Improving understanding of regional scale dual porosity continua dynamics of groundwater flow and transport through numerical modelling

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Numerical modelling applied to the understanding of groundwater flow and mass-transport in south Portugal - A perspective of regional hydrogeological problems affecting groundwater status

Publication . Costa, Luís Ricardo Dias da; Monteiro, José Paulo; Nunes, Luís Miguel

A 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.

2022-07-22Doctoral thesis

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