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.
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1
I.0
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
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
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
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 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
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.
Padrão de tempo seco em cada mês
Figura A I-12: Padrão diario de tempo seco em cada mês (Abordagem II).
Figura A I-12: Padrão diario de tempo seco em cada mês (Abordagem II).