Browsing by Author "Costa, Luís Ricardo Dias da"
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- Calibração de um modelo de escoamento e simulação de cenários de exploração do sistema aquífero Luz-Tavira: uma ferramenta para a gestão da águaPublication . Costa, Luís Ricardo Dias da; Monteiro, José Paulo; Stigter, T. Y.O presente documento consiste numa dissertação do Mestrado Integrado em Engenharia do Ambiente na qual se pretendeu caracterizar a distribuição espacial da transmissividade do sistema aquífero Luz-Tavira (SALT) e analisar possíveis cenários de exploração do mesmo. O trabalho de investigação realizado consistiu no desenvolvimento de um modelo numérico em Elementos Finitos para o Sistema Aquífero Luz-Tavira (SALT), envolvendo as etapas de definição de condições fronteira, classes de transmissividade, calibração do modelo por modelação inversa e análise de cenários de exploração. Para tal o autor recorreu a trabalhos de investigação já desenvolvidos na Universidade do Algarve como ponto de partida. A este trabalho já efectuado pretende-se contribuir com a calibração dos parâmetros físicos que controlam o escoamento subterrâneo, de forma a aumentar a fiabilidade da simulação do seu funcionamento hidráulico. Para atingir os objectivos, o autor propôs-se não só a desenvolver uma caracterização do SALT com base em pesquisas bibliográficas tão extensa quanto possível, como também com a realização de saídas de campo, de forma a contribuir para o conhecimento do seu funcionamento. Posteriormente procede-se à redefinição e reestruturação do modelo numérico de escoamento, baseado em casos semelhantes e em trabalhos já desenvolvidos sobre o mesmo, aliando a este modelo todo o conhecimento obtido sobre o SALT. O facto do SALT nalgumas fases ser caracterizado como um aquífero multicamada, aliado às suas formações carbonatadas carsificadas e à sua heterogeneidade, resultam numa dificuldade acrescida no desenvolvimento de um modelo de escoamento, o que inspirou o autor a elaborar os esforços necessários na obtenção de informação, de forma a permitir a definição das condições de fronteira e dos detalhes necessários à elaboração de um modelo tão fiável quanto possível. A determinação dos parâmetros hidráulicos que controlam o escoamento subterrâneo é o maior desafio que se coloca à calibração de um modelo como o que se pretende desenvolver. A abordagem da calibração, automática ou por tentativa erro, que se implementou, poderá permite alcançar uma distribuição de valores de transmissividade passível de gerar simulações realistas do comportamento hidráulico do sistema. A redefinição de novas condições de fronteira, zonas de transmissividade e infiltração permitiram aproximar o modelo desenvolvido à piezometria real observada na região, ii pelo que posteriormente se prosseguiu à calibração das zonas de transmissividade do modelo pelo método de modelação inversa. A calibração do modelo por modelação inversa possibilitou o aumento de precisão das simulações realizadas para este sistema aquífero. Desta forma procedeu-se a uma análise de diferentes regimes de exploração, consoante as diferentes condições de exploração a que o aquífero foi exposto nas últimas duas décadas. Destes cenários, verificou-se que os que implicam uma maior exploração do aquífero resultaram num rebaixamento piezométrico bastante significativo (da ordem dos 13 a 14 metros), revelando a alta vulnerabilidade do SALT. Por outro lado, num cenário em que apenas vigoram captações para abastecimento privado das habitações que não têm acesso à rede de abastecimento de água, identificou-se o fenómeno de aumento de tal forma do nível piezométrico que poderá também resultar em impactes nos ecossistemas agrícolas, visto que em certas regiões registaram-se medidas inferiores a 1 metro de profundidade. A análise aos cenários de exploração evidencia a vulnerabilidade e a elevada capacidade de resposta do aquífero Luz-Tavira. Desta forma destaca-se a sensibilização da questão de se alcançar um equilíbrio entre recarga e descarga do sistema, tarefa essa que exige estudos futuros mais aprofundados sobre o modelo, entre eles a simulação em regime transitório do mesmo e a definição dos coeficientes de armazenamento.
- Numerical modelling applied to the understanding of groundwater flow and mass-transport in south Portugal - A perspective of regional hydrogeological problems affecting groundwater statusPublication . Costa, Luís Ricardo Dias da; Monteiro, José Paulo; Nunes, Luís MiguelA presente dissertação agrega diferentes trabalhos referentes à hidrogeologia do Algarve com foco para a análise de alguns problemas relacionados com as águas subterrâneas identificados na região. Foram empregues várias ferramentas numéricas de forma a caracterizar algumas das questões mais sonantes das águas subterrâneas no Algarve do ponto de vista institucional. Seleccionaram-se dois casos de estudo, o aquífero Querença-Silves e o conjunto de aquíferos em contacto com a Ria Formosa. No primeiro caso de estudo apresentado, Querença-Silves, procedeu-se a uma análise de balanço com apoio de um modelo numérico de fluxo, com vista à evolução dos níveis de água subterrânea perante diferentes cenários de exploração e de Gestão da recarga de aquíferos. Adicionalmente, com recurso à relação de Ghyben-Herzberg, foi realizado um tratamento de pós processamento para identificar potenciais efeitos da evolução da interface água doce-água salgada, que resulta do contacto a Oeste deste aquífero com o estuário do Rio Arade. Apesar de nas condições actuais não se verificar ocorrência de intrusão salina, dados recolhidos e os resultados de modelação identificam que poderá haver um risco de ocorrência deste processo em cenários de seca prolongada aliados a extracções elevadas. Desta forma, procedeu-se à análise de cenários de Gestão da recarga de aquífero com injecção de água no sistema, de forma compreender como esta medida de mitigação poderá contribuir para a recuperação do sistema e recuo da interface água doce-água salgada. No que respeita ao caso de estudo dos aquíferos em contacto com a Ria Formosa, foi feita uma primeira análise relativamente à evolução da pluma de contaminação por nitratos na Zona Vulnerável de Nitratos de Faro, com vista ao cumprimento das exigências legais impostas pela Directiva Quadro da Água e da Directiva Nitratos. Desta forma, com o apoio de um modelo numérico de escoamento e transporte de massa, procedeu-se à análise de diferentes cenários de ocupação de solo no que respeita à área agrícola e, consequentemente, carga de nitratos no sistema. Os resultados obtidos pelo modelo sugerem que mesmo num cenário em que se interrompa por completo a entrada de nitratos no sistema, não se conseguem atingir os objectivos ambientais no sistema até 2040, que, neste caso, corresponde a concentrações de nitrato inferior a 50 mg/L. Este facto reforça a necessidade de adoptar medidas de mitigação alternativas às actuais para se conseguir reduzir o tempo necessário para cumprir com as exigências legais impostas pela Directiva Quadro da Água. Foi neste sentido que se apresentou uma análise de um cenário de Gestão de Recarga de Aquíferos com base na intercepção de água da chuva nas estufas, para posterior injecção no aquífero. Os resultados do modelo sugerem que este cenário não é suficiente para atingir a conformidade, mas que pode reduzir de forma algo significativa o tempo necessário para atingir a meta estabelecida. Ainda no que respeita aos aquíferos em conexão com a Ria Formosa, com os exercícios de modelação efectuados tornou-se evidente que há conexões hidráulicas entre os diferentes sistemas aquíferos na área de estudo, com trocas de fluxo e massa entre si e que por isso, a sua gestão não poderá ser feita de forma individualizada para cada massa de água subterrânea. Adicionalmente, foi feita uma análise histórica de forma a tentar replicar o processo de contaminação do aquífero por nitratos desde o seu estado mais pristino, com a inclusão de processos de retorno de rega e reciclagem de nitratos, com base nos dados conhecidos. Na maioria dos sistemas, a inclusão destes processos explica os valores de nitratos na água subterrânea actualmente observados, com a excepção do sector centro-sul do aquífero da Campina de Faro, em que se observam valores mais elevados que os simulados, o que possivelmente se deverá a valores históricos de carga de nitratos mais elevados que os que são conhecidos ou à existência de barreiras hidráulicas locais que impossibilitam a descarga de nitratos para a Ria Formosa. Este facto reflecte também que os valores actualmente observados são um reflexo das práticas agrícolas realizadas no passado, e desta forma, o problema não pode ser resolvido simplesmente com a adopção de práticas agrícolas mais sustentáveis. Para tal será necessário implementar medidas de mitigação alternativas. Nesse âmbito, foram simulados vários cenários de mitigação, que envolvem a interrupção de cargas azotadas no sistema, a transição da origem de água para rega para água superficial e dois cenários de Gestão de recarga de aquíferos, um com base na recarga artificial ao longo do leito de ribeiras, outro com base na intercepção de água da chuva em estufas como anteriormente referido. A integração de cenários climáticos no modelo de transporte de massa revela que apesar da implementação de medidas de mitigação, poderá haver um retardamento no decréscimo dos níveis de nitrato no aquífero superficial da Campina de Faro, resultado de processos de evapoconcentração associado à redução de recarga, aumento da extracção e processos de mistura incompletos no aquífero. Os resultados destes cenários reforçam o facto que a remediação de águas subterrâneas é uma tarefa ambiental complicada, especialmente no que se refere a processos de poluição difusa em áreas muito extensas e que para se atingirem as metas ambientais e o bom estado da água subterrânea, é necessário um conjunto de soluções convencionais e alternativas, de aplicação a escala local ou escala mais regional. Através de ferramentas de estatísticas procedeu-se ainda a uma análise das relações entre padrões climáticos com a oscilação dos níveis de água subterrânea nos casos de estudo. Os resultados desta análise tarefa permitiram compreender melhor como os níveis das águas subterrâneas se podem comportar em diferentes cenários climáticos, e o que se pode esperar dos efeitos de curto e médio prazo de recarga na região do Algarve. A implementação de modelos numéricos de fluxo e transporte de massa aliado à análise estatística das relações dos padrões climáticos com a oscilação dos níveis resultou numa ferramenta importante de caracterização dos sistemas aquíferos em estudo, com a redução da incerteza sobre os sistemas e a previsão de cenários de mitigação e cenários climáticos.