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VARIABILIDADE CLIMÁTICA, RECURSOSHÍDRICOS SUBTERRÂNEOS E
ECOSSISTEMAS DEPENDENTES DEÁGUAS SUBTERRÂNEAS
J.P. LOBO FERREIRADoutor em Engenharia Civil, LNEC, [email protected]
T.E. LEITÃODoutora em Hidrogeologia, LNEC, [email protected]
T. MARTINSGeólogo, LNEC, [email protected]
M.M. OLIVEIRADoutor em Hidrogeologia, LNEC, [email protected]
J.P. MONTEIRODoutor em Hidrogeologia, UALGARVE, [email protected]
M.E.NOVODoutora em Hidrogeologia, LNEC, [email protected]
J.P. LOBO FERREIRADoutor em Engenharia Civil, LNEC, [email protected]
T.E. LEITÃODoutora em Hidrogeologia, LNEC, [email protected]
T. MARTINSGeólogo, LNEC, [email protected]
M.M. OLIVEIRADoutor em Hidrogeologia, LNEC, [email protected]
J.P. MONTEIRODoutor em Hidrogeologia, UALGARVE, [email protected]
M.E.NOVODoutora em Hidrogeologia, LNEC, [email protected]
Trabalho realizado no âmbito do:
Co-financiamento:
• Introdução e objetivos
• Alterações climáticas e o ciclo hidrológico
• Alterações climáticas e qualidade de águas subterrâneas
• Metodologia EDAS
Modificação das séries climatológicas• Precipitação
• Temperatura
• Evapotranspiração
Determinação da recarga atual e em cenários
Aplicação ao modelo MODFLOW
• Resultados
Relação entre a recarga do cenário e a recarga atual
Profundidade do nível piezométrico para o cenário de 2050 e 2080
• Conclusões
VARIABILIDADE CLIMÁTICA, RECURSOS HÍDRICOSSUBTERRÂNEOS E ECOSSISTEMAS DEPENDENTES DE
ÁGUAS SUBTERRÂNEAS
• Introdução e objetivos
• Alterações climáticas e o ciclo hidrológico
• Alterações climáticas e qualidade de águas subterrâneas
• Metodologia EDAS
Modificação das séries climatológicas• Precipitação
• Temperatura
• Evapotranspiração
Determinação da recarga atual e em cenários
Aplicação ao modelo MODFLOW
• Resultados
Relação entre a recarga do cenário e a recarga atual
Profundidade do nível piezométrico para o cenário de 2050 e 2080
• Conclusões
O clima da Terra influencia sobremaneira as características do ciclo hidrológico e, dessemodo:
• afeta diversos aspetos relacionados com o uso da água para consumo humano e para aprodução de alimentos
• influenciando a saúde humana, os ecossistemas associados e muitos outros aspetosrelativos ao uso e ao aproveitamento dos recursos hídricos.
VARIABILIDADE CLIMÁTICA, RECURSOS HÍDRICOS SUBTERRÂNEOS E ECOSSISTEMAS DEPENDENTESVARIABILIDADE CLIMÁTICA, RECURSOS HÍDRICOS SUBTERRÂNEOS E ECOSSISTEMAS DEPENDENTESDE ÁGUAS SUBTERRÂNEASDE ÁGUAS SUBTERRÂNEAS
Introdução ACs e ciclohidrológico
ACs e águassubterrâneas
MetodologiaEDAS
AplicaçãoResultados econclusões
O clima da Terra influencia sobremaneira as características do ciclo hidrológico e, dessemodo:
• afeta diversos aspetos relacionados com o uso da água para consumo humano e para aprodução de alimentos
• influenciando a saúde humana, os ecossistemas associados e muitos outros aspetosrelativos ao uso e ao aproveitamento dos recursos hídricos.
Os impactes das alterações climáticas nos recursos hídricospodem ser diretos, quando resultam diretamente das alteraçõesclimáticas, ou indiretos, quando resultam de modificações dossistemas económico-social induzidas pelas alterações climáticas(Cunha et al., 2006).
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ObjetivosObjetivosCom base em:• estudos realizados à escala global: Gleick et al., 2001; IPCC, 1990, 1995, 2001 e
2007 e Bates et al., 2008• estudos regionais realizados em diversos países• estudos para Portugal: Nascimento et al., 2004; Nascimento et al., 2005; Cunha et
al., 2006; Oliveira, Novo e Lobo Ferreira, 2007 e Novo, 2007
procurou-se examinar os principais efeitos que seria expectável vir a observar para acomponente da qualidade das águas subterrâneas face aos cenários esperados para
o clima e os recursos hídricos em particular nas áreas dos EcossistemasDependentes de Águas Subterrâneas
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Introdução ACs e ciclohidrológico
ACs e águassubterrâneas
MetodologiaEDAS
AplicaçãoResultados econclusões
ObjetivosObjetivosCom base em:• estudos realizados à escala global: Gleick et al., 2001; IPCC, 1990, 1995, 2001 e
2007 e Bates et al., 2008• estudos regionais realizados em diversos países• estudos para Portugal: Nascimento et al., 2004; Nascimento et al., 2005; Cunha et
al., 2006; Oliveira, Novo e Lobo Ferreira, 2007 e Novo, 2007
procurou-se examinar os principais efeitos que seria expectável vir a observar para acomponente da qualidade das águas subterrâneas face aos cenários esperados para
o clima e os recursos hídricos em particular nas áreas dos EcossistemasDependentes de Águas Subterrâneas
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Pese embora todas as incertezasincertezas associadas:•aos modelos de previsão do clima,•aos modelos globais de circulação,•aos dados e modelos hidrológicos,•às incertezas resultantes das diferentes escalas de análise e•ao impacte que essas alterações poderão ter …
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Introdução ACs e ciclohidrológico
ACs e águassubterrâneas
MetodologiaEDAS
AplicaçãoResultados econclusões
SabeSabe--sese que:
O aumento das emissões resultantes das atividades humanas, induz oaumento das concentrações atmosféricas em gases com efeito de estufa,tais como: dióxido de carbono; metano; clorofluorocarbonetos e óxidonítrico.
Esse aumento resulta num aumento da temperatura à superfície da Terra
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Introdução ACs e ciclohidrológico
ACs e águassubterrâneas
MetodologiaEDAS
AplicaçãoResultados econclusões
IPCC, 2007
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Com base em observações efectuadas ao longo de várias décadas, Gleick et al. (2001) eBates et al. (2008) sintetizam o conjunto principal dos efeitos das alterações climáticas(expresso através dos elementos precipitação, temperatura eevaporação/evapotranspiração) no ciclo hidrológico da seguinte forma:
• aumento global da média de precipitação, de evaporação e de evapotranspiração;• aumento da temperatura global e regional;• aumento da humidade atmosférica;• alterações nos padrões de precipitação (e neve), nomeadamente frequência,
intensidade e extremos;• redução da cobertura de gelo e intensificação do degelo em épocas diferentes;• elevação do nível médio da água do mar.
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Introdução ACs e ciclohidrológico
ACs e águassubterrâneas
MetodologiaEDAS
AplicaçãoResultados econclusões
Com base em observações efectuadas ao longo de várias décadas, Gleick et al. (2001) eBates et al. (2008) sintetizam o conjunto principal dos efeitos das alterações climáticas(expresso através dos elementos precipitação, temperatura eevaporação/evapotranspiração) no ciclo hidrológico da seguinte forma:
• aumento global da média de precipitação, de evaporação e de evapotranspiração;• aumento da temperatura global e regional;• aumento da humidade atmosférica;• alterações nos padrões de precipitação (e neve), nomeadamente frequência,
intensidade e extremos;• redução da cobertura de gelo e intensificação do degelo em épocas diferentes;• elevação do nível médio da água do mar.
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As potenciais implicações directas que as alterações climáticas terão na quantidade equalidade dos recursos hídricos subterrâneos advêm das variações esperadas para o climaem termos de:
temperatura, precipitação e evapotranspiração
O período e intensidade dos escoamentos, a recarga das águas subterrâneas, a humidadedo solo e as reservas, são os factores que, no seu conjunto, irão interferir com a capacidadeda bacia hidrográfica para reter poluentes ou, pelo contrário, empolar diversas formas depoluição degradando a qualidade das águas subterrâneas
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Introdução ACs e ciclohidrológico
ACs e águassubterrâneas
MetodologiaEDAS
AplicaçãoResultados econclusões
As potenciais implicações directas que as alterações climáticas terão na quantidade equalidade dos recursos hídricos subterrâneos advêm das variações esperadas para o climaem termos de:
temperatura, precipitação e evapotranspiração
O período e intensidade dos escoamentos, a recarga das águas subterrâneas, a humidadedo solo e as reservas, são os factores que, no seu conjunto, irão interferir com a capacidadeda bacia hidrográfica para reter poluentes ou, pelo contrário, empolar diversas formas depoluição degradando a qualidade das águas subterrâneas
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GESTÃOINTEGRADA E
SUSTENTÁVEL DAQUALIDADE DAS
ÁGUASSUBTERRÂNEAS EM
PORTUGALContributos para um
Bom estado em2015
Leitão, 2010
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Introdução ACs e ciclohidrológico
ACs e águassubterrâneas
MetodologiaEDAS
AplicaçãoResultados econclusões
GESTÃOINTEGRADA E
SUSTENTÁVEL DAQUALIDADE DAS
ÁGUASSUBTERRÂNEAS EM
PORTUGALContributos para um
Bom estado em2015
Leitão, 2010
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Em síntese:Em síntese:
Redução do volume de recarga de aquíferos (P e ETP);
Rebaixamento dos níveis piezométricos (R e EV);
Redução das áreas húmidas (P, ETP, menores descargas);
Aumento das áreas de aquíferos costeiros sujeitos a intrusão marinha(nmm);
Agravamento dos problemas de qualidade da água (cheias, erosão,nomeadamente de solos agrícolas poluídos, e redução do escoamentonos meses de Verão);
Maior risco de salinização dos solos (aumento das necessidades de águapara irrigação; maior evapotranspiração, com possibilidade de lixiviaçãoposterior de sais para as águas subterrâneas).
VARIABILIDADE CLIMÁTICA, RECURSOS HÍDRICOS SUBTERRÂNEOS E ECOSSISTEMAS DEPENDENTESVARIABILIDADE CLIMÁTICA, RECURSOS HÍDRICOS SUBTERRÂNEOS E ECOSSISTEMAS DEPENDENTESDE ÁGUAS SUBTERRÂNEASDE ÁGUAS SUBTERRÂNEAS
Introdução ACs e ciclohidrológico
ACs e águassubterrâneas
MetodologiaEDAS
AplicaçãoResultados econclusões
Em síntese:Em síntese:
Redução do volume de recarga de aquíferos (P e ETP);
Rebaixamento dos níveis piezométricos (R e EV);
Redução das áreas húmidas (P, ETP, menores descargas);
Aumento das áreas de aquíferos costeiros sujeitos a intrusão marinha(nmm);
Agravamento dos problemas de qualidade da água (cheias, erosão,nomeadamente de solos agrícolas poluídos, e redução do escoamentonos meses de Verão);
Maior risco de salinização dos solos (aumento das necessidades de águapara irrigação; maior evapotranspiração, com possibilidade de lixiviaçãoposterior de sais para as águas subterrâneas).
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A metodologia de análise dos impactos das alterações climáticas sobre as EDAS tem como base aapresentada por Oliveira et al. (2012), aplicada ao sistema aquífero de Monforte – Alter do Chãopara os cenário climáticos de 2050 e 2080.
Tem como objetivo:> Avaliar a variação da recarga por área nos cenários futuros> Determinar a variação das áreas em que o nível piezométrico é superficial
Consiste na:> Modificação das séries climatológicas
Precipitação Temperatura Evapotranspiração
> Determinação da recarga atual e em cenários
> Aplicação ao modelo MODFLOW
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Introdução ACs e ciclohidrológico
ACs e águassubterrâneas
MetodologiaEDAS
AplicaçãoResultados econclusões
A metodologia de análise dos impactos das alterações climáticas sobre as EDAS tem como base aapresentada por Oliveira et al. (2012), aplicada ao sistema aquífero de Monforte – Alter do Chãopara os cenário climáticos de 2050 e 2080.
Tem como objetivo:> Avaliar a variação da recarga por área nos cenários futuros> Determinar a variação das áreas em que o nível piezométrico é superficial
Consiste na:> Modificação das séries climatológicas
Precipitação Temperatura Evapotranspiração
> Determinação da recarga atual e em cenários
> Aplicação ao modelo MODFLOWVariabilidade Climática, Recursos Hídricos Subterrâneos e
Ecossistemas Dependentes de Águas Subterrâneas LNEC | 11
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Modificação das séries climatológicasCenário de emissões considerado: A1B, que corresponde a um cenário de crescimento económico global rápido,e equilíbrio entre diferentes tipos de fontes energéticas – onde se esperam alterações de precipitação etemperatura de acordo com a estação do ano.
Introdução ACs e ciclohidrológico
ACs e águassubterrâneas
MetodologiaEDAS
AplicaçãoResultados econclusões
Modelo climático Modelo SMHIRCA _ECHAM5 Média dos modelos ENSEMBLES
Horizonte 2080Inverno: -4,7%; Primavera: -37,5%;
Verão: -61%; Outono: -24,6%Inverno: +2%; Primavera: -33%;
Verão: -51%; Outono: -27%
Horizonte 2050Inverno: +4%; Primavera: -15%;Verão: -26,8%; Outono: -22,6%
Inverno: +12%; Primavera: -11%;Verão: -29%; Outono: -15%
Taxas de variação da precipitaçãopara o cenário climático A1B
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Horizonte 2050Inverno: +4%; Primavera: -15%;Verão: -26,8%; Outono: -22,6%
Inverno: +12%; Primavera: -11%;Verão: -29%; Outono: -15%
Modelo climático Modelo SMHIRCA _ECHAM5 Média dos modelos ENSEMBLES
Horizonte2080
Máxima mensalInverno: +2,1ºC; Primavera: +3,1ºC;
Verão: +6,7ºC; Outono: +4,1ºC
Inverno: +2,7ºC; Primavera: +3,6ºC;
Verão: +5,8ºC; Outono: +4,3ºC
Mínima mensalInverno: +1,9ºC; Primavera: +1,9ºC;
Verão: +3,2ºC; Outono: +3ºC
Inverno: +2,4ºC; Primavera: +2,6ºC;
Verão: +3,4ºC; Outono: +3,3ºC
Horizonte2050
Máxima mensalInverno: +0,8ºC; Primavera: +0,8ºC;
Verão: +2,6ºC; Outono: +1,6ºC
Inverno: +1,5ºC; Primavera: +1,6ºC;
Verão: +2,5ºC; Outono: = +2,0ºC
Mínima mensalInverno: +0,7ºC; Primavera: +0,4ºC;
Verão: +1,2ºC; Outono: +1,1ºC
Inverno: +1,2ºC; Primavera: +1,2ºC;
Verão: +1,4ºC; Outono: +1,5ºC
Taxas de variação das temperaturaspara o cenário climático A1B
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Modificação das séries climatológicas (cont.)
Séries de precipitação:> A alteração das séries de precipitação considerou duas metodologias:
(1) Variação constante, por estação do ano – cada evento de precipitação é afetado de uma taxa de variaçãonegativa constante correspondente à estação do ano a que pertence. Assim, para cada ano, são aplicadas 4taxas distintas de variação.
(2) Variação removendo os eventos menores de precipitação, por estação do ano – usa-se uma taxa devariação constante por estação do ano para os 30 anos da série, eliminando-se os eventos menores deprecipitação no caso em que as taxas de variação assinalam uma redução da precipitação.
Introdução ACs e ciclohidrológico
ACs e águassubterrâneas
MetodologiaEDAS
AplicaçãoResultados econclusões
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Modificação das séries climatológicas (cont.)
Séries de precipitação:> A alteração das séries de precipitação considerou duas metodologias:
(1) Variação constante, por estação do ano – cada evento de precipitação é afetado de uma taxa de variaçãonegativa constante correspondente à estação do ano a que pertence. Assim, para cada ano, são aplicadas 4taxas distintas de variação.
(2) Variação removendo os eventos menores de precipitação, por estação do ano – usa-se uma taxa devariação constante por estação do ano para os 30 anos da série, eliminando-se os eventos menores deprecipitação no caso em que as taxas de variação assinalam uma redução da precipitação.
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Modificação das séries climatológicas (cont.)
Séries de temperatura (Tmax e Tmin): modificadas através do método da variação constante por estação doano, onde cada temperatura é somada ao valor da variação média correspondente à estação do ano a quepertence (as projeções indicam sempre subidas das temperaturas).
Séries de evapotranspiração: cálculo em função das séries de temperatura (Tmax e Tmin) modificadas. Umavez que até à data não têm sido publicados resultados relativamente às previsões de alteração da velocidade dovento e da insolação, estas variáveis são congeladas não se estipulando taxas de variação.
Considerou-se que as variáveis do meio se mantêm constantes, isto é, mantém-se oconjunto de séries paramétricas da associação solo/ocupação do solo, como na corridapara o cenário de referência atual no período de 1979-2009.
Introdução ACs e ciclohidrológico
ACs e águassubterrâneas
MetodologiaEDAS
AplicaçãoResultados econclusões
Corrida do modelo de balanço hídrico sequencial diário BALSEQ_MOD
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Modificação das séries climatológicas (cont.)
Séries de temperatura (Tmax e Tmin): modificadas através do método da variação constante por estação doano, onde cada temperatura é somada ao valor da variação média correspondente à estação do ano a quepertence (as projeções indicam sempre subidas das temperaturas).
Séries de evapotranspiração: cálculo em função das séries de temperatura (Tmax e Tmin) modificadas. Umavez que até à data não têm sido publicados resultados relativamente às previsões de alteração da velocidade dovento e da insolação, estas variáveis são congeladas não se estipulando taxas de variação.
Considerou-se que as variáveis do meio se mantêm constantes, isto é, mantém-se oconjunto de séries paramétricas da associação solo/ocupação do solo, como na corridapara o cenário de referência atual no período de 1979-2009.
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Modelo MODFLOW
Procedeu-se à corrida do modelo de diferenças finitas apresentado em Lobo Ferreira et al. (2012) obtendo-se4 cenários em conjunto com a situação de referência
Determinou-se a profundidade ao nível piezométrico através do modelo digital do terreno Divisão da distribuição espacial da profundidade ao nível piezométrico por três classes de análise
fundamentais:• Zonas húmidas (NP < 0 m)• Zonas de nível próximo da superfície (0 m < NP < 1 m)• Restantes áreas (NP > 1 m)
(1) método de variação constante daprecipitação por estação do ano
(2) método de variação removendo oseventos menores de precipitaçãopor estação do ano
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Introdução ACs e ciclohidrológico
ACs e águassubterrâneas
MetodologiaEDAS
AplicaçãoResultados econclusões
Modelo MODFLOW
Procedeu-se à corrida do modelo de diferenças finitas apresentado em Lobo Ferreira et al. (2012) obtendo-se4 cenários em conjunto com a situação de referência
Determinou-se a profundidade ao nível piezométrico através do modelo digital do terreno Divisão da distribuição espacial da profundidade ao nível piezométrico por três classes de análise
fundamentais:• Zonas húmidas (NP < 0 m)• Zonas de nível próximo da superfície (0 m < NP < 1 m)• Restantes áreas (NP > 1 m)
Recarga 2050 (1)Recarga 2050 (1)
Recarga 2050 (2)Recarga 2050 (2)
Recarga 2080 (1)Recarga 2080 (1)
Recarga 2080 (2)Recarga 2080 (2)
NP 2050 (1)NP 2050 (1)
NP 2050 (2)NP 2050 (2)
NP 2080 (1)NP 2080 (1)
NP 2080 (2)NP 2080 (2)
(1) método de variação constante daprecipitação por estação do ano
(2) método de variação removendo oseventos menores de precipitaçãopor estação do ano
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Cenário Método Percentagem darecarga atual
2050 (1) 83%(2) 88%
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Relação entre a recarga do cenário e a recarga atual
Introdução ACs e ciclohidrológico
ACs e águassubterrâneas
MetodologiaEDAS
AplicaçãoResultados econclusões
2050 (2) 88%
2080 (1) 66%(2) 74%
(1) método de variaçãoconstante da precipitaçãopor estação do ano
(2) método de variaçãoremovendo os eventosmenores de precipitaçãopor estação do ano
2050 (1) 2050 (2)
2080 (1) 2080 (2)
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Profundidade do nível piezométrico para o cenário de 2050
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Introdução ACs e ciclohidrológico
ACs e águassubterrâneas
MetodologiaEDAS
AplicaçãoResultados econclusões
(atual) (variação constante) (remoção de eventos menores)
CenárioÁrea (km2)
Área total (km2)(NP < 0 m) (0 m< NP < 1 m) (NP > 1 m)
Atual 0,1475 0,2038 97,5081
97,85942050 (removendo os eventos menores deprecipitação por estação do ano) 0,0550 0,2175 97,5868
2050 (variação constante por estação do ano) 0,0775 0,2119 97,5700
LegendaProfundidade ao nível piezométrico (m)
Zona húmida
0 - 1
1 - 2
2 - 4
4 - 8
8 - 16
16 - 32
> 32
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Profundidade do nível piezométrico para o cenário de 2080
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Introdução ACs e ciclohidrológico
ACs e águassubterrâneas
MetodologiaEDAS
AplicaçãoResultados econclusões
LegendaProfundidade ao nível piezométrico (m)
Zona húmida
0 - 1
1 - 2
2 - 4
4 - 8
8 - 16
16 - 32
> 32
(atual) (variação constante) (remoção de eventos menores)
CenárioÁrea (km2) Área total
(km2)(NP < 0 m) (0 m< NP < 1 m) (NP > 1 m)
Atual 0,1475 0,2038 97,5081
97,85942080 (removendo os eventos menores de
precipitação por estação do ano) 0,0162 0,1675 97,6750
2080 (variação constante por estação do ano) 0,0256 0,1900 97,6436
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CenárioÁrea (km2)
Área total (km2)(NP < 0 m) (0 m< NP < 1 m) (NP > 1 m)
Atual 0,1475 0,2038 97,5081
97,8594
2050 (removendo os eventos menores de precipitação por estaçãodo ano) 0,0550 0,2175 97,5868
2050 (variação constante por estação do ano) 0,0775 0,2119 97,5700
2080 (removendo os eventos menores de precipitação por estaçãodo ano) 0,0162 0,1675 97,6750
2080 (variação constante por estação do ano) 0,0256 0,1900 97,6436
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Introdução ACs e ciclohidrológico
ACs e águassubterrâneas
MetodologiaEDAS
AplicaçãoResultados econclusões
Conclusões:Conclusões: Diminuição generalizada da recarga e consequente rebaixamento do nível piezométrico.
Os resultados obtidos variam consoante o método de correção da série de precipitação em cenários dealterações climáticas:
• Método de variação removendo os eventos menores de precipitação por estação do ano - perda de63% para 2050 e 89% para 2080 da área de zonas húmidas (NP < 0 m) e num ganho de 4% para 2050 eperda de 7% para 2080 de área na zona de nível próximo da superfície (0 m < NP < 1 m).
• Método variação constante por estação do ano - perda de 47% em 2050 e 83% em 2080 para zonashúmidas (NP < 0 m) contrabalançado com aumento em 7% em 2050 e perda de 18% em 2080 da área parazonas de nível de água mais próximo da superfície (0 m < NP < 1 m).
2080 (variação constante por estação do ano) 0,0256 0,1900 97,6436
Variabilidade Climática, Recursos Hídricos Subterrâneos eEcossistemas Dependentes de Águas Subterrâneas LNEC | 19