Uso eficiente da água no contexto das alterações climáticas

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Tiago Filipe de Sousa Pereira

Uso Eficiente da Água no

Contexto das Alterações Climáticas

Tiago Filipe de Sousa Pereira

Uso Eficiente da Água no Conte

xto das Alter

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novembro de 2015

Dissertação de Mestrado

Ciclo de Estudos Integrados Conducentes ao

Grau de Mestre em Engenharia Civil

Trabalho efectuado sob a orientação do

Professor Doutor Naim Haie

e coorientação do

Professor Doutor Rui Miguel Soares Pereira

Tiago Filipe de Sousa Pereira

Uso Eficiente da Água no

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AGRADECIMENTOS

A escrita de uma dissertação é o culminar de anos de trabalho. Apesar de esta ser um trabalho individual, ela não é possível de realizar sem o apoio de várias pessoas, às quais não posso deixar de agradecer:

• Ao Professor Doutor Naim Haie pela disponibilidade, conselhos e críticas que

transmitiu ao longo da realização desta dissertação;

• Ao Professor Doutor Rui Miguel Soares Pereira, pela preocupação e

disponibilidade demonstradas para me ajudar na parte informática do trabalho;

• A todos os amigos que fiz nesta Universidade, pelo apoio e horas intermináveis de

estudo e riso, pois foram fundamentais para eu chegar até aqui;

• Aos meus amigos mais chegados, que me apoiaram e incentivaram ao longo deste

tempo;

• À minha família por todo o apoio que me deu ao longo destes anos de estudo e

pelo esforço que fizeram para me oferecerem a oportunidade de estudar nesta grande instituição.

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RESUMO

Ao longo dos anos as alterações climáticas têm sido prejudiciais para o ambiente. A revolução industrial causou um aumento na emissão de gases, o que implicou um aumento drástico nas alterações climáticas, originando um grande impacte nos recursos de água. Devido a isto, as necessidades de água são cada vez maiores, pelo que é fundamental que esta seja utilizada de forma eficiente e racional.

Para avaliar a eficiência da água, existem três indicadores de eficiência compostos, Micro, Meso e Macro eficiências, que permitem avaliar a eficiência do uso da água num Sistema de Uso de Água (SUA), em função da entrada e da saída total de água. Estes indicadores avaliam todos os fluxos de água do sistema e aplicam o Critério da Utilidade, que tem em consideração a qualidade e o uso benéfico da água, oferecendo uma avaliação mais completa da eficiência.

Utilizando estes indicadores e adaptando a este caso uma ferramenta de cálculo já existente e desenvolvida em Visual Basic do Excel, será avaliada a Meso eficiência no concelho de Castelo de Paiva, pertencente à sub-bacia de Paiva, bacia hidrográfica do Douro. Esta ferramenta ajudará a calcular a eficiência para o caso em estudo e irá gerar uma componente gráfica, que permitirá uma melhor interpretação e comparação dos resultados.

Palavras-chave:

Alterações Climáticas, Eficiência, Sistema de Uso de Água, Critério de Utilidade, Meso Eficiência.

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ABSTRACT

Over the years climate change have been detrimental to the environment. The industrial revolution caused an increase in greenhouse gas emissions, which led to a dramatic increase in climate change, causing a major impact on water resources. Because of this, water needs are increasing, so it is essential that it is used efficiently and rationally.

To evaluate the water efficiency, there are three composite efficiency indicators, Micro, Meso and Macro efficiencies, for assessing the efficiency of water use in water use system (WUS), depending on the water total inflow and total outflow. These indicators evaluate all system water flows and apply the Usefulness Criterion, which takes into account the quality and beneficial use of water, offering a more complete assessment of efficiency.

Using these indicators and adjusting to this case an existing calculation tool developed in Visual Basic, Excel, the Meso efficiency will be evaluated in the Castelo de Paiva County, which belongs to Paiva sub-basin, catchment area of Douro. This tool will help calculate the efficiency for this case study and will generate a graphical component, which will allow better interpretation and comparison of results.

Key Words

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Índice

1. INTRODUÇÃO ... 1

1.1 Enquadramento Geral ... 1

1.2 Objetivos ... 3

1.3 Estrutura do Trabalho Realizado ... 3

2. ESTADO DA ARTE... 5

2.1 Enquadramento Legislativo... 5

2.1.1 DQA ... 5

2.1.2 Lei da Água em Portugal ... 6

2.1.3 Plano Nacional da Água... 7

2.1.4 CLE ... 8

2.2 Alterações Climáticas ... 9

2.3 IPCC ... 11

2.4 Uso e Disponibilidade da Água ... 12

2.5 Eficiência no Uso da Água ... 15

2.5.1 PNUEA ... 16

2.5.2 Indicadores de Eficiência ... 19

3. METODOLOGIA ... 21

3.1 Sistema de Uso de Água... 21

3.1.1 Caraterísticas dos Indicadores... 23

3.1.2 Micro, Meso e Macro Eficiências ... 25

3.2 Paradoxo Consumo de Água ... 26

3.3 Programa de Cálculo em VBA no Excel ... 28

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Página x Dissertação de Tiago Pereira – Novembro 2015 3.3.2 Utilização do Programa... 32 4. CASO DE ESTUDO ... 37 4.1 Área de Estudo ... 37 4.2 Definição de SUA ... 37 4.3 Tratamento de Dados ... 39 4.3.1 VA ... 40 4.3.2 PP ... 41 4.3.3 OS ... 41 4.3.4 ET ... 41 4.3.5 RPAA ... 41 4.3.6 NR ... 42 4.3.7 RPSB ... 45 4.3.8 RF ... 46

4.3.9 Dados Finais a Utilizar... 46

4.4 Cálculo da Eficiência ... 48

5. CONCLUSÕES ... 51

5.1 Principais conclusões ... 51

5.2 Trabalhos futuros... 51

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 53

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Índice de Figuras

Figura 1 - Água doce disponível para uso humano (Fry, 2005) ... 12

Figura 2 - Stress Hídrico da água doce no planeta (Fry,2005) ... 13

Figura 3 - Distribuição do uso da água doce no mundo (UNWater, 2014b) ... 14

Figura 4 - Procura relativa de água por setor em Portugal (PNUEA, 2012) ... 15

Figura 5 - Diagrama de um SUA ... 22

Figura 6 - Botão de execução do programa ... 29

Figura 7 - Interface principal do programa ... 29

Figura 8 - Campos para introdução de dados das várias variáveis ... 30

Figura 9 - Legenda das variáveis ... 30

Figura 10 - Botões para selecionar número de anos os sistemas em estudo ... 31

Figura 11 - Campo de resultados ... 31

Figura 12 - Botão para gerar parte gráfica ... 31

Figura 13 - Interface gráfica do programa ... 32

Figura 14 - Exemplo de base de dados ... 33

Figura 15 - Exemplo de cálculo de eficiência para vários anos ... 34

Figura 16 - Separador "Results" ... 34

Figura 17 - Componente gráfica gerada pelo programa ... 35

Figura 18 - Esquema do SUA para avaliação da MesoE ... 38

Figura 19 - Esquema do SUA em análise ... 38

Figura 20 - Esquema geral do SUA em estudo ... 39

Figura 21 - Delimitação da área em estudo ... 40

Figura 22 - Distribuição de água para uso urbano ... 43

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Página xii Dissertação de Tiago Pereira – Novembro 2015

Figura 24 - Estrutura do consumo comercial de água estimada ... 44 Figura 25 - Gráfico dos resultados obtidos para i=1 ... 49 Figura 26 - Gráfico dos resultados obtidos para c=1 ... 50

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Índice de Tabelas

Tabela 1 – Definição de variáveis que constituem o SUA ... 22

Tabela 2 - Valores finais das variáveis a usar no cálculo da eficiência ... 46

Tabela 3 - Resultados finais do cálculo da eficiência em percentagem ... 48

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Página xiv Dissertação de Tiago Pereira – Novembro 2015

Lista de Abreviações

AEA – Agência Europeia do Ambiente APA – Agência Portuguesa do Ambiente AdDP – Águas do Douro e Paiva

“c” – Saída de água do sistema C – Consumo

CE – Consumo Efetivo (Effective Consumption) CLE – Convenção Luso-Espanhola

DQA – Diretiva Quadro da Água EC – Eficiência Clássica

EE – Eficiência Efetiva

ET – Evapotranspiração Total (Total Evapotranspiration) ETA – Estação de Tratamento de Água

ETAR – Estação de Tratamento de Águas Residuais “i” – Entrada de água no sistema

IPCC – Intergovernmental Panel on Climate Change MicroE – Micro Eficiência

MesoE – Meso Eficiência MacroE – Macro Eficiência

NR – Consumo de água Não Reutilizável (Non-Reusable water consumption) OS –Água de Outras Fontes (Water from Other Sources)

PNA – Plano Nacional da Água

PNUEA – Programa Nacional para o Uso Eficiente da Água PP – Precipitação Total (Total Precipitation)

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RF – Fluxos de Retorno (Return Flow) RP – Retorno Potencial (Potential Return)

RPAA – Perdas de Água de Abastecimento

RPSB – Perdas de Água de Saneamento Básico

SUA – Sistema de Uso de Água

UC – Consumo Útil (Useful Consumption) UNWater – United Nations Water

VA – Água captada da fonte principal (Abstracted/applied water from the main source) VBA – Visual Basic for Applications

VD – Volume de água a jusante após RF na fonte principal (Volume of water Downstream after RF in the main source)

VU – Volume de água a montante antes da captação na fonte principal (Volume of water Upstream before abstraction in the main source)

V1 – Volume of water at Section 1 (VU ou VA) V2 – Volume of water at Section 2 (VD ou RF) Wb - Peso Benéfico (Beneficial Weight)

WSI - Índice de Stress Hídrico (Water Stress Index) Wq - Peso de Qualidade (Quality Weight)

WUS - Water Use System WWC - World Water Council

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1. INTRODUÇÃO

1.1 Enquadramento Geral

As alterações climáticas e as suas implicações são um assunto fundamental na atualidade. Ao longo dos anos as alterações climáticas têm sido prejudiciais para o ambiente. A revolução industrial causou um aumento na emissão de gases, o que implicou um aumento drástico nas alterações climáticas, originando um grande impacte nos recursos de água (Milano et al., 2013).

A água é um recurso fundamental, não só para o ser humano, mas para todos os seres vivos do nosso planeta. Esta é um recurso finito e indispensável para a nossa sobrevivência e, como tal, devemos tentar usá-la da forma mais eficiente possível.

Para além da necessidade óbvia da água por parte do ser humano, esta também é importante para o desenvolvimento económico de qualquer país. No entanto, existe um elevado desperdício de água nos vários setores da sociedade, tais como a agricultura, os meios urbanos e a indústria.

Tendo em conta estes fenómenos devemos procurar um uso eficiente da água, quer nas zonas de maior abundância de água, pois pode haver desperdício de água, quer nas zonas de maior seca, pois é necessário garantir uma quantidade mínima de água para que as necessidades básicas sejam satisfeitas. Um uso eficiente de água tornaria mais fácil de controlar os custos da mesma, evitando gastos desnecessários.

Para analisar e obter um uso eficiente da água temos de utilizar métodos que nos permitam determinar esta eficiência, para sabermos os aspetos que devemos melhorar.

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Pág. 2 Dissertação de Tiago Pereira – Universidade do Minho – Novembro 2015

Em Portugal, a primeira versão do Programa Nacional do Uso Eficiente da Água (PNUEA) definiu a eficiência de utilização da água como a percentagem de consumo útil da água em relação à sua procura efetiva (PNUEA,2012).

A nível mais geral temos outros tipos de indicadores de eficiência. O indicador de eficiência que tem sido utilizado em todo o mundo, desde há muitas décadas até aos dias de hoje, é a Eficiência Clássica (EC). Contudo este indicador tem problemas, pois a aplicação da Eficiência Clássica pode, por vezes, não permitir atingir a água que é necessária estar disponível para os consumidores que se encontram a jusante (Haie e Keller, 2012).

Para tentar superar estes problemas, foi proposto outro indicador de eficiência, a Eficiência Efetiva (EE). Apesar de esta eficiência ser muito mais completa que a Eficiência Clássica, esta formulação é incompleta, pois não se baseia em princípios sólidos e formulações científicas, e não tem em consideração todos os fluxos de água que influenciam um Sistema de Uso de Água (Haie e Keller, 2012).

Para resolver este problema foram desenvolvidos indicadores de eficiência compostos, nomeadamente a Micro, Meso e Macro eficiências, que contrariamente às eficiências anteriores, têm em conta o balanço hídrico num sistema de água, ou seja, consideram todos os fluxos de água presente num Sistema de Uso de Água (Haie e Keller, 2012).

Estes indicadores permitem fazer uma análise em três níveis, tendo em conta as diferentes escalas de ação. Cada indicador pode ser usado em situações mais específicas, como bacias (Macro eficiência), cidades, etc. Estes têm diferentes níveis de importância, sendo que a Micro eficiência tem mais interesse para cada utilizador, enquanto a Macro eficiência pode ser mais importante para associações ou instituições que supervisionam grandes rios ou bacias hidrográficas (Haie e Keller, 2012).

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1.2 Objetivos

Durante a presente dissertação, pretende-se analisar a eficiência do uso da água relativamente ao abastecimento de água e ao saneamento básico do concelho de Castelo de Paiva, no seu nível Meso.

Esta análise terá em conta os atributos benefício e qualidade, para que seja possível calcular a eficiência numa perspetiva de sustentabilidade.

Será otimizada uma ferramenta de cálculo existente em Visual Basic do Excel, realizada pelo aluno Emanuel Martins, em 2012.Esta ferramenta de cálculo, permite que através da introdução dos dados necessários para o nosso caso de estudo, seja avaliada a eficiência do uso da água, tendo em conta os indicadores de eficiência compostos descritos anteriormente.

1.3 Estrutura do Trabalho Realizado

No Capítulo 1 é realizado o enquadramento geral da tese, são apresentados os objetivos e a organização do trabalho desenvolvido.

No Capítulo 2 é realizado o enquadramento teórico da dissertação. Neste é feito uma revisão bibliográfica sobre a legislação existente, o contexto das alterações climáticas e sobre os vários indicadores de eficiência considerados ao longo do tempo. É também realizada uma pequena pesquisa acerca da disponibilidade e uso eficiente da água, quer a nível nacional, quer a nível mundial.

No Capítulo 3 é descrita a metodologia a utilizar nesta dissertação. Para perceber a metodologia utilizada, são descritos todos os indicadores de eficiência a ter em conta, bem como as suas características. São descritos os três tipos de eficiência que podemos calcular e quais os seus usos mais comuns. Existe também um subcapítulo dedicado a distinguir os termos “uso” e “consumo”, noções que são importantes no cálculo da eficiência. Por fim é

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feita uma descrição geral do programa de cálculo a utilizar, na qual são explicadas as interfaces do programa e o seu funcionamento.

No Capítulo 4 é descrito o caso de estudo. Primeiro é feita uma descrição da área de estudo e definido o SUA para este caso. De seguida é feito o tratamento dos dados que devem ser tidos em conta no cálculo da eficiência, sendo depois calculada a eficiência para este caso de estudo.

No Capítulo 5 é feita uma análise dos resultados obtidos, sendo retiradas algumas conclusões. São também sugeridas algumas ideias de trabalhos futuros.

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2. ESTADO DA ARTE

2.1 Enquadramento Legislativo

Neste subcapítulo serão abordadas várias legislações existentes, que estão relacionadas com a água e que se consideram relevantes para o tema desta dissertação.

2.1.1 DQA

A Diretiva Quadro da Água (DQA) surgiu no ano 2000 (Diretiva 2000/60/CE), e é o principal instrumento da política da União Europeia relativa à água.

O principal objetivo desta diretiva é estabelecer um quadro de ação comunitária para a proteção das águas de superfície interiores, das águas costeiras, das águas de transição e das águas subterrâneas que:

• Previna a deterioração, proteja e melhore o estado dos ecossistemas aquáticos, e

também dos ecossistemas terrestres e zonas húmidas diretamente dependentes dos ecossistemas aquáticos, no que respeita às suas necessidades em água;

• Promova a utilização sustentável das águas com base na proteção a longo prazo dos

recursos hídricos disponíveis;

• Vise o reforço da proteção e a melhoria do ambiente aquático, em particular através

de medidas para a redução progressiva e eliminação das descargas, emissões e

perdas de substâncias prioritárias e substâncias prioritárias perigosas

respetivamente;

• Assegure a redução progressiva da poluição das águas subterrâneas; e

• Contribua para mitigar os efeitos das inundações e secas.

Com estas medidas procura-se obter equilíbrio entre as captações e as recargas das massas de água.

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Pretende-se melhorar a qualidade das águas de superfície e águas subterrâneas, tentando obter um bom potencial ecológico para as águas de superfície, bem como reduzir gradualmente a poluição das águas subterrâneas, principalmente a poluição humana.

Em suma, esta diretiva procura aplicar medidas que contribuam para que haja água em quantidade e qualidade suficientes para uma utilização equitativa, equilibrada e

sustentável.

2.1.2 Lei da Água em Portugal

A Lei da Água em Portugal (Lei n.º58/2005) surgiu da transposição da DQA (Diretiva 2000/60/CE), que estabelece as bases e o quadro institucional para a gestão sustentável das águas.

Tal como a DQA, esta lei promove uma utilização sustentável da água, procurando mitigar os efeitos das inundações e secas e tentando assegurar que haja um fornecimento suficiente da água superficial e subterrânea de boa qualidade.

Para além destes princípios gerais, a Lei da Água em Portugal defende que a gestão da água deve observar os seguintes princípios:

• Princípio do valor social da água, que consagra o acesso universal à água para as

necessidades humanas básicas, a custo socialmente aceitável, e sem constituir fator de discriminação ou exclusão;

• Princípio da dimensão ambiental da água, segundo o qual se reconhece a

necessidade de um elevado nível de proteção da água, de modo a garantir a sua utilização sustentável;

• Princípio do valor económico, segundo o qual devemos ter uma utilização

economicamente eficiente da água, tendo como base os princípios utilizador-pagador e poluidor-utilizador-pagador;e

• Princípio da prevenção, que nos diz que devemos considerar de forma antecipada

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causas de alteração do ambiente, ou reduzir os seus impactes quando tal não seja possível.

É também definido que a principal unidade de planeamento e gestão das águas é a bacia hidrográfica.

Garantir a aplicação da Lei da Água é da responsabilidade da Autoridade Nacional da Água. Esta deve garantir a monitorização das águas a nível nacional, bem como promover a proteção e o planeamento das mesmas, através da elaboração do Plano Nacional da Água e da aprovação dos planos específicos de gestão de águas e dos planos de gestão de bacias hidrográficas. Esta deve também promover o uso eficiente da água, através da implementação de um programa de medidas preventivas que devem ser aplicáveis em situação normal e medidas imperativas aplicadas em situação de seca.

Esta mesma legislação afirma também que é da competência do Conselho Nacional da Água apreciar e acompanhar a elaboração do Plano Nacional da Água, bem como os planos de gestão de bacia hidrográfica e outros planos que sejam relevantes para as águas, para que haja um uso sustentável das águas nacionais.

2.1.3 Plano Nacional da Água

O Plano Nacional da Água adota as definições constantes da DQA e da Lei da Água, seguindo o enquadramento e os objetivos da Lei da Água.

Este define a estratégia nacional para a gestão integrada da água, estabelecendo as grandes opções da política nacional da água e os princípios e as regras de orientação dessa política, a aplicar pelos planos de gestão de regiões hidrográficas e por outros instrumentos de planeamento das águas.

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2.1.4 CLE

A Convenção Luso-Espanhola é uma convenção sobre Cooperação para a Proteção e o Aproveitamento Sustentável das Águas das Bacias Hidrográficas Luso-Espanholas (Resolução da Assembleia da República n.º66/99).

Esta convenção tem como objetivo definir o “quadro de cooperação” entre Portugal e Espanha para a proteção das águas superficiais e subterrâneas, bem como dos ecossistemas aquáticos e terrestres deles diretamente dependentes. Este quadro trata também do aproveitamento sustentável dos recursos hídricos das bacias hidrográficas dos rios Minho, Lima, Douro, Tejo e Guadiana (Art.3º, Resolução da Assembleia da República n.º66/99).

O principal objetivo é que haja coordenação de ambas as partes em ações de promoção e proteção do bom estado das águas superficiais e subterrâneas das bacias hidrográficas luso-espanholas, em ações que contribuam para mitigar os efeitos de cheias e as situações de seca ou escassez, bem como ações que promovam um aproveitamento sustentável dessas águas (Art.4º, Resolução da Assembleia da República n.º66/99).

Para realizar estes objetivos, foi estabelecido um mecanismo de cooperação que engloba:

• Permuta de informação regular e sistemática sobre as matérias objeto da

convenção, assim como iniciativas internacionais relacionadas com estas;

• Consultas e atividades no âmbito dos órgãos instituídos pela Convenção; e

• Adoção, individual ou conjunta, das medidas técnicas, jurídicas, administrativas ou

outras, necessárias para a aplicação e o desenvolvimento da Convenção.

Esta Convenção procura assim alcançar o bom estado das águas, prevenir a degradação das mesmas, controlar a poluição, e assim, promover a racionalidade e a economia do uso das águas.

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2.2 Alterações Climáticas

As alterações climáticas têm vindo a ser identificadas como uma das maiores ameaças ambientais, sociais e económicas no planeta (Agência Portuguesa do Ambiente, 2014).

Durante o século XX a temperatura média do ar aumentou, globalmente, cerca de 0,6ºC e, na Europa, cerca de 1ºC. A tendência de aquecimento global tem sido tão grande, que 11 dos anos mais quentes de que há registo, aconteceram nos últimos 12 anos (Comissão Europeia, 2014).

A revolução industrial ocorrida no século passado causou um aumento significativo no aumento da emissão de gases de efeito de estufa, o que acelerou as alterações climáticas e, consequentemente, provocou impactes nas águas (Milano et al., 2013).

Devido às alterações climáticas, o clima do planeta está a mudar, e a bacia do Mediterrâneo está entre as regiões onde essa mudança está a ser mais rápida. Essas alterações irão afetar os valores médios de temperatura e precipitação, e, mais importante que isso, irão afetar a frequência e intensidade dos eventos meteorológicos extremos, como ondas de calor ou secas (Agência Portuguesa do Ambiente, 2015).

As alterações climáticas podem provocar elevados impactes ambientais, principalmente a nível de calor, secas, chuvas e cheias extremas (Agência Europeia do Ambiente, 2009).

Se o desenvolvimento socioeconómico continuar a seguir as tendências atuais, espera-se que a temperatura global aumente em cerca de 3ºC até 2050 (IPCC 2007). No Mediterrâneo espera-se que, juntamente com este aumento de temperatura haja uma diminuição de precipitação na ordem dos 30% até 2050, o que aumentaria os períodos de seca e diminuiria a quantidade de água disponível (Milano et al., 2013).

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Este desenvolvimento pode implicar processos demográficos, como crescimento populacional, turismo sazonal e um aumento na urbanização. Para satisfazer as necessidades que um aumento populacional cria, haverá um aumento de processos agrícolas, o que inevitavelmente aumentará a procura e o consumo de água (Milano et al., 2013).

Com todas estas alterações climáticas espera-se que o norte da Europa apresente um clima mais húmido, enquanto o norte apresentará um clima mais quente e seco, o que aumentará a necessidade de água nestas regiões para a agricultura e o turismo (Agência Europeia do Ambiente, 2009).

Para avaliar os impactes ambientais no Mediterrâneo tem-se usado um índice de pressão da água, ou “Water Stress Index” (WSI), que representa o rácio de água utilizada anualmente, em relação à renovação dessas fontes de água. Este parâmetro avalia a intensidade das pressões antropogénicas nos recursos de água disponíveis. Quanto maior for o valor do índice, mais forte é a intensidade provocada por estas pressões (Milano et al., 2013).

A bacia do Mediterrâneo está correntemente sobre grande stress hídrico, tendo muitas zonas em que a procura de água é elevada e a renovação das fontes de água é escassa. Para colmatar a necessidade de água nestas zonas, é necessário recorrer ao uso de águas não convencionais, como por exemplo, a utilização de águas residuais em agricultura de irrigação, e a utilização de águas dessalinizadas para consumo humano (Milano et al., 2013).

Outro dos problemas das alterações climáticas nesta bacia, é que o aumento esperado na temperatura do ar possa provocar um aumento nos valores da evapotranspiração, que combinados com um decréscimo da precipitação, irão provocar uma diminuição na disponibilidade de água doce (Milano et al., 2013).

Devido à elevada probabilidade de ocorrência de seca, torna-se necessário encontrar soluções que assegurem a água necessária para satisfazer as necessidades, tanto a curto

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como a longo prazo. Para evitar os problemas da seca tem sido utilizada em vários países a técnica da dessalinização, em que os países procuram tornar a sua própria água salgada em água para consumo. No entanto, este é um processo dispendioso e que consome muita energia (Agência Europeia do Ambiente, 2009).

É necessário combater os efeitos nefastos provocados pelas alterações climáticas. Uma das formas de o fazer é aumentar a eficiência do transporte de água, das redes de distribuição e dos regadios existentes (Milano et al., 2013).

2.3 IPCC

O Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) é uma instituição reconhecida mundialmente no contexto das alterações climáticas, englobando especialistas em clima de todo o mundo. Existem várias publicações acerca desta matéria, sendo a mais recente a “Fifth Assessment Report: Climate Change 2013”.

Segundo o IPCC (2013) cada uma das últimas três décadas tem sido sucessivamente mais quente do que qualquer outra desde 1850.

A influência humana foi detetada no aquecimento da atmosfera, oceanos, bem como nas mudanças que ocorrem no ciclo da água, reduções de neve e gelo e mudanças em climas extremos. É provável que os problemas causados pelos humanos sejam o motivo dominante do aquecimento global desde meios do século XX (IPCC, 2013).

De acordo com o IPCC (2013) as emissões contínuas de gases de efeito de estufa irão continuar a causar mudanças no clima. As emissões de CO2 são cumulativas, o que implica que os vários problemas gerados pelas alterações climáticas persistam durante muitos anos, mesmo que estas emissões acabem. Ao longo deste século continuará a haver mudanças no ciclo da água, prevendo-se um aumento no contraste da precipitação entre regiões húmidas e áridas, bem como épocas secas e húmidas. Prevê-se também um aumento do nível médio das águas do mar.

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Estas mudanças de clima aumentam a probabilidade de ocorrência de secas e inundações, aumentando também a temperatura da água. O aumento da temperatura pode levar a um aumento da quantidade de bactérias e fungos na água, o que torna fundamental a aplicação de medidas para mitigar ou minimizar estes impactes, de forma a podermos ter um desenvolvimento sustentável no planeta, e, consequentemente, um uso mais sustentável da água (IPCC,2013).

2.4 Uso e Disponibilidade da Água

De acordo com o World Water Council (WWC,2013), a população mundial triplicou no século XX, aumentando em seis vezes o consumo de água dos recursos hídricos renováveis. Espera-se que nos próximos 50 anos a população aumente entre 40 a 50 %.

A situação torna-se ainda mais grave pois apenas cerca de 3% da água existente no planeta é água doce, sendo que destes 3% temos mais de 2,5% de água congelada, concentrada na Antártica, nos árticos e em zonas inacessíveis ao ser humano. Em suma, isto implica que apenas 0,5% da água existente no nosso planeta pode ser efetivamente considerada para satisfazer as necessidades do ser humano. Estes 0,5% estão armazenados em aquíferos subterrâneos, precipitação, lagos naturais, rios e reservatórios, como mostrado na Figura 1.

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A água não é distribuída de forma uniforme por todo o planeta. Esta não está presente onde e quando as pessoas precisam. Os recursos da mesma estão dependentes do clima, das variações sazonais, das cheias e das secas. Isto implica que cerca de 60% da água doce existente no mundo seja distribuída por menos de 10 países (Fry, 2005).

Apesar da situação atual, ainda podem ser tomadas medidas para evitar que haja um agravamento da situação. As pessoas estão mais conscientes que os recursos de água doce disponíveis são limitados e precisam de ser protegidos, quer em termos de quantidade, quer em termos de qualidade. Qualquer que seja o uso da água doce (uso doméstico, agricultura ou indústria), é possível ter uma grande poupança de água, bem como uma boa gestão da mesma (WWC,2013).

Para avaliar esta boa gestão da água analisa-se o “Stress Hídrico”, que é aplicado nas situações em que não há água suficiente para todos os usos, quer sejam domésticos, industriais ou de agricultura. Na Figura 2 avalia-se o “Stress Hídrico” da água doce no planeta, ou seja, a quantidade de água utilizada, tendo em conta a água disponível na natureza (Fry, 2005).

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Segundo o (WWC, 2013) stress hídrico é uma componente importante a avaliar, pois este provoca a deterioração dos recursos hídricos em termos de qualidade e quantidade, como já descrito anteriormente.

O stress hídrico pode ser obtido através de um elevado consumo de água superficial e/ou água subterrânea, bem como poluindo os recursos de água doce ou usando esses recursos de forma ineficiente (Fry, 2005).

Prevê-se que em 2030, 47% da população mundial viva em zonas de elevado stress hídrico. Isto acontecerá pois a maioria do crescimento de população irá ocorrer em países em vias de desenvolvimento, principalmente em regiões que já sofrem de stress hídrico e em que há um acesso limitado a água potável e instalações sanitárias adequadas (UNWater 2014,b).

Segundo a UNWater (2014,b), a nível mundial temos um consumo de água doce na ordem dos 10% para uso doméstico, 20% para as indústrias e 70% para a agricultura, como se pode verificar na Figura 3.

Figura 3 - Distribuição do uso da água doce no mundo (UNWater, 2014b)

A nível nacional a distribuição de água é de 12% para uso urbano, 7% para uso industrial 81% para uso agrícola (PNUEA, 2012).

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Figura 4 - Procura relativa de água por setor em Portugal (PNUEA, 2012)

2.5 Eficiência no Uso da Água

Um dos problemas da atualidade é a ineficiência no uso da água. A água é um recurso fundamental para a sobrevivência de todos os seres vivos, pelo que deve ser usada de forma eficiente e racional. Um uso eficiente de água tornaria também mais fácil controlar os custos da mesma, evitando gastos desnecessários.

Em Portugal existia no início do século XXI uma procura anual de água no território

continental estimada em cerca de 7 500 000 000 m3. Destes 7 500 milhões m3, cerca de

87% da água era consumida pelo setor agrícola, enquanto o setor industrial consumia 5% e o setor urbano os restantes 8%.Contudo a procura de água foi reduzida significativamente

entre 2000 e 2009, passando a procura anual a ser estimada em cerca de 4 199 000 000 m3.

Deste valor, 81% corresponde ao setor agrícola, 12% ao setor urbano e os restantes 7% ao setor industrial. Esta redução deveu-se a diversos fatores, como medidas implementadas por entidades gestoras, uma melhoria no armazenamento, transporte e distribuição de água, entre outros (PNUEA,2012).

No entanto, nem toda a água captada é aproveitada, pois existe uma parcela importante de desperdício, associada a perdas no sistema de armazenamento, transporte e distribuição, bem como uma parcela associada ao uso ineficiente da água para os fins previstos.

(32)

Em Portugal temos grandes desperdícios de água. Para o ano de 2000, existiu um desperdício de 30% no setor industrial, enquanto nos setores agrícola e urbano os desperdícios atingiram cerca de 40% da procura Para o ano de 2009, existiu um desperdício de 22,5% no setor industrial, 25% no setor urbano e 37,5% no setor agrícola. Isto deveu-se a várias medidas implementadas, o que melhorou o uso eficiente da água (PNUEA, 2012).

Esta melhoria verificada comprova que existe uma oportunidade para uma melhoria significativa do consumo da água em todos os setores, o que terá impactos ambientais, sociais e económicos.

2.5.1 PNUEA

Como referido no subcapítulo anterior, em Portugal existe uma elevada ineficiência no uso da água. Para tentar evitar esta situação e promover um uso eficiente da água em Portugal, criou-se um instrumento de política ambiental, o Programa Nacional para o Uso Eficiente da Água (PNUEA).

Este plano é um instrumento de política ambiental, centrado na redução das perdas de água e na otimização do uso da mesma. Este tem como principal objetivo melhorar a eficiência da água, especialmente nos setores urbano, agrícola e industrial, contribuindo para minimizar os riscos de escassez hídrica, melhorando, ao mesmo tempo, as condições ambientais nos meios hídricos.

Adicionalmente, como benefícios indiretos, pretende-se alcançar a redução dos volumes de água residuais rejeitados para o meio hídrico, bem como a redução dos consumos de energia, aspetos que são fortemente dependentes do uso eficiente da água.

(33)

Além destes objetivos gerais, o PNUEA tem objetivos específicos, para cada um dos três setores em estudo.

Para o Setor Urbano, o PNUEA tem como objetivos:

• Reduzir as perdas de água nos sistemas de abastecimento;

• Elevar significativamente o conhecimento dos gestores e operadores dos sistemas

de abastecimento de água e dos utilizadores em geral;

• Promover a sensibilização, informação e formação dos principais intervenientes no

uso da água;

• Conhecer o nível de ineficiência dos sistemas públicos de abastecimento de água,

através do seu apetrechamento com equipamentos de medição e com sistemas de transmissão e tratamento de informação, abrangendo todo o ciclo urbano da água;

• Garantir uma dinâmica de sucesso na implementação do uso eficiente da água,

dirigindo os maiores esforços para os sistemas públicos (não domésticos), e para as maiores concentrações humanas onde os custos não são suportados diretamente pelos utilizadores da água, como escolas, centros comerciais, hospitais, etc.; e

• Reduzir ao mínimo o uso da água potável em atividades que possam ter o mesmo

desempenho com águas de qualidade alternativa e de outras origens que não a rede pública de água potável, promovendo assim a utilização de água da chuva e a eventual reutilização de águas residuais tratadas.

Para o Setor Industrial, o PNUEA tem como objetivos:

• Otimizar o uso da água na unidade industrial, sem prejuízo na eficiência dos

processos e operações em que decorre esta utilização;

• Limitar os impactes no meio ambiente associados às descargas de águas residuais

industriais, conseguida através de uma melhor gestão do ciclo da água;

• Reduzir os consumos de água e os volumes de águas residuais geradas através da

adequação de procedimentos, utilização mais eficiente de equipamentos e dispositivos e a adoção de sistemas de reutilização/recirculação da água;

• Reduzir o consumo de água na unidade industrial através da diminuição das perdas

(34)

• Utilizar na unidade industrial águas residuais ou remanescentes, provenientes de

outros processos nos sistemas de arrefecimento e na lavagem de equipamentos.

Para o Setor Agrícola, o PNUEA tem como objetivo principal reduzir as perdas de água nos sistemas de condução de água para rega.Este pretende também que haja um aumento da eficiência global dos sistemas de rega através de:

• Uma melhoria da qualidade dos projetos de captação, exploração, rega, etc.;

• Redução das perdas de água no armazenamento, transporte e distribuição

(reabilitação de barragens, impermeabilização de canais, construção de reservatórios de compensação em pontos estratégicos e no final dos canais, automatização das estruturas de regulação, etc.); e

• Redução das perdas na aplicação de água ao solo (introdução de sistemas de aviso e

agro-meteorológicos, reconversão dos métodos de rega, com automatização e adequação de procedimentos na rega por gravidade, aspersão e localizada, etc.).

Pretende-se assim criar um país menos vulnerável à variabilidade climática e que tenha padrões de eficiência no uso da água exigentes e sustentáveis, rejeitando a cultura do desperdício. (PNUEA, 2012).

Para se determinar a eficiência de utilização da água, o PNUEA adotou a seguinte expressão:

ܧ݂݅ܿ݅ê݊ܿ݅ܽ ݀݁ ݑݐ݈݅݅ݖܽçã݋ ݀ܽ á݃ݑܽ (%) = ൬_{ܲݎ݋ܿݑݎܽ ݂݁݁ݐ݅ݒܽ൰ × 100}ܥ݋݊ݏݑ݉݋ úݐ݈݅ (1)

Esta expressão determina a eficiência com que a água captada é utilizada para o serviço que se pretende. Nesta expressão o consumo útil representa o consumo mínimo que é necessário num determinado setor para garantir a eficácia da utilização que se pretende para esse setor, enquanto a procura efetiva representa o volume de água efetivamente utilizado, que é naturalmente, igual ou superior ao consumo útil (PNUEA,2012).

(35)

O PNUEA definiu como metas a alcançar até 2020 uma eficiência de uso de 80%, 65% e

85% para os setores urbano, agrícola e industrial, respetivamente. Contudo, a melhoria

apresentada nos vários setores levanta a possibilidade de se estabelecerem objetivos mais exigentes para 2020. Desta forma, a Comissão de Implementação e Acompanhamento que irá efetuar a governança do PNUEA, fará um diagnóstico da evolução da eficiência do uso da água nos vários setores abrangidos por este plano ao longo da última década. Com as conclusões obtidas, as metas serão revistas e ajustadas à realidade atual, havendo a possibilidade de se estabelecerem metas para prazos intermédios (PNUEA,2012).

2.5.2 Indicadores de Eficiência

Reduzir a transpiração e evaporação que não são úteis, aumentar as culturas de baixo consumo de água ou usar plantas de baixo consumo de água, prevenir a poluição da água, reduzir os fluxos de água para áreas salinas ou altamente poluídas e aumentar o uso efetivo da água das chuvas, são os quatro principais caminhos para a verdadeira poupança da água (Haie e Keller, 2012).

Para tentar poupar água devemos melhorar a eficiência do seu uso. Assim, para analisar o uso eficiente da água devemos usar indicadores que nos permitam determinar essa eficiência.

O indicador de eficiência que tem sido utilizado em todo o mundo, desde há muitas décadas até aos dias de hoje, é a Eficiência Clássica (EC), que nos permite obter a percentagem de água captada que é consumida beneficamente. Contudo os sistemas de recursos hídricos estão a tornar-se cada vez mais complexos, pelo que este indicador tem obtido alguns problemas, pois a sua aplicação pode, por vezes, levar ao erro. Isto pode acontecer, por exemplo, no caso de melhorarmos a EC numa zona qualquer, o que pode não permitir atingir a água que é necessária estar disponível para os consumidores que se encontram a jusante. Para tentar superar estes problemas, foi proposto outro indicador de eficiência, a Eficiência Efetiva (EE). Apesar de esta eficiência ser muito mais completa que a Eficiência Clássica, esta formulação é incompleta, pois não se baseia em princípios

(36)

sólidos e formulações científicas, e não tem em consideração todos os fluxos de água que influenciam um Sistema de Uso de Água (Haie e Keller, 2012).

Para tentar resolver este problema foram desenvolvidos indicadores de eficiência compostos, nomeadamente a Micro, Meso e Macro eficiências, que contrariamente às eficiências anteriores, têm em conta o balanço hídrico num sistema de água, ou seja, consideram todos os fluxos de água presente num Sistema de Uso de Água. Estes têm tem conta a entrada total e o consumo total de água num sistema, permitindo fazer uma análise em três níveis, refletindo as diferentes escalas (Haie e Keller, 2012).

Na metodologia desta dissertação será feita uma descrição e análise mais completa acerca destes indicadores.

(37)

3. METODOLOGIA

Para se analisar o uso eficiente da água serão usados indicadores que nos permitem determinar essa eficiência. Neste capítulo será descrito o processo utilizado.

Este trabalho tem como objetivo analisar a eficiência do uso da água de um caso real, neste caso a eficiência no concelho de Castelo de Paiva (bacia hidrográfica do Douro, sub-bacia de Paiva).

Neste caso de estudo será apenas analisada a Meso eficiência deste concelho, na qual vamos analisar todo o seu sistema de água, desde a zona de captação, até ao seu abastecimento e o respetivo balanço hídrico.

Para analisar a eficiência deste caso de estudo, será otimizada uma ferramenta informática já existente e que foi desenvolvida em VBA no Excel. Esta ferramenta tem em conta os indicadores de eficiência propostos.

Nos subcapítulos seguintes será descrita toda a informação acerca da área em estudo, assim como todas as variáveis que entram no cálculo da eficiência e os seus respetivos valores.

3.1 Sistema de Uso de Água

Os indicadores de eficiência compostos são os descritos anteriormente. Para aplicarmos os indicadores de eficiência temos primeiro de definir um Sistema de Uso de Água (SUA). Na figura seguinte é apresentado um esquema geral.

(38)

Figura 5 - Diagrama de um SUA

A figura 5 apresenta todas as variáveis que entram num sistema de balanço hídrico. Os fluxos de entrada são o VU ou VA, PP e OS, em que a sua soma corresponde à entrada de água total no sistema. A saída de água total do sistema é representada pela soma de VD ou RF, ET, NR e RP.

Para o cálculo da Micro Eficiência usamos apenas VA e excluímos o RF, pois esta eficiência não tem em conta os retornos de água. Na Meso Eficiência usamos VA e RF, pois retrata um nível intermédio. Para Macro Eficiência a escala é de nível superior, pelo que usamos VU e VD na sua formulação (Haie e Keller, 2012).

Na tabela seguinte definem-se as variáveis que constituem um SUA. Tabela 1 – Definição de variáveis que constituem o SUA

Variável Descrição

ET Evapotranspiração

NR Consumo de água não reutilizável

OS Água de outras fontes

PP Precipitação total

RF Fluxos de retorno

(39)

a fonte principal)

VA Água captada da fonte principal

VD Volume de água a jusante, após RF

na fonte principal

VU Volume de água a montante, antes

de captação na fonte principal

V1 Volume de água na secção 1 (VU

ou VA)

V2 Volume de água na secção 2 (VD

ou RF)

É importante salientar que a variável OS discretizada na tabela anterior pode ser derivada de um RP que surja de um SUA anterior, ou seja, a água que não retorna para a fonte principal pode entrar noutro sistema de água, passando a ser representada como “água de outras fontes” para esse sistema.

3.1.1 Caraterísticas dos Indicadores

Um fator fundamental a ter em conta no uso eficiente da água é a sua utilidade. Este fator incorpora a qualidade da água e também se o uso especifico da água é benéfico ou não.

Para definir a utilidade dos indicadores de eficiência são usadas duas dimensões: peso benéfico (Wb) e peso de qualidade (Wq). Este critério é aplicado nas variáveis representadas na tabela 1. O peso benéfico representa se o consumo de água é benéfico ou não, enquanto o peso da qualidade representa o estado de qualidade da água (Haie e Keller, 2012).

(40)

Estes critérios têm pesos atribuídos, que variam entre 0 e 1, em que 1 representa o melhor estado, e 0 o pior. O peso benéfico é definido de acordo pelos gestores, consultores e aqueles que tomam as decisões, estando dependente dos objetivos e prioridades da sociedade.

O valor útil de cada variável é obtido multiplicando cada variável pelo seu respetivo peso benéfico e de qualidade. O produto destes dois pesos representa o Critério de Utilidade, que define o peso real de cada componente no cálculo da eficiência e se representa por “S”, como exemplificado nas equações (2), (3) e (4) (Haie e Keller, 2012).

A variável X, que pode ser qualquer variável apresentada na Tabela 1, pode então ser definida pelas seguintes equações:

ܺ

௕

= ܹ

௕௑

× ܺ

(2)

ܺ

௤

= ܹ

௤௑

× ܺ

(3)

ܺ

ௌ

= ܹ

௕௑

× ܹ

௤௑

× ܺ

(4)

Como exemplo temos que para um dado fluxo X, o seu peso benéfico será WbX e o seu

peso de qualidade será WqX. Se WbX= 0,8 e WqX= 0,9, então WsX= 0,72. Se WqX fosse igual

a 1, então WsX seria igual a 0,8. É importante salientar que ambos os fatores são

independentes um do outro.

Os indicadores de eficiência são também caraterizados de acordo com dois índices, baseados nos tipos totais de água, isto é, entrada total e consumo total. Estes dois índices, i e c, representam a entrada e o consumo, respetivamente, e assumem os valores de 0 e 1, garantindo sempre a condição i + c = 1. Para i=1 e c=0 temos a eficiência do sistema com base na entrada total de água. Quando i=0 e c=1 obtém-se a eficiência do sistema para um consumo total de água (Haie e Keller, 2012).

(41)

3.1.2 Micro, Meso e Macro Eficiências

Como já foi referido podemos ter três tipos de eficiência: Micro, Meso e Macro eficiência. De acordo com Haie e Keller (2012) estas eficiências podem ser definidas do seguinte modo:

• Micro Eficiência (MicroE): relação entre a saída útil e fluxo total dentro de um

SUA. Esta eficiência é usada para indicar a saída útil gerada por um SUA para si mesmo, e não tem em conta os retornos de água, sendo mais importante para um único usuário, como por exemplo, o cálculo da eficiência de um campo agrícola;

• Meso Eficiência (MesoE): relação entre a saída útil e fluxo total, para uma situação

entre os níveis macro e micro. Esta eficiência é usada, por exemplo, para indicar o impacte dos fluxos de retorno gerados por um SUA, sendo importante para instituições, donos, associações, etc. que têm interesse em avaliar a eficiência a um nível Meso; e

• Macro Eficiência (MacroE): relação entre a saída útil e fluxo total, em relação a

uma bacia hidrográfica. Esta eficiência é usada para indicar o impacte de um SUA numa bacia, como por exemplo a captação de água num rio principal. Esta é mais importante para instituições que supervisionam grandes rios e bacias hidrográficas.

Como vemos nas suas definições, MacroE é mais importante para bacias hidrográficas, MicroE para um único usuário, como um campo agrícola ou uma cidade, e MesoE para os interessados em sistemas entre MicroE e MacroE (Haie e Keller, 2012).

Para além disto, devemos ter em conta que os fluxos de entrada e saída são diferentes para cada uma das três eficiências.

Para a MicroE temos que V1=VA, V2=RF e (RF+RP)s=0, pois esta eficiência não tem em

conta os retornos de água, como dito anteriormente. Como esta eficiência não tem em conta os impactes a jusante, será sempre inferior à MesoE.

(42)

Para a MesoE V1=VA e V2=RF, enquanto para a MacroE, V1=VU e V2=VD.

Após esta descrição, podemos então formular os três indicadores de eficiência:

ܯ݅ܿݎ݋ܧ௦ = ൬_{ܸܣ + ܱܵ + ܲܲ൰}ܧܶ + ܴܰ ௦ (5) ܯ݁ݏ݋ܧ௦ = ൤_{ܸܣ + ܱܵ + ܲܲ − ܿ(ܴܨ + ܴܲ)൨}ܧܶ + ܴܰ + ݅(ܴܨ + ܴܲ) ௦ (6) ܯܽܿݎ݋ܧ௦ = ൤_{ܸܷ + ܱܵ + ܲܲ − ܿ(ܸܦ + ܴܲ)൨}ܧܶ + ܴܰ + ݅(ܸܦ + ܴܲ)) ௦ (7)

Estes modelos com índice “s” são utilizados em modelos de eficiência completos, que incluem os aspetos benéficos e os aspetos de qualidade da água. Podemos assim ter seis modelos, com i,c = 0 ou 1, em que i+c = 1.

Se pretendermos modelos que falam apenas de quantidade usamos o índice “b” e

consideramos os valores de todas as variáveis para WqX igual a 1 (Haie e Keller, 2012).

3.2 Paradoxo Consumo de Água

Um dos aspetos fundamentais para o sucesso no cálculo da eficiência é obter um entendimento geral na terminologia do que é o uso da água e o seu consumo.

Existem várias inconsistências no que diz respeito ao que é o consumo de água. Nas áreas urbanas, o importante é ter uma fonte de água limpa, que possa fornecer água segura e de qualidade, enquanto na agricultura, o essencial é a evapotranspiração. Apesar da subtil, mas significante diferença, estes dois campos usam a palavra consumo como sempre,

(43)

mesmo que para as áreas urbanas esta signifique VA, enquanto nas áreas agrícolas significa ET (Haie e Keller, 2014).

Segundo Haie e Keller (2014), um dos fatores que contribui para o uso contínuo da palavra “consumo” em ambos os domínios é a facilidade de comunicação que a palavra cria, pois toda a gente usa a palavra em vários termos, como “consumo de energia”, “consumo alimentar”, etc. Mas é importante notar que o “consumo de água” é bastante diferente de “consumo de energia” ou “consumo alimentar”. Mesmo no mundo da água, os peritos usam a palavra em relação a diferentes processos.

Como exemplo, temos os peritos em águas urbanas, que utilizam a palavra consumo sabendo que a poluição altera o estado de água de tal maneira, que é como se esta fosse removida do SUA. Os peritos em agricultura consideram o consumo de água como se fosse evapotranspiração, água esta que é removida fisicamente do SUA. Apesar de em ambos os casos a água não poder ser reutilizada, existem diferenças fundamentais entre os dois processos de “remoção”.

Existe uma grande indefinição da terminologia consumo, como demonstrado acima. Outro exemplo é a existência de definições como “consumo de água”, “água consumida”, entre outras. Existem publicações que dizem que não se deve confundir estes termos com “water withdrawal”, o que por si só mostra a confusão de terminologias. Também a UNESCO tem problemas na definição de “consumo de água”, considerando que esta representa a evapotranspiração, sendo depois expandida para uma “perda da água originalmente fornecida”.

De acordo com Haie e Keller (2014) devemos ter vários aspetos em conta, quando definimos esta terminologia. Devemos ter em atenção o fluxo da água, bem como os seus aspetos de qualidade e os aspetos benéficos da mesma. A maior questão é saber como devemos integrar estes três aspetos numa definição coerente. No seu artigo é proposta uma definição que tem estes aspetos em consideração, terminologia que ajuda a promover um desenvolvimento sustentável.

(44)

Em relação às variáveis podemos designar dois fluxos de água, a evapotranspiração (ET) e a água não reutilizável (NR). Podemos também definir dois fluxos combinados, denominados de consumo (C) e consumo efetivo (CE). A combinação de ET e NR representa o consumo (C) e define a quantidade total de água que saiu do sistema e não esta disponível para ser reutilizada. CE representa a totalidade de água que não está disponível para ser reutilizada, segundo os objetivos definidos pela sociedade. CE inclui C, mas também tem em conta os atributos de benefício e qualidade da água, o que torna esta definição mais abrangente.

Segundo Haie e Keller (2014), se aplicarmos o critério de utilidade ao consumo (C) de água, teremos um consumo útil (UC), em que UC≤C. É importante salientar que à medida que a água vai deixando um sistema, esta se degrada, o que diminui a sua capacidade de reutilização. Isto implica que qualquer aumento na poluição aumenta o consumo efetivo da água, pelo que UC≤CE.

É então fundamental ter uma definição que resolva as diferenças e que nos permita distinguir os vários contextos em que nos encontramos. O consumo efetivo (CE) é importante pois tem em conta os atributos de benefício e qualidade, que são fundamentais e fazem parte dos indicadores de eficiência já descritos nesta dissertação. Esta definição é importante, pois a aplicação destes indicadores permite analisar de forma mais complexa a condição dos atuais sistemas de água e ajudar a criar cenários para o desenvolvimento dos mesmos.

3.3 Programa de Cálculo em VBA no Excel

Para calcular de forma mais fácil a eficiência foi utilizado um programa de cálculo feito em VBA no Excel, chamado “Efficiencies”. O programa utilizado já existia, sendo da autoria de Emanuel Martins e foi adaptado para este caso de estudo. Para adaptar este programa ao caso de estudo, foi necessário alterar o código do mesmo, bem como adaptar a equação da Meso Eficiência, fazendo a divisão da variável RP em perdas de água de

(45)

A utilização deste programa facilita o cálculo da eficiência ao longo do tempo, além de ter uma parte gráfica adjacente, o que nos permite fazer uma análise mais completa dos resultados obtidos.

3.3.1 Interface do Programa

Para abrir o programa temos o botão de execução do programa, que se encontra localizado na folha de Excel do mesmo.

Figura 6 - Botão de execução do programa

Na figura seguinte está representada a interface principal do programa, aplicada a este caso de estudo.

(46)

Como se pode verificar, existem sete campos de variáveis a ser preenchidos, cada um descrito nas legendas. Por baixo de cada um dos campos das variáveis principais, temos os campos para os seus respetivos pesos de qualidade e benéficos.

Figura 8 - Campos para introdução de dados das várias variáveis

A seguir é apresentada a legenda das variáveis que fazem parte do cálculo da eficiência pretendida.

Figura 9 - Legenda das variáveis

Na figura abaixo são apresentadas as duas opções de cálculo possíveis. Se pretendermos analisar apenas um mês ou um ano de um recurso hídrico, selecionamos a opção “Enter Data” e inserimos os dados nos campos apresentados na Figura 8.

(47)

Se pretendermos analisar vários sistemas de recursos hídricos, ou vário meses ou anos para um mesmo Sistema de Uso de Água, selecionamos a opção “Database”, o que fará com que o programa utilize os dados que estão numa base de dados por nós preenchida, como mostrado na Figura 14. Ao escolhermos esta opção, devemos inserir o número de meses, anos ou sistemas de recursos hídricos a analisar na caixa “N”.

Figura 10 - Botões para selecionar número de anos os sistemas em estudo

Temos também os campos de resultados, em que nos serão apresentados os resultados dos cálculos da eficiência para os vários casos.

Figura 11 - Campo de resultados

O programa tem também uma parte para gerar a componente gráfica dos resultados obtidos.

Figura 12 - Botão para gerar parte gráfica

Selecionando este botão, será gerado um gráfico na interface apresentada na figura seguinte.

(48)

Figura 13 - Interface gráfica do programa

3.3.2 Utilização do Programa

O programa “Efficiencies” permite calcular a eficiência de um Sistema de Uso de Água para um ou mais anos, conforme aquilo que é pretendido. Permite também calcular a eficiência de mais do que um Sistema de Uso de Água, se for isso que se pretende.

Este programa calcula a eficiência para os modelos completos e de quantidade (Full Models e Quantity Models), para as situações de entrada total de água (i=1) e saída total de água (c=1).

Para permitir uma melhor análise e comparação das eficiências, este gera também uma componente gráfica em função dos resultados obtidos.

Se pretendermos calcular apenas a eficiência para um mês ou um ano de um Sistema de Uso de Água, introduz-se os dados nos campos apresentados na Figura 8, e seleciona-se a opção “Enter Data” e “N=1”, ambos apresentados na Figura 10. Para este cálculo, os

(49)

resultados serão apresentados na interface principal do programa, representada na Figura 11.

Se pretendermos calcular a eficiência para vários meses, anos ou sistemas de recursos hídricos, atribuímos valores às variáveis que pretendemos usar, para os vários anos, criando uma base de dados no Excel, como demonstrado na Figura 14.

Figura 14 - Exemplo de base de dados

De seguida, escolhemos a opção “Database” e em “N” escolhemos o número de anos ou sistemas de recursos hídricos em análise, e o programa calcula a eficiência destes.

(50)

Figura 15 - Exemplo de cálculo de eficiência para vários anos

Nestes casos, em que determinamos a eficiência para múltiplos anos ou múltiplos sistemas de recursos hídricos, os resultados para cada um deles são gerados numa tabela de Excel, no separador “Results”.

(51)

Após o cálculo das eficiências e da apresentação dos resultados, é gerada a componente gráfica dos resultados obtidos:

(52)

(53)

4. CASO DE ESTUDO

Neste capítulo será descrito o caso de estudo desta dissertação. Será feita uma descrição da área de estudo e o tratamento de todos os dados necessários para avaliar a eficiência deste caso.

4.1 Área de Estudo

A área de estudo é o concelho de Castelo de Paiva, pertencente à sub-bacia de Paiva, bacia hidrográfica do Douro.

Este concelho tem uma área de cerca de 109 km2 e uma população de aproximadamente 17

000 pessoas (Município de Castelo de Paiva,2015).

Será feita uma análise ao abastecimento de água deste concelho, bem como os seus gastos de água, de forma a podermos fazer uma avaliação completa da eficiência do mesmo.

4.2 Definição de SUA

Neste caso de estudo optou-se por se fazer apenas uma avaliação da MesoE. Como demonstrado na equação 6, esta é calculada utilizando as variáveis VA, PP, OS, ET, NR, RP e RF.

Como apenas será avaliada a MesoE, o esquema geral de um Sistema de Uso de Água é o apresentado na figura seguinte.

(54)

Figura 18 - Esquema do SUA para avaliação da MesoE

No entanto, como estamos a avaliar o abastecimento de água, que é feito através de condutas, fatores como a precipitação (PP) e a evapotranspiração (ET) não são considerados no mesmo.

Para além deste fator, devemos ter principal atenção às perdas de água que ocorrem nas

tubagens, pois temos perdas de água aquando do abastecimento da água (RPAA) e perdas de

água que acontecem quando a água utilizada retorna ao sistema e é transportada para a

ETAR para ser tratada, que consideramos perdas de água de saneamento básico (RPSB).

Assim, o esquema final deste caso de estudo é o representado na Figura 20.

(55)

Figura 20 - Esquema geral do SUA em estudo

Através dos esquemas que definem o SUA em estudo, é possível definir a equação que representa a MesoE para o nosso caso de estudo:

ܯ݁ݏ݋ܧ௦ = ൤ܴܰ + ݅(ܴܨ + ܴܲ_{ܸܣ − ܿ(ܴܨ + ܴܲ}஺஺+ ܴܲௌ஻)

஺஺+ ܴܲௌ஻)൨_௦ (8)

A equação que representa o balanço hídrico deste caso de estudo é então dada por:

ܸܣ = ܴܲ_஺஺+ ܴܰ + ܴܲ_ௌ஻+ ܴܨ (9)

4.3 Tratamento de Dados

A empresa Águas do Douro e Paiva, SA é a empresa responsável pelo abastecimento de água potável do concelho de Castelo de Paiva. Após ter realizado vários estudos sobre o abastecimento de água a vários municípios, Castelo de Paiva incluído, a AdDP criou um novo modelo de fornecimento de água à região – o “Subsistema Vale do Sousa”- que integra vários municípios, incluindo Castelo de Paiva.

Segundo a AdDP, a água aduzida a Castelo de Paiva é proveniente do rio Paiva e tratada na ETA de Castelo de Paiva.

(56)

Figura 21 - Delimitação da área em estudo

Como se pode verificar, a água é captada diretamente do rio Paiva (na zona de captação existe também uma estacão elevatória), como se pode ver na figura seguinte, sendo posteriormente tratada na ETA de Castelo de Paiva, antes de ser distribuída por todo o concelho através dos vários pontos de entrega.

Nos próximos subcapítulos será apresentado o tratamento de dados para as várias variáveis que compõem a equação de eficiência da MesoE. Todos os cálculos e resultados apresentados são para o ano de 2013. No fim será apresentada uma tabela com os valores das variáveis para os vários anos em estudo.

4.3.1 VA

Segundo o “Relatório de Sustentabilidade de 2013” da AdDP, a água total captada para

todos os concelhos foi de 102 473 000 m3.A água distribuída para o concelho de Castelo de

Paiva foi 1,55% desse valor, ou seja, cerca de 1 588 326 m3.

Isto significa que o concelho de Castelo de Paiva recebeu um total de água:

ܸܣ = 102 473 000 × 0,0155 = 1 588 326 ݉ଷ ₍₁₀₎

(57)

Como a água é tratada na ETA de Castelo de Paiva antes de ser distribuída, será considerado que a qualidade que esta apresenta para uso e consumo humano é a melhor

possível. Desta forma, o peso de qualidade a considerar será de WqVA = 1.

Peso benéfico:

A água que é distribuída para todo o concelho tem uma grande utilidade para todos os que

nele habitam. Como tal será considerado um peso benéfico WbVA = 1.

4.3.2 PP

No abastecimento de água não temos em conta a precipitação (PP), pois esta não entra nas tubagens. Assim, tal como dito anteriormente, esta não é contabilizada, pelo que assumimos todos os seus valores como 0 (zero).

4.3.3 OS

Segundo o “Subsistema Vale do Sousa”, toda a água utilizada no concelho de Castelo de Paiva é captada no rio Paiva. Como tal, a água proveniente de outras fontes é 0 (zero). Assim, a variável OS terá valor 0 (zero).

4.3.4 ET

No abastecimento de água não temos em conta a evapotranspiração (ET), pois esta não ocorre nas tubagens de abastecimento de água. Assim, todos os seus valores serão assumidos como 0 (zero).

4.3.5 RP

AA

Para 2013, as perdas de água de abastecimento são de cerca de 2,2% da água distribuída no concelho. O valor destas perdas é irrealista, pois é um valor muito pequeno, quando comparado com o que se considera “normal”. No entanto, para efeitos de cálculo e para