III. Unidades de Investigação, Desenvolvimento e Outras
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Percorrer III. Unidades de Investigação, Desenvolvimento e Outras por Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS) "06:Água Potável e Saneamento"
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- Análise de métodos de classificação automática de uso do solo associadas à caracterização e quantificação de áreas regadas - Caso de estudo Campina de Faro, AlgarvePublication . Marques, Jonat Stefani Justa; Martins, Fernando Miguel Granja; Costa, Luís Ricardo Dias daA região Algarvia, com um clima temperado de características mediterrânicas, enfrenta uma crescente incidência de fenómenos de seca hidrológica prolongada, o que agrava de forma significativa os desafios relacionados com a escassez de recursos hídricos na região. A estimativa de valores do consumo de água subterrânea em áreas de regadio na região Algarvia consiste numa variável difícil de controlar e quantificar, não só devido ao elevado número de captações particulares, mas também por causa da variação meteorológica, que afeta os regimes de rega e das áreas regadas. Através da informação extraída pelo processamento de imagens digitais obtidas por deteção remota, juntamente com os valores das dotações de rega, pretende-se contribuir para estimativas do balanço hídrico do sistema aquífero de Campina de Faro mais precisas. Neste trabalho, estudou-se a classificação de uso e ocupação do solo para desenvolver uma metodologia de classificação automática de áreas agrícolas e espaços verdes regados, usando imagens de satélite Sentinel-2, aplicados à Campina de Faro. O projeto permitiu caracterizar com precisão as principais culturas agrícolas e espaços verdes regados na área de estudo e estimar o volume de água utilizado na rega com base nas dotações de rega das diferentes culturas. A metodologia desenvolvida é facilmente replicável para diferentes períodos e zonas, oferecendo uma ferramenta útil para a gestão dos recursos hídricos na região do Algarve. Os resultados obtidos permitiram a classificação das principais áreas e culturas regadas no sistema aquífero, bem como a quantificação da sua variação ao longo do tempo. Para além disso, foram aplicadas dotações de rega oficiais da DGADR, com o objetivo de estimar o volume de água utilizado na rega destas parcelas agrícolas, de forma a quantificar o volume de água extraído do aquífero para a agricultura e golfe. Os valores obtidos estão próximos dos valores oficiais reportados nos Planos de Gestão da Região Hidrográfica, o que demonstra, de certa forma, a fiabilidade dos resultados alcançados com esta metodologia.
- An automation system for predictive maintenance of electric machines applied to pumping systemsPublication . Azinheira, Gonçalo José de Sousa; Semião, Jorge Filipe Leal CostaThis thesis presents the development and implementation of an automation system for predictive maintenance of electric machines in pumping systems. The work integrates Industry 4.0 technologies such as IoT devices, machine learning algorithms, and advanced sensor systems to enhance the reliability and efficiency of industrial operations. A complete test bench was developed, featuring an electric pump, water reservoir, automation and control board, energy meter, vibration sensors, pressure sensors, motorized valves, and temperature sensors, allowing automated test procedures including fault-injection behaviors through valve control. The research bridges the gap between theoretical models of predictive maintenance and their practical implementation in industrial environments, emphasizing the importance of automation and data-driven decision-making. The core achievements include the successful development and deployment of a system capable of real-time data acquisition, advanced vibration analysis, and fault prediction using machine learning. A detailed analysis was conducted to determine optimal data processing procedures prior to analysis, and automation-based sensors were integrated with electronic-based sensors in a unified predictive maintenance system. Machine learning algorithms demonstrated the feasibility of implementing predictive maintenance within standard automation pumping systems by successfully predicting faults induced in the test pump. The developed system not only reduces unexpected failures but also aligns with modern demandsfor sustainability and operational efficiency. By combining data acquisition, real-time analysis, and predictive modeling, the research offers a comprehensive approach that can be adapted across various industries reliant on electric machines.
- Avaliação da exatidão posicional de ortofotos - caso estudo: Beja - AlquevaPublication . Silva, Sandra; Fernandez, Helena Maria; Martins, Fernando Miguel GranjaO projeto apresentado foi desenvolvido no Centro de Cartografia da Empresa de Desenvolvimento e Infraestruturas do Alqueva. Tem como objetivo avaliar a exatidão posicional das ortofotografias, utilizando técnicas fotogramétricas para a obtenção das imagens retificadas. Além disso, também foram aplicadas técnicas estatísticas para o controlo de qualidade das ortofotografias. A qualidade das ortofotografias é uma temática fundamental para o Centro de Cartografia da Empresa de Desenvolvimento e Infraestruturas do Alqueva, uma entidade especializada detentora de alvará próprio na produção de cartografia vetorial e de fotografia. As ortofotografias são de grande utilidade pois oferecem uma representação precisa e exata do terreno, sendo utilizadas por toda a estrutura da empresa, entidades públicas, privadas e por um vasto número de utilizadores em diversas áreas. A área de estudo está localizada no município de Beja, abrangendo uma extensão de 15.000 ha (equivalente a seis ortofotografias) à escala de 1:5.000. A produção das ortofotografias para o ano de 2022 compreendeu diversas etapas, desde a triangulação aérea até à extração do Modelo Digital de Superfície, passando pela retificação, e por fim, na criação do mosaico final. Para avaliar a exatidão posicional planimétrica, será utilizado o indicador estatístico denominado Erro Médio Quadrático, em conformidade com as normas e especificações técnicas estabelecidas para a Cartografia Topográfica Vetorial e de Imagem, específicas para o nível de detalhe NdD2 da Direção-Geral do Território. As ortofotografias produzidas cumpriram o critério de exatidão posicional exigida. A análise estatística revelou um Erro Médio Quadrático de 0,334 m, e todos os pontos de controlo analisados situaram-se dentro dos limites estabelecidos pelas especificações técnicas.
- Can bivalve selective feeding shape phytoplankton community structure in the Ria Formosa coastal lagoon?Publication . Coscollá, María Nohales; Domingues, Rita; Barbosa, Ana Maria BrancoPhytoplankton plays a vital role in aquatic ecosystems, driving primary production, carbon cycling and nutrient recycling. The impact of bivalve feeding on phytoplankton biomass and community composition has been extensively documented. Nevertheless, there is currently no published research examining the impact of bivalve grazing and its selectivity on natural phytoplankton assemblages within the Ria Formosa coastal lagoon, a region responsible for 90% of Portugal's bivalve mollusc production. The aim of this study is to evaluate the impact of grazing by Mytilus galloprovincialis on natural phytoplankton assemblages in Ria Formosa. In particular, the effects of grazing on phytoplankton biomass, abundance, community composition, and the mussel's selectivity for different phytoplankton functional groups. The abundance and composition of phytoplankton were assessed using chlorophyll a concentration and microscopy: epifluorescence for pico- and nanophytoplankton and inverted for microphytoplankton. Mussel feeding was assessed by clearance rate. The microcosm experiments revealed a significant reduction in phytoplankton abundance due to mussel grazing in March, with a consistent decline in diatom abundance across all experiments. However, no significant changes were observed in phytoplankton biomass or community structure. The estimated per capita clearance rates of M. galloprovincialis ranged from 0.82 to 4.36 L h -1 individual-1 based on total chlorophyll a concentration, 1.07 to 1.95 L h -1 individual-1 based on total phytoplankton abundance, and 0.41 to 23.63 L h -1 individual-1 1 for specific phytoplankton groups. The results indicate that mussels selectively graze diatoms without significantly affecting overall phytoplankton biomass or community composition in Ria Formosa. Given the region's ecological and economic importance, understanding bivalve selective grazing is crucial for effective ecosystem management. Further studies should investigate the long-term impacts of this grazing on phytoplankton diversity and ecosystem resilience, particularly in light of changing conditions and growing aquaculture demands.
- Documentos das provas de agregação de Luísa Paula Viola Afonso Barreira. Titulo da Lição: Tratamento e valorização de efluentes usando microalgasPublication . Barreira, LuísaSumário pormenorizado da Lição apresentada no âmbito das Provas Públicas de Agregação, conforme estipulado na alínea c) iii) do artigo 4º do Regulamento nº 502/2024 da Universidade do Algarve que regula a atribuição do Título de Agregado da Universidade do Algarve. A unidade curricular “Métodos Instrumentais de Análise em Biologia e Biotecnologia” é aqui proposta como disciplina opcional para os mestrados em Biotecnologia, Biologia Marinha, Biologia Molecular e Microbiana, e Aquacultura e Pescas, da Universidade do Algarve. Esta proposta surge no seguimento de vários anos de experiência na orientação de teses de dissertação dos mestrados referidos, nos quais se observou falhas na capacidade dos alunos para aplicar técnicas analíticas avançadas nos seus trabalhos. Isto deve-se ao facto de a maioria dos alunos a frequentar estes mestrados ter formação base em licenciaturas da área das Ciências Biológicas que geralmente não inclui formação em Métodos Instrumentais de Análise. Considerando que, num contexto científico e tecnológico em rápida evolução, o domínio de métodos instrumentais modernos é essencial para o desenvolvimento de competências analíticas avançadas, a UC proposta poderá ajudar a complementar a formação dos alunos nesta área permitindo o desenvolvimento de uma investigação mais rigorosa e com maior inovação tecnológica. Os principais objetivos da unidade curricular (UC) são, assim, proporcionar aos alunos um conhecimento profundo dos métodos instrumentais de análise mais relevantes em biologia e biotecnologia, bem como capacitá-los a aplicar essas técnicas de forma eficiente e crítica em contextos de investigação e indústria. Os alunos serão introduzidos a uma variedade de técnicas instrumentais, como espetrofotometria de absorção e emissão, espectrometria de massa, e cromatografia líquida e gasosa. Além disso, serão incentivados a compreender os princípios teóricos subjacentes a essas técnicas, bem como a interpretar e analisar dados de maneira rigorosa.
- Documentos das provas de agregação de Maria Margarida da Cruz Godinho Ribau Teixeira. Titulo da Lição: Tratamento de Águas Residuais em AquaculturaPublication . Ribau Teixeira, MargaridaO relatório pedagógico aqui apresentado refere-se à unidade curricular intitulada “Tratamento de efluentes em aquacultura” apresentado no âmbito de Provas Púbicas de Agregação na Universidade do Algarve segundo o Decreto-Lei (DL) nº 239/2007, de 19 de junho. O artigo 5º, alínea b), do referido DL explicita que as provas de agregação são constituídas “pela apresentação, apreciação e discussão de um relatório sobre uma unidade curricular, grupo de unidades curriculares, ou ciclo de estudos, no âmbito do ramo do conhecimento ou especialidade em que são prestadas as provas”. A aquacultura tem registado um crescimento acelerado associado às necessidades de alimentação da população e ao declínio mundial dos mananciais de recursos biológicos aquáticos (Nayor et al., 2000). À medida que a população humana continua a aumentar, a potencial relevância da produção aquícola como fonte de proteína também aumenta. Prevê-se que o contributo da aquacultura para o consumo humano aumente de 55% (média no período 2019-2021) para 59% em 2031 (OECD, 2022). Os sistemas de aquacultura em tanques de produção geram águas residuais contendo grande quantidade de azoto (N) e fósforo (P) inorgânicos e material orgânico (Yang et al., 2017; Dauda et al., 2019). Em regimes de aquacultura intensivos, com recurso exclusivo a alimentação artificial (ex.: rações, alimento vivo) e densidade superior de organismos, apenas uma pequena proporção do alimento fornecido é convertido em biomassa (ca. 4,0-27,4%, Dauda et al., 2019). A acumulação de alimento e o elevado número de organismos nos tanques origina a deterioração da qualidade da água (Huang et al., 2016), com efeitos negativos na saúde e produtividade de algumas espécies cultivadas (Hu et al., 2014). Outra preocupação ambiental importante em relação à aquacultura intensiva é a descarga de águas residuais em ecossistemas aquáticos naturais, sem tratamento prévio. Estas águas residuais contaminam a coluna de água e o sedimento, com potenciais impactes negativos nos ecossistemas recetores (ex.: proliferações nocivas de algas). Este problema agrava-se aquando da drenagem completa da água do tanque de cultivo, normalmente realizada no final de cada ciclo de produção da aquacultura (Yang et al., 2017). Tal prática pode alterar rapidamente a concentração de nutrientes e matéria orgânica no ambiente recetor, aumentando o risco de eutrofização do sistema (Hlavác et al., 2014). Desta forma, há necessidade de instalar sistemas de tratamento águas residuais de aquacultura, usando métodos físicos, químicos e biológicos, com vista à melhoria da qualidade da água e produtividade nos tanques de aquacultura e da água descarregada no ambiente recetor. A estratégia para a aquacultura portuguesa, entre 2021-2030, prevê, no objetivo “Adaptações às alterações climáticas e atenuação dos seus efeitos”, a otimização das unidades de produção aquícola através da implementação de sistemas de recirculação de água (RAS) (DGRM, 2022). Estes sistemas têm como vantagens a redução do consumo de água e uma melhor qualidade da água (e, portanto, um menor volume de água usado e de águas residuais produzidas), o maior controlo dos parâmetros ambientais (temperatura, oxigénio dissolvido, fotoperíodo e turvação da água), e o isolamento do stock produzido (eliminando a ameaça de fuga do peixe produzido para o ambiente) (DGRM, 2022). A unidade curricular (UC) Tratamento de Águas Residuais em Aquacultura foca-se nas soluções tecnológicas relacionadas com o tratamento destas águas residuais. Assim, esta unidade curricular tem como principal objetivo fornecer conhecimento sobre o tratamento da água, que permita aos estudantes o entendimento das bases das soluções existentes para fazer face às alterações da qualidade e poluição da água em aquaculturas. A UC Tratamento de Águas Residuais em Aquacultura integra-se no curso de Mestrado em Aquacultura e Pescas. Contudo, pode ser oferecida em outros cursos de mestrado na área de ciências ou engenharia do ambiente, ou áreas afins. Os conhecimentos adquiridos nesta unidade curricular poderão também ser aplicados pelos estudantes que prossigam para programas de doutoramento, designadamente o Doutoramento em Ciências do Mar, da Terra e do Ambiente ou Ciências Biotecnológicas, ambos da Universidade do Algarve.
- Ecohydrological assessment of a complex river-floodplain system for the enhancement of its multidimensional potentialPublication . Guzmán, Damaris Rios; Chicharo, Luis; Jarosiewicz, PawełRiver floodplain systems are critical for sustaining biodiversity and providing a wide range of ecosystem services. However, climate change and anthropogenic activities increasingly disrupt the hydrological and ecological connectivity of these systems, red ucing their resilience to external pressures. The degradation of floodplains undermines key ecosystem services, including the support of terrestrial and aquatic biodiversity, the regulation of hydrological extremes such as floods and droughts, and the sequ estration of carbon. Given the global challenges of water scarcity and associated ecological consequences, there is an urgent need for innovative management strategies to enhance the mult idimensional roles of floodplains in water resource management, biodiversity conservation, and climate change adaptation. Therefore, this thesis focused on the study of the river floodplain system that was selected as the demonstration site for the ecohydrological project LIFE Pilica (LIFE19 IPE/PL/000005) in Central Poland. The study addresse d the hydrological connectivity within the river floodplain system during spring and early summer, assessing its effects on water quality. A particular focus was placed on phosphorus dynamics between the water and sediment compartments, aiming to propose management strategies that mitigat e excessive phosphorus release for a sustainable water retention in the floodplain area. Three primary hydrological connection s were identified between the studied floodplain, Pilica river and an upstream wetland . The connectivity decreased significantly throughout the study (from 0.185 m 3 s 1 in March to 0.002 m 3 s 1 in May )), with the first connection turning into a drainage source in April due to Pilica’s water level decrease . By May, the second source dried up, and the third was projected to cease at a river discharge below 12 m³s⁻¹ (R² = 0.94). Principal Component Analysis (PCA) revealed a greater difference between water quality from the o xbow l ake with the river ’s inflow (35.4%) than with the wetland’s outflow ( 15.5%). This shift underscores an increased risk of eutrophication in both water bodies, driven by prolonged residence times, nutrient accumulation, and the lack of water exchange from the river. Sediment analysis revealed significant differences in water content and organic matter between samples ( p < 0.05 at the studied floodplain part . Most sediments were rich in organic phosphorus and bound to Fe, Al, and Mn. Sorption tests showed greater phosphorus adsorption in air dried sediments and a high zero equilibrium phosphorus concentration (EPC₀), indicating a tendency to release phosphoru s when exposed to river water , thus highlighting the need of proper management prior increasing hydrological connectivity . In conclusion, the implementation of a water retention basin in the area will tackle the greatest threat to the studied river floodplain system: the progressive loss of hydrological connectivity. Furthermore, the potential risk of phosphorus release was ev aluated to refine the management strategy , ensuring it effectively mitigates nutrient loading and supports long term ecosystem health.
- Ecohydrological nature-based solutions: assessment of sequential sedimentation-biofiltration system efficiency on the removal of nutrients from a polluted stream in central PolandPublication . Portillo, Olga Daniela Mejía; Chícharo, Luís; Jarosiewicz, PawełNutrient pollution in agricultural catchments is a major contributor to water quality degradation and ecosystem decline. Sequential Sedimentation-Biofiltration Systems (SSBS) represent an innovative Ecohydrological Nature-based Solution (EH-NbS) designed to mitigate nutrient and pollutant loads, thus improving surface water quality. The system is divided into three functional zones: sedimentation, biogeochemical, and biofiltration zones. However, the effectiveness of SSBS, as also other NbS designed to treat the water, is heavily reliant on proper maintenance and management. Therefore, understanding of the drivers behind the SSBS efficiency, including aging of the system and other abiotic processes, such as hydrology or temperature, may help to develop better, tailor-fitted solutions in future. This study assesses the performance of the SSBS system implemented in Przedbórz, Poland under ageing process (monitoring years compared between 2019 and 2022-2023 periods), seasonal variations and varying inflow discharge. The novelty of this study was that the water quality change was tested not only from the inlet and outlet, but also within each zone (sedimentation, geochemical, biofiltration) to quantify efficiency of different processes under external impacts. Focus was given to the nutrients pollution, however, since the phosphorus is more challenging in removal, to understand better the P dynamics in ageing system sediment samples from the sedimentation pond and stream were analyzed. Statistical analyses were performed to determine the significance of nutrient reduction over time. Results indicated that the SSBS system showed highest efficiency towards Total Suspended Solids (TSS) which were removed by 46.5% on average. Removal of Total Phosphorus (TP) and Total Nitrogen (TN), as also dissolved forms such as ammonium (N-NH₄) and nitrite (N-NO₂) were varying within the seasons but showed highest efficiency in summer with the following average levels, 21.4% for TP, 13.5% for TN, 31.1% for N-NH₄, and 16.2% for N-NO₂. Nevertheless, negative performance was observed also, especially during winter season as effectiveness in removal of TP (-78.9%), P-PO4 (-34.0%), TN (-40.2%) and dissolved N forms dropped substantially. Hydrology showed significant impact on the performance of TP and TN removal, specifically during warmer temperatures. Discharge, however, did not seem to have significant effect on the performance of this SSBS. Due to the lack of proper maintenance the sedimentation zone has clogged in October 2023. Therefore, this study focused on the characteristic of sediments in particular the phosphorus dynamics. Phosphorus fractionation in sediments revealed retention primarily in iron/manganese hydroxides and organic phosphorus (NaOH-NRP). Sediments were not significantly polluted by heavy metals, and the presence of TP as also high content of Organic Matter, suggest its reuse potential, that could help to facilitate the sediments removal process by the system owner. This study underscores the importance of regular maintenance and monitoring to ensure long-term SSBS performance and improvement of water resources quality.
- Effect of petrochemical contaminants on the photosynthetic physiology on the seagrass Halophila baillonii AschersonPublication . Lima, Maria Cecilia S.; Lima, Thomaz Henrique A.; Sperandio, Marcus V. Loss; Yogui, Gilvan Takeshi; Silva, João; Magalhães, Karine M.Oil spills represent a significant threat to seagrasses as hydrocarbons can impair photosynthetic processes and plant functioning, although physiological responses may vary depending on the spill and environmental conditions This study investigates the physiological responses of Halophila baillonii when exposed to the watersoluble fraction (WSF) of crude oil. Photosynthetic pigment composition, maximum quantum yield (Fv/Fm), and oxidative stress indicators malondialdehyde (MDA) and hydrogen peroxide (H2O2) were analyzed after shortterm exposure. A significant increase in chlorophyll a and b concentrations and variations in carotenoid levels were detected, while photochemical efficiency and oxidative stress indicators were maintained. These findings suggest that the species dynamically adjusts its pigment composition to optimize light capture and mitigate oxidative stress, demonstrating physiological plasticity. Its ability to tolerate WSF exposure highlights the species' short-term resilience to hydrocarbon pollution. Future studies should investigate the effects of long-term exposure to different oil types, such as boat fuel, and the recovery mechanisms of seagrasses.
- Efficacy of slow sand filtration enriched with trichoderma atroviride in the control of fusarium oxysporum in soilless cultivation systemsPublication . Matias, Pedro; Guerreiro David Coelho, Luísa Isabel; Reis, MárioOn a planet intending to move toward carbon neutrality while ensuring food security, maximizing water and nutrient use efficiency in agriculture is essential. Soilless cultivation offers a promising solution for food production, yet in substrate-based systems, excess nutrient solution (drainage) is often discarded to maintain phytosanitary safety, resulting in considerable water and nutrient waste. Reusing this drainage requires disinfection to eliminate pathogens. Among available methods, slow sand filtration (SSF) is ecological, economical, and simple, showing strong biological control potential, though not always fully effective against Fusarium oxysporum. Trichoderma atroviride, an antagonistic fungus, may enhance SSF performance. Its antagonistic capacity was evaluated in vitro via direct confrontation assays and in vivo using a closed-loop soilless cucumber cultivation system with eight treatment combinations of SSF, T. atroviride, and F. oxysporum. SSF reduced F. oxysporum incidence by approximately 48%, T. atroviride in irrigation by 44%, and SSF enriched with T. atroviride reached 58% disease incidence reduction, though this increase was not statistically significant. These results confirm that both SSF and T. atroviride can partially suppress F. oxysporum, but further optimization is needed for consistent and complete pathogen control.