Necessidade e Disponibilidade de Água para uma Gestão Hídrica Eficiente na Bacia Hidrográfica do Sôrdo

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UNIVERSIDADE DE TRÁS-OS-MONTES

E ALTO DOURO

ESCOLA DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA

Departamento de Engenharias

Necessidade e Disponibilidade de Água para uma Gestão

Hídrica Eficiente na Bacia Hidrográfica do Sôrdo

Carlos Manuel Moreira dos Santos

DISSERTAÇÃO APRESENTADA À UNIVERSIDADE DE TRÁS-OS-MONTES E ALTO DOURO PARA A OBTENÇÃO DE

GRAU DE MESTRE EM ENGENHARIA CIVIL

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UNIVERSIDADE DE TRÁS-OS-MONTES

E ALTO DOURO

ESCOLA DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA

Departamento de Engenharias

Necessidade e Disponibilidade de Água para uma Gestão

Hídrica Eficiente na Bacia Hidrográfica do Sôrdo

Orientador Científico

Luís Filipe S. Fernandes

Carlos Manuel Moreira dos Santos

DISSERTAÇÃO APRESENTADA À UNIVERSIDADE DE TRÁS-OS-MONTES E ALTO DOURO PARA A OBTENÇÃO DE

GRAU DE MESTRE EM ENGENHARIA CIVIL

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Dedico este trabalho aos meus pais adorados, Abílio e Palmira, pela educação, orientação e exigência de todos os dias (linhas orientadoras da minha vida).

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AGRADECIMENTOS

Ao Professor Luís Filipe Sanches Fernandes, pelo profissionalismo e exigência de todos os dias, que fez com que o trabalho desenvolvido desse resultado.

À Engenheira Alda Pereira pelo apoio e cooperação. E também pelos dados fornecidos por esta da ATMAD.

Ao Engenheiro Levi Roçadas pelo nível e tranquilidade de sempre, na resolução dos problemas que foram surgindo.

Aos meus colegas e amigos Francisco, Joana e Maria pelo grupo formado ao longo do ano que facilitou o estudo e desenvolvimento do trabalho efectuado.

À DHI, em especial à Sr. Sílvia Leirião, que desde Madrid foi apoiando e esclarecendo as dúvidas que foram aparecendo.

Aos meus pais pelo apoio, estabilidade e por os meus objectivos serem os objectivos deles.

Aos meus irmãos Maria e Alexandre, pelo que cada um contribuiu para o meu trabalho, ela pelos conselhos e ele pelo que ia destruindo para eu voltar a fazer.

À Cristela e à Cristiana pelas horas perdidas a ler e a criticar o que devia alterar no meu trabalho, bem como ao André e ao Tiago pelos pormenores analisados.

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RESUMO

O uso sustentável da água é prioritário a uma escala planetária, sendo para isto, obrigatório planear e gerir de forma integrada os recursos hídricos. Os desiquilíbrios entre a disponibilidade e a necessidade de água, a deterioração da qualidade das águas superficiais e subterrâneas, a competição entre sectores utilizadores e as disputas inter-regionais tornam essencial a resolução dos problemas de escassez. Desta problemática, surge a Directiva Quadro da Água (DQA) com o objectivo de regular e estabelecer directrizes para solucionar o problema.

Na presente dissertação destaca-se a importância da água e da sua monitorização à escala da bacia hidrográfica. Tendo como propósito a gestão integrada de recursos hídricos, recorre-se ao crescimento exponencial das capacidades informáticas. Utiliza-se o software MIKE BASIN, que permite modelar a bacia hidrográfica no que toca a uma série de factos para posteriormente serem analisados e alvo de tomadas de decisão perante as simulações efectuadas, funcionando como um sistema de suporte à decisão (SSD).

Desenvolveu-se o caso de estudo na bacia hidrográfica do rio Sôrdo, recolhendo informação espacial e temporal para criar o modelo. Através da precipitação, ao longo do tempo, e a sua relação com o escoamento superficial, estabeleceram-se os parâmetros de entrada de água na bacia hidrográfica. Com os dados recolhidos foram simulados vários cenários, verificando a disponibilidade e necessidade associadas a cada cenário. Os cenários dividem-se em condições actuais e em projecções futuras baseadas na variação da precipitação.

Com os resultados obtidos, verifica-se que nas condições actuais a bacia hidrográfica regista um excedente de disponibilidade de água, no entanto, com o aumento da população a servir, essa disponibilidade não fará face às necessidades. A diminuição da precipitação assinala resultados mais gravosos na disponibilidade de água, registando-se défices no balanço hídrico. Assim, e para responder a estas questões deve assinalar-se a vantagem de uma gestão integrada de recursos hídricos.

Palavras-chave: Recursos Hídricos; Bacia Hidrográfica; Sistema de Suporte à Decisão;

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ABSTRACT

The sustainable ore of water is a worldwide priority, and for this it must be planed and managed on an integrated form. Imbalances between availability and needs, deteriorating of surface and groundwater, the competition among user sectors and the inter-regional fights, make the resolution of scarcity problems essential. From this problematic appears the Water Framework Directive (WFD) in order to regulate and establish guidelines to solve these problems.

This present dissertation is focused on the importance of water and its monitoring at the watershed scale. With the purpose of an integrated management of water resources, resorts to the exponential growth of informatics and computers capabilities. Using the MIKE BASIN software, that allows the analysis of water in quantity and quality, ecosystems, optimization and operation of reservoirs, and assist the priority of water use. Allowing the creation of a system that can support the decision (DSS).

A case study in the basin of the river Sôrdo has been developed, by collecting spatial and temporal information in order to create the model. Through precipitation, over time, and his relation with the runoff, it was established parameters to the water entrance in the basin. With values of rainfall and consumption were simulated various scenarios, checking the availability and needs associated to each scenario. The scenarios are divided into current conditions, simulated with real values and future projections based on the variability rainfall, influenced by gas emissions into the atmosphere.

There were different types of answers of the basin and its resources to distinct scenarios, the results go in accordance to expected, and the results allow working an efficiency of integrated management and its importance in the aid of those who have to decide. The rainfall diminution points out a more serious result of water availability, verifying deficits in the water balance. Therefore, and to answer these questions, the advantages of an integrated management of water resources must be distinguished.

Keywords: Water Resources, Watershed, Decision Support System, GIS (Geographic

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ÍNDICE

1 - INTRODUÇÃO 1

1.1 - OBJECTIVOS 4

2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 7

2.1 - Reconhecimento do Valor dos Recursos Hídricos 7

2.1.1 - Desenvolvimento Sustentável 7

2.1.2 - Problemática dos Recursos Hídricos 9

2.1.3 - Políticas Adoptadas 11

2.2 - Sistemas de Suporte à Decisão 13

2.2.1 - Sistemas de Informação Geográfica (SIG) 15

2.2.2 - Modelos Matemáticos para Planeamento e Gestão de Recursos Hídricos 15

2.2.3 – Exemplos de Modelos Matemáticos 16

2.2.4 - Modelo Matemático MIKE BASIN 19

3 - METODOLOGIA 26

3.1 - Enquadramento geográfico 26

3.2 - Caracterização da Área de Estudo (Bacia Hidrográfica do rio Sôrdo) 27

3.3 - MIKE BASIN 31

3.4 - Tratamento dos Dados 38

3.5 - Introdução de dados no modelo 43

3.6 - Criação de Cenários 49

3.6.1 - Cenário 1 - Trocar a prioridade de operação na Albufeira 49

3.6.2 - Cenário 2 – Aumento da população a abastecer 50

3.6.3 - Cenário 3 - Mudar as condições de precipitação na bacia hidrográfica 51 3.6.4 - Cenário 4 - Mudar as Condições do Uso do Solo na Bacia 52

4 - ANÁLISE E DISCUSSÃO DE RESULTADOS 55

4.1 - Análise dos Resultados das Condições Actuais 55

4.2 - Análise dos Resultados do Cenário 1 - Troca de Prioridade 59 4.3 - Análise e Discussão de Resultados do Cenário 2 – Aumento da população a

abastecer de água 62

4.4 - Análise e Discussão de Resultados do Cenário 3 – Alterar as Condições de

Precipitação na Bacia 66

4.5 - Análise e discussão de resultados do Cenário 4 – Modificar Ocupação do Uso do

Solo 71

5 - CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES 74

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 76

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ÍNDICE DE FIGURAS

FIGURA 1.1: DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA PELO MUNDO ... 2

FIGURA 1.2: ESTRUTURA DE UM MODELO MATEMÁTICO ... 3

FIGURA 3.1: ENQUADRAMENTO GEOGRÁFICO DA BACIA HIDROGRÁFICA DO SÔRDO ... 26

FIGURA 3.2: DELIMITAÇÃO DA BACIA HIDROGRÁFICA DO SÔRDO ... 27

FIGURA 3.3: CLASSES DE ALTITUDE NA BACIA HIDROGRÁFICA DO SÔRDO ... 28

FIGURA 3.4: CARTA LITOLÓGICA DA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO SÔRDO ... 28

FIGURA 3.5: PRECIPITAÇÃO MÉDIA ANUAL NA BACIA HIDROGRÁFICA DO SÔRDO ... 29

FIGURA 3.6: CARTA DE USO DOS SOLOS NA BACIA HIDROGRÁFICA DO SÔRDO ... 30

FIGURA 3.7: CAIXA DE TEXTO PARA GEO-REFERENCIAR OS “LAYERS” EM ARCGIS 9.2 ... 31

FIGURA 3.8: CAIXA DE TEXTO PARA CRIAR UM NOVO PROJECTO MIKE BASIN ... 32

FIGURA 3.9: DEFINIÇÕES DE UM NOVO PROJECTO ... 32

FIGURA 3.10: INTRODUÇÃO DO MODELO DIGITAL TERRENO (MDT) ... 33

FIGURA 3.11: CAIXA DE TEXTO PARA QUE MIKE BASIN DETERMINE DIRECÇÃO DO FLUXO ... 33

FIGURA 3.12: SENTIDO DE FLUXO DETERMINADO ... 34

FIGURA 3.13: LINHAS DE ÁGUA PRODUZIDAS ... 34

FIGURA 3.14: SOBREPOSIÇÃO LINHAS DE ÁGUA COM A CARTA MILITAR PORTUGUESA ... 35

FIGURA 3.15: SUB-BACIAS DA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO SÔRDO PRODUZIDAS ... 35

FIGURA 3.16: INTRODUÇÃO NO MODELO DA ALBUFEIRA E DA ETA DO SÔRDO ... 36

FIGURA 3.17: INTRODUÇÃO DE UM NÓ DE REGA E DE UMA MINI – HÍDRICA ... 37

FIGURA 3.18: MODELO FINAL ... 37

FIGURA 3.19: ASSOCIAÇÃO DO TEMPO E DO ESPAÇO ... 44

FIGURA 3.20: VARIAÇÃO DA ÁREA COM A SUBIDA DE COTA ... 45

FIGURA 3.21: VARIAÇÃO DO VOLUME ACUMULADO COM A SUBIDA DE COTA ... 45

FIGURA 3.22: CONDIÇÕES DE OPERAÇÃO DA ALBUFEIRA ... 46

FIGURA 3.22: ÁGUA NECESSÁRIA PARA CONSUMO DOMESTICO ÉPOCA ... 47

FIGURA 3.23: ÁGUA NECESSÁRIA PARA REGADIO ... 47

FIGURA 3.24: ORGANOGRAMA DE CRIAÇÃO DO MODELO ... 48

FIGURA 3.25: DEFINIÇÃO DA PRIORIDADE DOS UTILIZADORES ... 49

FIGURA 3.26: NECESSIDADES/CONSUMOS FACE AO CENÁRIO 2 ... 50

FIGURA 3.27: VARIAÇÃO DAS EMISSÕES DE CO2 PARA A ATMOSFERA ... 51

FIGURA 3.28: CARTA DE USO DOS SOLOS NA BACIA HIDROGRÁFICA DO SÔRDO – CENÁRIO 4 ... 53

FIGURA 4.1: ÁGUA DISPONÍVEL E NECESSÁRIA PARA A ETA DO SÔRDO... 55

FIGURA 4.2: VARIAÇÃO DE COTA DA ALBUFEIRA AO LONGO DO ANO ... 56

FIGURA 4.3: ENERGIA PRODUZIDA PELA MINI-HÍDRICA E RESPECTIVA ÁGUA UTILIZADA ... 57

FIGURA 4.4: ÁGUA DISPONÍVEL NA FOZ DA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO SÔRDO ... 57

FIGURA 4.5: DÉFICE DE ÁGUA SUPERFICIAL PARA IRRIGAÇÃO ... 58

FIGURA 4.6: ÁGUA DISPONÍVEL NA ETA SÔRDO – EM CONDIÇÕES ACTUAIS E COM A TROCA DE PRIORIDADE ... 59

FIGURA 4.7: VARIAÇÃO DE COTA DA ALBUFEIRA - EM CONDIÇÕES ACTUAIS E COM A TROCA DE PRIORIDADE ... 60

FIGURA 4.8: ENERGIA PRODUZIDA PELA MINI-HÍDRICA E RESPECTIVA ÁGUA UTILIZADA – EM CONDIÇÕES ACTUAIS E COM A TROCA DE PRIORIDADE ... 61

FIGURA 4.9: ÁGUA DISPONÍVEL NA FOZ DA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO SÔRDO – EM CONDIÇÕES ACTUAIS E COM A TROCA DE PRIORIDADE ... 61

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FIGURA 4.10: ÁGUA DISPONÍVEL NA ETA SÔRDO E DÉFICE DE ÁGUA – EM CONDIÇÕES ACTUAIS E COM

AUMENTO POPULACIONAL ... 62

FIGURA 4.11: VARIAÇÃO DE COTA DA ALBUFEIRA - EM CONDIÇÕES ACTUAIS E COM AUMENTO POPULACIONAL ... 63

FIGURA 4.12: ENERGIA PRODUZIDA PELA MINI-HÍDRICA E RESPECTIVA ÁGUA UTILIZADA – EM CONDIÇÕES ACTUAIS E COM AUMENTO POPULACIONAL ... 64

FIGURA 4.13: ÁGUA DISPONÍVEL NA FOZ DA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO SÔRDO – EM CONDIÇÕES ACTUAIS E COM AUMENTO POPULACIONAL ... 65

FIGURA 4.14: ÁGUA DISPONÍVEL PARA ETA SÔRDO E DÉFICE DE ÁGUA – CENÁRIO 3 ... 66

FIGURA 4.15: VARIAÇÃO DE COTA DA ALBUFEIRA - CENÁRIO 3 ... 67

FIGURA 4.16: ENERGIA PRODUZIDA PELA MINI-HÍDRICA E RESPECTIVA ÁGUA UTILIZADA – CENÁRIO 3 68 FIGURA 4.17: DÉFICE DE ÁGUA SUPERFICIAL PARA IRRIGAÇÃO – CENÁRIO 3 ... 69

FIGURA 4.18: ÁGUA DISPONÍVEL NA FOZ DA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO SÔRDO – CENÁRIO 3 ... 70

FIGURA 4.19: ÁGUA DISPONÍVEL PARA ETA SÔRDO E DÉFICE DE ÁGUA – CENÁRIO 4 ... 71

FIGURA 4.20: VARIAÇÃO DE COTA DA ALBUFEIRA - CENÁRIO 4 ... 72

FIGURA 4.21: ÁGUA DISPONÍVEL NA FOZ DA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO SÔRDO – CENÁRIO 4 ... 72

ÍNDICE DE TABELAS

TABELA 3.1: PRECIPITAÇÕES EFECTIVAS MÉDIAS MENSAIS DO PERÍODO 1960-2008 ... 38

TABELA 3.2: COEFICIENTES DE ESCOAMENTO PARA DIFERENTES USOS DE SOLO... 39

TABELA 3.3: COEFICIENTES DE ESCOAMENTO PONDERADO E ÁREA DE CADA SUB-BACIA ... 40

TABELA 3.2: PRECIPITAÇÃO ÚTIL DA SUB-BACIA 1 ... 41

TABELA 3.5: ESCOAMENTO SUPERFICIAL DA SUB-BACIA 1 ... 42

TABELA 3.7: PRECIPITAÇÕES EFECTIVAS PARA O CENÁRIO 3 ... 52

TABELA 3.8: COEFICIENTES DE ESCOAMENTO PONDERADO E ÁREA DE CADA SUB-BACIA – NAS CONDIÇÕES ACTUAIS E CONSIDERANDO O CENÁRIO 4 ... 53

ÍNDICE DE EQUAÇÕES

EQUAÇÃO 3.1: COEFICIENTE DE ESCOAMENTO ... 39

EQUAÇÃO 3.2: COEFICIENTE DE ESCOAMENTO PONDERADO ... 40

EQUAÇÃO 3.3: PRECIPITAÇÃO ÚTIL ... 40

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ABREVIATURAS

DS – Desenvolvimento Sustentável ONU – Organização das Nações Unidas UE – União Europeia

DQA – Directiva Quadro da Água PNA – Plano Nacional da Água PBH – Plano da Bacia Hidrográfica INAG - Instituto Nacional da Água SSD – Sistemas de Suporte à Decisão SIG – Sistemas de Informação Geográfica

ATMAD – Águas de Trás-os-Montes e Alto Douro

SNIRH – Sistema Nacional de Informação de Recursos Hídricos MDT – Modelo Digital Terreno

ETA – Estação de Tratamento de Água INE – Instituto Nacional de Estatística

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SIMBOLOGIA

Km – Quilometro Km2 – Quilometro quadrado m – Metro mm – Milímetro ha – Hectare m3 – Metro cúbico s – segundo

CO2 – Dioxido de Carbono C – Coeficiente de Escoamento MW – Mega Watts

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Capítulo 1

Introdução

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Necessidade e Disponibilidade de Água para uma Gestão Hídrica Eficiente

1 - INTRODUÇÃO

Água é vida, portanto o elemento mais importante do planeta. Através dela obtém-se a satisfação das necessidades básicas do ser humano, a produção de alimentos, a produção de energia e a conservação dos ecossistemas.

A evolução da humanidade trouxe uma nova problemática, a problemática dos recursos hídricos. Principalmente durante o último século a degradação, o uso irracional da água e o aumento da população, bem como os modos de vida desta, fizeram com que surgisse esta problemática. É necessária então a consciencialização de que a água não é um bem inesgotável.

Desde a década de 70 que esta consciencialização tem vindo a aumentar, através de organizações como a Organização das Nações Unidas (ONU), onde se tem discutido e assinado protocolos, tentando desta forma travar a degradação dos recursos hídricos.

No entanto, esta luta é muitas vezes inglória pelo facto de o desenvolvimento económico e a protecção ambiental não serem pensados de forma integrada e sustentada. Isto tem acontecido ano após ano, no ano corrente (2009), por exemplo, tem-se debatido muito o avanço de políticas ambientais devido aos custos que viriam agravar a crise económica que o planeta tem em mãos. Daí, mesmo com a preocupação da degradação da água a aumentar, verificamos que o consumo desta triplicou nos últimos 50 anos e que a poluição disparou como que exponencialmente.

Os problemas com os recursos hídricos não se podem adiar mais. Já em 2003 a distribuição de água pelo planeta se encontrava desequilibrada e a escassez surgia em

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Capítulo 1 - Introdução

muitos pontos do globo. Segundo o relatório Water for People, Water for Life (2003) a distribuição de água pelo mundo, seria feita da seguinte forma (figura 1.1):

Figura 1.1: Distribuição de Água pelo Mundo (Fonte: Water for People, water for Life, 2003)

Como mentalizar as pessoas e mesmo muitos dos responsáveis políticos não se revelou suficiente, foi necessário legislar. Para isto, a União Europeia (UE) criou a Directiva

Quadro da Água (DQA) defendendo a gestão sustentada da água. Esta directiva obriga a

que os estados membros da UE incrementem medidas de protecção e requalificação bem como evitem a deterioração dos sistemas aquáticos de feição a obter um melhor estado destes até 2015. A DQA define que a água e o uso de solo devem ser geridos de forma integrada à escala da bacia hidrográfica.

Na legislação portuguesa encontra-se o Plano Nacional da Água (PNA) que define como se deve gerir toda a água em Portugal e os Planos de Bacias Hidrográficas (PBH) que estão a ser criados. São instrumentos para efectuar a gestão integrada de recursos hídricos partindo do estado em que estes se encontram e visando administrá-los de forma a cumprir a DQA, ou seja, neste momento estes planos são uma transposição para Portugal da DQA e estão a ser elaborados seguindo as suas premissas.

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Para um bom planeamento e gestão dos recursos hídricos, toda a legislação referida defende a utilização de modelos informáticos capazes de obter bons resultados. Justiça seja feita, se a evolução da humanidade levou a tal degradação, seja a mesma a solucioná-la.

Neste momento, com a evolução dos sistemas informáticos, a gestão dos recursos hídricos pode ser feita de forma multidisciplinar, relacionando as mais diversas áreas que podem auxiliar esta gestão, e obter excelentes resultados.

O planeamento e gestão de recursos hídricos podem ser feitos com recurso a Sistemas de Suporte à Decisão (SSD), que relacionam modelos matemáticos com Sistemas de Informação Geográfica (SIG), possibilitando a simulação e optimização destes (figura 1.2).

Figura 1.2: Estrutura de um modelo matemático

Os SIG, realizam o tratamento computacional de dados geográficos e recuperam informações através das suas características alfanuméricas e da sua localização espacial, oferecendo assim ao utilizador uma visão completa do seu ambiente de actuação, visto que todas as informações disponíveis estão ao seu alcance. Esta visualização serve também para que a observação e análise de resultados seja mais fácil. Para a elaboração desta dissertação utiliza-se o software MIKE BASIN que permite uma boa ligação com modelos hidrológicos.

Trata-se de um modelo matemático hidrológico que necessita de dados de entrada para simular e optimizar a utilização da água. No entanto, opera com dados escassos permitindo o planeamento e gestão de recursos hídricos em bacias hidrográficas em termos de quantidade e qualidade.

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Capítulo 1 - Introdução

O modelo apresentado neste trabalho, visa simular a gestão da água através da aplicação do software referido numa bacia hidrográfica.

O trabalho desenvolvido estuda a bacia do rio Sôrdo. No entanto, o objectivo é o de alargar este estudo contribuindo para uma melhor gestão dos Recursos Hídricos na região e noutros locais onde tais estudos se justifiquem.

1.1 - OBJECTIVOS

O principal objectivo deste trabalho é mostrar parte do funcionamento de um modelo aplicado a uma bacia hidrográfica para melhor poder planear e gerir os recursos hídricos dessa região. A capacidade de relacionar o tempo e o espaço apresentada pelo MIKE BASIN permite dizer que este se encontra no topo da inovação e permite uma certa ousadia na sua aplicação. Assim os objectivos que se prendem com a sua utilização vão muito além da avaliação de bacias hidrográficas e da modelação e monitorização do uso da água, não podendo estes serem descurados. Utilizando a capacidade de restauro da ferramenta, que é praticamente instantânea, vão ser criados e estudados diversos cenários analisando os resultados de disponibilidades e necessidades e contribuindo desta forma para um melhor planeamento e gestão de recursos hídricos.

De maneira a responder aos objectivos apresentados, a presente dissertação é organizada em cinco capítulos. Neste capítulo (capítulo 1) tratam-se as questões introdutórias, são feitas considerações sobre a natureza do trabalho e são apresentados os objectivos do mesmo.

No segundo capítulo apresenta-se a revisão da literatura sobre os diversos assuntos abordados nesta dissertação. Este capítulo consiste no estudo teórico e conceitual relativos ao tema, no qual é exposto o estado-da-arte em que se encontram os assuntos abordados. Para além do levantamento do estado-da-arte do software utilizado são também apresentadas aplicações do próprio, analisando os seus resultados. Pode-se dizer que a revisão bibliográfica serve para justificar a elaboração da tese, usando a literatura para fundamentar as opções tomadas.

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Em seguida, no capítulo três, descreve-se a metodologia proposta e apresenta-se o modelo utilizado. A metodologia apresenta a caracterização da bacia hidrográfica do rio Sôrdo, a forma como se cria o modelo espacialmente, o seu tratamento e quais os dados de entrada no modelo, bem como estes são introduzidos para obter a relação espacial/temporal. A apresentação das simulações pretendidas para criação de futuros cenários, no intuito de poder responder a quem tem de tomar decisões também pertence à metodologia.

No quarto capítulo são analisados os resultados obtidos com base na metodologia proposta. Sendo este capítulo preponderante para perceber se todo o trabalho deu resultado, consumando-se numa análise de resultados.

Por fim, no quinto capítulo são apresentadas as conclusões, as recomendações para futuros trabalhos e as considerações finais a respeito da dissertação desenvolvida e da abordagem do próprio tema.

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Capítulo 2

Revisão Bibliográfica

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2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Neste capítulo desenvolve-se o estudo da bibliográfica de forma a contextualizar o histórico do desenvolvimento sustentável e da sua ligação com os recursos hídricos, bem como a necessidade de planeamento e gestão dos mesmos. Estuda-se como, ao longo do tempo, foi tratada a gestão da água e as políticas que têm aplicação directa sobre Portugal. Em seguida trata-se do histórico dos SSD, em que consistem e para que servem. A importância de modelos matemáticos também é abordada, estudando o estado-da-arte destes modelos e suas aplicações. O modelo em estudo é o que tem um tratamento mais aprofundado verificando as suas características e as suas aplicações, juntamente com este, os SIG que também serão estudados e verificadas as suas interligações.

2.1 - Reconhecimento do Valor dos Recursos Hídricos

2.1.1 - Desenvolvimento Sustentável

O desenvolvimento sustentável só é possível se os recursos naturais forem vistos como um bem essencial. Durante muitos anos, estes recursos eram vistos como bens inesgotáveis, e só em meados do século passado é que estes problemas começaram a ser debatidos.

Surgiu, na década de 70, pela primeira vez a problemática do desenvolvimento não ter em conta os recursos naturais, mais precisamente o Clube de Roma, que publicou em 1971, o pensamento de que era necessário parar o crescimento económico em prol dos recursos naturais. Esta problemática deu origem a um clima de confrontos entre ecologistas e economistas e resultou na Conferência das Nações Unidas sobre o

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Capítulo 2 - Revisão Bibliográfica

Ambiente Humano, em Estocolmo 1972. Derivou desta conferência o primeiro

verdadeiro conceito de desenvolvimento sustentável, baptizado na época de eco desenvolvimento. Foi desta conferência que surgiu a vontade de integrar as preocupações sociais e a prudência ambiental nos modelos de desenvolvimento económico, vontade que resultou no Programa das Nações Unidas para o Ambiente, assim como o Programa das Nações Unidas para o Desenvolvimento.

Apesar do que já tinha sido pensado e estudado sobre o desenvolvimento sustentável, o tema circulava de forma despercebida pelo mundo até 1987 aquando da publicação de

“Our Common Future”, também conhecido como Relatório Brundtland, por parte de

Gro Harlen Brundtland1, que definiu o desenvolvimento sustentável como sendo “o desenvolvimento que satisfaz as necessidades presentes, sem comprometer a

capacidade das gerações vindouras”. Ficou muito claro, nesta nova visão das relações

homem – meio ambiente, que a sociedade não se pode apenas preocupar com um mínimo de bem-estar, tem também de pensar num limite máximo para a utilização dos recursos naturais, de modo a que sejam preservados.

O conceito foi definitivamente incorporado como princípio durante a Conferência das Nações Unidas para o meio Ambiente e Desenvolvimento (a Cimeira da Terra de 1992), no Rio de Janeiro. Esta conferência veio reafirmar o relatório Brundtland e a conferência de Estocolmo, procurando dar seguimento a estes pressupostos e estabelecendo uma nova parceria mundial, através da criação de novos níveis de cooperação entre os estados, tendo como objectivo o respeito dos interesses e a protecção ambiental. Foram estas premissas que serviram de base para a formulação da Agenda 21, com a qual mais de 170 países se comprometeram.

No ano 2000, mais concretamente no encontro Milénio das Nações Unidas, houve um maior esforço para colocar todos os conceitos estudados anteriormente em prática e este esforço foi aceite pelos 191 países membros da (ONU) à altura.

1

Primeira-ministra norueguesa e presidente da comissão mundial sobre o ambiente e o desenvolvimento em 1987.

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2.1.2 - Problemática dos Recursos Hídricos

No que diz respeito aos recursos hídricos, ao longo dos anos e com a utilização exagerada dos mesmos, a sociedade mundial tem mudado a sua percepção sobre a sua importância. Hoje, existe a consciencialização de que a água é um bem essencial, sendo imprescindível a preservação. Como refere Vieira (2003) “é o caso paradigmático do reconhecimento da água com um valor ecológico e social que satisfaz um conjunto de funções ambientais e sociais num contexto de diferentes abordagens culturais”.

Data de 1977 a Conferência Mar Del Plata no Uruguai, onde se destaca o lançamento das bases para a tomada de posição da comunidade internacional em relação aos Recursos Hídricos, devido ao crescimento da poluição e à escassez de água.

Em 1992 surgiu a Conferência Internacional sobre a Água e o Meio Ambiente, conhecida como a Conferência de Dublin. Segundo Tatemoto (2008) esta conferência serviu para preparar a Cimeira do Rio – 92, onde a água seria um dos temas do desenvolvimento sustentável a abordar. Desta conferência surgiram princípios básicos que aconselham a defender a água, considerando-a um recurso finito, devendo portanto ser gerida de forma multidisciplinar e vista como um bem económico. Tatemoto (2008) refere que desta conferência resultou ainda a vontade de que a gestão da água seja feita ao nível das bacias hidrográficas, mesmo que estas sejam internacionais.

Um dos principais frutos da Conferência do Rio de 1992 foi a Agenda 21 referida anteriormente. Esta propõe-se tratar muitas problemáticas do desenvolvimento sustentável, entre as quais os recursos hídricos. É no capítulo 18 desse diploma que estão as propostas para o combate à escassez de água, documentadas em sete áreas das quais se salientam as duas primeiras.

A primeira reporta-se ao desenvolvimento e planeamento integrado de recursos hídricos visando a sua protecção, não perturbando o bom funcionamento dos sistemas aquáticos e oferecendo quantidade/qualidade de água suficiente para as populações realizarem as suas actividades. Para uma boa gestão dos recursos hídricos o programa defende que a gestão deve ser feita ao nível das bacias ou sub-bacias de captação e propõe alguns objectivos, como identificar e proteger fontes de abastecimento de água potável, criar

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planos de gestão racional de água apoiados nas necessidades e prioridades da sociedade. Para os países em desenvolvimento, o programa defende a criação de incentivos institucionais, legais e financeiros para assegurar que é adoptada uma política hídrica e que esta sirva de impulso ao progresso e ao crescimento económico sustentável. De maneira a que estes objectivos sejam cumpridos, existe a proposta da criação de planos de domínio hídrico, de sensibilização das comunidades para programas educativos sobre o uso racional da água, bem como a promoção a nível internacional de pesquisa científica sobre o tema.

Na área da avaliação dos recursos hídricos os objectivos propostos na Agenda 21, independentemente do nível de desenvolvimento económico de cada país, são: colocar à disposição de todos tecnologias para avaliar os seus recursos hídricos; promover que todas as nações mediante os seus meios financeiros canalizem algumas verbas para avaliarem os seus recursos e fazer com que depois da avaliação, a informação seja utilizada para a política da gestão dos recursos hídricos. Para a concretização destes objectivos, o programa defende um melhoramento da base de dados sobre a quantidade e a qualidade da água, a aplicação de normas iguais de forma a assegurar a compatibilidade dos dados e a criação de um arquivo nacional para que a informação sobre recursos hídricos não se perca.

Em 2001 surgiu a “International Conference on Freshwater” em Bonn na Alemanha, que não é mais do que uma conferência onde se defendem os temas abordados nas anteriores, como a ideia do poluidor pagador, da gestão feita ao nível da bacia hidrográfica com cooperação entre estados nas bacias internacionais ou da discussão pública antes da tomada de decisão. Como vimos, foram muitas as conferências no sentido de delinear objectivos, no entanto, poucos destes foram concretizados.

O relatório Water for People, Water for Life (2003) demonstra que a escassez de água afecta todos os dias milhões de pessoas no mundo. Segundo este relatório, a situação piora com o passar do tempo e a tendência é manter-se enquanto não aplicarem e desenvolverem as medidas propostas. Esta publicação refere ainda que os problemas hídricos surgem, em grande parte, devido à falta de planeamento e gestão dos recursos hídricos. Sendo os problemas conhecidos e sabendo que existe tecnologia de grande

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qualidade para os solucionar, o problema só permanece devido à falta de vontade dos responsáveis mundiais.

Para Vieira (2003), desde 1950 até hoje, o consumo de água mais que triplicou. O mesmo autor diz-nos ainda que a resposta a esta procura tem sido feita através de grandes obras hidráulicas como grandes barragens, transvazes entre bacias hidrográficas e obras de captação de águas subterrâneas. Como exemplo, expõe que nos últimos 50 anos se construíram em média, duas grandes barragens por dia. Para além deste problema o artigo, chama a atenção de outra componente que altera o ciclo hidrológico, o aquecimento global. Com temperaturas mais elevadas vamos ter mais cheias no início da Primavera e períodos de seca no Verão, quando a água é mais necessária. Segundo Neves et al. (2006) a ONU vaticina que dentro de vinte anos, metade da população mundial não terá acesso a água potável suficiente. Lima et al. (2003) refere que, com todos estes problemas são necessárias medidas urgentes de planeamento e gestão de recursos hídricos com a finalidade de garantir a sustentabilidade dos mesmos.

2.1.3 - Políticas Adoptadas

Como necessidade de responder à degradação dos recursos hídricos e pôr em prática muitas das ideias propostas, foi criada legislação própria pela União Europeia (UE), a

Directiva Quadro da Água (DQA), e por Portugal o Plano Nacional da Água (PNA) e

os Planos das Bacias Hidrográficas (PBH).

A DQA, criada pela UE no ano 2000, tem como objectivo estabelecer um enquadramento para a protecção das águas superficiais interiores, das águas de transição, das águas costeiras e das águas subterrâneas. Esta pretende, em grosso modo, evitar a continuação da degradação dos ecossistemas terrestres e zonas húmidas, promover um consumo de água sustentável, assegurar a redução gradual da poluição e contribuir para reduzir os efeitos das inundações e das secas, dando resposta desta forma aos acordos internacionais. No documento existe a indicação de que cada estado membro deve identificar as suas bacias hidrográficas e organizá-las em regiões hidrográficas. No caso de bacias em mais de um estado, se possível, definir região hidrológica internacional. Para cada bacia hidrográfica a DQA expõe que se crie um

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plano para a sua gestão (PBH), sendo que este, pode ser complementado por planos ao nível de sub-bacias. Cortes (2003) realça três conceitos fundamentais para se atingir os objectivos da DQA:

a)A reparação dos cursos de água fazendo re-naturalização;

b)A integração funcional dos processos de recuperação e monitorização em escalas espaciais e temporais mais vastas do que aquelas que tem sido comum realizar;

c)A necessidade duma monitorização conveniente que avalie, para essas escalas, os resultados obtidos, tendo em conta o estado de referência em cada área geográfica.

Segundo Palma (2002), a DQA apresenta aspectos inovadores que irão repercutir-se em novas rotinas de planeamento e gestão dos recursos hídricos na UE, acentuando-se a necessidade de se poder dispor de ferramentas efectivas de suporte à decisão (Vieira et al. 2006).

O PNA é um plano de âmbito nacional e tem como meta indispensável a conclusão dos quinze PBH que Portugal pretende elaborar seguindo assim as indicações da DQA. No entanto, o PNA não é só a aplicação dos PBH, é um plano muito mais abrangente e constitui um instrumento fundamental na definição de uma nova política da água no nosso país (Vieira, 2003) e da interligação da mesma com Espanha, parceiro indissociável na gestão das regiões hidrológicas que pertencem aos dois países.

O PNA responde e fixa orientações que surgiram ao longo dos anos em conferências e congressos pelo mundo, estabelecendo desta forma como princípios o uso racional e optimizado dos recursos hídricos, a integração com o planeamento económico sectorial e regional e a participação de todos os agentes que possam contribuir de forma positiva para a sua gestão. Mesmo sendo um dos seus princípios, o planeamento económico, obteve pouca importância inicialmente e mesmo a tentativa de colmatar esta falha por parte do Instituto Nacional da Água (INAG) não foi eficaz devido à falha de informação (Palma, 2002).

Numa visão mais elaborada no que respeita ao planeamento e gestão dos recursos hídricos em Portugal e de como é entendido o balanço hídrico, para focar mais em concreto o tema em estudo, pode-se dizer que o PNA trata os usos, consumos e

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necessidades da água de forma distinta. Este entende por usos a utilização de volumes de água, a alteração das características das águas e dos regimes naturais dos seus fluxos e dos produtos gerados pelos recursos hídricos. Os consumos são os utilizados nas acções humanas, como consumo doméstico, industrial, regadio, refrigeração e também se consideram consumos os recursos que se perdem desde a captação até à utilização. As necessidades são compreendidas como a soma dos consumos com a procura, sendo esta a percentagem necessária de recursos que não está disponível.

O PNA defende a utilização de modelos matemáticos para a gestão dos recursos hídricos e considera-os uma grande vantagem. Exemplo disso, são os modelos matemáticos usados, tendo em conta factores como a precipitação e a evapotranspiração.

No que diz respeito à aplicação dos PBH, sendo o PNA um plano de índole superior e que todos os planos de escala inferior têm de absorver o seu conteúdo, este estabelece as directrizes que os diferentes PBH têm de obedecer. Em Portugal foram criados quinze PBH, podendo estes ser complementados por planos aplicados a sub-bacias, conforme o PNA e a DQA. Estes planos são de carácter mais executório tendo todos objectivos comuns de forma a normalizar a nível nacional a gestão da água, no entanto, variam de região para região a forma de actuar conforme as suas características.

2.2 - Sistemas de Suporte à Decisão (SSD)

Para Vieira et al. (2006), na actualidade, o processo de planeamento e gestão de recursos hídricos consiste numa reprodução simplificada da realidade através de modelos matemáticos, verificando-se bons resultados. Modelos de simulação, de optimização, de decisão, bases de dados e sistemas de informação geográfica têm sido utilizados frequentemente de modo isolado. A conexão coerente destas ferramentas constitui um sistema de suporte à decisão (SSD). Os sistemas de suporte à decisão de uma forma geral são ferramentas que ajudam na tomada de decisão. Com a evolução dos meios tecnológicos, também estes sistemas têm sido mais explorados.

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O aparecimento dos SSD, para Russel et al. (2001), remonta à época da criação dos computadores. No entanto, permaneceu reservado ao nível militar durante muito tempo. A mesma publicação defende que estes sistemas começaram a ser mais tarde usados por grandes empresas e posteriormente a serem testados na área ambiental. Power (2003) elaborou uma cronologia onde explica o aparecimento e evolução dos SSD. Nesta cronologia defende que os primeiros modelos apareceram nos anos 60. Na década de 70 foi quando surgiram mais investigadores e empresas a utilizar estes sistemas para resolver problemas e tomar decisões. Desde esta data os SSD foram reconhecidos como bons modelos, pois o tratamento informático de dados estava a dar resultados. Nos anos 80 começaram a ser usados em sistemas de planeamento nas mais diversas áreas.

Quanto à classificação dos SSD, Power (2002) divide-os em cinco categorias genéricas baseadas na comunicação, nos dados, em documentos, no conhecimento e em modelos, utilizando estes últimos, dados e parâmetros fornecidos pelos utilizadores. A estrutura de um SSD é muito discutida por diferentes autores. Russel et al. (2001) defende uma estrutura dividida em três componentes, a base de dados, os modelos de simulação e as ferramentas de análise. Estes autores consideram que os sistemas de informação geográfica (SIG) são os sistemas mais desenvolvidos dentro das bases de dados, pois retêm ferramentas que permitem armazenar, transformar, registar e disponibilizar os dados. Os modelos de simulação possibilitam que a informação seja processada simulando processos físicos, químicos ou biológicos, no que se refere aos sistemas hídricos. As ferramentas de análise são as que transfiguram a informação e permitem a tomada de decisão. Por sua vez Denzer (2005), considera que um SSD se estrutura em quatro componentes, sendo estas: os modelos de simulação, os sistemas de informação geográfica, as ferramentas baseadas em inteligência artificial e as bases de dados.

Os SSD não são sistemas perfeitos e muitos especialistas encontram um ponto que necessita de desenvolvimento, a coordenação entre os diferentes componentes. Entre eles, Denzer (2005) defende que as interligações entre os componentes deviam ser mais genéricas e não personalizadas a cada projecto, pois a interligação de dados faz com que o utilizador perca muito tempo na transferência de dados e possa errar com maior facilidade.

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Em suma, apesar de diferentes opiniões de como funcionam, como se classificam ou de como se encontram estruturados, os SSD são essenciais para o planeamento e gestão sustentável onde quer que sejam aplicados.

2.2.1 - Sistemas de Informação Geográfica (SIG)

Os SIG têm inúmeras aplicações como na agricultura, cartografia e cadastro urbano, defendendo que a geometria e os atributos dos dados destes sistemas devem estar sempre georreferenciados. A produção de mapas, análise espacial de fenómenos e capacidade de armazenamento e recuperação de informação espacial (Guimarães, 2006), são as três formas mais correntes e grandiosas para utilizar um SIG.

Para Nurunnisa e Burak (2006), a integração de módulos hidrológicos com sistemas de informação geográfica permite efectuar mais ensaios de análise e os resultados são apresentados visualmente, o que é importante para quem toma as decisões. Estes sistemas permitem determinar características da bacia, alterar condições do rio para qualquer tamanho da bacia hidrográfica e, que o utilizador final simule o que poderá ocorrer numa bacia.

Nos SIG as operações de análise e integração de informações podem ser conduzidas através de uma lógica de sobreposição de dados, definidas por regras empíricas de cruzamento ou através do suporte da formulação de modelos matemáticos e estatísticos (Pinto e Garciag 2005).

Para todos os autores estudados estes sistemas são excelentes para a realização cartográfica e para o cruzamento de informações, através de diferentes ferramentas, contribuindo assim para a diminuição do tempo de execução de um determinado projecto.

2.2.2 - Modelos Matemáticos para Planeamento e Gestão de Recursos Hídricos

Lima (2007) diz que os modelos de planeamento são os mais adequados para o planeamento e gestão de Recursos Hídricos à escala da bacia hidrográfica e classifica-os

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como modelos físicos ou matemáticos. Para a elaboração desta dissertação serão utilizados modelos matemáticos, através da aplicação do MIKE BASIN. O autor considera ainda, que os modelos utilizam técnicas de simulação e técnicas de optimização. A simulação consiste num conjunto de expressões matemáticas estruturadas de forma lógica, transfigurando dados e parâmetros em resultados. Posteriormente à simulação, os modelos são capazes de identificar uma solução que maximize ou minimize uma função de forma óptima.

A aplicação de modelos é mais produtiva quando é bem orientada e as escalas temporais e espaciais são pequenas, defende Victoria e Fedra (2005). No entanto, muitas vezes as respostas são necessárias a escalas maiores, como é o caso das grandes bacias hidrográficas.

2.2.3 – Exemplos de Modelos Matemáticos

A revisão de literatura nesta matéria, permite referir que os modelos matemáticos se encontram em evolução e existem muitos modelos disponíveis. Para a realização desta revisão bibliográfica, foram investigados alguns deles salientando as suas principais características e algumas aplicações, tendo em vista uma maior percepção do que são modelos matemáticos e compreender as maiores vicissitudes e dificuldades do modelo a aplicar, MIKE BASIN da DHI Water and Environment.

Os modelos apresentados vão ser o WATERWARE (ESS – Environmental Software

and Services), o WEAP (Water Evaluation And Planning System) do Stockolm

Environmental Institute, o MODSIM da Colorado State University e o AQUATOOL

desenvolvido no Departamento de Engenharia Hidráulica e Meio Ambiente da

Universidade Politécnica de Valença.

O modelo WATERWARE foi o resultado de um programa de investigação (EUREKA EU 487), como refere Jamieson et al. (1995). Os autores defendem o objectivo de desenvolver um modelo de fácil utilização para o apoio à tomada de decisões. O WATERWARE, segundo os próprios criadores, permite simular sistemas de recursos hídricos à escala da bacia hidrográfica, incluindo o sistema de água subterrânea. Através

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de técnicas de modelagem, não abrange só os elementos físicos e hidrológicos, engloba também o quadro institucional, regulamentar e as forças motrizes socioeconómicas de forma a obter uma situação óptima. Este modelo combina a capacidade dos SIG com técnicas, procedimentos e sistemas de optimização. Segundo Harnancioglu et al. (2007), os principais elementos do WATERWARE podem ser conectados à internet permitindo assim a comunicação com bases de dados de informações geográficas, criando uma interface relativamente simples. O modelo representa a bacia hidrográfica através de uma rede constituída por diversos tipos de nós como reservatórios, poços, desvios, necessidades das cidades, estâncias turísticas, lugares de irrigação e as grandes indústrias. Por sua vez estes nós são conectados em canais. Um exemplo de aplicação deste modelo é o explicitado em Harnancioglu et al. (2007) que se reporta à sua aplicação na bacia hidrográfica do Gediz na Turquia, onde foi criado um SSD para a gestão da bacia de forma a responder às necessidades hídricas tendo em conta aspectos sustentáveis.

O modelo WEAP foi criado para ser usado no planeamento e gestão de bacias hidrográficas. Lévite et al. (2003) considera que o modelo se destaca devido à sua capacidade de simular, de maneira integrada, componentes naturais através da representação de sistemas artificiais (rios, albufeiras, captações e águas subterrâneas). O WEAP executa uma interface, baseada em SIG, que facilita a representação desagregada das exigências individuais, da distribuição de água e do sistema do rio (Pandey et al. 2007). Este modelo pode abordar uma gama de questões como crescimento populacional, padrões do desenvolvimento económico, técnicas de irrigação, requisitos mínimos de água para os ecossistemas, mudanças de uso do solo através de uma interface gráfica, sendo esta uma ferramenta simples mas poderosa para construir, visualizar e modificar dados. A aplicação do WEAP envolve várias etapas: • Definição do problema incluindo a sua aplicação temporal e espacial configurando as componentes do sistema;

• Estabelecimento dos dados dos recursos e provisões para o sistema;

• Criação de cenários diferentes para o futuro seguindo as tendências politicas, desenvolvimento tecnológico e outras que afectam a exigência, a provisão e a hidrologia;

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• Avaliação de cenários quanto à suficiência de recursos, preços e impactos ambientais.

No que respeita às limitações do software, as simulações dos anos secos, normais e húmidos disponíveis, embora muito simples de usar, não captam grandes variações hidrológicas, uma vez que são feitas mensalmente. O modelo foi aplicado e testado no Steelpoort, sub-bacia do Rio Olifants na Africa do Sul, de forma a efectuar o seu planeamento futuro, pois no presente, os dados indicam que os recursos não são suficientes para satisfazer as exigências. Apenas uma gestão e equilibrada, tendo em vista aspectos sustentáveis e económicos, tal será possível (Lévite et al. 2003).

Conforme Shourian et al. (2008), o modelo MODESIM foi desenvolvido para simular sistemas fluviais em todo o mundo, à escala da bacia hidrográfica. Este modelo contém um algoritmo para optimização da rede de fluxo, garantindo simultaneamente que a gestão da água se processe de acordo com a física, a hidrologia e aspectos institucionais. É de fácil interligação com os SIG, representando esta característica uma vantagem para o software. Lima, C., et al. (2008) vaticina que este modelo serve para desenvolver planos operacionais que sejam capazes de satisfazer metas, prioridades e limitações. O modelo é de fácil adaptação a diversos tipos de problemas. A aplicação deste modelo tem sido muito abrangente, contribuindo o facto de estar disponível gratuitamente no endereço electrónico (http://modsim.engr.colostate.edu/), o que não acontece com nenhum dos outros modelos estudados nesta dissertação. Entre outras aplicações, existem os exemplos desenvolvidos por Shourian et al. (2008) como, o planeamento e gestão da Bacia do Rio Grande e da Bacia do Rio Colorado. Outra utilização reporta-se ao uso do software para a optimização do uso da água na agricultura como retrata Lima C. (2008).

O modelo AQUATOOL foi desenvolvido com o objectivo de auxiliar o planeamento de bacias hidrográficas complexas. Para Andreu et al. (1995), a estrutura deste modelo separa as componentes e funções em módulos. Isto permite uma flexibilidade no desenho, implantação e operação do sistema. Num primeiro nível, o modelo divide-se

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em três unidades de controlo que são a gestão da bacia (modelo de simulação), modelo de optimização e modelo de modelagem do fluxo. Possui ainda modelos de avaliação de riscos, e modelos de análise e apresentação de resultados. Cada uma das três unidades de controlo inclui desenho gráfico e capacidade de gestão da base de dados, além da facilidade para controlar a execução de modelos. O AQUATOOL é implementado dentro de ambiente do Windows da Microsoft que actua como unidade de controlo de nível nulo coordenando vários componentes do sistema e as ligações com os utilizadores, arquivos e hardwares periféricos (Andreu et al. 1995). Este modelo foi aplicado na bacia hidrográfica de Júcar Pilot em Espanha, como refere Álvarez et al. (2005), de forma a elaborar um plano de gestão das diferentes utilizações dos recursos hídricos (doméstico, industrial, agrícola) encarando a água como um bem económico e que deve ser racionalizado, seguindo assim a DQA.

2.2.4 - Modelo Matemático MIKE BASIN

O MIKE BASIN é um sistema de apoio à decisão para o planeamento e gestão integrada de recursos hídricos (quantidade e qualidade) de uma bacia ou parte dela (Dorota et al. 2003).

Este modelo pode ser aplicado, segundo Ireson et al. (2006), em locais onde os dados são escassos, com bons resultados, servindo de base a uma recolha mais detalhada de dados e orientando a tomada de decisões estratégicas.

Os autores Dorota et al. (2003), Ireson et al. (2006) e Lima et al. (2003) entendem o MIKE BASIN como um sistema fluvial onde o fluxo é representado por uma rede constituída por nós e arcos. Os nós definem características da bacia, secções transversais como os afluentes, locais de armazenamento, entre outros. Os arcos definem as rotas e direcções de circulação da água entre os nós, sendo o número de nós e arcos ilimitado.

Existem nós simples, que são locais da rede sem quaisquer desvios. As albufeiras são consideradas nós de armazenamento. As captações são entendidas como um nó de saída, permitindo ao utilizador apresentar o modelo com água. Os cruzamentos sobre a água do rio dividindo-o em dois ramos para jusante, consideram-se um nó de desvio. As

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centrais hidroeléctricas – “hidropower” – são nós que podem ser associados a albufeiras, determinando e optimizando a produção eléctrica a partir da albufeira. Os pontos de extracção de água para a irrigação ou abastecimento são denominados os nós

“offtakes”, estes são divididos em abastecimentos e irrigações, devido às suas

diferenças. No abastecimento (consumo doméstico e industrial) existe uma relação simples entre a variação temporal na extracção de água e rentabilidade da descarga. Na irrigação, o retorno da descarga à rede é definido com escalas temporais que incorporam uma função de atraso, de forma a contabilizar todo o processo de infiltração até que o fluxo volte a estar disponível (DHI, Inc.2003).

A informação deve ser agregada ao nível de sub-bacias da bacia principal, sendo o utilizador a fornecer os dados de precipitação, evapotranspiração, o tipo de vegetação e os dados das albufeiras ao modelo (Bassoi et al., 2006).

Lima (2007) vaticina que o sistema associa técnicas de simulação e optimização e permite total integração com o SIG ArcGIS tanto no processamento dos dados como na análise dos mesmos.

O modelo pode ser digitalizado directamente no ecrã do computador, incluindo todas as informações relacionadas com o fluxo na rede, localização dos utilizadores de água, localização das albufeiras, entradas e saídas de fluxo. Outra vantagem do software é a sua capacidade de gestão de forma simultânea, quantidade e qualidade da água. O programa utiliza ainda tecnologia openMI o que permite a interligação com outros modelos, mesmo que sejam de outra empresa (DHI, Inc. 2003).

A avaliação do potencial para satisfazer as necessidades actuais e planeadas pelos utilizadores tanto em quantidade como em qualidade é uma das tarefas do programa. O programa tem também como tarefa o desenvolvimento de princípios de gestão de uma bacia, examinando o que deve mudar em termos de volumes utilizados, necessidades e a hierarquia de utilização dos recursos. Outra das tarefas do modelo consiste em propor programas capazes de modelar a utilização dos recursos, incluindo a definição dos parâmetros de localização de albufeiras de armazenamento e canais de transferência. O modelo concretiza ainda tarefas na qualidade da água como, desenvolvimento de

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programas para a protecção da qualidade da água e avaliação do impacto das variações de desenvolvimento na área da bacia.

Em termos de limitações do MIKE BASIN, Ireson et al. (2006) refere que não existe qualquer mecanismo automático para calibrar parâmetros. Os utilizadores podem utilizar outro software como o MIKE 11 e posteriormente proceder a sua interligação com o modelo MIKE BASIN. Dorota et al. (2003) defende este modelo. Considera-o extremamente simplificado quando trata das necessidades com dados anteriores e efectua estimativas.

2.2.4.1 - Aplicações com o Modelo MIKE BASIN

Este modelo tem sido aplicado nos mais diversos pontos do globo. Em seguida procede-se ao estudo de algumas das aplicações do MIKE BASIN. O estudo engloba a bacia do Cape Fear, na Carolina do Norte, Estados Unidos da América (EUA) por Holdstock et al. (2000); a bacia do rio Leba na Polónia, efectuado por Dorata et al. (2003); a bacia do rio Lemhi, nos EUA, elaborado pela DHI (2003) para a Universidade de Idaho e a bacia do rio Kabul no Afeganistão, estudada por Ershadi et al. (2005).

O modelo foi aplicado na bacia do Cape Fear, com 3,25 Km2_{, na Carolina do Norte,}

nos Estados Unidos da América. O objectivo desta aplicação é ajudar a gestão actual e futura dos recursos hídricos da bacia. Inicialmente o projecto foi concebido para quantificar e gerir convenientemente a água do lago Jordão, que pertence à bacia, de forma a possibilitar o abastecimento de água e a sua transferência para outros lagos dentro da bacia.

A aplicação do MIKE BASIN foi vista como muito importante uma vez que este opera em Arcview e permite desta forma a visualização geográfica do projecto. Este foi desenvolvido de forma aberta, de forma cooperativa e submetido a escrutínio público por todas as partes.

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O projecto envolveu um extenso número de tarefas, recolha, revisão e interpolação de dados hidrológicos, esquematização do modelo, estimativas do uso de água agrícola, bem como usos urbanos e industriais.

O modelo foi desenvolvido tendo em conta registos climáticos que cobrem o período de 1930 a 1998, este período permitiu inúmeras sequências de situações climáticas (secas e cheias) para serem analisadas e avaliadas. Esta enorme recolha de dados envolveu muitas entidades de áreas diferentes como agências governamentais, municípios e empresas privadas. Para além disto, realizaram uma grande revisão bibliográfica para permitir a localização de recursos adicionais.

Os utilizadores do modelo consideraram-no como muito útil para a gestão da bacia. Os interessados são capazes de avaliar impactos do lago Jordão repartições e aplicações associadas a transferências internas, executar planos de gestão e previsão de seca. Actualmente, o modelo permite a modelação da quantidade de água, mas com muito pouco esforço pode ser prorrogado para incorporar a qualidade da água.

Na Polónia o MIKE BASIN foi aplicado na bacia do rio Leba para efectuar a sua

gestão quantitativa e qualitativa, visando os objectivos da DQA. Este plano foi desenvolvido para num primeiro momento descrever a hidrologia da bacia, os locais e as características dos recursos. Em seguida estudaram as características e usos dos solos (urbano, agrícola, florestal, etc.) bem como o impacto do homem e as suas fontes de poluição. Por fim, foi avaliado o estado dos recursos e propostas medidas para a melhoria dos mesmos.

A bacia está localizada no norte da Polónia e pertence à região hidrográfica do mar Báltico, sendo o comprimento do leito do seu Rio principal 117 Km. Para a gestão da quantidade de água foram estabelecidos os diferentes tipos de nós que o software permite, como nós de descarga (abastecimento e irrigação), nós simples, albufeiras e nós de devolução à rede. Para colocar o sistema a funcionar foram tidos em conta os dados climatéricos da região, a saída de água para jusante e o influxo provocado pelo mar Báltico.

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Na análise dos resultados obtidos pelo MIKE BASIN pode-se verificar que esta bacia não tem problemas associados à necessidade de recursos, em toda a bacia existem grandes reservas de águas superficiais. Para o futuro, foi estabelecida a necessidade de garantir uma gestão equilibrada e evitar a degradação dos recursos.

Na bacia do rio Lemhi o modelo foi aplicado com os mesmos objectivos das

aplicações anteriores, efectuar o seu planeamento e gestão. Para desenvolver este sistema foi executada uma rede fluvial. Os dados de entrada considerados mais importantes foram a precipitação e a evapotranspiração. O modelo abrange 34 quilómetros de rio incorporando 58 nós de descarga para irrigação e foi cumprido à escala temporal de uma hora, sendo usados dados anteriores devido à inexistência de dados actuais. Com o desenvolvimento deste modelo foi possível simular a gestão da água na bacia. O modelo foi concebido para demonstrar a sua tecnologia e para simular várias alternativas de irrigação com os recursos existentes. Os responsáveis por este projecto acreditam que a intervenção pública e multidisciplinar permitiu uma maior compreensão do sistema, e que, melhores dados, podem ajudar a construir um sistema melhor.

A aplicação do modelo na bacia do rio Kabul (67Km2_{) teve como objectivo a gestão}

integrada de recursos hídricos e a determinação dos recursos disponíveis. Reuniram os dados possíveis sobre a pluviosidade, a neve, a utilização do solo e a topografia, no entanto os dados disponíveis retratavam-se ao período de 1961 a 1978. Após a organização dos dados estes foram introduzidos no modelo que efectuou estimativas de dados para poder fazer avaliações no presente.

A bacia do rio Kabul tem características muito próprias, com uma enorme diferença entre a sua parte Leste e a sua parte Oeste. A parte Leste da bacia encontra-se a altitudes elevadas, estando mesmo coberta de neve na maior parte do ano, o que origina maiores caudais na época de degelo, sendo necessária a aplicação do modelo também na gestão das enxurradas. Devido à variação da altimetría (400 – 6000m) tem potencial

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considerável para a produção eléctrica. Ainda nas áreas Orientais, a precipitação é elevada com 700mm e o solo é composto sobretudo por florestas. A Oeste, as áreas da bacia têm escassez de água, a precipitação é baixa e o solo é fraco (sem vegetação).

O modelo foi desenvolvido como um sistema fluvial e foram estabelecidos os diferentes nós já citados. A área de estudo foi dividida em 29 sub-bacias e foram considerados 68 nós, dos quais 5 deles são albufeiras, 32 estão representados como necessidades domésticas e 31 como necessidades de irrigação.

Este projecto é considerado um instrumento muito útil, o modelo permite analisar os resultados de uma forma abrangente e tomada de decisões. Os autores do projecto defendem que o modelo é perfeitamente adequado para a avaliação de grandes áreas, com um elevado nível de precisão para fins de planeamento.

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Capítulo 3

Metodologia

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3 - METODOLOGIA

3.1 - Enquadramento geográfico

A bacia hidrográfica do Sôrdo situa-se no distrito de Vila real, mais concretamente nos concelhos de Vila Real e Santa Marta de Penaguião (Figura 3.1).

O concelho de Vila Real é atravessado pelo itinerário principal nº 4 (IP4) e vai ser em breve atravessado pela A4, ambos no sentido W – E, sendo que estes dois itinerários cruzam toda a bacia hidrográfica em estudo. Estes dois concelhos são ainda servidos pelo itinerário principal nº3 (A24) com orientação N – S.

Figura 3.1: Enquadramento geográfico da Bacia Hidrográfica do Sôrdo

Esta bacia hidrográfica integra as freguesias de sudoeste do concelho de Vila Real, sendo elas Vila Cova, Campeã, Quintã, Pena, Torgueda, parte de Mondrões e Parada de Cunhos. No concelho de Santa Marta de Penaguião só parte da freguesia da Cumieira pertence à bacia hidrográfica (figura 3.2). Esta bacia tem propriedades muito próprias

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Capítulo 3 – Metodologia

devido ao facto de pertencer à serra do Marão englobando o ponto mais alto desta serra. Desenvolve-se por uma encosta da serra até à zona demarcada do vinho do Porto, na freguesia da Cumieira.

Figura 3.2: Delimitação da Bacia Hidrográfica do Sôrdo

3.2 - Caracterização da Área de Estudo (Bacia Hidrográfica do rio

Sôrdo)

O rio Sôrdo é um afluente do rio Corgo, que por sua vez é um afluente do rio Douro, estando assim incluído na maior bacia hidrográfica da Península Ibérica, com uma área de 97682 Km2, o que representa 17% da área total da Península (Fernandes, 2002). A bacia do Rio Sôrdo tem aproximadamente 50 Km2 e o seu curso de água principal é o rio Sôrdo, que tem uma extensão de 19 Km. Nasce na Serra do Marão a uma cota de 1350 m, onde se confluem várias ribeiras. A sua orientação é de Poente para Nascente, desaguando no Rio Corgo a sul da cidade de Vila Real, a uma cota de 200 m, tratando-se de uma bacia alongada.

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A altitude média do Rio Sôrdo é de 714 m, sendo que mais de 30% do rio se desenvolve entre a cota 800 m e a cota 700 m, no vale da Campeã (Cortes, 1981). Na figura 3.3 estão demarcadas as classes de altitudes. Através destas percebe-se as condições de oxigenação da bacia e por sua vez o tipo de vegetação que se pode desenvolver em cada classe. Para altitudes superiores a 1300m a vegetação é escassa.

Figura 3.3: Classes de Altitude na Bacia hidrográfica do Sôrdo (Adaptado: Cartografia Vectorial, Instituto Geográfico do Exército)

No que à geologia diz respeito, a bacia encontra-se dividida claramente a meio, como se verifica na figura 3.4. A parte superior é constituída por formações metamórficas e sedimentares de xistos, enquanto a parte inferior da bacia é constituída por rochas plutónicas, os granitos. O vale da campeã encontra-se bem diferenciado, sendo constituído por aluviões, enquanto a zona de vinha volta a ser xistosa, totalmente a jusante da bacia.

Figura 3.4: Carta litológica da bacia Hidrográfica do rio Sôrdo (Fonte:Atlas do Ambiente, 1982 – Direcção Geral do Ambiente)

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Capítulo 3 – Metodologia

O clima é húmido a muito húmido, com precipitação média anual de 800 a mais de 1500 mm e evapotranspiração potencial (Thornthwait) de 650 a 750 mm. Como se pode ver na figura 3.5 e relacionando-a com as classes de altitudes, verifica-se que a precipitação diminui muito em altitude e que numa área relativamente pequena esta diminui mesmo para metade. Estas condições de precipitação são óptimas uma vez que com elevadas precipitações a montante se consegue muita água logo nos pontos mais altos da bacia hidrográfica.

Figura 3.5: Precipitação média anual na Bacia hidrográfica do Sôrdo (Fonte:Atlas do Ambiente, 1982 – Direcção Geral do Ambiente)

Nesta bacia existem diferentes usos do solo com uma percentagem representativa na área da bacia, o uso de solo que ocupa mais área da bacia são os matos seguido da floresta mista. A agricultura é outro uso de solo com importância significativa na zona, sendo mesmo esta zona das mais importantes de produção agrícola do concelho de Vila Real. Na zona de cota mais baixa da bacia surge a vinha, já referida, situada quase que na totalidade no concelho de Santa Marta de Penaguião. De referir que a zona de solos improdutivos é uma zona de grandes maciços rochosos onde o escoamento superficial, que depende do uso do solo, é considerável (figura 3.6).

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Figura 3.6: Carta de Uso dos Solos na Bacia hidrográfica do Sôrdo (Adaptado: COS 90 Sistema Nacional de Informação Geográfica - SNIG)

A carta de uso de solo bem como a de precipitação são muito importantes para a elaboração desta dissertação, pois é através destes parâmetros que se determinam os coeficientes de escoamento e o escoamento superficial.

Na bacia do rio Sôrdo existe uma albufeira com o objectivo de captar água para abastecimento, sendo a empresa Águas de Trás-os-Montes e Alto Douro (ATMAD) a responsável de tal facto. O sistema de abastecimento de água potável do Sôrdo serve actualmente os concelhos de Santa Marta de Penaguião e de Vila Real, estando previsto o seu alargamento de modo a abastecer no futuro algumas zonas de outros concelhos da região demarcada do Douro, Mesão Frio e Peso da Régua.

Este sistema é constituído por uma captação de água na albufeira do Sôrdo, uma estação de tratamento de água (ETA) com capacidade para tratar 660 mil litros por hora e vários quilómetros de condutas para adução de água tratada.

Actualmente, a partir do reservatório de água tratada da ETA a água é aduzida, graviticamente por duas linhas adutoras, uma que se dirige para Norte em direcção à sede de concelho de Vila Real e outra que se dirige para Sul em direcção ao concelho de Santa Marta de Penaguião, abastecendo no total cerca de 14 500 habitantes.