para 1/λ com λ = 2,45 MJ.kg-1.





amed RTTTET 5,0

minmax0 8,170023,0

Evapotranspiração de Referência (ET0) - Método de Hargreaves

ET0 – evapotranspiração de referência (mm.dia-1);

Tmed – temperatura média do ar, (Tmin+ Tmax )/2 (ºC);

Tmin – temperatura mínima do ar (ºC);

Qmáx – temperatura máxima do ar (ºC); e

Ra – radiação extraterrestre (mm.dia-1).

À excepção das temperaturas, todos os outros parâmetros foram definidos para condições padrão.

O método deverá ser calibrado recorrendo a uma regressão (normalmente linear) entre as ET0 dos

métodos de Penmam Monteith e Hargreaves, para um outro posto meteorológico na região ou na

proximidade desta, desde que as características climáticas sejam semelhantes.





Tendo a Evapotranspiração de Referência (ET0), há que ajustá-la às características de cada cultura, em

conforto hídrico e em condições agronómicas óptimas.

Para tal, introduz-se o Coeficiente Cultural (Kc) que agrega as características físicas e fisiológicas de

cada cultura, ao longo do seu período vegetativo:

altura;

resistência de superfície relativa ao par cultura-solo; e

albedo da superfície cultura-solo.

Evapotranspiração Cultural (ETc) – é calculada multiplicando a Evapotranspiração de Referência (ET0)

pelo Coeficiente Cultural (Kc).

Evapotranspiração cultural




Durante o período vegetativo o Coeficiente Cultural (Kc) varia à medida que a cultura ou planta cresce, se

desenvolve (aumento da cobertura do solo) e envelhece (maturação e senescência).

A curva do Kc é dividida em quatro períodos, de acordo com a

fenologia e o desenvolvimento cultural:

(1) Período Inicial;

(2) Período de Crescimento Rápido;

(3) Período Intermédio; e

(4) Período Final

Na Curva identificam-se três valores de Kc:

Kcini, Kcmed e Kcend

Coeficiente cultural





• tipo de indústria

• eficiência de utilização

• localização e capitações

• garantias e capacidade de reserva

• qualidade da água na origem

• eficiência energética

2. Usos da água - Abastecimento industrial




• tipo de embarcações

• níveis de altura de água (mínimos e máximos)

• características do canal de navegação (largura, calado,..)

• infraestruturas de apoio (cais, ancoradouros, eclusas)

• sinalização

2. Usos da água - Navegação



• granulometria dos sedimentos

• transporte sólido da linha de água

• tipo de extracção (sucção, baldes)

• volume a extrair

• manutenção de cotas do fundo mínimas

• garantia de alimentação a jusante

2. Usos da água - Extracção de inertes




2. Usos da água - Protecção contra cheias



• regime de caudais afluentes

• queda

• tipo de aproveitamento (fio-de-água, reserva, fins múltiplos)

• tipo de grupos geradores

• energia e potência

• regime de caudais modificados

• coef. de regularização = Vútil / Vol. afluente médio anual

2. Usos da água - Produção de energia eléctgrica




TEMAS:

1. ORIGENS DE ÁGUA

2. USOS DA ÁGUA

3. HIDROENERGIA

4. DIMENSIONAMENTO DE ALBUFEIRAS

5. GESTÃO DA QUALIDADE DA ÁGUA



3. Hidroenergia



H

H

•Contra-embalse:

•Balanço energético negativo

•Balanço económico positivo

3. Hidroenergia – bombagem pura e contraembalse



• Cascata - Zezere

•Reutilização de caudais

• Rio Zezere: Cabril, Bouçã e

Castelo do Bode

• Fio de água - Douro

• Reduzida capacidade de

regularização

• Contra-embalse

• Aguieira-raiva

• Alqueva Pedrógão

• Cávado

• Mini-hídricas

• Novas barragens....

3. Hidroenergia - sistemas



3. Hidroenergia



3. Hidroenergia – PNBEPH



CAPACIDADE DE ARMAZENAMENTO

E POTÊNCIA INSTALADA NACIONAL




Evolução da potência instalada em Portugal (REN)

3. Hidroenergia

Fonte: Programa Nacional de Barragens com elevado potencial hidroeléctrico (PNBEPH)

COBA/Procesl, Setembro de 2007



Evolução da produção de energia em Portugal (REN)

Fonte: Programa Nacional de Barragens com elevado potencial hidroeléctrico (PNBEPH)

COBA/Procesl, Setembro de 2007




10 novos empreendimentos escolhidos no PNBEPH




3. Hidroenergia - Barragens em Portugal

• Mais informação:

• PNBEPH

http://pnbeph.inag.pt

• Barragens de Portugal

http://cnpgb.inag.pt/gr_barragens/gbportugal/index.htm



ELEMENTOS DE APOIO

• Lencastre, A. e F.M. Franco, 2010, Lições de Hidrologia, FCT-UNL.

• Linsley et al., 1992, Water Resources Engineering, McGraw Hill.

• Loucks, D. P. and E. van Beek, Water Resources Systems Planning

and Management, UNESCO, Paris, 2005

• Mays, L.W. (ed.), 1996, Water Resouces Handbook, McGrawHill

• Thomann,R 1987 - Principles of Surface Water Quality Management.

• PNBEPH (http://pnbeph.inag.pt.)

• http://snirh.pt

• Barragens de Portugal

http://cnpgb.inag.pt/gr_barragens/gbportugal/index.htm

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