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DCEA , 1º SEMESTRE 2018/2019
GESTÃO DA ÁGUA, MIEA – Aula 2 – 26/09/2018
GESTÃO DA ÁGUA
FCT-UNL, 2018-2019, 7º SEMESTRE
Águas Interiores – Gestão de Recursos Hídricos
António Carmona Rodrigues(acr@fct.unl.pt)
Theo Fernandes(theo.fernandes@chimp.pt)
Grupo de Hidráulica
Secção de Engenharia e
Gestão da Água e Resíduos
DCEA / FCT / UNL
DCEA , 1º SEMESTRE 2018/2019
GESTÃO DA ÁGUA, MIEA – Aula 2 – 26/09/2018
TEMAS:
1. ORIGENS DE ÁGUA
2. USOS DA ÁGUA
3. HIDROENERGIA
4. DIMENSIONAMENTO DE ALBUFEIRAS
5. GESTÃO DA QUALIDADE DA ÁGUA
DCEA , 1º SEMESTRE 2018/2019
GESTÃO DA ÁGUA, MIEA – Aula 2 – 26/09/2018
1. Origens de água
• Origens superficiais
Cursos de água; Albufeiras
• Origens subterrâneas
Furos / Poços; Galerias; Nascentes; Charcas
• Reutilização
• Desalinisação
DCEA , 1º SEMESTRE 2018/2019
GESTÃO DA ÁGUA, MIEA – Aula 2 – 26/09/2018
1. Origens de água – Água subterrânea
DCEA , 1º SEMESTRE 2018/2019
GESTÃO DA ÁGUA, MIEA – Aula 2 – 26/09/2018
1. Origens de água – Água subterrânea
O nível da água nos aquíferos não é estático e varia com:
a precipitação ocorrida;
a extracção de água subterrânea;
os efeitos de maré nos aquíferos costeiros;
a variação súbita da pressão atmosférica, principalmente no
Inverno;
as alterações do regime de escoamento de rios influentes
(que recarregam os aquíferos);
a evapotranspiração, etc.
DCEA , 1º SEMESTRE 2018/2019
GESTÃO DA ÁGUA, MIEA – Aula 2 – 26/09/2018
1. Origens de água – Água subterrânea
• Aquíferos confinados
• Aquíferos livres
• Aquíferos suspensos
• Lei de Darcy
DCEA , 1º SEMESTRE 2018/2019
GESTÃO DA ÁGUA, MIEA – Aula 2 – 26/09/2018
1. Origens de água – Água subterrânea: intrusão salina
DCEA , 1º SEMESTRE 2018/2019
GESTÃO DA ÁGUA, MIEA – Aula 2 – 26/09/2018
1. Origens de água - Origens subterrâneas
• Disponibilidade é função da recarga do aquífero
• Podem ser a grande profundidade
• Disponibilidade calculada com base na medição de níveis
piezométricos e da caracterização do rebaixamento provocado pela
captação
• Sobreexploração pode conduzir a contaminação do aquífero
• Alterações na bacia (também em profundidade) podem induzir
alterações na disponibildade (recarga)
DCEA , 1º SEMESTRE 2018/2019
GESTÃO DA ÁGUA, MIEA – Aula 2 – 26/09/2018
1. Origens de água - Origens superficiais
• Regime Natural vs regime regularizado
• Estudo realizado com base em séries históricas de precipitação
e/ou escoamento
• Escoamento é calculado com base na medição de níveis em
estações hidrométricas, para as quais é necessário estabelecer
curvas de vazão (curvas h – Q).
• Deve ser garantida a representatividade da série de valores de
escoamento
• Pode haver necessidade de preenchimento de falhas de dados
para garantir a continuidade temporal das séries
• Análise pode ser com base em diferentes escalas de tempo
DCEA , 1º SEMESTRE 2018/2019
GESTÃO DA ÁGUA, MIEA – Aula 2 – 26/09/2018
1. Origens de água
Origens superficiais
DCEA , 1º SEMESTRE 2018/2019
GESTÃO DA ÁGUA, MIEA – Aula 2 – 26/09/2018
2. Usos da água
• Usos consumptivos
Abastecimento Público, Agricultura, Indústria
• Usos não consumptivos
Navegação, Recreio, produção de energia,
Garantia e/ou promoção da qualidade dos ecossistemas
Extracção de inertes
• Outros:
Protecção contra cheias e secas
DCEA , 1º SEMESTRE 2018/2019
GESTÃO DA ÁGUA, MIEA – Aula 2 – 26/09/2018
2. Usos da água - Abastecimento público
Elementos chave de gestão
• disponibilidade
• população servida e capitações
• pressões mínimas e máximas
• garantias e capacidade de reserva
• qualidade da água na origem e na distribuição
• eficiência energética
DCEA , 1º SEMESTRE 2018/2019
GESTÃO DA ÁGUA, MIEA – Aula 2 – 26/09/2018
Características:
• Inclui:
Uso doméstico;
Uso comercial ou industrial satisfeitos a partir da rede urbana
Uso público
• Exige elevada fiabilidade/garantia (95%~ 100%)
• Factores determinantes:
Clima
Tipologia de habitação
Classe social /hábitos culturais
Preocupações ambientais
Importância quantitativa das unidades comerciais e industriais
2. Usos da água - Abastecimento público
DCEA , 1º SEMESTRE 2018/2019
GESTÃO DA ÁGUA, MIEA – Aula 2 – 26/09/2018
Características:
• Capitação: Consumo diário médio anual por habitante (l/hab/dia)
• Valores típicos de capitação
(Linsley et al., 1992, Water Resources Engineering, McGraw Hill.)
Uso doméstico: 250 l/hab/dia (150-300 l/hab/dia)
Lavatórios: 20 l/hab/dia
Cozinha: 30 l/hab/dia
Duche: 45 l/hab/dia
Lavagem de roupa (à máquina): 35 l/hab/dia
Retrete: 95 l/hab/dia
Uso comercial e industrial: 150 l/hab/dia (30-300 l/hab/dia)
Uso publico: 75 l/hab/dia (60-100 l/hab/dia)
2. Usos da água - Abastecimento público
DCEA , 1º SEMESTRE 2018/2019
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Avaliação Necessidades/disponibilidades:
• Necessidade = Cap x Pop. x # dias
• População Fixa / Flutuante.
• No dimensionamento (escala temporal distinta):
Qp = Fp x Fa x Cap x Pop
Fp = 1,5 + 70 / Pop
Fa ~ 0.8
2. Usos da água - Abastecimento público
DCEA , 1º SEMESTRE 2018/2019
GESTÃO DA ÁGUA, MIEA – Aula 2 – 26/09/2018
2. Usos da água - Abastecimento agrícola
Elementos chave de gestão:
• Tipo de culturas
• Dotações de rega
• Sistema de rega (gravidade, aspersão)
• Garantias e capacidade de reserva
• Qualidade da água na origem
• Eficiências / perdas
• Qualidade e manutenção de equipamento
• Eficiência energética
DCEA , 1º SEMESTRE 2018/2019
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2. Usos da água - Abastecimento agrícola
Características:
• Associado a grandes volumes de água
• Admite-se níveis de garantia inferiores (~80%)
• Perdas muito significativas apontam para medidas:
Reconversão dos métodos de rega
Rega gota a gota
Rega por aspersão com cortinas de vento
Melhoria das estimativas de necessidades
DCEA , 1º SEMESTRE 2018/2019
GESTÃO DA ÁGUA, MIEA – Aula 2 – 26/09/2018
2. Usos da água - Abastecimento agrícola
As necessidades hídricas das culturas resultam de um balanço que se estabelece entre o solo, a planta
e a atmosfera, designado por Balanço Hídrico do Solo:
TEDRUIPSV
ΔV – Incremento de água incorporada pela plantas
ΔS – Variação do armazenamento de água no solo
P – Precipitação
I – Dotação de rega
U – Fluxo acumulado de ascensão capilar
R – Escoamento superficial
D – Fluxo acumulado de drenagem profunda
E – Evaporação
T – Transpiração
Balanço hídrico do solo
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Necessidades Liquídas = ETPc – Pu
ETPc = Kc x ETPo
Precipitação útil, Pu:
Precipitação só é útil se se mantiver no solo disponível
para as plantas;
Pu = f (solo, teor de humidade)
Kc = f (Cultura, estado de desenvolvimento)
2. Usos da água - Abastecimento agrícola
Necessidades/disponibilidades (FAO):
DCEA , 1º SEMESTRE 2018/2019
GESTÃO DA ÁGUA, MIEA – Aula 2 – 26/09/2018
Evapotranspiração de Referência (ET0) - traduz a taxa de evapotranspiração de uma cultura de
referência hipotética, para a qual se assume uma altura de 0,12 m, uma resistência de superfície constante
de 70 s/m e um albedo de 0,23, semelhante à evapotranspiração de um extenso coberto de relva verde de
altura uniforme, em crescimento activo, cobrindo totalmente o solo e bem abastecido de água.
A Evapotranspiração de Referência pode ser determinada por diversos métodos:
directos (lisímetro, balanço de água no solo, etc.);
indirectos que, por sua vez, poderão ser micrometeorológicos
de base física (FAO – Penman-Monteith); ou
de base empírica (Hargreaves, radiação, Blaney-criddle, etc.).
Dos métodos existentes, a FAO recomenda a adopção do método de Penman Monteith. Não havendo
registos meteorológicos suficientes, pode recorrer-se ao método de Hargreaves.
2. Usos da água - Abastecimento agrícola
Evapotranspiração de referência
DCEA , 1º SEMESTRE 2018/2019
GESTÃO DA ÁGUA, MIEA – Aula 2 – 26/09/2018
Penman Penman-Monteith
Priestley-Taylor Turc
Thornthwaite Hargreaves
2. Usos da água - Abastecimento agrícola
Evapotranspiração de referência
DCEA , 1º SEMESTRE 2018/2019
GESTÃO DA ÁGUA, MIEA – Aula 2 – 26/09/2018
Evapotranspiração de Referência (ET0) - Método de Penman Monteith
2
2
034,01
273
900408,0
U
eeUT
GR
ETdan
ET0 – evapotranspiração de referência (mm.d-1);
Rn – radiação liquida à superfície da cultura (MJ.m-2.d-1);
G – densidade de fluxo de calor do solo (MJ.m-2.d-1);
T – média da temperatura do ar 2 m de altura (ºC):
U2 – velocidade do vento a 2 m de altura (m.s-1):
(ea-ed) – défice de pressão de vapor medida a 2 m de altura (kPa);
Δ – declive da curva de pressão e vapor (kPa.ºC-1);
γ – constante psicrométrica (kPa.ºC-1);
900 – coeficiente para a cultura de frequência (kJ-1.kg.K) resultante de cálculos padronizados;
0,34 – coeficiente de vento para a cultura de referência (kJ-1.kg.K); e
0,408 – valor para 1/λ com λ = 2,45 MJ.kg-1.
2. Usos da água - Abastecimento agrícola
Evapotranspiração de referência
DCEA , 1º SEMESTRE 2018/2019
GESTÃO DA ÁGUA, MIEA – Aula 2 – 26/09/2018
amed RTTTET 5,0
minmax0 8,170023,0
Evapotranspiração de Referência (ET0) - Método de Hargreaves
ET0 – evapotranspiração de referência (mm.dia-1);
Tmed – temperatura média do ar, (Tmin+ Tmax )/2 (ºC);
Tmin – temperatura mínima do ar (ºC);
Qmáx – temperatura máxima do ar (ºC); e
Ra – radiação extraterrestre (mm.dia-1).
À excepção das temperaturas, todos os outros parâmetros foram definidos para condições padrão.
O método deverá ser calibrado recorrendo a uma regressão (normalmente linear) entre as ET0 dos
métodos de Penmam Monteith e Hargreaves, para um outro posto meteorológico na região ou na
proximidade desta, desde que as características climáticas sejam semelhantes.
2. Usos da água - Abastecimento agrícola
Evapotranspiração de referência
DCEA , 1º SEMESTRE 2018/2019
GESTÃO DA ÁGUA, MIEA – Aula 2 – 26/09/2018
Tendo a Evapotranspiração de Referência (ET0), há que ajustá-la às características de cada cultura, em
conforto hídrico e em condições agronómicas óptimas.
Para tal, introduz-se o Coeficiente Cultural (Kc) que agrega as características físicas e fisiológicas de
cada cultura, ao longo do seu período vegetativo:
altura;
resistência de superfície relativa ao par cultura-solo; e
albedo da superfície cultura-solo.
Evapotranspiração Cultural (ETc) – é calculada multiplicando a Evapotranspiração de Referência (ET0)
pelo Coeficiente Cultural (Kc).
Evapotranspiração cultural
2. Usos da água - Abastecimento agrícola
DCEA , 1º SEMESTRE 2018/2019
GESTÃO DA ÁGUA, MIEA – Aula 2 – 26/09/2018
Durante o período vegetativo o Coeficiente Cultural (Kc) varia à medida que a cultura ou planta cresce, se
desenvolve (aumento da cobertura do solo) e envelhece (maturação e senescência).
A curva do Kc é dividida em quatro períodos, de acordo com a
fenologia e o desenvolvimento cultural:
(1) Período Inicial;
(2) Período de Crescimento Rápido;
(3) Período Intermédio; e
(4) Período Final
Na Curva identificam-se três valores de Kc:
Kcini, Kcmed e Kcend
Coeficiente cultural
2. Usos da água - Abastecimento agrícola
DCEA , 1º SEMESTRE 2018/2019
GESTÃO DA ÁGUA, MIEA – Aula 2 – 26/09/2018
Elementos chave de gestão
• tipo de indústria
• eficiência de utilização
• localização e capitações
• garantias e capacidade de reserva
• qualidade da água na origem
• eficiência energética
2. Usos da água - Abastecimento industrial
DCEA , 1º SEMESTRE 2018/2019
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Elementos chave de gestão
• tipo de embarcações
• níveis de altura de água (mínimos e máximos)
• características do canal de navegação (largura, calado,..)
• infraestruturas de apoio (cais, ancoradouros, eclusas)
• sinalização
2. Usos da água - Navegação
DCEA , 1º SEMESTRE 2018/2019
GESTÃO DA ÁGUA, MIEA – Aula 2 – 26/09/2018
• granulometria dos sedimentos
• transporte sólido da linha de água
• tipo de extracção (sucção, baldes)
• volume a extrair
• manutenção de cotas do fundo mínimas
• garantia de alimentação a jusante
2. Usos da água - Extracção de inertes
Elementos chave de gestão
DCEA , 1º SEMESTRE 2018/2019
GESTÃO DA ÁGUA, MIEA – Aula 2 – 26/09/2018
2. Usos da água - Protecção contra cheias
DCEA , 1º SEMESTRE 2018/2019
GESTÃO DA ÁGUA, MIEA – Aula 2 – 26/09/2018
• regime de caudais afluentes
• queda
• tipo de aproveitamento (fio-de-água, reserva, fins múltiplos)
• tipo de grupos geradores
• energia e potência
• regime de caudais modificados
• coef. de regularização = Vútil / Vol. afluente médio anual
2. Usos da água - Produção de energia eléctgrica
Elementos chave de gestão
DCEA , 1º SEMESTRE 2018/2019
GESTÃO DA ÁGUA, MIEA – Aula 2 – 26/09/2018
TEMAS:
1. ORIGENS DE ÁGUA
2. USOS DA ÁGUA
3. HIDROENERGIA
4. DIMENSIONAMENTO DE ALBUFEIRAS
5. GESTÃO DA QUALIDADE DA ÁGUA
DCEA , 1º SEMESTRE 2018/2019
GESTÃO DA ÁGUA, MIEA – Aula 2 – 26/09/2018
3. Hidroenergia
DCEA , 1º SEMESTRE 2018/2019
GESTÃO DA ÁGUA, MIEA – Aula 2 – 26/09/2018
3. Hidroenergia
DCEA , 1º SEMESTRE 2018/2019
GESTÃO DA ÁGUA, MIEA – Aula 2 – 26/09/2018
3. Hidroenergia
DCEA , 1º SEMESTRE 2018/2019
GESTÃO DA ÁGUA, MIEA – Aula 2 – 26/09/2018
H
H
•Contra-embalse:
•Balanço energético negativo
•Balanço económico positivo
3. Hidroenergia – bombagem pura e contraembalse
DCEA , 1º SEMESTRE 2018/2019
GESTÃO DA ÁGUA, MIEA – Aula 2 – 26/09/2018
• Cascata - Zezere
•Reutilização de caudais
• Rio Zezere: Cabril, Bouçã e
Castelo do Bode
• Fio de água - Douro
• Reduzida capacidade de
regularização
• Contra-embalse
• Aguieira-raiva
• Alqueva Pedrógão
• Cávado
• Mini-hídricas
• Novas barragens....
3. Hidroenergia - sistemas
DCEA , 1º SEMESTRE 2018/2019
GESTÃO DA ÁGUA, MIEA – Aula 2 – 26/09/2018
3. Hidroenergia
DCEA , 1º SEMESTRE 2018/2019
GESTÃO DA ÁGUA, MIEA – Aula 2 – 26/09/2018
3. Hidroenergia
DCEA , 1º SEMESTRE 2018/2019
GESTÃO DA ÁGUA, MIEA – Aula 2 – 26/09/2018
3. Hidroenergia – PNBEPH
DCEA , 1º SEMESTRE 2018/2019
GESTÃO DA ÁGUA, MIEA – Aula 2 – 26/09/2018
CAPACIDADE DE ARMAZENAMENTO
E POTÊNCIA INSTALADA NACIONAL
3. Hidroenergia – PNBEPH
DCEA , 1º SEMESTRE 2018/2019
GESTÃO DA ÁGUA, MIEA – Aula 2 – 26/09/2018
Evolução da potência instalada em Portugal (REN)
3. Hidroenergia
Fonte: Programa Nacional de Barragens com elevado potencial hidroeléctrico (PNBEPH)
COBA/Procesl, Setembro de 2007
DCEA , 1º SEMESTRE 2018/2019
GESTÃO DA ÁGUA, MIEA – Aula 2 – 26/09/2018
Evolução da produção de energia em Portugal (REN)
Fonte: Programa Nacional de Barragens com elevado potencial hidroeléctrico (PNBEPH)
COBA/Procesl, Setembro de 2007
3. Hidroenergia – PNBEPH
DCEA , 1º SEMESTRE 2018/2019
GESTÃO DA ÁGUA, MIEA – Aula 2 – 26/09/2018
10 novos empreendimentos escolhidos no PNBEPH
3. Hidroenergia – PNBEPH
DCEA , 1º SEMESTRE 2018/2019
GESTÃO DA ÁGUA, MIEA – Aula 2 – 26/09/2018
10 novos empreendimentos escolhidos no PNBEPH
3. Hidroenergia – PNBEPH
DCEA , 1º SEMESTRE 2018/2019
GESTÃO DA ÁGUA, MIEA – Aula 2 – 26/09/2018
10 novos empreendimentos escolhidos no PNBEPH
3. Hidroenergia – PNBEPH
DCEA , 1º SEMESTRE 2018/2019
GESTÃO DA ÁGUA, MIEA – Aula 2 – 26/09/2018
3. Hidroenergia - Barragens em Portugal
• Mais informação:
• PNBEPH
http://pnbeph.inag.pt
• Barragens de Portugal
http://cnpgb.inag.pt/gr_barragens/gbportugal/index.htm
DCEA , 1º SEMESTRE 2018/2019
GESTÃO DA ÁGUA, MIEA – Aula 2 – 26/09/2018
ELEMENTOS DE APOIO
• Lencastre, A. e F.M. Franco, 2010, Lições de Hidrologia, FCT-UNL.
• Linsley et al., 1992, Water Resources Engineering, McGraw Hill.
• Loucks, D. P. and E. van Beek, Water Resources Systems Planning
and Management, UNESCO, Paris, 2005
• Mays, L.W. (ed.), 1996, Water Resouces Handbook, McGrawHill
• Thomann,R 1987 - Principles of Surface Water Quality Management.
• PNBEPH (http://pnbeph.inag.pt.)
• http://snirh.pt
• Barragens de Portugal
http://cnpgb.inag.pt/gr_barragens/gbportugal/index.htm
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