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Avaliação de Infiltração em Drenagem Urbana
Recorrendo a Métodos Convencionais
e não Convencionais
Aplicação ao Caneiro de Alcântara, em Lisboa
Vera de Almeida Trigueiros Rodrigues
Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em
Engenharia Civil
Júri
Presidente: Prof. António Alexandre Trigo Teixeira
Orientador: Prof. José Manuel de Saldanha Gonçalves Matos
Orientador: Eng.º Pedro Ricardo Neto Póvoa
Vogal: Prof.ª Rita Sofia Dias Salgado Brito
Vogal: Prof.ª Filipa Maria Santos Ferreira
Novembro 2013
Agradecimentos
Gostaria de fazer um breve agradecimento a todas as pessoas que tornaram possível a realização
desta dissertação, assim como a conclusão do grau de Mestre em Engenharia Civil.
Agradeço ao meu orientador, Professor José Saldanha Matos, pela supervisão deste trabalho, pelo
conhecimento científico que me foi transmitindo e principalmente pela constante disponibilidade e
motivação. Agradeço ainda às pessoas da Secção de Hidráulica e Recursos Hídricos e Ambientais do
Instituto Superior Técnico que acompanharam e auxiliaram o meu trabalho ao longo dos últimos
meses, nomeadamente à Professora Filipa Ferreira e à Engª. Rita Matos.
À empresa SIMTEJO, em especial ao Eng.º Pedro Póvoa, coorientador desta dissertação, e à
Engª. Susana Almeida, por tornarem possível a aplicação deste tema a um caso de estudo real, pelo
esclarecimento de questões práticas, acesso a dados, entre outras facilidades. Agradeço ainda à
Engª. Vanda Barroso e ao colega Nuno Pimentel, pelo interesse e preciosa colaboração ao longo da
campanha de amostragem, assim como a todos os outros colegas e funcionários da SIMTEJO que a
tornaram possível.
Agradeço aos meus amigos e aos meus colegas de curso, que se foram também tornando amigos ao
longo deste cinco anos. Agradeço-lhes todo o companheirismo e confiança.
Por fim mas não menos importante, agradeço à minha família. Aos meus pais, por terem sempre
investido na minha formação pessoal e académica e por me terem incutido a vontade de fazer
sempre o meu melhor. À minha irmã Mariana, pela amizade.
Resumo
A infiltração de águas subterrâneas em coletores aumenta os custos de manutenção dos sistemas de
drenagem urbana e compromete a sua gestão sustentável. Nas últimas duas décadas foram
desenvolvidos diversos métodos destinados ao estudo e quantificação deste fenómeno. Na maioria
dos países têm-se aplicado métodos convencionais, baseados na análise de caudais ou na diluição
de determinados poluentes no caudal total. No entanto, e em particular no contexto europeu, têm sido
desenvolvidos e aplicados métodos inovadores para estimar a infiltração, baseados na análise de
razões isotópicas ou na construção de modelos de simulação. Na presente dissertação apresenta-se
uma abordagem metodológica que, aliando métodos convencionais e não convencionais, permite
estimar a infiltração em sistemas de drenagem urbana. São propostos três modelos que possibilitam
a análise deste fenómeno para diferentes níveis de acesso a dados e de rigor nos resultados. Os
modelos de nível I e nível II foram aplicados ao caso de estudo da Zona Alta da bacia de drenagem
de Alcântara, em Lisboa. Apesar de só terem sido analisados períodos de tempo seco, estima-se que
o caudal de infiltração no Caneiro de Alcântara é, nessas condições, de cerca de 0.30 m3/s, o que
corresponde a aproximadamente 35% do caudal médio de águas residuais em tempo seco
(excluindo, naturalmente, a infiltração).
Palavras-chave: Afluências indevidas, águas residuais, drenagem urbana, infiltração, razão
isotópica.
6
Abstract
The success in urban sewer systems management depends on the knowledge about the quality and
quantity of effluents that drain into pipes and eventually get to the wastewater treatment facilities. Over
the last two decades, several authors studied this phenomenon and some quantification methods
were developed. Traditional methods, based on flow rates evaluation or on the analysis of certain
pollutants’ dilution, are the most commonly used. Nevertheless, innovative approaches have been
developed and applied, particularly in Europe. These non-traditional methods are based on the
analysis of isotopic ratios or on computational models, for example. This dissertation presents an
approach to assess infiltration in urban sewer systems, by combining traditional and non-traditional
methods. The mentioned approach is based on a three level methodology in which each level requires
different input data and, depending on that, provides an outcome with a higher or lower degree of
precision. Level I and Level II methods were successfully applied to the northern part of Alcântara’s
urban basin, in Lisbon. Considering that only dry weather periods were studied, results show that the
infiltration in Alcântara’s major trunk sewer is likely to be 0.30 m3/s, which corresponds to
approximately 35% of the dry weather wastewater flow (excluding infiltration).
Keywords: Infiltration, I/I (infiltration and inflow), isotopic ratio, urban sewers, wastewater.
i
Índice
1. Introdução ........................................................................................................................................ 1
1.1. Enquadramento e relevância do tema .................................................................................... 1
1.2. Objetivos da dissertação ......................................................................................................... 2
1.3. Estrutura da dissertação .......................................................................................................... 3
2. Afluências indevidas em sistemas de drenagem ............................................................................ 5
2.1. Considerações iniciais ............................................................................................................. 5
2.2. Ciclo urbano da água .............................................................................................................. 5
2.3. Sistemas de drenagem urbana ............................................................................................... 6
2.4. Componentes do caudal em redes de drenagem ................................................................... 7
2.5. Composição típica de águas residuais .................................................................................. 10
3. Estado da arte ............................................................................................................................... 13
3.1. Considerações iniciais ........................................................................................................... 13
3.2. Aspetos regulamentares ........................................................................................................ 13
3.3. Métodos analíticos ................................................................................................................. 14
3.3.1. Métodos convencionais ..................................................................................................... 15
3.3.1.1. Métodos de análise de caudal ....................................................................................... 15
3.3.1.2. Métodos químicos.......................................................................................................... 18
3.3.2. Métodos não convencionais: método dos isótopos ........................................................... 22
3.4. Modelos de simulação ........................................................................................................... 27
4. Proposta de abordagem metodológica para estimativa da infiltração .......................................... 33
4.1. Considerações iniciais ........................................................................................................... 33
4.2. Modelo de nível I ................................................................................................................... 34
4.3. Modelo de nível II .................................................................................................................. 36
4.3.1. Notas iniciais ...................................................................................................................... 36
4.3.2. Descrição do modelo ......................................................................................................... 37
4.4. Sistema de modelos de nível III ............................................................................................ 41
4.4.1. Considerações iniciais ....................................................................................................... 41
4.4.2. Modelo de infiltração na rede de drenagem ...................................................................... 42
4.4.3. Submodelo hidrológico ...................................................................................................... 45
4.4.4. Submodelo de afluências em tempo seco ........................................................................ 47
4.4.5. Submodelo hidráulico do sistema de drenagem ............................................................... 48
4.4.6. Submodelo do aquífero ..................................................................................................... 49
4.5. Considerações finais ............................................................................................................. 50
5. Descrição do caso de estudo do Caneiro de Alcântara ................................................................ 53
5.1. Enquadramento geral ............................................................................................................ 53
5.2. Clima e relevo ........................................................................................................................ 55
ii
5.3. Geologia ................................................................................................................................ 57
5.4. Hidrologia e ocupação do solo .............................................................................................. 59
5.5. População servida e capitações ............................................................................................ 64
5.6. Rede de drenagem ................................................................................................................ 66
6. Avaliação de infiltração no sistema de Alcântara .......................................................................... 71
6.1. Considerações iniciais ........................................................................................................... 71
6.2. Aplicação do modelo de nível I.............................................................................................. 71
6.2.1. Considerações iniciais ....................................................................................................... 71
6.2.2. Estimativa da infiltração ..................................................................................................... 74
6.3. Aplicação do modelo de nível II............................................................................................. 76
6.3.1. Considerações iniciais ....................................................................................................... 76
6.3.2. Descrição da campanha de recolha de amostras ............................................................. 77
6.3.2.1. Locais e número de amostras ....................................................................................... 77
6.3.2.2. Procedimentos de recolha de amostras ........................................................................ 78
6.3.3. Apresentação e análise de resultados .............................................................................. 80
6.3.3.1. Notas iniciais .................................................................................................................. 80
6.3.3.2. Análise por ponto de medição ....................................................................................... 80
6.3.3.3. Análise por fonte de água .............................................................................................. 82
6.3.3.4. Estimativa da infiltração no Caneiro de Alcântara ......................................................... 83
6.4. Potencialidade da aplicação do sistema de modelos de nível III .......................................... 89
6.5. Análise de resultados ............................................................................................................ 90
7. Conclusões e perspetivas de trabalhos futuros ............................................................................ 93
Referências Bibliográficas ..................................................................................................................... 95
Anexos
iii
Índice de figuras do texto
Figura 2.1: Representação esquemática do ciclo urbano da água [www.aguasdivertidas.ccems.pt]. ... 5
Figura 2.2: Esquema ilustrativo de um sistema de drenagem unitário. .................................................. 6
Figura 2.3: Identificação gráfica das afluências indevidas. Adaptada de Metcalf & Eddy (2004). ......... 9
Figura 3.1: Aplicação do método do triângulo para a separação das parcelas de água residual,
infiltração e escoamento superficial na ETAR de Mirandela (Amorim 2007). ....................................... 17
Figura 3.2: Separação dos hidrogramas obtidos em duas bacias de drenagem na Suíça, onde foi
aplicado o método das séries temporais de cargas poluentes (Kracht e Gujer 2004). ........................ 20
Figura 3.3: Comparação entre os resultados do modelo matemático de simulação de CQO com os
resultados reais medidos numa campanha pontual (Kracht e Gujer 2004). ......................................... 21
Figura 3.4: Volumes de infiltração estimados pelos métodos do Quadro 3.2 nas diversas sub-bacias
estudadas por De Bénédittis e Bertrand-Krajewski (2004a). ................................................................ 22
Figura 3.5: Variações da razão 18
O em águas naturais. Adaptada de Schilperoort (2004). ............... 24
Figura 3.6: Valores de 18
O medidos na bacia de Ecully (Lyon) em 12 e 13 de Março de 2003.
Adaptada de De Bénédittis e Bertrand-Krajewski (2004b). ................................................................... 25
Figura 3.7: Composição de um hidrograma diário usando o método dos isótopos. Adaptada de De
Bénédittis e Bertrand-Krajewski (2004b). .............................................................................................. 26
Figura 3.8: Caracterização isotópica e decomposição do hidrograma diário nas suas componentes
básicas: águas residuais e infiltração (Kracht e Gujer 2004). ............................................................... 27
Figura 3.9: Simulação feita para um caso de estudo, onde se mostra que a existência do sistema de
drenagem tem uma influência expressiva no nível freático. Adaptada de Gustafsson (2000). ............ 29
Figura 3.10: Representação esquemática da secção transversal considerada por um modelo
tridimensional de infiltração (Karpf e Krebs 2012). ............................................................................... 30
Figura 3.11: Taxa de infiltração, carga hidráulica e condutividade do meterial de aterro, obtidas
através de simulações no progama MODFLOW (Karpf e Krebs 2012). ............................................... 30
Figura 3.12: Influência da área e da forma dos orifícios da tubagem no processo de infiltração.
Adaptada de Karpf e Krebs (2012). ....................................................................................................... 31
Figura 4.1: Quadro-resumo de cada nível da metodologia proposta para a estimativa da infiltração.. 33
Figura 4.2: Mapa com a identificação dos locais de recolha de amostras para medição da análise
isotópica, elaborado para a bacia de Yzeron (França). Adaptada de De Bénédittis e Bertrand-
Krajewski (2004a). ................................................................................................................................. 38
Figura 4.3: Representação esquemática do modelo de simulação (nível III). ...................................... 42
Figura 4.4: Representação simplificada de um caso em que ocorre infiltração (à esquerda) e outro em
que ocorre exfiltração (à direita). ........................................................................................................... 42
iv
Figura 4.5: Corte transversal de uma secção da tubagem onde pode ocorrer infiltração. ................... 43
Figura 4.6: Infiltração numa junta entre coletores [www.surrey.ca]. ..................................................... 43
Figura 4.7: Corte longitudinal de um troço de tubagem onde pode ocorrer infiltração. As secções S1 e
S2 são semelhantes ao representado na imagem anterior. ................................................................. 44
Figura 4.8: Representação esquemática do submodelo hidrológico (inputs, base de dados e outputs).
............................................................................................................................................................... 47
Figura 4.9: Representação esquemática do submodelo de afluências em tempo seco (inputs, base de
dados e outputs). ................................................................................................................................... 47
Figura 4.10: Representação esquemática do submodelo hidráulico do sistema de drenagem (inputs,
base de dados e outputs). ..................................................................................................................... 49
Figura 4.11: Representação esquemática do submodelo do aquífero (inputs, base de dados e
outputs). ................................................................................................................................................. 49
Figura 4.12: Principais dados e respetivos materiais de recolha necessários à aplicação de cada
nível. ...................................................................................................................................................... 51
Figura 5.1: Sistema de Alcântara: Zona Alta e Zona Baixa (que inclui as zonas de Algés-Alcântara e
Terreiro do Paço-Alcântara). Retirado de Galvão et al. (2006)............................................................. 54
Figura 5.2: Infografia referente ao sistema de abastecimento de água da EPAL (Jornal Público 2012).
............................................................................................................................................................... 55
Figura 5.3: Modelo digital de terreno da Zona Alta da bacia de Alcântara. .......................................... 56
Figura 5.4: Mapa geológico da Zona Alta da bacia de Alcântara. ........................................................ 57
Figura 5.5: Localização de alguns dos pontos de captação com maiores profundidades inventariados
em Ribeiro et al. (2010) e que intersectam formações geológicas presentes na bacia em estudo. .... 60
Figura 5.6: Relação entre os valores médios do nível hidrostático e as formações geológicas
aflorantes. .............................................................................................................................................. 62
Figura 5.7: Complexos hidrológicos identificados no município de Lisboa ........................................... 62
Figura 5.8: Uso do solo no Concelho de Lisboa (ENGIDRO e HIDRA 2007a). .................................... 63
Figura 5.9: Zonas verdes, edificadas e vias de comunicação existentes na bacia em estudo. ........... 64
Figura 5.10: Previsões de população para o concelho de Lisboa, segundo o PGDL (2006): citado por
ENGIDRO e HIDRA (2007a). ................................................................................................................ 64
Figura 5.11: Densidades populacionais médias por quarteirão da BGRI, segundo os dados do Censos
2001 (ENGIDRO e HIDRA 2007a). ....................................................................................................... 65
Figura 5.12: Imagem ilustrativa da cobertura exterior da ETAR de Alcântara [www.adp.pt]. ............... 66
Figura 5.13: Representação esquemática dos ramos principais do Caneiro de Alcântara. Adaptada de
ENGIDRO e HIDRA (2007a). ................................................................................................................ 67
v
Figura 5.14: Caneiro da Falagueira ....................................................................................................... 68
Figura 5.15: Caneiro da Damaia ........................................................................................................... 68
Figura 5.16: Secção Tipo Caneiro. ........................................................................................................ 68
Figura 5.17: Pormenor do autocarro caído no interior do Caneiro........................................................ 69
Figura 5.18: Abatimento do Caneiro no Bairro da Liberdade ................................................................ 69
Figura 5.19: Confluência entre o ramo de Campolide Benfica e o Ramal Av. Novas. ......................... 70
Figura 5.20: Aqueduto da Estação C.P. (Campolide). .......................................................................... 70
Figura 5.21: Quedas no interior do Caneiro, junto à Estrada Militar. .................................................... 70
Figura 5.22: Rampa sob a estação de Campolide. ............................................................................... 70
Figura 5.23: Soleira abatida na zona de Campolide. ............................................................................ 70
Figura 5.24: Assoreamento do Caneiro na Rua Garridas. .................................................................... 70
Figura 5.25: Perfis do projeto do Caneiro de Alcântara (secção tipo Caneiro). Adaptada de ENGIDRO
e HIDRA (2007a). .................................................................................................................................. 70
Figura 6.1: Localização em planta do ponto de medição ALC200 e da ETAR de Alcântara
[GoogleEarth]. ....................................................................................................................................... 71
Figura 6.2: Padrão diário do caudal médio de 15 minutos, na secção ALC200. .................................. 73
Figura 6.3: Distribuição dos caudais mínimos diários, por hora. .......................................................... 73
Figura 6.4: Padrões diários mensais do caudal médio de 15 minutos e padrão anual, na secção
ALC200. ................................................................................................................................................. 74
Figura 6.5: Localização dos pontos de recolha de amostras na bacia. ................................................ 78
Figura 6.6: Recolha de uma amostra para análise de isótopos no ponto AF1. .................................... 79
Figura 6.7: Medição com a sonda paramétrica no ponto AP1. ............................................................. 79
Figura 6.8: Valores de 18
O medidos no ponto AF2, ao longo dos dias 22, 23 e 24 de Julho. ............ 81
Figura 6.9: Valores de 18
O medidos no ponto AF3, ao longo dos dias 22, 23 e 24 de Julho. ............ 81
Figura 6.10: Valores de 18
O medidos no ponto AP1, ao longo dos dias 22, 23 e 24 de Julho. .......... 81
Figura 6.11: Valores de 18
O medidos no ponto AP2, ao longo dos dias 22, 23 e 24 de Julho. .......... 81
Figura 6.12: Valores de 18
O medidos na secção CANETAR, ao longo dos dias 22, 23 e 24 de Julho.
............................................................................................................................................................... 81
Figura 6.13: Comparação dos valores de 18
O medidos nas duas fontes de água freática nos dias 22,
23 e 24 de Julho de 2013. ..................................................................................................................... 82
Figura 6.14: Comparação dos valores de 18
O medidos nas duas fontes de água potável nos dias 22,
23 e 24 de Julho de 2013, e respetivo valor médio. ............................................................................. 83
vi
Figura 6.15: Valores de 18
O medidos na secção CANETAR, e valores médios de referência para
águas residuais e infiltração. ................................................................................................................. 84
Figura 6.16: Relação entre o caudal padrão na secção ALC200 e os caudais de infiltração medidos
nos dias 22, 23 e 24 de Julho (2013). ................................................................................................... 85
Figura 6.17: Contribuição das componentes de infiltração e água residual para o caudal total que aflui
à secção CANETAR. No eixo horizontal apresenta-se a hora e, entre parentises, o dia de Julho em
que foi feita a medição. ......................................................................................................................... 87
Figura 6.18: Hidrograma que mostra a contribuição das componentes de infiltração e águas residuais
para o caudal total que aflui à secção CANETAR. ............................................................................... 87
Figura 6.19: Caudais de infiltração medidos na secção CANETAR em diversos instantes dos dias 22,
23 e 24 de Julho (2013), valor médio e limites superior e inferior. ....................................................... 89
Índice de quadros do texto
Quadro 2.1: Principais componentes dos sistemas de drenagem urbanos ............................................ 7
Quadro 2.2:Tipos de afluências indevidas, segundo Metcalf & Eddy (2004). ........................................ 8
Quadro 2.3: Classificação das componentes das afluências indevidas segundo a origem de água. .... 9
Quadro 2.4: Características e parâmetros dos constituintes das águas residuais. Adaptado de Metcalf
& Eddy (2004). ....................................................................................................................................... 10
Quadro 2.5: Fatores que tipicamente influenciam as características água em sistemas de drenagem
unitários. ................................................................................................................................................ 11
Quadro 2.6: Alguns parâmetros da composição típica de águas residuais domésticas. Adaptado de
Metcalf & Eddy (2004). .......................................................................................................................... 11
Quadro 3.1: Valores de infiltração propostos em várias fontes bibliográficas. Adaptado de Cardoso et
al. (2004)................................................................................................................................................ 14
Quadro 3.2: Alguns métodos convencionais para estimar a infiltração (De Bénédittis e
Bertrand-Krajewski 2004a). ................................................................................................................... 22
Quadro 4.1: Classificação e descrição da função de cada submodelo de nível III............................... 41
Quadro 5.1: Média da temperatura média mensal em Lisboa, medida no Geofísico entre 1981 e 2010
(previsto), Instituto Português do Mar e Atmosfera (2013). .................................................................. 55
Quadro 5.2: Levantamento das formações geológicas intersectadas pela área da bacia em estudo. 57
Quadro 5.3: Correspondência entre as formações geológicas aflorantes e a profundidade das várias
captações de água subterrânea da área Metropolitana de Lisboa, na década de 40. Adaptado de
Ribeiro et al. (2010). .............................................................................................................................. 60
vii
Quadro 5.4: Classes de produtividade e níveis hidrostáticos das principais formações geológicas
aflorantes na bacia em estudo. Adaptado de Ribeiro et al. (2010). ...................................................... 61
Quadro 5.5: Coeficientes do método racional (Galvão et al. 2006). ..................................................... 63
Quadro 5.6: Populações totais segundo o PGDL (2006) e respetivas taxas geométricas de evolução.
Adaptado de ENGIDRO e HIDRA (2007a). ........................................................................................... 65
Quadro 5.7: Previsões de crescimento da população na Zona Alta da bacia de Alcântara. ................ 65
Quadro 6.1: Divisão do número de dias de tempo húmido, seco-transição e seco na bacia em estudo,
para o período em análise. .................................................................................................................... 72
Quadro 6.2: Valores mínimo, máximo e médio do caudal total de tempo seco adotados para a bacia
de Alcântara. ......................................................................................................................................... 74
Quadro 6.3: Caudal médio de águas residuais, fator de infiltração e fator de ponta máximo para a
situação hipotética de o caudal infiltrado ser igual ao caudal mínimo. ................................................. 75
Quadro 6.4: Resultados da aplicação do nível I ao caso de estudo do Caneiro de Alcântara. ............ 75
Quadro 6.5: Identificação dos locais de medição da campanha de 22 a 24 de Julho (2013). ............. 78
Quadro 6.6: Relação entre os pontos de medição e a nomenclatura usada na aplicação ao método
dos isótopos. ......................................................................................................................................... 83
Quadro 6.7: Parâmetros utilizados na aplicação do nível II à secção CANETAR e resultados obtidos
para cada instante de recolha de amostras na referida secção. .......................................................... 86
Quadro 6.8: Valores médios do caudal total, caudal de infiltração e caudal de águas residuais e
frações de infiltração obtidos pela metodologia de nível II, na secção CANETAR............................... 88
viii
ix
Índice de anexos
Anexo I: Análise de caudais de tempo seco na secção ALC200…………………………………… I.1
Anexo II: Definição do padrão de caudais de tempo seco na secção ALC200…………………… II.1
Anexo III. Estimativa da população servida pelo sistema da Zona Alta da bacia de Alcântara…. III.1
Anexo IV: Planeamento da campanha de recolha de amostras para análise isotópica: 22 a 24
de Julho de 2013………………………………………………………………………………………….
HH
IV.1
Anexo V: Resultados da campanha de recolha de amostras para análise isotópica: 22 a 24 de
Julho de 2013……………………………………………………………………………………………..
HH
V.1
Índice de figuras em anexo
Figura A I-1: Hidrograma de Julho, 2012 ............................................................................................. I.3
Figura A I-2: Hidrograma de Agosto, 2012........................................................................................... I.3
Figura A I-3: Hidrograma de Setembro, 2012 ...................................................................................... I.3
Figura A I-4: Hidrograma de Outubro, 2012 ......................................................................................... I.3
Figura A I-5: Hidrograma de Novembro, 2012 ..................................................................................... I.4
Figura A I-6: Hidrograma de Dezembro, 2012 ..................................................................................... I.4
Figura A I-7: Hidrograma de Janeiro, 2013. ......................................................................................... I.4
Figura A I-8: Hidrograma de Fevereiro, 2013....................................................................................... I.4
Figura A I-9: Hidrograma de Março, 2013. ........................................................................................... I.4
Figura A I-10: Padrão diário de tempo seco em cada mês (Abordagem I). .......................................... I.5
Figura A I-11:Padrão diário de tempo seco (Abordagem I). ................................................................. I.6
Figura A I-12: Padrão diario de tempo seco em cada mês (Abordagem II). ......................................... I.6
Figura A I-13:Padrão diário de tempo seco (Abordagem II). ................................................................ I.7
Figura A I-14: Padrão diário de tempo seco em cada mês (Abordagem III). ........................................ I.8
Figura A I-15:Padrão diário de tempo seco (Abordagem III). ............................................................... I.9
Figura A I-16:Comparação das três abordagens usadas. .................................................................... I.9
Figura A I-17:Comparação das três abordagens usadas, considerando o caudal horário como a média
dos valores medidos na hora anterior. ................................................................................................ I.10
Figura A III-1: Software ArcMap – Representação da BGRI 1106 e BGRI 1115 (relativas aos
concelhos de Lisboa e Amadora, respetivamente). ............................................................................ III.2
x
Figura A III-2: Software ArcMap – Obtenção da área das freguesias da Amadora intersectadas pela
bacia. ................................................................................................................................................... III.2
Figura A IV-1: Localização dos pontos de recolha de amostras na bacia, em planta. ....................... IV.3
Figura A V-1: Recolha no local AP1 ..................................................................................................... V.1
Figura A V-2: Medição de parâmetros no local AP1 ............................................................................ V.1
Figura A V-3: Caixa de visita no local AF1 ........................................................................................... V.1
Figura A V-4: Medição de parâmetros no local AF1 ............................................................................ V.1
Figura A V-5: Medição de parâmetros no local AF2 ............................................................................ V.1
Figura A V-6: Medição de parâmetros no local AF2 ............................................................................ V.1
Figura A V-7: Local AF3 ....................................................................................................................... V.1
Figura A V-8: Recolha de amostras no local AF3 ................................................................................ V.1
Figura A V-9: Recolha de água no local AF1 ....................................................................................... V.2
Figura A V-10: Recolha de água no local AF1 ..................................................................................... V.2
Figura A V-11: Recolha de água no local AP1 ..................................................................................... V.2
Figura A V-12: Recolha de amostra no local AP1 ................................................................................ V.2
Figura AV-13: Local AF2 (Jardim da Mina) .......................................................................................... V.2
Figura AV-14: Recolha de amostra no local AF2 ................................................................................. V.2
Figura AV-15: Recolha de água no local AF1 ...................................................................................... V.2
Figura AV-16: Medição de parâmetros no local AF1 ........................................................................... V.2
Figura AV-17: Resultados, em bruto, dos valores de 18
O medidos em cada local. .......................... V.6
Figura AV-18: Resultados, em bruto, dos valores de 18
O medidos no local CANETAR. .................. V.6
Figura AV-19: Comparação dos valores de medidos nas duas fontes de água freática nos dias
22, 23 e 24 de Julho de 2013, e respetivo valor médio. ...................................................................... V.7
Figura AV-20: Valores brutos de 18
O medidos no Caneiro de Alcântara, e médias diárias das águas
potáveis e águas freáticas, em cada dia. ............................................................................................. V.7
Figura AV-21: Valores de 18
O registados no dia 22 de Julho de 2013 (excluindo o outlier). ............. V.8
Figura AV-22: Valores de 18
O registados no dia 23 de Julho de 2013. ............................................. V.8
Figura AV-23: Valores de 18
O registados no dia 24 de Julho de 2013. ............................................. V.8
Índice de quadros em anexo
Quadro A I-1: Análise mensal da precipitação. ..................................................................................... I.2
xi
Quadro A I-2: Número de dias de tempo húmido, seco de transição e seco, para Ttrans= 2 dias. ........ I.2
Quadro A I-3: Valores característicos de caudal de tempo seco em cada mês (Abordagem I). .......... I.5
Quadro A I-4: Caudal de tempo seco máximo, mínimo e médio (Abordagem I). ................................. I.6
Quadro A I-5: Valores característicos de caudal de tempo seco em cada mês (Abordagem II). ......... I.7
Quadro A I-6: Caudal de tempo seco máximo, mínimo e médio (Abordagem II). ................................ I.7
Quadro A I-7: Número de dias de tempo seco, seco-transição e húmido considerando Ttransição= 1 dia.
............................................................................................................................................................... I.8
Quadro A I-8: Valores característicos de caudal de tempo seco em cada mês (Abordagem III). ........ I.8
Quadro A I-9: Caudal de tempo seco máximo, mínimo e médio (Abordagem III). ............................... I.8
Quadro A I-10: Caudais máximos, mínimos e médios em cada mês, obtidos pelas diferentes
abordagens. ........................................................................................................................................... I.9
Quadro A II-1: Valores médios, mínimos e máximos do caudal registado na secção ALC200 do
Caneiro de Alcântara, entre Julho de 2012 e Junho de 2013. ............................................................. II.1
Quadro A II-2: Caudal de tempo seco mínimo, máximo e médio registado ao longo dos 208 dias
analisados. ........................................................................................................................................... II.2
Quadro A II-3: Caudal de tempo seco mínimo, máximo e médio registado em de cada mês. ............ II.2
Quadro A II-4: Frequência dos caudais mínimos e máximos registados a cada 15 minutos. ............. II.2
Quadro A III-1: Estimativa da população servida pelo sistema de Alcântara (norte), por concelho e
freguesia. ............................................................................................................................................. III.1
Quadro A IV-1: Características, localização e fotografia de três locais visitados no dia 1 de Março de
2013. .................................................................................................................................................... IV.2
Quadro A IV-2: Identificação dos locais de medição da campanha de 22 a 24 de Julho (2013). ...... IV.3
Quadro A IV-3: Lista de materiais e entidades responsáveis pelo seu fornecimento. ....................... IV.4
Quadro A IV-4: Procedimentos a adotar na recolha de amostras, em cada local. ............................. IV.4
Quadro A IV-5: Constituição das equipas 1 e 2. ................................................................................. IV.5
Quadro A IV-6: Número de amostras que se prevê recolher em cada local. ..................................... IV.6
Quadro A IV-7: horário de recolha de amostras, por dia e por equipa. .............................................. IV.8
Quadro A V-1: Resultados das medições com a sonda, CQO e em cada local e para cada
instante de recolha. .............................................................................................................................. V.3
Quadro A V-2: Razões isotópicas de cada amostra, por ordem cronológica (valores originais
fornecidos pelo SIIAF). ......................................................................................................................... V.5
Quadro A V-3: Valor médio da água potável e freática: em cada dia e nos três dias (média global). V.7
Quadro A V-4: Caudal infiltrado, caudal de águas residuais e caudal total (segundo o padrão). ....... V.9
xii
Quadro A V-5: Valores usados para construir o hidrograma que mostra a contribuição das
componentes de infiltração e águas residuais para o caudal total que aflui à secção CANETAR
(Figura 6.18). ........................................................................................................................................ V.9
Quadro A V-6: Fração de infiltração considerando a média global e a média diária dos valores de 18
O
de água potável e freática. ................................................................................................................... V.9
Quadro A V-7: Valores de referentes a cada origem de água, fração de infiltração e respetivo
erro. .................................................................................................................................................... V.10
Quadro A V-8: Comparação dos resultados obtidos usando como base o caudal médio padrão de
tempo seco (à esquerda) ou usando valores médios obtidos na campanha (à direita). ................... V.10
xiii
Lista de acrónimos
Sigla Significado
APUSS Assessing Infiltration and Exfiltration on the Performance of Urban Sewer Systems
(Projeto europeu)
ADIST Associação para o Desenvolvimento do Instituto Superior Técnico
BGRI Base Geográfica de Referenciação da Informação
CML Câmara Municipal de Lisboa
CBO Carência Bioquímica em Oxigénio
CQO Carência Química em Oxigénio
CP Comboios de Portugal
CVL Complexo Vulcânico de Lisboa
DHI Danish Hydraulic Institute (Dinamarca)
EPA Environmental Protection Agency (Estados Unidos da América)
ETA Estação de Tratamento de Água
ETAR Estação de Tratamento de Águas Residuais
EUA Estados Unidos da América
FCUL Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa
IST Instituto Superior Técnico
EN Norma Europeia
PGDL Plano Geral de Drenagem de Lisboa
PVC Policloreto de Vinilo (Polyvinyl Chloride)
PEAD Polietileno de Alta Densidade
SIMTEJO Saneamento Integrado de Municípios do Tejo e Trancão
SST Sólidos Suspensos Totais
SIIAF Stable Isotopes and Instrumental Analysis Facility
SMOW Standard Mean Oceanic Water
xiv
Lista de símbolos
Símbolo Significado Dimensões
Área da secção molhada pela água subterrânea [L2]
Área de infiltração [L2]
Capitação (por habitante) [L3T
-1]
Caudal de águas residuais (domésticas e industriais) [L3T
-1]
Caudal de águas residuais industriais [L3T-1]
Caudal de infiltração [L3T
-1]
Caudal médio de águas residuais [L3T-1]
Caudal teórico de águas residuais (domésticas e industriais) [L3T-1]
Caudal total de tempo seco [L3T
-1]
Caudal total médio registado em tempo seco [L3T-1]
Caudal total mínimo registado em tempo seco [L3T-1]
Coeficiente de infiltração (ou exfiltração) [T-1
]
Coeficiente de infiltração de Karpf et al. (2007) [LT-1]
Comprimento do trecho do coletor [L]
Concentração de um poluente na componente de águas residuais [ML-3
]
Concentração de um poluente na componente de infiltração [ML-3
]
Concentração total de um poluente [ML-3
]
Constante de recessão do caudal de infiltração [T-1
]
Desvio máximo entre as medições e o caudal total médio de tempo
seco [L3T-1]
Diâmetro da tubagem [L]
Diferença de pressão hidrostática [L]
Diferença entre a altura piezométrica da água subterrânea e a altura
de água no interior do coletor [L]
Distância média entre e o nível freático [L]
Erro relativo associado à fração de infiltração no caudal total [-]
Erro relativo associado à medição da razão isotópica em laboratório
[-]
Erro relativo associado ao caudal de infiltração [L3T-1]
xv
Símbolo Significado Dimensões
Escoamento superficial originado pela precipitação [LT-1
]
Evapotranspiração total na bacia [LT-1
]
Fator de ponta (máximo) [-]
Fator de ponta mínimo [-]
Fração de infiltração no caudal de águas residuais [-]
Fração de infiltração no caudal total [-]
Infiltração originada pela precipitação [LT-1
]
Isótopo de oxigénio de número de massa [-]
Magnitude inicial do caudal que não é constante no tempo [L3T-1]
Parcela do caudal de infiltração constante no tempo [L3T-1]
Perímetro molhado [L]
População [-]
Precipitação [LT-1
]
Razão isotópica [-]
Razão isotópica relativa à água de infiltração [-]
Razão isotópica relativa à água total que circula no Caneiro [-]
Razão isotópica relativa a águas residuais [-]
Taxa geométrica de evolução da população [-]
Tempo [T]
xvi
1
1. Introdução
1.1. Enquadramento e relevância do tema
A infiltração de águas subterrâneas em coletores urbanos constitui, em regra, uma preocupação
significativa das entidades gestoras de sistemas de drenagem. Para além de contribuir
consideravelmente para o aumento do custo de operação dos sistemas de drenagem e das Estações
de Tratamento de Águas Residuais (ETAR), a infiltração compromete a gestão urbana sustentável da
água a longo prazo.
A gestão eficaz dos sistemas de drenagem depende do controlo e monitorização dos caudais
descarregados na rede e do conhecimento das suas origens e pontos de entrada, pelo que é posta
em risco pela ocorrência de infiltrações. No Reino Unido, por exemplo, estima-se que os custos
associados à infiltração sejam da ordem de £1 M/m3/dia (Ellis 2001).
Segundo Sousa (2001), os caudais de infiltração dependem de fatores como a extensão da rede de
drenagem (principalmente nos troços em que os coletores estejam abaixo do nível freático), as
características hidrogeológicas do terreno e o tipo e estado de conservação do material dos coletores,
das juntas e das câmaras de visita.
Os problemas causados pela infiltração advêm principalmente do aumento do caudal total que circula
na rede de drenagem, provocado por este fenómeno. Em algumas cidades, o caudal de infiltração
pode atingir cerca de 100% do caudal de águas residuais domésticas (Cardoso et al. 2006). A
infiltração provoca a sobrecarga hidráulica dos sistemas e, em tempo de chuva, pode fazer com que
seja ultrapassada a capacidade máxima das ETAR. Em sistemas unitários, o aumento do caudal
pode contribuir para o extravasamento do sistema, para a ocorrência de cheias nas zonas urbanas e
consequente deterioração de infraestruturas urbanas. No caso de ser ultrapassada a capacidade da
ETAR, acresce o risco de descarga de efluentes não tratados em cursos de água naturais. O
aumento do volume de água nos coletores leva também à diminuição da temperatura e à diluição dos
poluentes, num fator que pode variar entre 1:1 e 1:3 (Ellis 2001). Assim, a eficiência dos tratamentos
biológicos nas ETAR fica comprometida, o que pode afetar a qualidade da água tratada e do meio
natural em que ela é descarregada.
O fenómeno de infiltração pode acelerar o envelhecimento dos coletores e pôr em risco a sua
estabilidade. No primeiro caso, devido à pressão que a água exerce nas fissuras das paredes (que
pode contribuir para o seu alargamento progressivo) e no segundo caso, porque o material de aterro
que envolve as fissuras pode ser destabilizado e arrastado pelo fluxo de água na vizinhança. Deste
modo, a qualidade estrutural dos sistemas de drenagem é um parâmetro chave para controlar a
infiltração e garantir a transferência das águas domésticas para as ETAR, sem que ocorram trocas
com o meio exterior. Refira-se que a Norma Europeia (EN) 752-2 (CEN 1996; citado por Cardoso et
al. 2006), que indica os critérios básicos de desempenho dos sistemas públicos de drenagem de
águas residuais, refere que a integridade estrutural do sistema de drenagem urbana, incluindo a
estanquidade, deve ser garantida.
2
Resumindo, o investimento no estudo e quantificação da infiltração em sistemas de drenagem urbana
tem muito interesse para as entidades gestoras, não só porque permite minimizar os diversos
impactes referidos, mas também porque pode funcionar como um indicador do estado estrutural e da
eficiência ambiental dos sistemas. Importa salientar que nem todos os aspetos relacionados com a
infiltração são negativos. Em tempo seco, a infiltração contribui para o aumento da autolimpeza,
prevenindo a acumulação de sólidos e sedimentos, diminui o risco de processos anaeróbios, o odor e
a corrosão das tubagens.
O problema da quantificação da infiltração numa rede de drenagem coloca-se em duas fases
concretas: na fase de projeto, quando se calculam os caudais de dimensionamento, e durante a fase
de exploração, quando se pretende avaliar o desempenho técnico e económico do sistema. Em
projetos de reabilitação, a quantificação da infiltração também é importante uma vez que permite
avaliar o desempenho antes e depois das intervenções. Na fase de projeto, a capacidade da rede
deve ser calculada tendo em conta as afluências indevidas que entram no sistema de drenagem. O
caudal total de dimensionamento deve incluir não só a estimativa do caudal de águas residuais
(domésticas, industriais e comerciais) mas também as infiltrações que podem ocorrer nos coletores. A
escolha dos materiais e o processo construtivo também influenciam a taxa de infiltração. Na fase de
conceção e construção, deve ser feito um balanço entre os custos de controlo de infiltração e os
benefícios daí obtidos. Para cada sistema existe um ponto crítico, a partir do qual o custo de futuras
intervenções e reparações para diminuir a infiltração não compensa o que foi poupado durante a fase
de projeto.
Apesar do rigor e investimento na conceção e construção dos sistemas contribuir para a redução das
afluências indevidas, não é suficiente fazer apenas uma análise a priori. Os caudais de infiltração
estimados na fase de projeto são frequentemente subestimados, principalmente devido à
imprevisibilidade do fenómeno e à dificuldade em considerar fatores que dependem da qualidade da
construção privada de ligações à rede (como os defeitos em ramais de ligação ou drenos ilegais, por
exemplo). Torna-se assim importante controlar a infiltração durante a fase de exploração, aplicando
para isso métodos mais ou menos rigorosos, como os que se apresentam nesta dissertação.
1.2. Objetivos da dissertação
O objetivo desta dissertação é sistematizar as metodologias existentes para avaliação da infiltração
em sistemas de drenagem urbana e desenvolver uma apreciação crítica sobre a sua aplicabilidade.
Pretende-se, ainda, propor uma nova abordagem metodológica que permita estimar a infiltração
através de procedimentos diferentes, consoante o nível de acesso a dados e o rigor pretendido nos
resultados. Este trabalho inclui a análise do caso de estudo da Zona Alta da bacia de Alcântara, à
qual será aplicada a abordagem metodológica proposta.
A presente dissertação tem também como objetivo promover o interesse na investigação da
infiltração em sistemas de drenagem em Portugal, uma vez que não existem ainda muitos estudos
relevantes nesta área.
3
1.3. Estrutura da dissertação
A presente dissertação é constituída por sete capítulos, cujo conteúdo se apresenta resumidamente
nos próximos parágrafos.
No Capítulo 1 é apresentado o enquadramento e relevância do tema da dissertação, referindo-se os
objetivos principais e a estrutura do trabalho.
No Capítulo 2 contextualiza-se a infiltração no ciclo urbano da água e faz-se um pequeno resumo dos
tipos e características dos sistemas de drenagem urbana. Referem-se algumas definições
importantes para a compreensão do resto da dissertação, nomeadamente a distinção entre afluências
indevidas, infiltração e afluências de escoamento direto. Descrevem-se ainda as diferentes
componentes do caudal total de águas residuais e alguns dos parâmetros de qualidade de água.
No Capítulo 3 apresenta-se o estado da arte, nomeadamente o tipo de métodos que existem para a
estimativa de infiltração e os princípios e hipóteses a eles associados. Distinguem-se métodos
analíticos (baseados em noções matemáticas, químicas e físicas) de métodos de simulação, e
referem-se ainda os valores regulamentares usados em alguns países. Os métodos analíticos
separam-se em convencionais e não convencionais, tal como sugerido no título desta dissertação.
Dá-se maior destaque ao método dos isótopos, que constitui uma das maiores bases de raciocínio
para os capítulos seguintes. Referem-se ainda exemplos da aplicação de métodos em alguns casos
de estudo reais.
No Capítulo 4 propõe-se uma nova abordagem metodológica para a estimativa da infiltração, em que
o método de estimativa de infiltração depende dos dados disponíveis e do nível de rigor pretendido.
Apresentam-se três níveis de complexidade crescente, nomeadamente modelos de nível I, II e III. O
primeiro, descrito no subcapítulo 4.2., baseia-se na análise de caudais e exige apenas o acesso a
séries de caudal na secção da rede de drenagem que se pretende estudar. O nível II, descrito em
4.3., consiste na aplicação do método dos isótopos e requer, para além da análise de caudal, a
recolha de amostras e análise laboratorial da razão isotópica. Por fim, no subcapítulo 4.4.
apresenta-se o sistema de modelos de maior complexidade. Resumidamente, o nível III corresponde
a desenvolver um modelo de simulação que, conjugando as características do sistema de drenagem
com as características hidrológicas da bacia, permita conhecer a infiltração em qualquer ponto e em
qualquer instante.
No Capítulo 5 apresenta-se o caso de estudo da Zona Alta da bacia de Alcântara. Descrevem-se as
suas características físicas e naturais, nomeadamente o clima e relevo (5.2) a geologia (5.3), a
hidrogeologia e ocupação do solo (5.4). No subcapítulo 5.5. referem-se os valores de população
servida e dos caudais de distribuição e, por fim, apresentam-se as características do sistema de
drenagem no subcapítulo 5.6, com especial ênfase para o Caneiro de Alcântara, onde se pretende
estimar a infiltração.
No Capítulo 6 aplicam-se os modelos de nível I e II da metodologia proposta no Capítulo 4 ao caso de
estudo apresentado no Capítulo 5. Em 6.2. obtém-se uma estimativa da infiltração para a Zona Alta
4
da bacia de Alcântara recorrendo apenas à análise de caudal. Em 6.3. começa-se por descrever a
campanha de recolha de amostras que permitiu seguir o nível II, e depois descrevem-se e
analisam-se cuidadosamente os resultados obtidos. No final deste subcapítulo apresenta-se a
estimativa da infiltração para a Zona Alta da bacia de Alcântara, baseada na aplicação do método dos
isótopos.
Por fim, no Capítulo 7, sintetizam-se as conclusões do estudo e apresentam-se sugestões para o
prosseguimento da investigação.
5
2. Afluências indevidas em sistemas de drenagem
2.1. Considerações iniciais
O tema da infiltração em redes de drenagem urbana é complexo e exige o conhecimento prévio de
vários conceitos. Neste capítulo apresentam-se alguns desses conceitos e define-se o fenómeno de
infiltração. Começa-se por descrever o ciclo urbano da água, de seguida apresentam-se os diversos
tipos de sistemas de drenagem urbana e depois distinguem-se as componentes que constituem o
caudal total que circula nos sistemas, entre as quais se destaca a infiltração. Por fim, apresenta-se
ainda a composição típica de águas residuais domésticas.
2.2. Ciclo urbano da água
O ciclo urbano da água corresponde a todas as etapas de utilização humana da água, desde o
momento em que ela é retirada à natureza, até ao momento em que é novamente devolvida (Figura
2.1). A primeira fase do ciclo urbano é a captação da água superficial armazenada em albufeiras, ou
a extração de água subterrânea do solo, dependendo das situações. De seguida, a água segue para
uma Estação de Tratamento de Água (ETA) onde é submetida a processos de arejamento,
floculação, decantação, filtração e desinfeção. A água tratada é então transportada através de
grandes adutoras até um reservatório, onde fica armazenada até ser novamente transportada,
através da rede de distribuição, até ao ponto de consumo. Depois de utilizada (em ambiente
doméstico ou industrial), a água é descarregada no sistema de drenagem urbano, passando a ser
classificada como água residual. É recolhida através de coletores e canalizada para uma Estação de
Tratamento de Águas Residuais (ETAR), onde é novamente tratada. De um modo geral, as etapas do
processo de tratamento são o tratamento preliminar (gradagem e desarenação/ desengorduramento),
decantação primária, tratamento biológico, decantação secundária e desinfeção. O ciclo urbano
termina com a restituição da água à natureza, geralmente feita através da descarga dos efluentes da
ETAR num curso de água superficial.
Figura 2.1: Representação esquemática do ciclo urbano da água [www.aguasdivertidas.ccems.pt].
6
2.3. Sistemas de drenagem urbana
Os sistemas de drenagem têm classificações diferentes, conforme a natureza da qualidade das
águas residuais que transportam (pluvial, residual doméstica/industrial ou mista). De acordo com o
ponto 1 do artigo 116.º do Decreto Regulamentar 23/95 de 23 de Agosto de 1995, os sistemas de
drenagem pública de águas residuais podem ser separativos, unitários, mistos ou separativos parciais
(ou pseudo-separativos).
Os sistemas separativos são constituídos por duas redes distintas, uma destinada às águas residuais
domésticas e industriais e outra à drenagem das águas pluviais ou similares. O destino dos coletores
de cada tipo de rede é distinto. As águas residuais domésticas são conduzidas para uma ETAR, onde
após tratamento adequado são descarregadas no meio recetor. Por outro lado, as águas pluviais são
descarregadas no meio recetor, sendo frequente que não sejam sujeitas a qualquer tratamento. Os
critérios de dimensionamento adotados em cada rede também são diferentes. Enquanto os sistemas
separativos domésticos são dimensionados para transportar o caudal de ponta doméstico, os
sistemas separativos pluviais são dimensionados para um dado período de retorno. Atualmente, os
sistemas separativos são os mais recomendados para as redes de drenagem urbana.
Contrariamente aos sistemas separativos, os sistemas unitários são constituídos por uma única rede
de coletores, à qual afluem simultaneamente águas residuais domésticas, industriais e pluviais, como
mostra a Figura 2.2.
Figura 2.2: Esquema ilustrativo de um sistema de drenagem unitário.
O caudal transportado em coletores unitários sofre grandes variações em função da ocorrência de
precipitações, o que torna complexo o dimensionamento hidráulico das estações de tratamento. As
ETAR que servem os sistemas unitários são geralmente dimensionadas para receber caudais da
ordem de 3 a 6 vezes o caudal médio diário em tempo seco. Os emissários devem ser construídos
com materiais resistentes à corrosão e têm geralmente diâmetros significativos, superiores aos das
redes separativas. Apesar de serem aparentemente os mais económicos, os sistemas unitários estão
associados a baixas eficiências e a diversos problemas de funcionamento das redes. Quando chove,
é frequente ser ultrapassada a capacidade da ETAR e os afluentes serem descarregados diretamente
7
no meio aquático. Por outro lado, em tempo seco, é difícil manter condições hidráulicas de
escoamento devido à sedimentação de sólidos em suspensão e aos riscos de formação de gás
sulfídrico, por exemplo.
Os sistemas mistos são uma conjugação dos dois tipos de sistemas anteriores: parte da rede coletora
funciona como sistema unitário, e a restante como sistema separativo.
Por fim, os sistemas separativos parciais ou pseudo-separativos são aqueles em que se admite, em
condições excecionais, a ligação de águas pluviais de pátios interiores ao coletor de águas residuais
domésticas. Em Portugal, à semelhança de outros países, apesar dos sistemas serem
tendencialmente concebidos como separativos, acabam por tender a funcionar como
pseudo-separativos.
Grande parte dos sistemas de drenagem urbana em Portugal e na Europa comportam-se como
sistemas unitários, mistos ou pseudo-separativos, tendo a particularidade de transportar
conjuntamente águas residuais domésticas e águas pluviais.
Os sistemas de águas residuais, sejam separativos ou unitários, dispõem de um conjunto de
componentes principais que se podem dividir em três grandes grupos: rede coletora, instalações e
condutas elevatórias e órgãos acessórios. Como não se pretende fazer uma análise detalhada dos
constituintes dos sistemas de drenagem, apresentam-se apenas os mais relevantes no Quadro 2.1.
Quadro 2.1: Principais componentes dos sistemas de drenagem urbanos
Componentes dos sistemas de drenagem
Redes interiores de edifícios
Rede geral de drenagem: coletores, câmaras de visita, sarjetas de passeio (redes
unitárias) e/ou sumidouros (redes separativas de águas pluviais)
Ramais de ligação à rede geral de drenagem
Estações elevatórias e condutas de impulsão
Emissários e intercetores
Estações de tratamento
Exutores de lançamento e destino final (emissários submarinos)
Descarregadores de tempestade
Sifões invertidos
Lagoas de amortecimento e retenção
2.4. Componentes do caudal em redes de drenagem
As diversas componentes do caudal que circula na rede de drenagem dependem do tipo de sistema
usado e a sua percentagem varia com as condições locais e com a altura do ano (Metcalf & Eddy
2004). Simplificadamente, podem assumir-se as quatro componentes apresentadas de seguida,
sendo que a última é a que tem maior interesse para este trabalho.
8
1) Águas residuais domésticas, provenientes das descarregadas nas habitações, zonas
comerciais ou edifícios públicos.
2) Águas residuais industriais, onde predominam efluentes industriais.
3) Águas pluviais resultantes do escoamento superficial originado pela precipitação.
4) Afluências indevidas, relativas à água que entra indevidamente no sistema de forma direta ou
indireta, como se explica em seguida.
Apesar de existirem várias publicações sobre o tema, não há uma definição clara para o conceito de
afluências indevidas (apresentado no ponto 4 da lista anterior). De uma forma simples, pode
admitir-se que estas correspondem a águas parasíticas que circulam no sistema de drenagem,
apesar de não lhe pertencerem (Schilperoort 2004). Em Metcalf & Eddy (2004), as afluências
indevidas aparecem como a combinação das cinco componentes descritas no Quadro 2.2 e
representadas na Figura 2.3.
Quadro 2.2:Tipos de afluências indevidas, segundo Metcalf & Eddy (2004).
Tipo de afluência indevida Definição
Infiltração de percurso (ou
simplesmente infiltração)
Água subterrânea que entra nas infraestruturas enterradas do
sistema de drenagem através de deficiências estruturais nos
coletores (em juntas, ligações) ou através das paredes das
câmaras de visita.
Infiltração base
Água subterrânea que entra deliberadamente no sistema de
drenagem, proveniente de drenos, da bombagem de caves, de
sistemas de arrefecimento ou de descargas de pequenos
cursos de água naturais canalizados, e que é independente do
estado de conservação do coletor.
Afluências pluviais diretas
Água pluvial que entra indevidamente no sistema, com origem
no escoamento de telhados ou em ligações indevidas de
ramais pluviais de edificações e de sumidouros.
Afluências pluviais totais
Soma das afluências anteriores com outras possíveis
descargas feitas a montante (por descarregadores de
tempestade, por exemplo).
Afluências pluviais retardadas
Água pluvial que leva diversos dias a percorrer ou a entrar no
sistema de drenagem (devido a reservas e empoçamentos na
bacia natural, por exemplo).
No Quadro 2.2, as duas primeiras componentes têm origem em águas subterrâneas e as três
restantes provêm de águas pluviais. Como nesta dissertação se pretende estudar todo o fenómeno
de infiltração e quantificar o volume de água subterrânea que entra nos sistemas, independentemente
do ponto de entrada, torna-se desnecessário adotar uma classificação tão detalhada.
Alternativamente, as afluências indevidas serão divididas em apenas dois conceitos: infiltração
9
(entrada de águas subterrâneas) e afluências de escoamento direto (entrada de águas pluviais),
como se apresenta no Quadro 2.3.
Quadro 2.3: Classificação das componentes das afluências indevidas segundo a origem de água.
Classificação proposta em
Metcalf & Eddy (2004) Origem da água
Classificação proposta na presente dissertação
Infiltração de percurso Subterrânea Infiltração
infiltração base
Afluências pluviais diretas
Pluvial Afluências de escoamento direto Afluências pluviais totais
Afluências pluviais retardadas
A maioria dos autores considera que a infiltração é constante ao longo do dia, podendo apenas sofrer
variações sazonais. Como mostra a Figura 2.3, para uma janela temporal pequena (da ordem dos
dias), a infiltração é a única componente do caudal total que se mantém constante, mesmo após a
ocorrência de precipitação (Metcalf & Eddy 2004). Por isso é importante fazer a análise da infiltração
em tempo seco, quando as afluências de escoamento direto são mínimas e se pode assumir que o
caudal total tem apenas duas componentes, águas residuais (domésticas e industriais) e infiltração.
Esta situação é retratada na Figura 2.3, no primeiro dia e meio antes da precipitação.
Figura 2.3: Identificação gráfica das afluências indevidas. Adaptada de Metcalf & Eddy (2004).
No conceito de afluências indevidas podem ainda ser incluídas as descargas não licenciadas, que
também levam à entrada indevida de efluentes no sistema de drenagem. Por serem situações
pontuais, muitas vezes desconhecidas (ou com origens desconhecidas) e impossíveis de prever, não
se distingue esta parcela na análise da infiltração.
10
Antes de terminar este subcapítulo, importa fazer uma referência à nomenclatura usada nesta
dissertação. O termo afluências indevidas corresponde à expressão comumente usada na bibliografia
anglo-saxónica, I/I (infiltration e inflow). Em português, e como sugerido neste trabalho, usam-se os
termos infiltração e afluências de escoamento direto.
2.5. Composição típica de águas residuais
A água residual é composta por uma mistura de substâncias em solução, em suspensão e flutuantes,
e pode ser caracterizada em termos da sua composição física, química ou biológica. As principais
propriedades físicas, os constituintes químicos e biológicos e as suas fontes encontram-se descritas
no Quadro 2.4.
Quadro 2.4: Características e parâmetros dos constituintes das águas residuais. Adaptado de Metcalf & Eddy (2004).
Características Parâmetros
Físicas
Sólidos totais (ST), sólidos voláteis totais (SVT), sólidos suspensos totais
(SST), sólidos totais dissolvidos (STD), e outros sólidos.
Distribuição do tamanho das partículas, cor, turvação, odor, temperatura,
densidade, condutividade, transmitância.
Químicas
inorgânicas
Amónia ( ), nitratos (
), nitrogénio total, fósforo total, fósforo
orgânico, sulfato ( ), cloretos ( ), alcalinidade, pH, metais e gases.
Químicas
orgânicas
Carência Bioquímica em Oxigénio (CBO), Carência Química em Oxigénio
(CQO), Carbono Orgânico Total (COT), compostos orgânicos específicos,
entre outros.
Biológicas Organismos coliformes, microrganismos específicos e toxicidade.
Muitas das características apresentadas no Quadro 2.4 estão inter-relacionadas: por exemplo, a
temperatura afeta simultaneamente a quantidade de gases dissolvidos e a atividade biológica das
águas residuais (Metcalf & Eddy 2004). Em meio urbano, estas características são também
extremamente variáveis e dependem do tipo de rede de drenagem (unitária e/ou separativa), do
aglomerado populacional (condições socioeconómicas, nível de saúde, etc.), da natureza da água de
abastecimento público, entre outros fatores. Há oscilações permanentes de concentrações dos
poluentes e da percentagem de substâncias dissolvidas e, consequentemente, as características
variam muito de secção para secção e, na mesma secção, de instante para instante (Vieira 2005). Na
prática, qualquer substância pode ser descarregada nas redes de drenagem, o que inviabiliza uma
análise química exaustiva da qualidade da água. No Quadro 2.5 apresentam-se alguns dos fatores
que influenciam as características da água que circula em sistemas de drenagem unitários.
11
Quadro 2.5: Fatores que tipicamente influenciam as características água em sistemas de drenagem unitários.
Parâmetro Fatores
Quantitativos Qualitativos
Precipitação
Altura e volume
Intensidade
Duração
Condições atmosféricas regionais
Fonte das águas residuais
Capitação e variação do consumo
Tipo de origem: residencial, comercial, etc.
Tipo de origem
Características da bacia de drenagem
Área, tempo de concentração
Uso do solo e áreas impermeáveis
Características do solo
Controlo de cheias
Práticas de gestão da bacia natural
Acumulação e remoção de poluentes
Tipo de sistema e características de traçado e conservação
Diâmetro, inclinação e forma das tubagens
Quantidade de infiltração
Assoreamento
Práticas de regulação de caudal
Transformações químicas e biológicas
Qualidade/ origem da infiltração
No Quadro 2.6 apresentam-se valores típicos das concentrações de alguns contaminantes das águas
residuais domésticas não tratadas, para diferentes padrões de consumo e descarga.
Quadro 2.6: Alguns parâmetros da composição típica de águas residuais domésticas. Adaptado de Metcalf & Eddy (2004).
Contaminantes Unidade
Concentração
Águas residuais
“não carregadas”1
Águas residuais
“carregadas”2
Sólidos totais (ST) mg/l 720 1230
Sólidos dissolvidos totais (SDT) mg/l 500 860
Sólidos suspensos totais (SST) mg/l 210 400
CBO mg/l 190 350
CQO mg/l 430 800
Nitrogénio total mg/l 40 70
Amónia mg/l 25 45
Cloretos mg/l 50 90
Sulfatos mg/l 30 50
Óleos e gordura mg/l 90 100
Coliformes totais Nº/ 100 ml 107-10
9 10
7-10
10
Coliformes fecais Nº/ 100 ml 104-10
6 10
5-10
8
1 Baseada num fluxo de águas residuais de cerca de 460 l/hab.dia
2 Baseada num fluxo de águas residuais de cerca de 260 l/hab.dia
12
Salienta-se que as concentrações apresentadas no referido quadro são meramente indicativas. Em
Portugal, e em média, os dados relativos a águas residuais são superiores. Tipicamente são aceites
como “normais”, ou até, relativamente a alguns dos parâmetros, ligeiramente abaixo do normal, os
valores indicativos que se reportam a águas residuais carregadas, apresentadas no Quadro 2.6.
13
3. Estado da arte
3.1. Considerações iniciais
O problema da quantificação da infiltração em redes de drenagem só começou a ser estudado
recentemente. Nos próximos parágrafos apresentam-se os valores regulamentares usados na fase de
projeto de sistemas de drenagem em alguns países, descrevem-se alguns dos métodos propostos na
bibliografia para estimar a infiltração e faz-se referência a casos de estudo onde eles foram aplicados.
Primeiramente expõe-se alguns métodos analíticos de estimativa da infiltração, desenvolvidos nas
últimas décadas, e que podem ser divididos em dois tipos: convencionais (análise de caudal ou
análise química da água) e não convencionais (método dos isótopos). Depois apresenta-se uma
abordagem alternativa para conhecer o fenómeno de infiltração, baseado na construção e análise de
modelos de simulação.
3.2. Aspetos regulamentares
Uma das primeiras referências à definição e identificação da infiltração em sistemas de drenagem
surgiu em 1972 nos Estados Unidos da América (EUA), nomeadamente no documento Federal Water
Pollution Control Act Amendments (The National Archieves of the United States 1973). Para que a
conceção e construção de estações de tratamento fosse subsidiada pelos governos federais, as
entidades gestoras tinham de demonstrar que os sistemas de drenagem não estavam sujeitos a
grandes volumes de afluências indevidas (Metcalf & Eddy 2004).
Atualmente, os caudais de dimensionamento calculados na fase de projeto de sistemas de drenagem
consideram geralmente uma fração constante correspondente à infiltração. Na maioria dos países
existe um valor regulamentado, estimado através de métodos convencionais em função do diâmetro
da tubagem e da extensão da rede a montante. No Quadro 3.1 apresentam-se os valores usados em
alguns países, assim como os seus autores. Em Portugal, os valores admissíveis para o caudal de
infiltração são atualmente estipulados pelo Decreto Regulamentar 23/95 (1995). Segundo o artigo
126.º, ponto 4:
“4 - Desde que não se disponha de dados experimentais locais ou de informações similares, o
valor do caudal de infiltração pode considerar-se:
a) Igual ao caudal médio anual, nas redes de pequenos aglomerados com coletores a jusante
até 300 mm;
b) Proporcional ao comprimento e diâmetro dos coletores, nas redes de médios e grandes
aglomerados; neste último caso, quando se trate de coletores recentes ou a construir, podem
estimar-se valores de caudais de infiltração da ordem de 0,500 m3/dia, por centímetro de
diâmetro e por quilómetro de comprimento da rede pública, podendo atingir-se valores de
4 m3/dia, por centímetro e por quilómetro, em coletores de precária construção e conservação.
c) Os valores referidos nas alíneas a) e b) podem ser inferiores sempre que estiver assegurada
uma melhor estanquidade da rede, nomeadamente no que respeita aos coletores, juntas e
câmaras de visita.”
14
Quadro 3.1: Valores de infiltração propostos em várias fontes bibliográficas. Adaptado de Cardoso et al. (2004).
Autor3 Valores de infiltração Comentários
Water Authorities
Association (1989)
10% da capacidade do coletor deve
ser destinada à infiltração
Aplicável ao dimensionamento
de sistemas separativos
domésticos, no Reino Unido.
American Society of Civil
Engineers-Water
Environment Federation
(EPA 2001)
0,05 - 1,39 m3/dia/cm/km
4
Variação de valores de
referência locais, nos EUA.
Norma ATV118
(ATV-DVWK 2003)
100% do caudal doméstico (em
casos justificados pode assumir
outra magnitude)
Aplicável ao dimensionamento
de sistemas separativos
Negligenciada no dimensionamento
dos coletores mas considerada no
dimensionamento de estruturas
especiais e estações de tratamento.
Aplicável ao dimensionamento
de sistemas unitários, e com
exceção das estruturas
especiais de instalações de
tratamento.
Decreto
Regulamentar 23/95
(1995).
Para mm: igual ao caudal
médio anual
Para mm: entre 0,5 a
4 m3/dia/cm/km.
Depende do estado de
conservação dos coletores.
Podem ser considerados
valores inferiores se for
assegurada a estanquidade da
rede.
Os valores regulamentares podem servir de incentivo ao controlo da infiltração. Nos EUA, o Federal
Water Pollution Control Act Amendments, entre outras normas, promoveram o investimento no
controlo das afluências indevidas, tendo sido desenvolvidos inúmeros estudos na área. No entanto,
na maioria dos países, os regulamentos e valores de projeto adotados não funcionam como um
estímulo à melhoria dos sistemas e levam regularmente ao seu sub e sobredimensionamento. No
Brasil, por exemplo, estima-se que os caudais de projeto baseados em coeficientes de infiltração
adotados a partir de normas, são 35% a 318% maiores que os valores de caudal total efetivamente
medido (Hanai e Campos 1997).
3.3. Métodos analíticos
As afluências indevidas ao sistema de drenagem causam simultaneamente um aumento do caudal e
alterações na composição química da água que circula no sistema. Neste subcapítulo apresentam-se
os métodos analíticos convencionais baseados na análise de caudal em tempo seco, assim como os
métodos químicos. Depois, apresenta-se o método analítico não convencional mais relevante para
esta dissertação, o método dos isótopos.
3 Os primeiros dois autores são citados por Cardoso et al. (2004).
4 Por centímetro de diâmetro e por quilómetro de coletor.
15
3.3.1. Métodos convencionais
3.3.1.1. Métodos de análise de caudal
Os métodos convencionais de análise de caudal assentam na hipótese base de que o caudal total
que circula na rede em tempo seco é composto apenas por duas componentes: uma relativa
exclusivamente às águas residuais (de origem doméstica ou industrial, ) e outra relativa à
infiltração ( ), como mostra a equação (3.1).
(3.1)
Neste caso, o caudal de infiltração corresponderá à diferença entre o caudal total em tempo seco ( )
e o caudal que teoricamente é apenas relativo a águas residuais. O valor do caudal total é geralmente
baseado em séries temporais diárias ou horárias de caudal de tempo seco. Em vários casos de
estudo mostrou-se conveniente analisar o caudal num intervalo de tempo significativo, de forma a
considerar a variação da posição do nível freático. Relativamente à parcela de águas exclusivamente
residuais, a maioria dos métodos calcula-a com base em valores teóricos de caudal, nomeadamente
no conceito de caudal de ponta (Schilperoort 2004). Alguns métodos podem ser aplicados também
em tempo húmido uma vez que conseguem distinguir a água com origem pluvial das restantes.
A aplicação direta da equação (3.1) foi descrita por Brombach et al. (2002) como um método
matemático simples que pode ser usado para estimar o caudal anual de afluências indevidas numa
dada bacia. A diferença entre a soma dos caudais de tempo seco registados na secção mais a
jusante da bacia ao longo de um ano, e a soma dos caudais teóricos de águas residuais afluentes ao
sistema no mesmo período, é igual ao volume das afluências indevidas ao longo desse ano. Na
metodologia proposta por Brombach et al. (2002), o caudal teórico de águas residuais em tempo seco
( ) é calculado pela equação (3.2), onde C é a capitação doméstica diária, a população
servida pelo sistema de drenagem e o caudal anual de descargas industriais. Neste cálculo
admite-se uma percentagem de perdas de água de consumo doméstica de 10%.
(3.2)
Para aplicar esta metodologia são necessários, para além dos dados relativos à capitação, população
e descargas industriais, dados de medições contínuas de caudal (geralmente medidos na entrada das
ETAR) e de precipitação diária, ao longo do ano em estudo. Estes últimos servem para distinguir os
dias de tempo seco, eliminando os restantes da análise. É de salientar que, ao aplicar diretamente a
equação (3.1) para estimar a infiltração, assume-se que as águas subterrâneas são a única origem
de afluências indevidas, desprezando-se a existência de afluências de escoamento direto.
A equação (3.1) pode ser aplicada de uma forma ainda mais simples do que a proposta por
Brombach et al. (2002), bastando para isso analisar os caudais mínimos diários em tempo seco, e
assumir que a contribuição de águas residuais domésticas é muito reduzida, ou mesmo nula, durante
a noite. Vários autores sugerem que, numa bacia em que os caudais mínimos diários se registem
16
tipicamente no período noturno, esses mesmos caudais correspondem apenas a infiltração (uma vez
que a contribuição de águas residuais é praticamente nula). Em Staufer et al. (2012) foram estudadas
as afluências indevidas no sistema de Mützenich (Alemanha). A fração correspondente à infiltração
foi obtida através da média dos mínimos noturnos registados nos dias de tempo seco de um dado
mês (caracterizados por precipitações inferiores a 0.3 mm). Usando esta metodologia, concluiu-se
que o caudal de infiltração era cerca de 300% do caudal total de águas residuais. Refira-se que,
neste caso, 50% da rede se encontrava abaixo do nível freático.
Apesar de ser pouco rigorosa, esta abordagem pode ser aplicável em bacias pequenas, em situações
onde não é fácil ter acesso a dados de população ou que não se pretenda fazer um grande
investimento. É também comum admitir que apenas uma percentagem do caudal noturno
corresponde a infiltrações, sendo necessário, nesse caso, conhecer ou assumir um fator de ponta
mínimo.
Weiß et al. (2002) propuseram uma abordagem para analisar os caudais mínimos que dispensa
dados de precipitação (ou seja, não é apenas aplicável em tempo seco). O método do mínimo móvel
(ou moving minimum, segundo a nomenclatura inglesa) assenta na ideia de que a soma dos caudais
de águas residuais com as afluências indevidas, num dado dia, é igual ao caudal mínimo total
registado nos 21 dias anteriores. Para aplicar este método é preciso dispor de registos do caudal
diário afluente à secção em estudo ao longo de um ano, e estimar um valor teórico para a
componente de águas residuais em tempo seco (podendo ser usada a equação (3.2), por exemplo).
Desenhando o gráfico dos caudais mínimos em função do tempo e subtraindo o referido caudal
teórico de águas residuais (que se assume ser constante) obtém-se uma estimativa para o volume
anual que infiltra na bacia de drenagem em estudo.
Outro método para estimar a infiltração através da análise de caudais é o método do triângulo,
proposto por Weiß et al. (2002). Para o aplicar, é preciso definir o intervalo de tempo em que se
pretende estudar a infiltração e ter acesso a séries de caudais diários totais medidos nos pontos de
interesse, ao longo desse período. Depois, organizam-se as séries por ordem crescente de grandeza,
desprezando-se a ordem cronológica das medições de caudal. Com os dados obtidos, desenha-se
um gráfico que relaciona os caudais como percentagem do caudal máximo registado (eixo vertical) e
o tempo, como uma percentagem do período de tempo total (eixo horizontal). O resultado obtido é
geralmente uma curva em S, como o apresentado na Figura 3.1, relativa à aplicação do método do
triângulo à entrada da ETAR de Mirandela.
Na Figura 3.1, a linha horizontal representa o caudal teórico de água exclusivamente residual e a
área abaixo corresponde ao volume anual de caudal de tempo seco teórico (relativo apenas a águas
residuais). A área do gráfico entre a curva de caudais e a linha horizontal corresponde ao volume
anual total de águas não residuais (ou seja, à soma do volume de águas pluviais e com origem em
escoamentos superficiais com o volume de afluências indevidas).
17
Figura 3.1: Aplicação do método do triângulo para a separação das parcelas de água residual, infiltração e escoamento superficial na ETAR de Mirandela (Amorim 2007).
A separação das componentes de caudais pluviais e afluências indevidas exige que sejam
contabilizados os dias de tempo seco ao longo do período em análise. Conceptualmente,
considera-se que o ponto de interseção entre número de dias secos e a curva de caudais divide os
caudais de tempo seco (à esquerda do ponto) dos caudais associados a tempo de chuva (à direita).
Assumindo que a infiltração é máxima após períodos chuvosos e mínima (ou até mesmo nula)
quando a componente de escoamento pluvial direto é máxima, e admitindo que existe uma relação
matemática linear, traça-se uma reta entre os dois extremos. Separa-se assim o volume anual de
água de origem pluvial do volume anual de infiltração, obtido através da área do triângulo formado
entre a curva em S e a referida reta.
Até agora foram descritas abordagens fundamentalmente baseadas na equação (3.1) e na análise de
dados de caudal. No entanto, existe ainda outro princípio vulgarmente aplicado no estudo da
infiltração e que leva à introdução de um novo conceito nesta dissertação: a fração de infiltração.
Uma ideia transversal a muitos métodos analíticos é que o caudal de infiltração é uma fração do
caudal total ou do caudal médio de águas residuais, como se mostra nas equações (3.3) e (3.4),
respetivamente. Nesta dissertação optou-se por usar a letra para descrever o primeiro caso e
para descrever o segundo.
(3.3)
(3.4)
No caso dos métodos de análise de caudal, a fração de infiltração é normalmente obtida através da
análise dos caudais mínimos diários registados ao longo de um intervalo de tempo considerável
(preferencialmente superior a 6 meses). A infiltração indesejada de águas subterrâneas nos sistemas
de drenagem pode representar mais de 50% do caudal total que circula na rede (Kracht et al. 2003).
18
Mostrou-se que no Reino Unido o caudal de infiltração corresponde, em média, a uma percentagem
variável entre 15% e 50% do caudal médio total de tempo seco (Ellis 2001).
Uma das principais limitações dos métodos convencionais é a sua dependência de registos e dados
locais, nomeadamente:
Caudal médio relativo apenas a águas residuais de origem doméstica e industrial,
regularmente estimado com base nos padrões de consumo da zona em estudo.
Número de habitantes e respetivos valores de referência para o caudal descarregado, per
capita.
Medições precisas do caudal, nomeadamente no período noturno (quando a altura de água
nas tubagens é reduzida).
É ainda de referir que os valores de infiltração obtidos por estes métodos podem estar influenciados
por vários erros. Os caudais noturnos podem ter contribuições de descargas industriais ou
bombagens de caves, e a qualidade das medições pode ser afetada pela reduzida altura de água.
Podem existir afluências com consistência no tempo, principalmente em redes extensas. A estimativa
do caudal de águas residuais implica a atribuição de capitações e está por isso associada a grandes
incertezas (depende da dimensão do agregado, hábitos higiénicos populacionais, disponibilidade de
água, estrutura populacional, alterações climáticas, entre outros). Verifica-se também uma variação
sazonal significativa no caudal de águas residuais domésticas. A parcela relativa às descargas
industriais também é difícil de quantificar – devem ser usados valores registados ou, na ausência
deles, considerados os caudais máximos de descarga permitidos por lei.
3.3.1.2. Métodos químicos
Neste subcapítulo descrevem-se alguns dos princípios gerais dos métodos químicos para estimativa
da infiltração, propostos na bibliografia. O pressuposto transversal a todos os métodos químicos é o
de que a infiltração causa a diluição do esgoto e leva à diminuição da concentração dos poluentes
tipicamente presentes nas águas residuais, em tempo seco. Nas condições da equação (3.1), e
assumindo que as águas de infiltração não têm os mesmos níveis de contaminação das águas
residuais, pode-se estimar a infiltração através da comparação entre a concentração de um
determinado poluente no caudal total (medido numa dada secção da rede) e a concentração típica
das águas residuais locais (encontrada na bibliografia ou estimada com base nas características da
população e no consumo de água).
Para explicar o conceito da análise química na estimativa da infiltração, descreve-se de seguida um
dos trabalhos mais completos nesta área, desenvolvido por Kracht e Gujer (2004). Os autores
propõem a quantificação da infiltração através de três passos: medição simultânea e contínua do
caudal e da concentração de um determinado poluente (numa dada secção do coletor), posterior
análise das séries temporais de concentrações e caudal obtidas e, por fim, construção de um modelo
matemático que permita descrever a concentração de um dado poluente em ordem ao caudal
19
medido. Este método, habitualmente chamado de método das séries temporais de cargas poluentes,
baseia-se num simples balanço de massa, descrito pela equação (3.5).
(3.5)
Analogamente ao princípio base traduzido pela equação (3.1), a aplicação da equação (3.5) implica
admitir que a concentração total de poluente medida num dado ponto ( ) reflete as concentrações
das duas componentes contribuintes do caudal total: águas residuais puras ( ) e infiltração ( ).
Para aplicar a equação (3.5) é necessário conhecer a concentração de um determinado poluente nas
águas residuais e nas águas de infiltração. No primeiro caso, e numa perspetiva simplificada, pode
estimar-se um valor teórico constante calculado com base nas características da população da bacia
e do consumo de água. Na Holanda, por exemplo, o valor standard da concentração de CBO em
águas residuais domésticas é de 54 g(O2)/dia/hab (Schilperoort 2004).
Alternativamente, e no caso de se pretender um maior nível de rigor nos resultados, pode
considerar-se que a concentração de um determinado poluente nas águas residuais é função do
caudal de águas residuais e do tempo, variando com ambos os parâmetros (3.6). O método proposto
por Kracht e Gujer (2004) também prevê a variação da taxa de infiltração ao longo do tempo,
nomeadamente através da divisão conceptual do caudal infiltrado em duas componentes: uma
constante ( ) e outra que decresce exponencialmente com o tempo. Esta última parcela descreve
a influência da retenção de água nas camadas superficiais do solo após um fenómeno de
precipitação, e encontra-se discriminada na equação (3.7), onde é a magnitude inicial do caudal
que não é de base no instante , e é uma constante recessiva. Quanto maior for a intensidade da
precipitação anterior ao período de tempo seco, maior será , e quanto maior for a capacidade de
retenção e armazenamento do solo, menor será o valor do coeficiente .
( ) ( ) (3.6)
( ) (3.7)
De forma a ilustrar melhor a separação da infiltração em duas componentes, apresentam-se na
Figura 3.2 os hidrogramas obtidos em dois casos de estudos onde foi aplicado o método das séries
temporais de cargas poluentes. São claramente distinguíveis as três componentes consideradas pelo
modelo: águas residuais, infiltração de base e infiltração variável (exponencialmente decrescente).
Relativamente à concentração do poluente na componente de infiltração, a alternativa mais simples e
que é frequentemente usada é escolher a CQO como poluente traçador. Esta escolha simplifica o
processo de cálculo, uma vez que na maioria dos casos se pode admitir que a concentração de
matéria orgânica nas águas freáticas é muito baixa, podendo ser negligenciável quando comparada
com a água residual doméstica (Kracht e Gujer 2004). Assim, pode-se assumir que a concentração
presente na equação (3.5) é nula.
20
Figura 3.2: Separação dos hidrogramas obtidos em duas bacias de drenagem na Suíça, onde foi aplicado o método das séries temporais de cargas poluentes (Kracht e Gujer 2004).
A escolha da CQO como parâmetro traçador tem ainda outras vantagens. Por um lado, é um traçador
relativamente conservativo e a sua concentração não se altera significativamente com fenómenos
como a adsorção, oxirredução, pH ou variações de temperatura. Por outro, é um parâmetro
conhecido, utilizado em outras situações e que já é monitorizado nas redes de drenagem (a sua
medição não exige necessariamente um custo operacional acrescido).
A concentração de sólidos suspensos totais também pode ser usada como traçador natural das
águas residuais. No entanto, a SST tende a sobrestimar o caudal de infiltração devido à
sedimentação de sólidos nas zonas mais elevadas das bacias, principalmente durante o período
noturno (levando a um decréscimo da concentração de SST nas secções mais a jusante) (Bares et al.
2008). Recentemente, Shelton et al. (2011) desenvolveram um estudo do potencial de vários
marcadores químicos menos comuns, nomeadamente a cafeína, o nitrogénio total, os sólidos
suspensos totais (SST), Escherichia coli (E. coli) e Enterococci. Verificou-se que os dois últimos
marcadores, de origem bacterial, são muito menos estáveis que os físico-químicos e concluiu-se que
o traçador mais estável era o nitrogénio total. No entanto, não foram encontrados casos de aplicação
em que tenha sido usado este parâmetro para estimar a infiltração.
No caso do método das séries temporais de cargas poluentes, importa referir que um requisito chave
para o seu sucesso é garantir uma elevada resolução temporal das séries, o que só é possível se for
usado equipamento adequado. O caudal deve ser medido com os melhores medidores disponíveis e
a CQO deve ser obtida através de medições óticas, sendo para isso necessário utilizar um
espectrofotómetro de radiação UV/visível de comprimento de onda múltiplo. A utilização deste tipo de
equipamento, testada nas duas bacias referidas na Figura 3.2, permite reconhecer e definir um
padrão. Com base nesse padrão, pode-se obter um modelo matemático que simule a concentração
de CQO numa determinada secção da rede de drenagem (Kracht e Gujer 2004). A adequação do
modelo é retratada na Figura 3.3, onde se mostra que os valores modelados se aproximam bastante
dos medidos numa campanha pontual. A vantagem desta abordagem é que depois de calibrado, o
modelo permite que a infiltração seja estimada (em situações futuras) com base apenas em dados de
caudal.
21
Figura 3.3: Comparação entre os resultados do modelo matemático de simulação de CQO com os resultados reais medidos numa campanha pontual (Kracht e Gujer 2004).
O uso de tecnologias de medição mais avançadas e a construção de um modelo matemático são as
únicas características que distinguem a metodologia proposta por Kracht e Gujer (2004) de outras
semelhantes e anteriores. Já em 1997, por exemplo, tinha sido realizado um trabalho na bacia do
Ribeirão do Ouro (Brasil) em que foram aplicados exatamente os mesmos princípios, mas de forma
muito mais simplificada. Usaram-se dados de caudais mínimos noturnos (entre as 03:00 e as 06:00
horas), estimou-se um valor teórico para o caudal de águas residuais e considerou-se que a
concentração de CQO nas águas residuais era igual à média diária. Neste caso de estudo conclui-se
que 90% do caudal noturno era devido a infiltrações e que a infiltração real era 2.93 vezes inferior à
referida pelas normas Brasileiras. O facto de a infiltração ser inferior ao previsto foi em parte
justificado pelo nível de submersão da rede, em relação ao nível freático (Hanai e Campos 1997). As
normas brasileiras assumem que toda a rede está submersa, o que não corresponderá, na maioria
das redes de drenagem, à realidade. Na bacia estudada por Hanai e Campos, apenas 29% da rede
estava submersa no aquífero local. Também a título exemplificativo, e numa situação mais recente, a
equação (3.5) foi aplicada a uma bacia em Praga, tendo-se estimado que 45% do caudal médio diário
que circulava na rede tinha origem em afluências indevidas (Bares et al. 2008).
Antes de finalizar este subcapítulo e encerrar a descrição dos métodos analíticos e convencionais,
faz-se referência a um estudo comparativo onde foram analisados, para a mesma bacia, os
resultados de infiltração obtidos por diversos métodos. Foram analisados alguns dos métodos
apresentados nesta dissertação, e ainda outros. O estudo foi desenvolvido por De Bénédittis e
Bertrand-Krajewski (2004a) e conclui que o método escolhido para a quantificação da infiltração
influencia significativamente o resultado obtido, podendo os valores de caudal de infiltração obtidos
variar em quase 20% (Figura 3.4). Com base nos resultados, o autor concluiu que os métodos
tradicionais apresentam uma incerteza demasiado elevada na estimativa do valor da infiltração e na
localização dos pontos de origem. Os métodos analisados, respetivos princípios e autores
apresentam-se no Quadro 3.2, que serve também para listar algumas das metodologias existentes
mas que não foram referidas nesta dissertação.
22
Quadro 3.2: Alguns métodos convencionais para estimar a infiltração (De Bénédittis e Bertrand-Krajewski 2004a).
Método Código5 País Autor
6 Tipo
Caudal de tempo seco F1 - - Medição de caudal
Caudal de tempo seco (bis) F1 (bis) Suíça Hager et al. (1985) Medição de caudal
Média da densidade F2 Áustria Ertl et al. (2002) Medição de caudal
Amnen & Muller F3 Áustria Annen, (1980) Medição de caudal
Triângulo F4 Alemanha Weiß et al. (2002) Medição de caudal
Mínimo móvel F5 Alemanha Weiß et al. (2002) Medição de caudal
Diferença de caudal diário F6 França Joannis (1994) Medição de caudal
Diferença de caudal noturno F7 França Joannis (1994) Medição de caudal
Caudal mínimo noturno F8 França Renault (1983) Medição de caudal
Caudal noturno corrigido F9 França Renault (1983) Medição de caudal
Caudal noturno corrigido (bis) F10 Suíça Hager et al. (1985) Medição de caudal
Parâmetro de forma F11 França Joannis (1994) Medição de caudal
IMHOFF França Renault (1983) Químico
Suíço Suíça Hager et al. (1985) Químico
Híbrido ou Horizon França Horizon (1992) Químico
Figura 3.4: Volumes de infiltração estimados pelos métodos do Quadro 3.2 nas diversas sub-bacias estudadas por De Bénédittis e Bertrand-Krajewski (2004a).
3.3.2. Métodos não convencionais: método dos isótopos
Depois de terem sido apresentados alguns dos métodos convencionalmente usados para a estimativa
da infiltração em redes de drenagem, apresenta-se agora um método não convencional, baseado na
análise de razões isotópicas. O método dos isótopos implica um estudo químico das águas residuais,
mas não foi incluído no subcapítulo 3.2.1.2. porque não ser um método convencional.
5 Referente à Figura 3.4
6 Autores citados por De Bénédittis e Bertrand-Krajewski (2004a), que não constam das Referências Bibliográficas desta
dissertação.
23
Refira-se que o presente subcapítulo baseia-se em alguns dos trabalhos desenvolvidos no âmbito do
projeto Assessing Infiltration and Exfiltration on the Performance of Urban Sewer Systems (APUSS),
financiado pela Comissão Europeia no âmbito do 5.º Programa Quadro de Investigação e
Desenvolvimento, e que decorreu entre 2001 e 2004. Este projeto foi dedicado às questões de
infiltração e exfiltração em redes de drenagem urbana, tendo envolvido a participação de sete países
europeus (incluindo Portugal), várias universidades, pequenas e médias empresas e municípios. Uma
das principais áreas de trabalho deste projeto foi o desenvolvimento de novos métodos de medição
de infiltração, que permitissem diferenciar zonas do sistema de coletores com ocorrência de
infiltração, baseados num esforço analítico limitado e com um baixo risco ambiental (Cardoso et al.
2006). No APUSS foram identificados dois tipos de métodos para estimar a infiltração à escala da
sub-bacia: um baseado na medição dos isótopos de oxigénio 16
O e 18
O (apresentado neste
subcapítulo) e outro baseado na medição simultânea e contínua do caudal e da concentração em
CQO (anteriormente apresentado em 3.3.1.2).
A apresentação do método dos isótopos divide-se em três partes. Primeiro é introduzida a definição
de razão isotópica, depois são explicados os princípios do método dos isótopos e por fim
apresentam-se dois exemplos da sua aplicação.
Definições
Os isótopos são átomos do mesmo elemento químico que apenas diferem no número de neutrões
presentes no núcleo. Cada um dos elementos constituintes da molécula de água, oxigénio (O) e
hidrogénio (H), contém três isótopos estáveis. No método dos isótopos proposto por Kracht et al.
(2004) é usada a razão entre dois isótopos de oxigénio, 18
O e 16
O. Esta razão, também designada por
, pode ser calculada por comparação com padrão de referência para a água, SMOW (Standard
Mean Oceanic Water), como mostra a equação (3.8).
( ) ( ) ( )
( ) (3.8)
A abundância de um dado isótopo em águas naturais depende de fatores como as características dos
eventos de precipitação (altitude, latitude, distância ao oceano), do ciclo de evaporação/condensação
ou a ocorrência de trocas minerais (De Bénédittis e Bertrand-Krajewski 2004b). Na Figura 3.5
apresentam-se as gamas de valores de em diversas origens naturais de água.
Princípios básicos
Uma vez que o método dos isótopos será descrito e aplicado no subcapítulo 4.3 deste trabalho, nos
próximos parágrafos descrevem-se apenas os seus princípios básicos. Uma explicação mais
detalhada do método pode ser consultada em De Bénédittis e Bertrand-Krajewski (2004b).
24
Figura 3.5: Variações da razão 18
O em águas naturais. Adaptada de Schilperoort (2004).
A composição de isótopos estáveis das águas naturais não varia facilmente com possíveis alterações
químicas ou com atividade biológica. Pensa-se inclusivamente que a presença de isótopos estáveis
não seja sequer afetada pela utilização da água nas infraestruturas urbanas. Assim, a razão isotópica
pode ser usada como um traçador natural e aplicada na estimativa de infiltração.
No principal estudo realizado sobre este tema, desenvolvido em Kracht et al. (2003), optou-se por
usar a razão isotópica 18
O/16
O (também denominada por 7), atrás descrita. O objetivo passa por
usar os isótopos estáveis de oxigénio presentes na água da rede como referência para as águas
residuais, e os das águas subterrâneas locais como referência para a água infiltrada. Este princípio
foi também estudado por Houhou et al. (2009), que confirmou a viabilidade da utilização de isótopos
estáveis para determinar a origem e quantidade de água limpa que entra nos sistemas de drenagem.
Considerando que as águas de consumo têm razões isotópicas distintas das águas
subterrâneas, é possível estimar a infiltração através da medição da razão à saída de uma dada
sub-bacia e aplicando posteriormente a equação de balanço de massa.
Apesar de ser simples e pouco dispendioso, o método dos isótopos tem uma utilização limitada,
podendo apenas ser aplicado em sub-bacias onde as características isotópicas das águas de
consumo e das águas subterrâneas sejam homogéneas. Outra desvantagem é que são apenas
admitidas duas origens para as afluências indevidas, nomeadamente a água de abastecimento e
água subterrânea. Segundo Kracht e Gujer (2006), a precisão das estimativas de infiltração e outras
afluências depende da variabilidade natural da composição isotópica dos aquíferos e do estado de
conservação da rede. Devem ser realizadas investigações hidrológicas minuciosas para definir os
principais caminhos, origens e tipos de água na bacia em que se pretende aplicar o método.
7 É usada a notação standard internacional referida na norma V-SMOW.
25
Aplicações
O método dos isótopos foi aplicado em vários casos de estudo. Na Bélgica foram desenvolvidos
testes piloto em duas cidades (Eskel e Hamme) e concluiu-se que o método dos isótopos poderia ser
usado em ambos os casos, com sucesso (Dirckx et al. 2009). Foram também testadas três zonas
com bacias e características muito distintas: Toraccia (zona suburbana de Roma, Itália), Rümlang
(Zurique, Suíça) e na zona urbana de Lyon (França). Nos próximos parágrafos descrevem-se os
últimos dois estudos mencionados, respetivamente na bacia de Ecully (Lyon, França) e Rümlang
(Zurique, Suíça).
Ecully (França, Lyon)
O primeiro estudo apresentado foi realizado na bacia de Ecully, que se localiza na zona residencial
urbana de Lyon e ocupa uma área de 245 ha. As diferenças significativas na composição isotópica
das várias origens de água nesta região tornam-na adequada para aplicar o método dos isótopos.
Numa primeira fase realizaram-se campanhas preliminares para testar a aplicabilidade do método.
Foram medidas as diferentes composições de nas várias fontes de água da bacia,
nomeadamente a rede de abastecimento, os rios Ródano e Saône e os aquíferos a eles associados.
Realizaram-se duas campanhas para avaliar os efeitos sazonais, uma em Março e outra em
Setembro de 2002. Os valores obtidos foram devidamente analisados – compararam-se as
composições de isótopos nos diferentes tipos de água e em diferentes períodos do ano, tendo-se
concluído que o método dos isótopos podia ser aplicado. Foi então recolhido um conjunto de
amostras da água circulante na rede de drenagem durante um período de 24 horas, com início às
10:00 horas de 12/03/2003 (Figura 3.6).
Figura 3.6: Valores de 18
O medidos na bacia de Ecully (Lyon) em 12 e 13 de Março de 2003. Adaptada de De Bénédittis e Bertrand-Krajewski (2004b).
Como se pode ver na Figura 3.6, o valor de de todas as amostras recolhidas está dentro dos
limites de referência para águas exclusivamente provenientes de infiltração (inf) ou águas da rede
(AR). Consequentemente, é viável admitir que a água que circula na rede de drenagem é uma
26
mistura da água potável, proveniente da rede de abastecimento, e da infiltração de águas
subterrâneas. A proporção destas duas componentes do caudal total foi calculada para cada amostra,
o que permitiu conhecer o hidrograma diário, representado na Figura 3.7, e a partir do qual se podem
ler os valores estimados do caudal de infiltração.
Figura 3.7: Composição de um hidrograma diário usando o método dos isótopos. Adaptada de De Bénédittis e Bertrand-Krajewski (2004b).
Ao construírem o hidrograma diário, os autores depararam-se com elevadas variações horárias de
infiltração (o que não seria expectável). Isso motivou a análise e quantificação das incertezas do
método, assunto que se encontra descrito com detalhe em De Bénédittis e Bertrand-Krajewski
(2004b). Quanto à justificação e causa das variações registadas, foram sugeridos dois fenómenos
distintos:
O facto de o método dos isótopos estimar um valor para a infiltração sem ter em conta a
forma como essa água entrou na rede de drenagem. Assim, o caudal infiltrado pode provir
não só de problemas em juntas, defeitos nos coletores, etc. mas também de descargas de
águas residuais bombadas para diversos propósitos (arrefecimento, etc.).
O mecanismo da infiltração real: quando o perímetro molhado dos coletores diminui
(nomeadamente durante o período noturno) e a diferença de pressões entre o nível freático e
o nível de água no coletor aumenta, o potencial de infiltração é superior.
Concluindo, este estudo mostrou que os isótopos de oxigénio podem ser usados para quantificar a
infiltração (relativa a águas subterrâneas) se as condições de aplicabilidade do método forem
satisfeitas. Verificou-se ainda que a taxa de infiltração na bacia de Ecully, ao longo do período
analisado, foi variável durante o dia.
Rümlang (Zurique, Suíça)
O segundo caso de estudo abordado neste subcapítulo refere-se à bacia de Rümlang, uma pequena
localidade com cerca de 5400 habitantes, localizada perto de Zurique, Suíça. A água que abastece
vila provém do Lago Zurique, que é maioritariamente alimentado pela precipitação nos Alpes.
27
Segundo medições realizadas no local, a água potável que circula na rede de distribuição apresenta
uma razão de -11.3‰, enquanto a composição média das águas subterrâneas foi estimada
em -9.54‰ (Kracht e Gujer 2006).
Para otimizar a aplicação experimental do método dos isótopos, todas as captações de águas
subterrâneas locais foram substituídas por água com características semelhantes às do lago, durante
algumas semanas (antes da campanha de recolha de amostras). Refira-se também que neste estudo
foram considerados, simultaneamente, isótopos de oxigénio e hidrogénio. Isto permitiu detetar e
entender a interferência de determinados fatores, como os efeitos causados pela evaporação, nos
dois tipos de isótopos.
A Figura 3.8 compara uma série temporal de valores de de várias fontes de água e mostra ainda
a resultante separação do hidrograma nas suas diferentes componentes. O valor estimado para a
infiltração de águas subterrâneas foi de 712 m3/dia, o que corresponde a 39% do caudal diário total
na rede de drenagem. Ao analisar a Figura 3.8 é interessante verificar que o caudal de afluências
indevidas apresenta algumas flutuações diárias, tal como aconteceu no caso de estudo de Ecully.
Com base em conhecimentos e estudos anteriores, seria espectável que o caudal de afluências
sofresse variações sazonais, mas não diárias. Os autores interpretaram estas flutuações como sendo
resultado do armazenamento de grandes volumes de água em zonas “mortas”, distribuídos ao longo
da rede de drenagem.
Figura 3.8: Caracterização isotópica e decomposição do hidrograma diário nas suas componentes básicas: águas residuais e infiltração (Kracht e Gujer 2004).
A incerteza nos resultados obtidos neste caso de estudo deveu-se principalmente à mistura de água
de diferentes redes de abastecimento e à existência de pequenas captações locais (Kracht e Gujer
2006). Os autores deste estudo afirmam que, em situações favoráveis, o método dos isótopos poderá
estimar taxas de infiltração com um erro inferior a 5%.
3.4. Modelos de simulação
Ao longo dos últimos anos, alguns estudos mostraram que as redes de drenagem se comportam de
forma semelhante aos cursos de água, existindo uma grande semelhança entre os processos de
alimentação em cursos de água superficiais e o fenómeno de infiltração em coletores. No estudo
desenvolvido por Karpf e Krebs (2004), concluiu-se que as metodologias usadas para descrever as
28
interações entre rios e aquíferos podem ser aplicadas, com as devidas adaptações, a casos em que
se pretenda simular a dinâmica da infiltração de água subterrânea em sistemas de drenagem.
Seguindo este princípio, têm sido desenvolvidos dois tipos de modelos de simulação: uns que se
baseiam em teorias de armazenamento e retenção de água no solo (Belhadjd et al. 1995; Raynaud et
al. 2008; citados por Karpf e Krebs 2012) e outros que recorrem a leis físicas unidimensionais, como
a lei de Darcy, para estimar a infiltração (Gustafsson 2000; Karpf e Krebs 2004). Relativamente ao
segundo caso, apresenta-se, a título de exemplo, a equação proposta por Karpf et al. (2007) para
estimar o caudal de infiltração (3.9).
(3.9)
Na equação (3.9), é um coeficiente de infiltração que depende da permeabilidade da tubagem,
calculado através de uma regressão linear múltipla, é a área da secção molhada pela água
subterrânea, é a diferença de pressões entre o nível freático e a altura de água no interior da
tubagem e é a distância média entre e o nível freático.
O princípio de interligação entre sistemas de drenagem e o meio hidrológico envolvente foi integrado
em diversos softwares de modelação de bacias urbanas, de modo a torná-los capazes de representar
processos que normalmente são negligenciados, como é o caso da infiltração nos sistemas de
drenagem. Um dos primeiros modelos a merecer destaque foi o modelo computacional integrado
proposto por Gustafsson (2000), no qual se desenvolveu o uso conjunto de dois programas da DHI
(Danish Hydraulic Institute): MOUSE e MIKE SHE. Na abordagem proposta, o MOUSE e o MIKE SHE
são executados independentemente (como se existissem dois modelos diferentes), exceto em três
elementos, nos quais os dois softwares são acoplados:
Interação entre tubagens e o aquífero – calcula-se o caudal infiltrado com base na lei de
Darcy, considerando a variação temporal e espacial da pressão nas tubagens e no aquífero
envolvente, a superfície da tubagem em contacto com a água subterrânea e adota-se um
coeficiente de infiltração empírico.
O caudal proveniente de ligações de serviço, drenos de caves ou de outras redes que não
são consideradas no M USE, é “transportado” para câmaras de visita previstas no modelo
MOUSE (de forma a ser considerado).
Áreas que são consideradas impermeáveis no MIKE SHE passam a ser descritas como
zonas de escoamento superficial no modelo MOUSE.
A combinação destes softwares permitiu modelar, com sucesso, a interação entre os sistemas de
drenagem e os sistemas de água subterrânea envolventes em três casos de estudo na Suécia.
Apesar de requerer uma grande resolução geográfica e um grande investimento de tempo e dinheiro,
o modelo acoplado MIKE SHE-MOUSE permite localizar as áreas com maior potencial de infiltração e
é particularmente vantajoso quando se pretende conhecer as alterações hidrogeológicas que a
implementação de uma rede de drenagem tem num dado local. Um dado interessante obtido deste
29
modelo, e que merece destaque na análise de infiltração, é que o próprio nível freático é influenciado
pelo sistema de drenagem. Por outras palavras, a altura piezométrica das águas subterrâneas na
zona envolvente da rede é inferior à altura piezométrica natural (que se mediria se não existisse a
rede). Este raciocínio é concretizado na Figura 3.9, onde se representam as alturas de água na
presença ou ausência da tubagem, para um caso de estudo analisado por Gustafsson (2000).
Verifica-se, de facto, que em muitas cidades europeias os níveis freáticos só não se encontram mais
próximo da superfície porque são controlados pela existência de sistemas de drenagem permeáveis
(Kracht et al. 2003).
Figura 3.9: Simulação feita para um caso de estudo, onde se mostra que a existência do sistema de drenagem tem uma influência expressiva no nível freático. Adaptada de Gustafsson (2000).
Anteriormente ao MIKE SHE, o modelo conceptual MOUSE NAM, também desenvolvido pela DHI, foi
aplicado em centenas de bacias na Suécia, com o objetivo de modelar os processos hidrogeológicos
que afetam as afluências indevidas (Gustafsson 2000). Este tipo de modelo não permite, no entanto,
a consideração de alterações futuras na rede e dos seus efeitos.
Existem várias outras propostas de modelos computacionais, como é o caso do URBS (Urban Runoff
Branching System), apresentado em Rodriguez et al. (2004). Mais recentemente, Karpf e Krebs
(2011) também propuseram um modelo que combina dados das águas subterrâneas com a
informação relativa ao sistema de drenagem. A metodologia proposta permite estimar não só a
infiltração mas também as afluências de escoamento direto, tornando clara a contribuição de cada
uma destas componentes para o caudal total. O referido modelo destaca-se pelo facto de agrupar as
tubagens em diferentes classes, consoante as suas características estruturais. Este foi um aspeto
inovador e que teve em conta os resultados de investigações anteriores, que provaram a existência
de uma correlação entre as características estruturais do sistema de drenagem (diâmetro, material,
profundidade da soleira) e a fração de infiltração. Os grupos de tubagens foram criados com base em
dois critérios: o número de dias por ano em que o nível freático estava acima da altura de
escoamento na tubagem, e o ano da sua construção. O primeiro critério considera a deterioração
causada pela submersão, e tem maior peso que o segundo, que reflete a importância da idade nas
condições estruturais da tubagem. A otimização do modelo foi feita através da aplicação do método
dos mínimos quadrados a cada classe.
30
Os modelos de simulação estimam a infiltração com base em condições de fronteira previamente
definidas, como mostra esquematicamente a Figura 3.10.
Figura 3.10: Representação esquemática da secção transversal considerada por um modelo tridimensional de infiltração (Karpf e Krebs 2012).
Recentemente, Karpf e Krebs (2012) apresentaram uma abordagem que dá particular ênfase à
importância da definição das condições de fronteira. Os autores desenvolveram uma linha de
raciocínio que envolve três fases consecutivas. Primeiro prepararam um modelo hidráulico
tridimensional (usando o programa MODFLOW) com o objetivo de estudar detalhadamente a
influência das condições de fronteira. Depois, com base nesse modelo, foi desenvolvido um modelo
unidimensional de infiltração, baseado na lei de Darcy. A análise a uma dimensão foi fundamental
porque um modelo 3D não poderia ser aplicado a situações reais, devido à incompatibilidade do
formato dos dados disponíveis (Karpf e Krebs 2012). Por fim, foram feitas diversas simulações com
condições de fronteira diferentes, de forma a identificar as zonas (em profundidade) com maior
potencialidade de ocorrência de infiltração.
Os resultados do estudo de Karpf e Krebs (2012) confirmaram que a infiltração de água subterrânea
representa um problema tridimensional complexo. Ainda assim, a análise tridimensional permitiu
concluir que existe uma relação linear entre a taxa de infiltração e a condutividade hidráulica do
material de aterro e do potencial hidráulico (Figura 3.11). Consequentemente, é admissível proceder
apenas a uma análise unidimensional e aplicar a lei de Darcy (Karpf e Krebs 2012).
Figura 3.11: Taxa de infiltração, carga hidráulica e condutividade do meterial de aterro, obtidas através de simulações no progama MODFLOW (Karpf e Krebs 2012).
31
Também do estudo de Karpf e Krebs (2012) se concluiu que a perda de pressão na vizinhança das
fissuras dos coletores é não só influenciada pela diferença de carga hidráulica (entre o nível freático e
o nível de água dentro do coletor), mas também pela profundidade de assentamento do coletor, pela
condutividade do solo e do material de aterro e pela extensão da área de tubagem por onde a água
entra (ou sai). O volume infiltrado depende ainda da dimensão das fissuras dos coletores. Danos de
menores dimensões podem causar fluxos superiores do que os de maior dimensão, uma vez que
quanto mais pequena for a área de infiltração, maior é a importância do fluxo horizontal (na
vizinhança) (Karpf e Krebs 2012). Esta relação pode ser vista na Figura 3.12, onde se observa que a
taxa de infiltração diminui progressivamente, à medida que amenta a área de infiltração. Também
existe uma relação entre a infiltração e a forma dos orifícios de entrada, geralmente correspondentes
a danos e fissuras das paredes das tubagens. Na Figura 3.12 apresenta-se a infiltração relativa a
uma área de entrada de 9 cm2, consoante a forma do orifício seja em cruz, retangular ou linear.
Figura 3.12: Influência da área e da forma dos orifícios da tubagem no processo de infiltração. Adaptada de Karpf e Krebs (2012).
A criação de modelos implica um trabalho exaustivo de recolha de dados hidrológicos, geológicos e
relativos à rede de drenagem. Para criar um modelo do tipo MOUSE-MIKE SHE é necessário
dispor-se dos dados geográficos, geométricos e geofísicos do local em estudo. É ainda relevante
conhecer as condições meteorológicas e outras condicionantes mais específicas, consoante o caso
em estudo. Os inputs mais típicos são a topografia, uso do solo e características das
culturas/vegetação, mapas detalhados (propriedades, habitações, estradas, etc.), superfícies
impermeáveis e respetivas condições de escoamento e drenagem, geometria dos rios, lagos, e outros
cursos de água, geometria do sistema de drenagem, cota das fundações e tubagens, informação
geológica (incluindo características hidrogeológicas), informação relativa à extração de água
subterrânea, séries temporais de precipitação diária e o valor mensal típico da evapotranspiração. Os
parâmetros específicos necessários a cada modelo dependem de caso para caso. No caso de estudo
abordado em Karpf e Krebs (2011), foram usados registos de caudal afluente à ETAR local,
intensidade de precipitação, temperatura do ar, profundidade dos níveis freáticos, nível de água do rio
Elba e medições de caudal num curso de água local. Refira-se que, em muitos casos, a modelação
pode envolver a simplificação de condições reais, como por exemplo assumir que as características
do solo e do material de aterro são homogéneas (Karpf e Krebs 2012).
32
Outra etapa fundamental é o processo de calibração do modelo. No caso do MIKE SHE-MOUSE,
exige-se que se conheçam dados como a posição do nível freático, as afluências indevidas detetadas
(em todos os locais possíveis) e informações relativas ao estado de conservação do sistema de
drenagem. No caso estudado por Karpf e Krebs (2012), para otimizar os parâmetros foram usados
dados de 4 anos (1995-1999) e para a validação do modelo foram usados dados de 2005 a 2007. A
resolução temporal dos registos foi de um dia, exceto no caso dos registos do nível freático, que eram
espaçados de 8 dias. O número de medições do nível freático e a localização das mesmas deve ser
baseado na experiência e depende de local para local. Nos casos até agora estudados têm sido
recolhidas entre 6 a 12 amostras para bacias com áreas entre os 200 e os 500 ha (Gustafsson 2000).
33
4. Proposta de abordagem metodológica para estimativa da infiltração
4.1. Considerações iniciais
Neste capítulo apresenta-se uma metodologia para estimar a infiltração em redes de drenagem. Para
uma melhor compreensão do texto, encadeou-se o processo em três níveis de exigência e precisão
de dados crescente: nível I, II e III (Figura 4.1).
Nível Ideias base
Exig
ên
cia
de
dad
os e
pre
cis
ão d
e
resu
lta
dos
I Análise dos caudais mínimos e admissão de uma hipótese de contribuição do
esgoto no período noturno (fator de ponta mínimo).
II
Análise da razão isotópica das diversas origens de água que afluem ao
sistema de drenagem e aplicação do método proposto por De Bénédittis e
Bertrand-Krajewski (2004b) para estimar a infiltração.
III
Construção de um sistema de modelos de simulação que permitam calcular a
infiltração num determinado instante e para uma qualquer secção da rede de
drenagem.
Figura 4.1: Quadro-resumo de cada nível da metodologia proposta para a estimativa da infiltração.
O primeiro nível apresentado adequa-se a situações em que não se pretenda fazer um grande
investimento, ou em que o acesso a dados seja escasso. Por sua vez, o último nível exige um
elevado número de dados e um grande conhecimento das características da bacia em estudo (mas
fornece também resultados mais precisos). Enquanto nos dois primeiros níveis se pretende
fundamentalmente obter um valor anual ou sazonal para a infiltração, no nível III o objetivo é mais
ambicioso: prever, para um dado instante e numa dada secção da bacia em estudo, o caudal
infiltrado. Os modelos de nível I e nível II foram aplicados ao caso de estudo do Caneiro de Alcântara,
sendo os resultados apresentados no Capítulo 6 desta dissertação. O prazo de realização desta
dissertação não permitiu, no entanto, a aplicação do modelo de nível III.
Antes de prosseguir para a descrição da proposta metodológica, é importante fazer uma referência às
definições de tempo seco, tempo húmido e tempo de transição. Como já foi atrás referido, a análise
de infiltração num sistema unitário deve ser feita em tempo seco, ou seja, quando não chegam ao
sistema de drenagem afluências originadas pela precipitação. No entanto, não é fácil concretizar este
conceito num número de horas ou dias, até porque as condições variam muito consoante o local e as
características naturais da bacia e do sistema de drenagem. A definição de tempo húmido é
relativamente consensual e abrange todos os dias em que a precipitação total sobre a bacia foi igual
ou superior a um dado limite. Nesta dissertação considera-se o valor de 0.25 mm, à semelhança do
apresentado em Brito (2012). O tempo de transição (ou seco-transição, como se propõe chamar
neste trabalho) corresponde aos dias secos que precedem o tempo húmido e em que o caudal ainda
pode estar afetado pela precipitação dos dias anteriores. É exatamente a definição deste conceito
34
que é complexa, sendo que para cada caso de estudo deve ser feita uma análise semelhante à
apresentada no Anexo I.
Esclarecidas as definições de tempo seco, seco-transição e húmido, pode-se prosseguir para a
explicação da metodologia proposta. Nos próximos parágrafos apresentam-se, por ordem crescente
de acesso a dados e precisão de resultados, os três níveis da abordagem (resumidos mais à frente,
na Figura 4.1). Refira-se que a abordagem que se apresenta em seguida foi desenvolvida e deve ser
apenas aplicada em sistemas unitários gravíticos (se existirem bombagens, a análise do caudal fica
completamente distorcida).
4.2. Modelo de nível I
O caudal de infiltração numa dada rede de drenagem pode ser estimado através de um raciocínio
hidráulico simples. Para o aplicar, é preciso ter acesso a medições de caudal num dado intervalo de
tempo e a estimativas da população abrangida pela bacia de drenagem que se pretende estudar.
Considere-se que o caudal médio medido na rede de drenagem reflete apenas a influência de duas
componentes: caudal doméstico real e caudal de infiltração (considerado constante ao longo do dia).
Nestas condições, o caudal médio total de tempo seco pode ser descrito como se apresenta na
equação (4.1).
(4.1)
Na equação acima, é a média dos caudais medidos numa determinada secção da rede de
drenagem, ao longo de um dado período de tempo seco, é o caudal médio de águas residuais e
é o caudal de infiltração, no mesmo período e para a mesma secção. O caudal de infiltração
pode ser descrito como uma fração do caudal médio de águas residuais. Sendo essa fração, pode
escrever-se a equação (4.2).
( ) (4.2)
A equação (4.2) tem duas incógnitas ( e ), pelo que é necessário encontrar pelo menos mais
uma equação para obter um valor para a fração de infiltração. Pode ser usado o conceito de caudal
de ponta ( ), correspondente ao máximo caudal registado em tempo seco, e descrito pela equação
(4.3), onde é o fator de ponta máximo.
( ) (4.3)
O fator de ponta é influenciado pelo consumo de água, pelo número de ligações e de habitantes
servidos, e pelo tempo de permanência dos efluentes na rede de drenagem (Sousa s.d.). O fator de
ponta doméstico instantâneo poderia ser calculado através da razão entre o caudal máximo e o
caudal médio de águas residuais domésticas. No entanto, o caudal total que circula na rede (e que
pode ser medido através de caudalímetros ou sondas) não é constituído apenas por águas residuais
domésticas, incluindo também infiltrações e efluentes industriais. Assim, é apenas possível obter um
35
fator de ponta instantâneo aparente. Na ausência de dados de caudal que não incluam uma parcela
de infiltração, e segundo o Decreto Regulamentar 23/95 (1995), artigo 125.º, o fator de ponta pode
ser estimado pela equação (4.4), em que é a população que gera os caudais afluentes à rede de
drenagem.
√ (4.4)
A partir das equações (4.2) e (4.3) é possível calcular o valor de e e, consequentemente, obter
uma estimativa para a infiltração. No entanto, a análise da infiltração deve considerar também o
caudal mínimo, pelo que se adiciona uma terceira condição, representada pela equação (4.5). Esta é
semelhante à equação (4.3), ao considerar que o caudal mínimo diário é também composto por duas
frações: uma relativa a águas residuais e outra à infiltração.
( ) (4.5)
Na equação (4.5), é o caudal mínimo registado em tempo seco e
é o fator de ponta
mínimo. Este último parâmetro é muito difícil de estimar, não existindo sequer expressões empíricas
que permitam calculá-lo, como acontece no caso do fator de ponta máximo. Assim, é necessário
assumir um valor para
, que deve ser crescente consoante a importância que a fração de água
residual tem nos caudais mínimos, comparativamente com a infiltração.
As equações (4.2), (4.3) e (4.5) formam um sistema de três equações e três incógnitas (4.6), que
teoricamente permite o cálculo da taxa de infiltração numa dada rede de drenagem.
( )
( )
( )
(4.6)
Na prática, a equação (4.4) é muito pouco rigorosa e o processo de cálculo descrito até este
parágrafo pode levar a soluções fisicamente impossíveis (como aconteceu no caso de estudo desta
dissertação, apresentado no Capítulo 6).
A infiltração pode ser estimada com base na análise dos mínimos, em alternativa ao sistema (4.6). Se
for considerado que no instante em que o caudal é mínimo não há qualquer contribuição de caudal
doméstico, e que o caudal de infiltração é constante ao longo do dia, então o caudal mínimo
corresponde ao valor máximo da infiltração. O fator de ponta doméstico mínimo é, nesse caso, nulo.
Se em vez disso, for considerado um dado valor de
, o caudal médio de infiltração ao longo do
período analisado, , pode ser calculado aplicando a equação (4.7). Na ausência de outros dados,
sugere-se que se adote um fator de ponta mínimo de 0.10 (ENGIDRO e HIDRA 2007b).
(4.7)
36
Relembre-se que na equação (4.7), e
correspondem, respetivamente, ao caudal mínimo
total e caudal médio total, registados na secção (ou secções) em estudo ao longo do período em
análise.
Para aplicar o modelo de nível I a uma determinada secção da rede de drenagem, recomenda-se a
análise de registos de caudal em intervalos de 15 minutos, nessa secção e em dias de tempo seco,
num período mínimo de 6 meses. O período deve abranger as duas principais estações, Verão e
Inverno, de forma a considerar a variação sazonal da posição do nível freático (mais elevado no
Inverno do que no Verão, devido aos períodos mais regulares e intensos de chuva).
Por fim, salienta-se que o maior problema do modelo de nível I é que se torna impossível estimar o
caudal de infiltração sem assumir, a priori, um valor para o fator de ponta doméstico mínimo, o que
torna muito pouco rigorosa a estimativa da infiltração. Acresce ainda o problema da estimativa da
infiltração obtida por este nível não ser conservativa, uma vez que se analisam apenas caudais em
dias de tempo seco.
4.3. Modelo de nível II
4.3.1. Notas iniciais
O método de quantificação de infiltração atrás descrito pode ser combinado com uma abordagem que
permita distinguir as duas componentes do caudal total (residual e infiltração), através da análise das
propriedades químicas da água. Este tipo de abordagem dispensa a aplicação da equação (4.7) e
leva a uma melhoria significativa da precisão dos resultados obtidos. No Capítulo 3 referem-se alguns
métodos que permitem a diferenciação das frações do caudal, nomeadamente métodos químicos
baseados na análise da diluição de poluentes ou da razão isotópica.
Neste nível pretende-se aliar um método químico à análise de caudais mínimos, de forma a aumentar
o rigor na estimativa da infiltração. Assim, propõe-se a análise das razões isotópicas e a aplicação do
método proposto por De Bénédittis e Bertrand-Krajewski (2004b), e em parte descrito no subcapítulo
3.3.2.
Antes de prosseguir para a descrição da metodologia, poderá ser interessante explicar porque é que
não se considerou a utilização de outro método químico, como o método das séries temporais de
cargas poluentes, baseado na análise da diluição da CQO. Tal como referido no subcapítulo 3.3.1.2,
a estimativa da infiltração pode ser feita através da análise da concentração de CQO nas águas que
circulam na rede de drenagem. É comum admitir que, quanto mais baixo for o valor da CQO, maior
será a fração do caudal mínimo correspondente à infiltração. No entanto, esta abordagem é
questionável: nem todas as contribuições para a água residual doméstica têm de ter um alto teor em
matéria orgânica. No período noturno, por exemplo, podem existir descargas de máquinas de lavar
em volume superior ao das descargas de retretes, levando a uma diluição considerável do esgoto
doméstico. Consequentemente, os valores mínimos diários de CQO não são apenas causados pela
37
infiltração. O mesmo problema não se coloca para a razão isotópica, que funciona como um código
único e invariável, característico de cada tipo de água.
Refira-se ainda que se pensou na hipótese de propor uma metodologia que aliasse o método dos
isótopos à análise da concentração de CQO, através da calibração de um padrão CQO-infiltração. De
forma a colmatar o problema da análise da CQO acima referido, podia ser construído um padrão que
relacionasse valores de CQO com as taxas de infiltração obtidas através da aplicação do método dos
isótopos. Para isso, era preciso medir, simultaneamente, a concentração de CQO e as razões
isotópicas durante um período de uma semana, por exemplo. Uma vez definido o padrão, sempre que
se pretendesse estimar a infiltração numa dada secção, bastaria analisar registos de CQO. No
entanto, os resultados práticos apresentados no Capítulo 6 mostraram que, no caso de estudo desta
dissertação, não se observou nenhuma relação entre os valores de CQO e a taxa de infiltração obtida
pela aplicação do método dos isótopos.
4.3.2. Descrição do modelo
Para além dos registos contínuos de caudal (utilizados no nível I), a aplicação do modelo de nível II
requer a recolha de amostras e a análise laboratorial da razão isotópica em águas de três origens
diferentes: freática, potável e residual total (água que circula na rede de drenagem).
Nem todos os casos de estudo podem progredir do nível I para o nível II, uma vez que a
aplicabilidade do método dos isótopos depende de diversos fatores, entre os quais se destacam as
características hidrológicas da bacia. Existe assim uma série de condições que têm de ser analisadas
e verificadas antes de prosseguir para a aplicação prática desta metodologia, conforme se descreve
nos próximos parágrafos.
O primeiro critério que tem de ser verificado é que a água potável não tenha origem no mesmo
sistema de aquíferos que a água subterrânea. Caso contrário, a razão isotópica das duas origens de
água será igual (ou muito semelhante), o que impede a aplicação da equação (4.9), apresentada
mais à frente. Ficam assim excluídas as bacias de drenagem em que exista exploração da água
subterrânea local para abastecimento e consumo da população.
Depois, é importante verificar se existem diferentes origens de água potável, problema que se coloca
com especial relevância no caso de bacias com grandes dimensões, ou intersectadas por regiões
administrativas diferentes. Analogamente, deve ser feito um levantamento das características
hidrogeológicas e dos sistemas de aquíferos locais, no sentido de perceber se existem águas
subterrâneas com diferentes propriedades químicas (e diferentes razões isotópicas). Uma vez que o
acesso a dados fidedignos e espacialmente bem definidos pode ser difícil em muitas situações,
aconselha-se a realização de uma pré-campanha em que sejam recolhidas amostras de águas
potáveis e freáticas, em diferentes pontos da bacia. Os resultados da análise da razão isotópica das
referidas amostras permitem identificar diferentes origens de águas freáticas e potáveis, e ajudam a
ter uma atitude critica em relação à aplicação do método dos isótopos, a priori. Se os valores da
razão isotópica das fontes de água potável forem muito próximos dos das águas freáticas (mesmo
38
não sendo iguais), a aplicação do método dos isótopos torna-se mais sensível e os resultados
poderão ser menos rigorosos. Pode ainda ser interessante recolher-se, na pré-campanha, amostras
para análise da concentração de CQO em águas freáticas, de forma a verificar se elas estão
contaminadas com matéria orgânica. Os locais em que houver contaminação devem ser excluídos do
estudo, sendo substituídos por outros. Este procedimento é particularmente importante em casos
onde se desconfie que existam descargas de esgoto para cursos de água naturais subterrâneos e
canalizados.
Uma vez verificadas as várias condições de aplicabilidade acima referidas, e antes de partir para a
aplicação prática do nível II, deve ser feito um planeamento cuidado do trabalho e das campanhas de
recolha de amostras. O planeamento deve considerar e definir os quatro pontos seguintes:
1) Origens de água que possam afluir ao sistema de drenagem;
2) Número de pontos de recolha de amostras;
3) Localização e distribuição espacial desses pontos;
4) Facilidade de acesso aos pontos de medição.
Na fase de planeamento das campanhas pode ser elaborado um mapa semelhante ao representado
na Figura 4.2 (referente a um caso de estudo na bacia de Yzeron, em França), onde se incluem as
informações dos primeiros três pontos mencionados acima.
Figura 4.2: Mapa com a identificação dos locais de recolha de amostras para medição da análise isotópica, elaborado para a bacia de Yzeron (França). Adaptada de De Bénédittis e Bertrand-Krajewski (2004a).
Relativamente ao ponto 4, há várias questões que devem ser consideradas. A recolha de água
potável pode ser feita em torneiras de domicílios ou de espaços comerciais, ou até mesmo em
bebedouros ou fontes de água localizadas em espaços públicos. O acesso a águas freáticas e
residuais pode não ser tão simples. Para o primeiro caso, é útil ter acesso a cadastros de poços e
minas de água, no caso de não existirem cursos de água superficiais acessíveis ou com as
39
características pretendidas. Relativamente ao acesso às águas residuais, é importante analisar a
planta da rede de drenagem e identificar as caixas de visita mais próximas das secções que se
pretendem estudar. Em ambos os casos é conveniente fazer uma visita aos locais pretendidos, antes
de proceder à recolha de amostras, de modo a perceber as condições de acesso e segurança. No
Anexo IV apresenta-se, como exemplo, o documento usado no planeamento da campanha
apresentada no Capítulo 6.
Antes de prosseguir para a aplicação prática da metodologia, é necessário definir a duração das
campanhas. Nesta dissertação, sugere-se a análise de 3 a 7 dias de tempo seco, em duas
campanhas anuais: uma realizada no período de Verão e outra no período de Inverno. Tal como se
referiu para o nível I, esta separação é importante para que se tenha em consideração a variação
sazonal do nível freático. Refira-se ainda que a classificação das estações depende da localização da
bacia e do regime típico anual de precipitação da região. No caso particular de Portugal, o ideal seria
realizar uma campanha entre Julho e Agosto (época seca) e outra em Janeiro ou Fevereiro (época
húmida).
Idealmente as recolhas devem ser horárias (para que sejam captadas as variações ao longo do dia),
como aconteceu em Lyon, no caso estudado por De Bénédittis e Bertrand-Krajewski (2004b). Se tal
não for possível, as medições devem concentrar-se preferencialmente no período noturno, quando se
regista o caudal mínimo.
A realização das campanhas exige um conjunto de recursos humanos e materiais. As condições de
acessibilidade de cada local definem o número de pessoas necessário. Nos pontos de recolha de
água potável poderá bastar estar uma pessoa, mas nos locais de recolha de águas residuais e
freáticas é aconselhável que estejam duas pessoas, no mínimo. Nestes dois casos é comum ser
necessário levantar tampas de câmaras de visita, e descer até ao Caneiro, no caso das amostras
recolhidas na rede de drenagem. Os recursos materiais podem dividir-se em duas categorias: os que
são inerentes à recolha de amostras para análise da razão isotópica, e os que são auxiliares. No
primeiro caso incluem-se filtros, seringas e tubos e no segundo baldes, copos, e instrumentos de
ajuda à remoção das tampas, por exemplo. Uma vez que as amostras têm de ser armazenadas a
uma baixa temperatura, é ainda fundamental incluir uma geleira no material necessário. No
planeamento apresentado no Anexo IV listam-se os materiais usados para o caso de estudo do
Caneiro de Alcântara. No mesmo anexo especificam-se os cuidados que são exigidos no processo de
recolha de amostras para análise da razão isotópica. Por exemplo, refere-se que devem ser
recolhidos volumes pequenos de água, filtrados in situ e armazenados em tubos de vidro ou de
Eppendorf, completamente cheios (para evitar contacto com a atmosfera), e mantidos a uma
temperatura de aproximadamente 4 ºC, até serem levados para o laboratório.
Depois de recolhidas as amostras, segue-se a análise em laboratório da razão das diferentes
amostras. Os resultados obtidos permitem distinguir a contribuição das águas residuais domésticas e
da infiltração para o caudal total. Volta-se a referir que o valor de medido em amostras de águas
freáticas serve como valor de referência para a componente de infiltração, δ inf, e o medido em
40
amostras de água potável serve como valor de referência para a componente de águas residuais, δAR.
Estes dois parâmetros condicionam o valor de da água residual total (δT). Conhecendo, para um
dado instante, o caudal total de uma dada secção e as razões isotópicas δinf, δAR e δT, é possível
estimar o caudal infiltrado através de uma equação de conservação de massa, (4.8).
(4.8)
A fração de infiltração ( )8 pode ser deduzida da equação (4.8) e apresentar-se como se mostra em
(4.9). Depois de calculado , basta multiplicar esse valor pelo caudal total registado na secção em
estudo (no mesmo instante em que foi recolhida a amostra), para obter o caudal de infiltração.
(4.9)
Para que se possam tirar conclusões fidedignas relativas à infiltração, é imperativo fazer uma
estimativa da incerteza. Em De Bénédittis e Bertrand-Krajewski (2004b) apresentam-se equações
simplificadas para o cálculo da incerteza da fração de infiltração e do caudal infiltrado, (4.10) e (4.11),
respetivamente.
√
√
(4.10)
√
(4.11)
Nas equações acima, a única variável que não foi anteriormente mencionada é a incerteza da análise
de em laboratório ( ), que se pode admitir próxima de 0.10‰. Se a incerteza relativa for
superior a 1, não é razoável aplicar o método dos isótopos (De Bénédittis e Bertrand-Krajewski
2004b). Nesta dissertação sugere-se que seja adotado este critério. Entenda-se, por isso, que a
viabilidade da aplicação da metodologia de nível II só fica comprovada depois de se calcularem os
valores da fração de infiltração e da sua incerteza. Refira-se ainda que, caso se pretenda um estudo
mais rigoroso, deve-se considerar a variação espacial dos valores de referência δinf e δAR no cálculo
na incerteza.
A desvantagem desta abordagem é que as infiltrações obtidas se referem apenas a um instante e a
uma secção. Apesar de poder haver um grande rigor na estimativa obtida, só se conhece a infiltração
correspondente ao caudal que atravessou uma dada secção num determinado momento do passado.
Não é possível, através da aplicação do nível II, prever o caudal de infiltração numa situação futura
ou numa secção diferente da rede de drenagem. Pode fazer-se uma aproximação, e assumir que a
média dos caudais de infiltração obtidos na campanha de Verão se estendem à restante estação, e
8 Esta fração não é igual à apresentada no nível I: k refere-se à fração de infiltração no caudal de águas residuais, e b à fração
de infiltração no caudal total
41
aplicar o mesmo raciocínio para o Inverno. No entanto, esta nunca será uma aproximação rigorosa e
fidedigna, podendo apenas ser usada a título indicativo.
4.4. Sistema de modelos de nível III
4.4.1. Considerações iniciais
Neste subcapítulo apresenta-se o nível III, o mais complexo e exigente da abordagem metodológica
proposta, e que envolve a criação de um sistema de modelos de simulação. No subcapítulo 3.4 já
foram referidas alguns dos fundamentos base deste tipo de modelos, e foram ainda referidos alguns
exemplos.
Sabe-se que o fenómeno de infiltração de águas subterrâneas em redes de drenagem é potenciado
pela diferença de carga hidráulica entre o nível freático e o nível de água no interior dos coletores.
Este princípio não foi considerado nos dois níveis anteriores, tendo sido apenas analisados os
caudais e as características das águas que circulam na rede. Um modelo de infiltração na rede de
drenagem (descrito no subcapítulo 4.4.2), devidamente construído e calibrado, permite simular a
interação entre o ciclo hidrológico natural da bacia e o sistema de drenagem e, com base nessa
interação, estimar a infiltração num dado instante e para uma dada secção.
No entanto, este modelo só pode ser aplicado se forem conhecidos, para cada secção ou para cada
trecho, o nível de água no coletor e a altura piezométrica do aquífero. Assim, o sistema de modelos
de nível III deve incluir a integração de quatro submodelos, apresentados no Quadro 4.1, e que
alimentam progressivamente o modelo de infiltração na rede de drenagem.
Quadro 4.1: Classificação e descrição da função de cada submodelo de nível III.
Nome Função
Submodelo hidrológico
Estimar o caudal de escoamento superficial e o caudal que
infiltra no solo, para a bacia de drenagem em estudo.
Submodelo de afluências
em tempo seco
Estimar o caudal doméstico e industrial que aflui ao sistema
de drenagem.
Submodelo hidráulico do
sistema de drenagem
Estimar a altura de água no interior dos coletores da rede
de drenagem.
Submodelo do aquífero Estimar a altura piezométrica do aquífero (posição do nível
freático).
Os parâmetros de entrada (inputs) de cada submodelo, assim como as suas características e
princípios base, são descritos nos subcapítulos 4.4.3 a 4.4.6.
Na Figura 4.3 representa-se esquematicamente o sistema de modelos pretendido no nível III e a
forma como eles se interligam. A leitura do restante capítulo permitirá uma melhor compreensão
desta figura.
42
Caudal de águas
residuais
Altura de água
nos coletores
Submodelo
hidrológico
Iteração
Submodelo
hidráulico
do sistema de
drenagem
Submodelo de
afluências
em tempo seco
Submodelo
do aquífero
Modelo de infiltração
na rede de drenagem
Caudal de
escoamento
superficial
Altura piezométrica do
aquífero
Caudal de
infiltração
Caudal de
escoamento
subterrâneo
Figura 4.3: Representação esquemática do modelo de simulação (nível III).
4.4.2. Modelo de infiltração na rede de drenagem
O modelo de infiltração na rede de drenagem segue um princípio base muito simples, que se divide
em duas fases. Primeiramente, o modelo deve avaliar o potencial de ocorrência de infiltração com
base na posição relativa do nível freático e da altura de água na rede de drenagem (Figura 4.4).
Figura 4.4: Representação simplificada de um caso em que ocorre infiltração (à esquerda) e outro em que ocorre exfiltração (à direita).
Num determinado troço, se o nível freático apresentar uma cota superior à altura de água no coletor,
a diferença de pressão hidrostática pode levar à entrada de água no mesmo (ou seja, é possível
haver infiltração). Se, por outro lado, a pressão for maior no interior do coletor, a água tende a sair e
potencia-se o fenómeno de exfiltração (que não é analisado nesta dissertação).
43
Caso a diferença de alturas confirme a possibilidade de infiltração, o modelo deve prosseguir para a
segunda fase, na qual devem ser considerados os restantes fatores que influenciam a entrada de
água no coletor. A posição do nível freático não é o único fator que determina a ocorrência ou não de
infiltração. Por exemplo, no caso hipotético de um troço de tubagem ter características estruturais
perfeitamente estanques, não haverá infiltração, mesmo que a diferença de pressões atue nesse
sentido. Características como o material das paredes dos coletores, a sua idade e o seu estado de
conservação são determinantes neste processo e devem por isso ser consideradas pelo modelo de
infiltração na rede de drenagem.
O caudal infiltrado depende da diferença de alturas entre o nível freático e o nível de água no coletor
( ), da área de infiltração ( ) e de um coeficiente de infiltração (ou exfiltração), , que descreva
a influência dos restantes fatores que condicionam a infiltração (sendo o estado estrutural dos
coletores o mais relevante). O modelo de infiltração na rede de drenagem deve então estimar o
caudal de infiltração através da equação (4.12), baseada no mesmo princípio físico que lei de Darcy.
(4.12)
A infiltração pode ser estudada a diferentes escalas espaciais, podendo a equação (4.12) ser
aplicada secção a secção, trecho a trecho ou diretamente a toda a bacia de drenagem. No primeiro
caso, ilustrado na Figura 4.5 para uma dada “secção 1”, deve ser considerado o perímetro da secção
molhado pela água subterrânea ( ) em vez da área, na equação (4.12). É difícil quantificar um
coeficiente de infiltração à escala da secção, uma vez que isso implica um nível de detalhe muito
grande no conhecimento das condições do sistema. A análise à escala da secção deve restringir-se a
zonas de juntas entre coletores, por exemplo, onde se espera que o coeficiente de infiltração seja
superior ao dos troços contíguos (Figura 4.6).
Figura 4.5: Corte transversal de uma secção da tubagem onde pode ocorrer infiltração.
Figura 4.6: Infiltração numa junta entre coletores [www.surrey.ca].
Na maioria das situações, a decisão mais adequada será proceder a uma análise troço a troço, que
não só é mais concretizável do que a análise secção a secção, como pode ainda facilitar a estimativa
do coeficiente . Se forem considerados trechos com as mesmas características estruturais, ou
44
seja, com a mesma idade ou estado de conservação, o coeficiente de infiltração poderá ser mais
uniforme, conduzindo a resultados mais rigorosos.
A aplicação do modelo de infiltração trecho a trecho permite obter o caudal de infiltração ao longo de
um determinado comprimento da tubagem, . A Figura 4.7 ilustra, muito simplificadamente, o cenário
que se pretende simular e os parâmetros que devem ser usados na equação (4.12).
Figura 4.7: Corte longitudinal de um troço de tubagem onde pode ocorrer infiltração. As secções S1 e S2 são semelhantes ao representado na imagem anterior.
Na Figura 4.7 toda a tubagem está submersa no aquífero, pelo que a área de infiltração
corresponderá a toda a área exterior do coletor. No caso do trecho compreendido entre as secções
S2 e S3, o valor de corresponde ao produto entre o comprimento e o perímetro molhado da
secção média (semelhante ao apresentado na Figura 4.5). No mesmo troço, é a diferença média
de pressões hidrostáticas ao longo do comprimento , que pode ser dada pela média da diferença
de níveis nas secções extremas ( e ). As condições estruturais do trecho 2-3 devem ser
refletidas no valor do coeficiente de infiltração . Naturalmente, quanto mais danificadas
estiverem as paredes desse trecho do coletor, maior será o coeficiente e maior o caudal
infiltrado ao longo do comprimento .
Para além de permitir conhecer, com algum detalhe, os caudais infiltrados nas diferentes zonas da
rede, a análise trecho a trecho é bastante apropriada em situações em que se pretenda conhecer a
infiltração num coletor específico. Por exemplo, pode ser especialmente útil em casos onde existam
danos estruturais significativos ou quando se pretenda analisar coletores que estejam totalmente
submersos no aquífero local.
45
O rigor da análise trecho a trecho depende da escala estudada: quanto maior o comprimento dos
trechos analisados, menor o rigor dos resultados obtidos. É importante salientar que esta relação não
se estende até ao nível da secção, que deve apenas ser aplicado em situações especiais (devido à
elevada dificuldade em estimar o coeficiente de infiltração para cada secção da rede). Se o modelo
de infiltração na rede for aplicado à escala da bacia de drenagem, os resultados serão menos
precisos do que os obtidos através de uma análise secção a secção, trecho a trecho, ou mista. No
entanto, em situações em que o investimento disponível seja reduzido, quando se pretenda apenas
uma estimativa bruta da infiltração total no sistema, ou em bacias demasiado complexas, pode-se
reduzir todo o sistema de drenagem a um coletor principal e modelá-lo através do nível III. Por outras
palavras, descrever o sistema de drenagem e as condições naturais da bacia em duas dimensões
(num perfil longitudinal), criando um trecho fictício no qual circula o caudal afluente à ETAR.
Naturalmente, esta é uma simplificação muito bruta e que não garante resultados fiáveis.
Para que o modelo de simulação da infiltração na rede de drenagem funcione corretamente, é preciso
ter um valor de calibrado e adequado à bacia em estudo. Em estudos anteriores, esse processo
baseou-se na análise detalhada das condições de cada troço do sistema de drenagem. Nesta
dissertação propõe-se uma alternativa inovadora: calibrar o modelo de simulação (e o coeficiente de
infiltração, , em particular) através dos resultados obtidos no modelo de nível II, baseado no
método dos isótopos. Paralelemente à construção do modelo de simulação, devem realizar-se
campanhas de recolha de amostras e análise de razões isotópicas nas secções de interesse. O
número de secções analisadas depende, mais uma vez, do investimento disponível e do nível de rigor
que se pretende. Quanto maior for, melhor deverá ser a qualidade de calibração do modelo. Correndo
o modelo com o caudal de infiltração obtido pelo método dos isótopos e aplicando, implicitamente, a
equação (4.12), obtém-se um valor para o coeficiente de infiltração em cada troço de tubagem. Esta
metodologia garante um nível de rigor elevado e torna desnecessário o levantamento de dados das
tubagens (o que pode, em alguns sistemas de drenagem, implicar um investimento elevado e ser
pouco exequível). Adicionalmente, o fator assim obtido considera, para além das condições da
tubagem, outros fenómenos associados à infiltração, que podem inclusivamente ser ainda
desconhecidos.
4.4.3. Submodelo hidrológico
O objetivo do submodelo hidrológico é estimar o escoamento superficial e o escoamento subterrâneo
originados por um dado evento de precipitação, e com esses dados alimentar os modelos hidráulico e
do aquífero, respetivamente (Figura 4.3). Após um evento de precipitação, a água pode ser
intercetada pela vegetação, ficar retida na cobertura de edifícios, ou cair diretamente no solo.
Considerando que as primeiras parcelas não são significativas, pode-se admitir que praticamente
toda a água precipitada atinge o solo. Depois, esta pode evaporar, dar origem a um escoamento
superficial ou infiltrar no solo. O ciclo descrito pode ser traduzido de forma pouco rigorosa por um
balanço de massa simples, como mostra a equação (4.13), onde é a precipitação, a
evaporação/evapotranspiração, o escoamento superficial e a infiltração.
46
(4.13)
A precipitação diária é um dos inputs do submodelo hidrológico, pelo que é preciso existirem
udómetros no interior e na vizinhança da bacia em estudo. Uma vez que os valores são referentes
apenas a um ponto, pode recorrer-se ao método de Thiessen (ou a outro semelhante) para conseguir
uma distribuição espacial adequada da precipitação. Outro input do modelo é a evapotranspiração na
bacia, que pode ser medida diretamente com evaporímetros ou calculada através de fórmulas
empíricas, como a de Thornthwaite. Em ambos os casos devem ser obtidos, no mínimo, dois valores
de evapotranspiração na bacia por ano: um que caracterize os dias típicos de Inverno (tempo de
chuva) e outro que caracterize os dias de Verão (tempo seco). Para algumas bacias podem existir
valores de evapotranspiração disponíveis na bibliografia.
As parcelas relativas à infiltração e ao escoamento superficial podem ser calculadas de forma
independente, recorrendo a modelos conceptuais. O escoamento superficial pode ser calculado, por
exemplo, com base no método racional. Refere-se este método porque é o habitualmente usado no
dimensionamento de coletores de sistemas de drenagens pluviais em Portugal, mas existem outros
semelhantes e mais sofisticados. Nesta fase, a infiltração deve ser analisada a nível da capacidade
de infiltração no solo, uma vez que a percolação da água em profundidade será depois descrita pelo
modelo de aquíferos. A capacidade de infiltração, definida como a taxa máxima a que um solo é
capaz de absorver água (geralmente expressa em mm/h), varia com o tempo: é máxima no início do
evento de precipitação e vai decrescendo com o passar do tempo até atingir um valor
aproximadamente constante, quando o solo fica saturado. Podem ser usadas diversos métodos,
como o método de Horton, método do índice Φ, o do Soil Conservation Service ou outros
semelhantes. Todos eles requerem que o modelo tenha uma base de dados, geograficamente
distribuídos ao longo da bacia, relativos ao tipo de solo, uso do solo, nível de compactação, entre
outras características.
Para que o submodelo hidrológico funcione corretamente é necessário que se verifique a
condição (4.13), o que dificilmente será garantido se os quatro parâmetros forem obtidos de forma
independente. Assim, o modelo deve atuar de forma integrada, simulando o ciclo hidrológico natural e
as devidas alterações causadas pela presença humana, nomeadamente a nível do uso do solo.
Relativamente ao escoamento superficial, refira-se ainda que se devem considerar duas parcelas:
uma que aflui à rede de drenagem (através dos sumidouros ou sarjetas) e outra que nunca a atinge
(por ficar retida ou por escorrer diretamente para cursos de água superficiais). A primeira parcela é a
única que interessa a esta análise, e será inclusivamente um dos inputs do submodelo hidráulico do
sistema de drenagem. De forma a contemplar esta situação, o modelo deve incluir um fator de
perdas, que deve depender das características da bacia natural e da rede de drenagem. Na Figura
4.8 apresenta-se uma representação esquemática do funcionamento do submodelo hidrológico,
especificando-se os inputs, a base de dados do modelo e os resultados dele obtidos.
47
Precipitação diária
Evapotranspiração
Características naturais do solo
(geologia, nível de compactação)
Uso do solo
(áreas permeáveis e impermeáveis)
Caudal de
escoamento
superficial
Caudal de
escoamento
subterrâneo
Figura 4.8: Representação esquemática do submodelo hidrológico (inputs, base de dados e outputs).
A criação de um submodelo hidrológico não é inovadora, sendo que existem no mercado várias
opções de softwares que podem ser aplicados para esse fim, como por exemplo o MIKE SHE
(referido no subcapítulo 3.4).
4.4.4. Submodelo de afluências em tempo seco
Com o submodelo de afluências em tempo seco (Figura 4.9) pretende-se estimar os caudais de
águas residuais domésticas e industriais afluentes ao sistema de drenagem, em tempo seco. Para tal,
é preciso analisar séries de caudais medidos em vários pontos da rede e definir um padrão diário de
consumo. O modelo deve considerar o tipo de aglomerado e as consequentes variações horárias das
descargas (no caso de zonas dormitório, por exemplo, as descargas domésticas são superiores no
horário não laboral). Também há variações sazonais significativas, nomeadamente no período de
férias ou até mesmo nos fins de semana. Devem ainda ser contabilizadas descargas regulares de
outras origens, com origem na drenagem de caves ou em efluentes de linhas de água canalizadas
(como acontece no caso de estudo de Alcântara, com o aqueduto de Belas). Pode ainda ser
considerada uma margem para possíveis descargas industriais não licenciadas.
Número de sub-bacias
Descargas acrescidas
Padrão típico de descargas
residuais domésticas, por sub-bacia.
Padrão típico de descargas
industriais, por sub-bacia.
Limites das sub-bacias
Caudal de águas
residuais
(domésticas e
industriais)
Figura 4.9: Representação esquemática do submodelo de afluências em tempo seco (inputs, base de dados e outputs).
Propõe-se a divisão da bacia em diferentes unidades contributivas (ou sub-bacias), cada uma
correspondente a uma secção do sistema de drenagem. Quanto maior for o nível de rigor pretendido,
maior o número de unidades. Para uma abordagem mais simples pode considerar-se a bacia como
uma única unidade contribuinte e estimar-se o caudal afluente à secção da rede localizada mais a
48
jusante. Caso se queira estimar o caudal em mais secções, devem ser definidas as sub-bacias
correspondentes a cada secção, cada uma com características de população e indústria diferentes. À
medida que aumenta o número de secções em análise, o grau de complexidade e exigência de dados
é superior (por exemplo, é preciso ter a estimativa da população contribuinte de cada sub-bacia), mas
os resultados também vão sendo progressivamente mais rigorosos.
4.4.5. Submodelo hidráulico do sistema de drenagem
Para a construção do submodelo hidráulico do sistema de drenagem deve dispor-se de informação
relativa à rede de drenagem, nomeadamente:
Geometria do sistema de drenagem: planta, perfis longitudinais (comprimento dos trainéis,
declives, etc.) e transversais (diâmetro e forma da tubagem).
Cota de soleira dos coletores.
Condições estruturais do sistema de drenagem (idade, materiais e nível de conservação).
Deve ser dada particular atenção aos elementos de junta das tubagens e às câmaras de visita, uma
vez que são ambos pontos muito suscetíveis à entrada de águas subterrâneas.
Cruzando os caudais fornecidos pelos submodelos hidrológico e de afluências em tempo seco com
os dados geométricos das tubagens (nomeadamente o diâmetro), o modelo hidráulico deve calcular a
altura de água em cada secção. Nas secções em que não existam registos de caudal ou da
geometria das tubagens, a altura de água deve ser interpolada. A altura de água calculada pelo
modelo descrito é inferior à altura real na tubagem, porque não inclui a infiltração. Este problema
pode ser corrigido de duas formas:
1) Faz-se uma análise em cadeia, de montante para jusante, e considera-se que a altura de
infiltração num troço é igual à soma do caudal infiltrado em todos os troços a montante. No
ponto inicial (mais a montante), a infiltração pode ser considerada nula ou ter um valor
predefinido, consoante a informação disponível.
2) O modelo hidráulico do sistema arbitra um valor para o caudal infiltrado que será
posteriormente corrigido, de forma iterativa, pelo modelo global de simulação. Por outras
palavras, o modelo corre até que o caudal infiltrado final, fornecido pelo modelo de infiltração
do sistema, seja igual ao arbitrado.
Apesar de as duas alternativas serem viáveis, sugere-se a aplicação da segunda hipótese, uma vez
que a primeira pode ser mais complexa, principalmente em casos onde haja, num dado ponto,
intersecção de troços de diferentes tipos de sistemas (separativos e unitários).
A representação esquemática do submodelo hidráulico do sistema de drenagem apresenta-se na
Figura 4.10.
49
Caudal de águas
residuais
Caudal de escoamento
superficial
Altura de água nos
coletores
Geometria do sistema
Cota de soleira das tubagens
Condições estruturais do sistema
Caudal de
infiltração
Figura 4.10: Representação esquemática do submodelo hidráulico do sistema de drenagem (inputs, base de dados e outputs).
4.4.6. Submodelo do aquífero
O objetivo do submodelo do aquífero (Figura 4.11) é simular de forma quantitativa o comportamento
hidrogeológico da bacia, nomeadamente a posição do nível freático num dado instante e local. Para
isso são precisos os dados do submodelo hidrológico, relativos à parcela de volume infiltrado após
um evento de precipitação. A modelação física do processo de infiltração pode ser feita através da lei
de Darcy, por exemplo: para um dado comprimento unitário (com a mesma direção que o fluxo), o
caudal infiltrado é função da diferença de pressões nesse comprimento e da condutividade hidráulica
do solo. Exige-se assim que o modelo tenha uma base de dados (com alguma definição espacial) que
inclua informação relativa ao tipo de formações, a sua condutividade hidráulica e a espessura das
camadas. Devem ainda ser incluídas as linhas de água e os cursos de água superficiais naturais da
bacia, que também influenciam o fluxo de águas subterrâneas.
Caudal de escoamento
subterrâneo
Características do solo: tipo de
formação, profundidade das
camadas e condutividade hidráulica
Localização de cursos de água
subterrâneos
Altura piezométrica do
aquífero
Calibração: medição de
altura piezométrica
em poços
Figura 4.11: Representação esquemática do submodelo do aquífero (inputs, base de dados e outputs).
Caso se pretendam soluções mais elaboradas, o submodelo do aquífero deverá ter em conta a
própria influência do sistema de drenagem na posição do nível freático, o que implicaria haver uma
relação bidirecional entre o modelo hidráulico e o submodelo do aquífero.
50
Contrariamente aos modelos descritos até agora, cuja calibração pode ser complicada, o submodelo
do aquífero pode ser calibrado de forma independente do modelo global. Para isso, basta medir a
altura piezométrica em vários poços ou até mesmo nos cursos de água naturais localizados na bacia.
4.5. Considerações finais
Antes de terminar o presente capítulo é importante resumir todos os níveis de modelos apresentados,
de forma a clarificar a abordagem metodológica proposta. Como se percebeu da leitura dos
subcapítulos anteriores, os três níveis apresentam uma ordem crescente de disponibilidade e acesso
a dados e precisão de resultados. Comparativamente com as metodologias propostas nos níveis I e
II, a de nível III tem a grande vantagem de permitir uma janela de resolução espacial e temporal muito
maior, sendo possível simular situações futuras. Alimentando o modelo de infiltração na rede de
drenagem com os inputs necessários, ele consegue dar resposta a questões pertinentes, como:
Qual a resposta do sistema de drenagem à variação do nível freático, e qual o tempo de
resposta do sistema;
Qual o traçado em planta e a profundidade a que devem ser implementadas as tubagens, de
forma a evitar infiltrações;
Quais os aspetos de projeto mais prejudiciais e que devem ser evitados (localização de
câmaras de visita, etc.);
Qual o impacto de uma dada alteração do sistema de drenagem (ações de conservação de
tubagens, alteração do traçado em planta, entre outros) no caudal de infiltração.
Importa referir que a construção de um modelo de simulação semelhante ao descrito não exige
necessariamente o recurso a diferentes softwares para modelar cada componente, podendo
dispor-se de um único sistema integrado de modelação como, por exemplo, o software integrado
MIKE 2012, da DHI.
Relativamente ao modelo de nível III, volta-se a mencionar que, se no submodelo hidráulico do
sistema de drenagem for arbitrado um valor para o caudal de infiltração, o modelo de simulação deve
levar a cabo várias iterações até que o caudal infiltrado obtido pela equação (4.12) seja igual ao
arbitrado.
Por fim, conclui-se este capítulo apresentando, na Figura 4.12, um resumo dos principais dados
necessários à aplicação de cada nível, assim como os materiais necessários à sua recolha.
51
Níveis
Dados [Equipamento fixo]
I II III
Registos contínuos de caudal
[Caudalímetro: um por cada secção analisada]
Registos de precipitação diária total
[Udómetro: no mínimo um no interior da bacia]
Caudal de águas residuais em tempo seco
(dados de população ou fator de ponta mínimo)
Razões isotópicas
(águas freáticas, potáveis e residuais totais)
Dados físicos, geológicos, hidrológicos e
hidrogeológicos da bacia de drenagem
Características do sistema de drenagem
(planta, secções transversais, perfis, cotas, localização
dos diversos constituintes, materiais, diâmetro das
tubagens, entre outros)
Evapotranspiração na bacia
Figura 4.12: Principais dados e respetivos materiais de recolha necessários à aplicação de cada nível.
52
53
5. Descrição do caso de estudo do Caneiro de Alcântara
5.1. Enquadramento geral
A bacia de drenagem de Alcântara localiza-se no distrito de Lisboa (Portugal) e abrange
maioritariamente os municípios de Lisboa e Amadora. Está inserida na zona oeste da bacia
hidrográfica do rio Tejo, sendo considerada a maior e mais complexa bacia da região de Lisboa. A
principal linha de água desta bacia corresponde à Ribeira de Alcântara, que nasce na Brandoa
(Amadora) e se desenvolve ao longo dos vales da Falagueira, Benfica e Alcântara, até descarregar
no Rio Tejo.
Graças à fertilidade dos terrenos e à sua localização, o vale de Alcântara foi ocupado por diversos
povos ao longo da história. Os romanos usaram-no para pastagens e campos de cereais e os árabes
plantaram olivais, hortas e criaram campos de criação cavalar. A ocupação rural do vale durou até
meados do século XVIII. Depois, o terramoto de 1755 e a posterior revolução industrial levaram ao
rápido crescimento urbano da cidade de Lisboa e à consequente densificação da ocupação urbana
da bacia. A urbanização causou grandes alterações na rede hidrográfica natural, sendo que quase
todas as linhas de água da bacia foram canalizadas.
São vários os sistemas de drenagem que se podem identificar na envolvente da região em estudo.
No caso concreto do concelho de Lisboa, o sistema de drenagem de águas residuais domésticas
encontra-se divido em três sistemas de drenagem principais, designadamente Alcântara, Chelas e
Beirolas. O sistema de Alcântara (cujos efluentes são drenados para a ETAR de Alcântara) ocupa
uma área de cerca de 3200 ha e divide-se em dois subsistemas (Figura 5.1):
Zona Alta, onde todo o caudal de águas residuais tem um escoamento gravítico até à ETAR
de Alcântara maioritariamente através do Caneiro de Alcântara;
Zona Baixa, onde o caudal afluente à ETAR tem de ser bombeado em instalações
elevatórias.
A bacia hidrográfica natural de Alcântara não coincide, integralmente, com a bacia da rede de
drenagem. No final da década de 70 foi construído um coletor que desviou parte das águas de
Alcântara para a zona de Xabregas, pertencente à bacia de Chelas. O desvio foi feito na Av. dos
Estados Unidos da América, e teve como objetivo solucionar o problema das inundações nas zonas
de Entrecampos e Campo Grande (e também da baixa de Alcântara). Assim, cerca de 25% da área
natural da bacia de Alcântara, correspondente à zona do Lumiar e de Campo Grande/Alvalade,
pertence à bacia de drenagem de Chelas.
Nesta dissertação, a avaliação da infiltração é feita para a Zona Alta do sistema de Alcântara, atrás
descrita e ilustrada. Esta ocupa uma área total de aproximadamente 2746 ha e intercepta duas zonas
administrativas distintas, cujos limites também se representam na Figura 5.1: Concelho da Amadora e
Concelho de Lisboa. O Caneiro de Alcântara, no qual se irá focar a análise da infiltração, corresponde
à canalização da Ribeira de Alcântara mencionada anteriormente.
54
Figura 5.1: Sistema de Alcântara: Zona Alta e Zona Baixa (que inclui as zonas de Algés-Alcântara e Terreiro do Paço-Alcântara). Retirado de Galvão et al. (2006).
A empresa responsável pela recolha, tratamento e rejeição de águas residuais dos municípios de
Amadora e de Lisboa é a SIMTEJO (Saneamento Integrado de Municípios do Tejo e Trancão). No
entanto, e devido à separação territorial da bacia em dois concelhos, existem duas empresas distintas
responsáveis pelo abastecimento e distribuição de água. Em Lisboa, a empresa responsável pela
produção, tratamento, abastecimento e distribuição de água é a EPAL (Empresa Portuguesa das
Águas Livres). O sistema de abastecimento do concelho de Lisboa é constituído pelas captações de
água, estações de tratamento de água (ETA), adutores e toda a rede de distribuição. Distinguem-se
três subsistemas no sistema de produção: Alviela, Tejo e Castelo do Bode. A água captada tem
origem superficial ou subterrânea, dependendo do subsistema. Estima-se que cerca de 60% do
volume de água fornecido a Lisboa seja proveniente do subsistema de Castelo do Bode, sendo
captada na albufeira da barragem homónima, elevada e transportada até à estação de tratamento da
Asseiceira. No concelho da Amadora são os SMAS (Serviços Municipalizados de Água e
Saneamento) de Oeiras e Amadora que garantem a distribuição de água à população residente. É
também esta a empresa responsável pela prestação de serviços de saneamento básico no Concelho
da Amadora. Tal como no caso de Lisboa, existem vários subsistemas – na área em estudo, aqueles
que têm maior representatividade são o da Zona Média da Amadora, do Nó da Falagueira e da
Atalaia. As origens da água no concelho da Amadora são as mesmas que as do concelho de Lisboa.
Importa referir que a água captada em Castelo de Bode e distribuída aos dois concelhos provém do
rio Zêzere, o maior afluente do Tejo. Com uma bacia hidrográfica de cerca de 5000 km2, este rio
nasce na serra da Estrela, desenvolve-se numa extensão de aproximadamente 220 km e desagua no
Tejo, perto da vila de Constância. Na Figura 5.2 apresenta-se uma infografia que descreve
esquematicamente a captação e transporte de água potável para os concelhos de Lisboa e Amadora.
55
Figura 5.2: Infografia referente ao sistema de abastecimento de água da EPAL (Jornal Público 2012).
5.2. Clima e relevo
Apesar da Zona Alta abranger dois concelhos distintos, considerou-se que para efeitos deste trabalho
era razoável admitir que as condições climáticas são aproximadamente análogas em toda a área em
estudo. Assim, analisou-se o clima com base na bibliografia existente e nos valores medidos no posto
Geofísico (em Lisboa, mas localizado fora do perímetro da bacia), onde existe um longo registo de
séries de dados climáticos.
A zona da grande Lisboa apresenta um clima mediterrânico com relativa moderação térmica. O clima
da região é muito influenciado por fatores geográficos como a latitude e a proximidade ao Oceano
Atlântico. A uma escala local, podem ainda identificar-se como fatores modeladores do clima a
topografia acidentada da região e a posição da cidade de Lisboa, à beira do Rio Tejo (Alcoforado
1993). É de referir que vários autores destacam a importância do clima urbano em Lisboa, resultante
da modificação das características físicas originais da cidade devido à morfologia urbana.
Distinguem-se duas épocas sazonais: um Verão com um clima quente e seco, e um Inverno chuvoso
e com temperaturas mais baixas. Segundo o Instituto Português do Mar e Atmosfera (2013), a
temperatura média anual ronda os 16.0 ºC, sendo as temperaturas mínimas registadas tipicamente
no mês de Janeiro e as máximas em Agosto. No Quadro 5.1 abaixo apresentam-se os valores da
temperatura média mensal registada entre 1981 e 2010 (previsto), no Geofísico.
Quadro 5.1: Média da temperatura média mensal em Lisboa, medida no Geofísico entre 1981 e 2010 (previsto), Instituto Português do Mar e Atmosfera (2013).
Mês Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez
T (ºC) 11.6 12.7 14.9 15.9 18.0 21.2 23.1 23.5 22.1 18.8 15.0 12.4
56
Os valores médios anuais de precipitação variam entre 650 mm e 760 mm, verificando-se que a
maior parte da precipitação total anual ocorre entre os meses de Outubro e Abril. Os máximos
mensais registam-se habitualmente entre Novembro e Fevereiro (rondando os 160 mm) e os mínimos
nos meses de Julho e Agosto (cerca de 3 a 7 mm) (Câmara Municipal de Lisboa 2010b). A
evapotranspiração real média anual em Lisboa atinge um valor na ordem dos 500 mm e o balanço
hidrológico revela que há um excedente de água de cerca de 150 mm entre os meses de Dezembro a
Março e um défice de 25 mm, de Junho a Setembro (Oliveira 2010).
Os rumos de vento dominantes são de Norte durante a época de Verão, Nordeste no Inverno e
Sudoeste, Oeste e Noroeste durante as estações intermédias (Câmara Municipal de Lisboa 2010b).
As situações de nevoeiro não são frequentes, ocorrendo apenas ocasionalmente, principalmente nos
meses de Dezembro e Janeiro. A taxa de insolação varia ao longo do ano: em Julho, mês típico de
Verão, é superior a 0.6 em 90% dos dias; em Janeiro o mesmo valor só é ultrapassado em 45% dos
dias (Baltazar 2010).
Relativamente ao relevo, não existe uma grande diversidade altimétrica na bacia (Figura 5.3). A maior
diferença de cotas ocorre entre os 36 m, na zona da ETAR de Alcântara, e os 276 m, no concelho da
Amadora (noroeste) e predominam áreas com altitude inferior a 120 m. A análise do mapa
hipsométrico (Figura 5.3) evidencia o vale de Alcântara, que se desenvolve até ao Tejo e ao longo do
qual se vão registando as cotas mais baixas da bacia. É ao longo deste vale que se escoa a antiga
Ribeira de Alcântara. Apesar de ter uma secção transversal larga a montante, a jusante de Campolide
a ribeira está fortemente entalhada.
Figura 5.3: Modelo digital de terreno da Zona Alta da bacia de Alcântara9.
9 Na construção desta imagem foram usados tipos de dados diferentes para cada concelho, e por isso existe uma falha de rigor
na zona limítrofe.
57
5.3. Geologia
Foram vários os elementos bibliográficos consultados para a caracterização geológica da bacia em
estudo. Com os dados geológicos fornecidos pelas câmaras municipais da Amadora e Lisboa
construiu-se o mapa geológico apresentado na Figura 5.4. A sua análise permitiu fazer o
levantamento de todas as formações existentes na área em estudo, listadas no Quadro 5.2.
Figura 5.4: Mapa geológico da Zona Alta da bacia de Alcântara.
Quadro 5.2: Levantamento das formações geológicas intersectadas pela área da bacia em estudo.
Formação Era
Aluviões e aterros (a) (Recente)
Depósitos de terraços marinhos
Filões e massas de teralito
Areolas de Estefânia (MEs) Cenozoico
Argilas de Prazeres (MPr) Cenozoico
Formação de Benfica (ou Complexo de Benfica10
) (φBf) Cenozoico
Argilas de forno de tijolo (MFt) Cenozoico
Calcários de Entrecampos (MEc) Cenozoico
Complexo Vulcânico de Lisboa (β1) Mesozoico
Formação de Bica (C2
Bi) Mesozoico
Formação de Caneças (C2
Cn) Mesozoico
10
Segundo os dados da Câmara Municipal de Lisboa
58
Do Quadro 5.2 e da Figura 5.4 conclui-se que a zona em estudo intercepta maioritariamente unidades
litoestratigráficas das Eras Cenozoica e Mesozoica. Verifica-se ainda a presença significativa de
materiais de origem magmática, pertencentes ao Complexo Vulcânico de Lisboa. Nos próximos
parágrafos apresenta-se uma breve descrição de algumas formações geológicas, baseada
fundamentalmente na Componente Geológica do Plano Diretor Municipal de Lisboa (Câmara
Municipal de Lisboa 2010a).
As rochas mais antigas que afloram na zona em estudo remontam ao Cretácico superior (com
aproximadamente 97 Ma11
). Devido a um episódio de transgressão marinha que terá ocorrido nessa
altura, terão existido condições para a sedimentação de vasas num ambiente marinho, litoral, de
águas quentes e pouco profundas. Foi assim que surgiu a Formação de Caneças, caracterizada por
margas de cor amarelada, alternadas com bancadas de calcários margosos.
Sobrejacente a esta unidade depositaram-se os sedimentos que deram origem à Formação de Bica.
Caracterizada por séries de camadas espessas de calcários compactos de cor branca, por vezes
apinhoados, esta formação apresenta vários vestígios de fósseis (bivalves, gastrópodes, crustáceos,
equinodermes e alguns vertebrados, e rudistas, na parte superior destas unidades de calcários).
Pensa-se que se foram formando pequenas lagunas entre os recifes, ao longo do período de
sedimentação e consolidação destes sedimentos. O ambiente marinho e a comunicação temporária
desta unidade com o mar proporcionou a formação de bancadas de calcários folhetados, com restos
de uma fauna empobrecida, onde se destacam abundantes leitos e nódulos de sílex. A posterior
emersão desta formação levou a processos de erosão e carsificação, surgindo heterogeneidades
texturais e um aspeto tipicamente apinhoado.
A época que seguiu a génese da Formação de Caneças e Formação de Benfica terá sido marcada
por um evento de vulcanismo que abrangeu um larga zona da região de Lisboa. O Complexo
Vulcânico de Lisboa (CVL) terá tido origem na ascensão de magma através de condutas, chaminés e
filões que resultaram da intensa fracturação criada pela movimentação de placas. Não é fácil estimar
a idade desta formação: as datações radiométricas permitem fixar uma idade mínima de 130 Ma para
esta unidade, existindo no entanto autores que sugerem uma idade efetiva de 72 Ma. O CVL
caracteriza-se pela intercalação de escoadas basálticas e episódios explosivos piroclásticos,
existindo ainda materiais sedimentares intercalados, originados em períodos de inatividade vulcânica.
As escoadas podem apresentar espessuras até 12 m (Ribeiro et al. 2010).
início do Período Paleogénico (≈ 65 Ma) foi marcado pela intensa atividade tectónica que levou ao
enrugamento do relevo existente e à emersão e ausência de sedimentação. Nessa altura a região de
Lisboa era marcada por uma paisagem continental (ainda sem a delimitação do Rio Tejo), sub-árida e
com intensos fenómenos erosivos. Deste ambiente resultou o transporte de grandes volumes de
material heterogéneo por rios de regime torrencial, das zonas mais altas até às bacias de deposição.
Foi nestas bacias que se depositaram os sedimentos conglomeráticos que constituem a Formação de
Benfica. Trata-se de sedimentos fluviais detríticos grosseiros que em alguns locais assentam em
11
Milhões de anos
59
inconformidade sobre o substrato Mesozoico. Esta formação constitui um complexo detrítico muito
heterogéneo, englobando argilas muito duras a rijas de cores em geral avermelhadas, areias muito
compactas, seixos e calhaus e composto por conglomerados, arenitos, argilas e alguns níveis de
calcários e de arenitos calcários (Ribeiro et al. 2010). O tom avermelhado dos sedimentos resulta da
oxidação dos minerais de ferro, denunciando as características oxidantes do ambiente de deposição.
Segue-se o Período Miocénico (≈ 24 Ma), caracterizado pelo regresso do regime marinho à região. A
série miocénica da região de Lisboa exibe 300 metros de alternância entre argilas, margas, areias e
calcários, representando episódios de transgressão e regressão. Estes episódios resultaram na
formação de rochas típicas de diversos ambientes peri-continentais e litorais, a que correspondem
sedimentos e fósseis característicos dos mesmos, como é o caso de Areolas de Estefânia e Argilas
de Prazeres. A formação “Areolas da Estefânia” é constituída por areias finas, siltosas, micáceas de
cores vivas, argilas silto-arenosas e arenitos mais ou menos consolidados, com uma espessura total
aproximadamente de 24 a 36 m. A formação “Argilas dos Prazeres” é composta por argilitos, argilitos
siltosos, argilitos margosos, margas e calcários (Ribeiro et al. 2010).
Uma descrição detalhada de cada formação presente na área em estudo, incluindo das formações
Cálcarios de Entrecampos e Argilas de Forno de Tijolo (que não foram mencionadas nos parágrafos
anteriores), pode ser consultada em Vasconcelos (2011).
5.4. Hidrologia e ocupação do solo
Segundo o Instituto Nacional da Água (1997), distinguem-se quatro unidades hidrogeológicas em
Portugal Continental, que correspondem às quatro grandes unidades morfo-estruturais do país. O
sistema de Alcântara, assim como a íntegra dos concelhos de Lisboa e Amadora, localiza-se na Orla
Mesocenozóica Ocidental, abreviadamente designada por Orla Ocidental. Esta unidade contém
tipicamente formações calcárias, margosas, detríticas e argilosas do Mesozoico, formações detríticas
e calcárias do Cenozoico e também areias e aluviões quaternárias (Lencastre et al., 1992; citado por
Ribeiro et al. 2010). Apesar de se identificarem vários sistemas individualizados de aquíferos na Orla
Ocidental, nenhum deles abrange a área em estudo. Assim, e para uma análise mais detalhada da
hidrogeologia da bacia, recorreu-se ao relatório elaborado pelo Centro de Geossistemas do Instituto
Superior Técnico para a EPAL (Ribeiro et al. 2010). Neste documento são apresentadas as
profundidades e níveis hidrostáticos medidos em diversos poços, localizados nas diferentes unidades
litológicas do concelho de Lisboa. Apesar de apenas dois desses poços se localizarem no interior da
bacia (Figura 5.5) e de não haver qualquer dado relativo ao concelho da Amadora, considera-se que
não haverá uma variação espacial significativa das características hidrológicas das formações, até
porque a área abrangida é reduzida, à escala hidrogeológica. Na Figura 5.5 apresenta-se a
localização dos poços analisados no estudo que se encontram mais próximos da bacia. No Quadro
5.3 apresentam-se os valores de profundidade de cada captação e o nível hidrostático medido.
60
Figura 5.5: Localização de alguns dos pontos de captação com maiores profundidades inventariados em Ribeiro et al. (2010) e que intersectam formações geológicas presentes na bacia em estudo.
Quadro 5.3: Correspondência entre as formações geológicas aflorantes e a profundidade das várias captações de água subterrânea da área Metropolitana de Lisboa, na década de 40. Adaptado de Ribeiro et al. (2010).
Formação Geológica Tipo de
captação Profundidade
(m)
Nível hidrostático
12
(m)
1 Argilas do Forno do Tijolo Poço 31.8 -23.0
2 Calcários de Entrecampos Poço 30.0 *
3 Calcários de Entrecampos Poço 30.0 *
4 Areolas da Estefânia Poço 34.0 *
5 Argilas e Calcários dos Prazeres Poço 50.0 -12.8
6 Formação de Benfica Poço 38.6 -3.10
7 Complexo Vulcânico de Lisboa Furo 105.0 *
* dados não disponíveis
O complexo Argilas do Forno do Tijolo apresenta uma baixa permeabilidade, formando-se aquitardos
com espessura aproximada de 19 metros (Silva et al. 2007). De entre as captações inventariadas
nesta formação, a que apresenta um nível hidrostático com maior profundidade localiza-se no interior
da bacia, estando identificada na Figura 5.5 e no Quadro 5.3 com o número 1.
As litologias Calcários de Entrecampos e Areolas da Estefânia apresentam características de aquífero
semi-confinado (Silva et al. 2007). Em ambas há registos de diversas captações de água
subterrânea. Também na formação aflorante Argilas e Calcários dos Prazeres se regista um elevado
número de captações (nomeadamente poços). O poço com maior profundidade é o identificado com o
número 5, localizado muito próximo dos limites da bacia em estudo.
12
Referente à cota do terreno
61
As formações do Complexo Vulcânico de Lisboa constituem um aquífero com uma acentuada
heterogeneidade litológica, caracterizando-se por baixos níveis freáticos. A captação de água com
maior profundidade corresponde a um furo nas proximidades da bacia (número 7) e apresenta um
volume de água extraível de 81 m3/dia (Ribeiro et al. 2010).
A Formação de Benfica caracteriza-se por uma baixa permeabilidade. Não obstante, em zonas de
espessura reduzida a média e separadas entre si por camadas impermeáveis a semipermeáveis de
maior espessura é possível a formação de aquíferos de camadas múltiplas (com níveis suspensos ou
semi-confinados). De entre os registos disponíveis, é nesta formação que o nível hidrostático se
encontra mais próximo da superfície (número 6, localizado no interior da bacia).
Produtividade, nível hidrostático e permeabilidade
A produtividade dos sistemas hidrogeológicos foi divida por Ribeiro et al. (2010) em três classes,
consoante o caudal de exploração das captações de água subterrânea:
Produtividade alta: ≥ 6 l/s
Produtividade média: ≥ 1 l/s e < 6 l/s
Produtividade baixa: < 1 l/s
Em Ribeiro et al. (2010) caracterizou-se a produtividade de algumas unidades geológicas aflorantes
na bacia em estudo. Foram analisadas diversas amostras e conclui-se que os caudais de exploração
das captações (ou a sua produtividade) variam entre 0.00002 l/s e 9.72 l/s, valores registados nas
formações Argilas e Calcários dos Prazeres e Complexo vulcânico de Lisboa, respetivamente. Os
valores medianos estão compreendidos entre 0.232 l/s (Argilas e Calcários dos Prazeres) e 2.01 l/s
(Areolas da Estefânia).
No Quadro 5.4 apresenta-se a classificação da produtividade das formações geológicas aflorantes
mais relevantes na bacia, verificando-se que predominam zonas com produtividade média a baixa.
Apresentam-se ainda os valores do nível hidrostático das captações de água subterrânea,
apresentados por Ribeiro et al. (2010).
Quadro 5.4: Classes de produtividade e níveis hidrostáticos das principais formações geológicas aflorantes na bacia em estudo. Adaptado de Ribeiro et al. (2010).
Referência Formação Geológica Classe de
produtividade
Nível Hidrostático (m)
Média Mediana Mínimo Máximo
1 Argilas do Forno do Tijolo
Média 6.78 4.80 0.6 23.0
2 Calcários de Entrecampos
Média a Baixa 7.48 6.20 0.6 25.0
4 Areolas da Estefânia Média a Baixa 6.00 5.10 0.0 21.1
5 Argilas e Calcários dos Prazeres
Baixa 6.04 5.50 0.0 21.6
6 Formação de Benfica Baixa 6.36 4.70 0.0 32.0
7 Complexo Vulcânico de Lisboa
Baixa 6.02 4.75 0.0 24.6
62
O valor médio do nível hidrostático obtido nas diversas formações geológicas aflorantes ronda os 6 a
8 m, como se mostra na Figura 5.6. Salienta-se que os valores médios diferem dos valores
apresentados no Quadro 5.3, que se referiam a medições pontuais num único furo o poço.
Figura 5.6: Relação entre os valores médios do nível hidrostático e as formações geológicas aflorantes.
Para além do estudo atrás referido, analisou-se ainda o mapa de permeabilidades disponibilizado
pela Câmara Municipal de Lisboa (CML), apresentado na Figura 5.7.
Figura 5.7: Complexos hidrológicos identificados no município de Lisboa
Na Figura 5.7 distinguem-se cinco classes de permeabilidade, variando de alta a baixa. Verifica-se
que a bacia em estudo abrange todas as classes, existindo por isso uma grande diversidade no
comportamento hidrogeológico. A separação das zonas de permeabilidade está muito relacionada
com as formações geológicas e com a descrição que foi feita anteriormente, no que se refere às suas
propriedades hidrogeológicas. Aliás, o mapa foi elaborado com base nas propriedades geológicas de
cada formação, pelo que é um reflexo do que foi referido. Note-se que como não se teve acesso a
dados hidrogeológicos do concelho da Amadora, não foi possível analisar uma parte da bacia.
Uso do solo
Em muitos casos, o solo está coberto por edifícios, estradas ou zonas verdes que alteram as
características originais das formações geológicas. Assim, é necessário analisar o uso do solo
independentemente das formações geológicas e das suas características e propriedades.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
1 2, 3 4 5 6 7
Nív
el
Hid
ros
táti
co
(m
)
Formação Geológica (referência)
63
No Plano Geral de Drenagem de Lisboa (PGDL) foi produzida uma carta simplificada onde se
identificam oito diferentes classes de uso do solo para o concelho de Lisboa (Figura 5.8). Para efeitos
de determinação de caudais de ponta de cheia, foi atribuído a cada classe um coeficiente C (relativo
ao método racional generalizado, conforme proposto no Decreto Regulamentar 23/95), como se
mostra o Quadro 5.5. Refira-se que o parâmetro C pretende traduzir os efeitos da infiltração,
interceção, detenção superficial, retenção superficial e período de retorno.
Figura 5.8: Uso do solo no Concelho de Lisboa (ENGIDRO e HIDRA 2007a).
Quadro 5.5: Coeficientes do método racional (Galvão et al. 2006).
Classes de uso C
Espaço verde 0.3
Praias e dunas 0.3
Cursos de água 0.0
Área edificada 0.8
Área edificada – Moradias 0.5
Área edificada – Baixa densidade 0.6
Área não edificada ou degradada 0.5
Canal rodo-ferroviário 1.0
Área industrial 0.8
Usos especiais 0.8
No PGDL sugere-se que o valor de C a adotar na bacia de Alcântara (incluindo a Zona Baixa) é de
0.67. Esta estimativa foi obtida cruzando a distribuição espacial do coeficiente C com os limites de
todas as sub-bacias de Lisboa, e calculando uma média ponderada, de acordo com a área, do valor
do coeficiente C de cada sub-bacia.
Antes de concluir o subcapítulo referente ao uso do solo, importa apresentar a Figura 5.9. Recorrendo
aos dados disponibilizados pelas Câmaras Municipais de Lisboa e da Amadora, foi possível montar
um mapa onde se distinguem zonas verdes (jardins, parques, etc.), zonas edificadas e vias de
comunicação. É evidente a predominância de superfícies impermeáveis ao longo de toda a bacia.
Graças às funcionalidades do software ArcGis, sabe-se que a área de espaços verdes dentro da
64
bacia é de aproximadamente 5.7 km2, o que corresponde a uma percentagem de zona verde de cerca
de 20%.
Figura 5.9: Zonas verdes, edificadas e vias de comunicação existentes na bacia em estudo.
5.5. População servida e capitações
Uma vez que não existem estudos de população ou capitação específicos para a bacia de drenagem
em estudo, este subcapítulo baseou-se no PGDL (2006). Apesar de este documento ter sido
desenvolvido apenas para o concelho de Lisboa, e uma vez que não se teve acesso ao mesmo tipo
de dados relativos ao concelho da Amadora, considerou-se que as estimativas e previsões da
população se podiam estender a toda a bacia (sem grande erro).
No PGDL foram analisados diversos estudos sobre a evolução da população na área servida pelo
sistema de drenagem de Lisboa, baseados nos Censos de 2001. Na Figura 5.10 apresentam-se as
previsões de população para o concelho de Lisboa segundo os diversos estudos consultados no
âmbito do PGDL (ENGIDRO e HIDRA 2007a). Os valores estimados para a população total no
concelho de Lisboa e as respetivas taxas geométricas (Tg) apresentam-se no Quadro 5.6.
Figura 5.10: Previsões de população para o concelho de Lisboa, segundo o PGDL (2006): citado por ENGIDRO e HIDRA (2007a).
0
100,000
200,000
300,000
400,000
500,000
600,000
700,000
800,000
900,000
1,000,000
1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050
CENSOS + 2004
CENÁRIOS INE Elevado
CENÁRIOS INE Base
CENÁRIOS INE Reduzido
PGR97
FBO
Aquaforum
CESUR CresNat
CESUR ModTend
CESUR IntUrb.
CESUR OcupTotal
65
Quadro 5.6: Populações totais segundo o PGDL (2006) e respetivas taxas geométricas de evolução. Adaptado de ENGIDRO e HIDRA (2007a).
Ano População (hab) Tg (%)
2001 740358 -
2025 777293 0.20
2045 789054 0.08
Os dados acima apresentados referem-se a todo o concelho de Lisboa e têm por base os resultados
dos Censos 2001. Com o objetivo de adaptar esta metodologia ao caso em estudo, nomeadamente
ao sistema de drenagem da Zona Alta de Alcântara, utilizaram-se os dados dos Censos 2011 e
seguiu-se o procedimento que se descreve no Anexo III. Obteve-se uma população total, em 2011, de
201160 habitantes.
Relativamente às previsões de crescimento de população, foram calculadas as populações
esperadas na bacia para um horizonte de 10 e 20 anos, considerando as taxas geométricas de
evolução da população usadas no PGDL. Os valores encontrados em ambos os casos, assim como a
população registada em 2011, apresentam-se no Quadro 5.7.
Quadro 5.7: Previsões de crescimento da população na Zona Alta da bacia de Alcântara.
Ano População (hab) Tg (%)
2011 201160 -
2030 208951 0.20
2050 212321 0.08
As densidades populacionais médias na Zona Alta de Alcântara, para cada quarteirão pertencente à
BGRI (Base Geográfica de Referenciação da Informação) e segundo os dados dos Censos 2001,
representam-se na Figura 5.11.
Figura 5.11: Densidades populacionais médias por quarteirão da BGRI, segundo os dados do Censos 2001 (ENGIDRO e HIDRA 2007a).
66
A BGRI é um sistema de referenciação geográfica, apoiado em ortofotocartografia sob a forma digital,
resultado da divisão da área das freguesias em pequenas unidades territoriais estatísticas (Instituto
Nacional de Estatística 2012).
Depois de expostos os dados de população na zona em estudo, segue-se para a apresentação das
capitações. No concelho de Lisboa são atualmente consumidos cerca de 59 hm3 de água por ano,
sendo o sector doméstico responsável por 50% deste valor, seguido pelo comércio e indústria (23%)
e pelos serviços (15%) (ENGIDRO e HIDRA 2007a).
A capitação média doméstica no concelho de Lisboa é de cerca de 130 l/hab/dia, sendo que se prevê
uma estabilização do valor em 145 l/hab/dia, a partir de 2025 (ENGIDRO e HIDRA 2007a).
Relativamente à capitação equivalente do consumo comercial, industrial e de serviços admitem-se
valores inferiores a 200 l/hab/dia.
5.6. Rede de drenagem
O sistema de drenagem da cidade de Lisboa é muito diversificado e complexo. Existem núcleos de
zonas unitárias, separativas e pseudo-separativas, sendo que em alguns casos as redes separativas
são intercaladas com unitárias. Identificam-se três tipos de redes distintos, nomeadamente
ramificadas, malhadas, e pseudo-malhadas. Há ainda uma grande variedade nos tipos de secção e
nos materiais usados, que variam entre alvenaria de pedra, tijoleira, betão, PVC (Policloreto de Vinil)
ou PEAD (Polietileno de Alta Densidade). Os coletores apresentam idades muito distintas e as
ligações e intersecções são pouco claras, o que dificulta a compreensão do funcionamento integrado
das redes. Por fim, é de referir a complexidade acrescida pela contribuição de efluentes provenientes
de concelhos vizinhos (como Amadora e Oeiras) e a influência da maré, nas zonas ribeirinhas. A
diversidade de infraestruturas que integram o sistema contribui também para a sua elevada
complexidade – destacam-se os descarregadores (de ligação, de tempestade), as diversas
instalações elevatórias (as principais são cerca de uma dezena), as estruturas especiais (como
transições de secção) e válvulas de maré.
A estação de tratamento que serve a bacia em estudo é a ETAR de Alcântara, atualmente a maior
ETAR coberta do país, localizada na Av. De Ceuta (Figura 5.12).
Figura 5.12: Imagem ilustrativa da cobertura exterior da ETAR de Alcântara [www.adp.pt].
67
Apesar de ter sido projetada para um caudal máximo de aproximadamente 4.5 m3/s, caudal médio
afluente à ETAR em tempo seco é pouco superior a 1.0 m3/s (ENGIDRO e HIDRA 2007a). Em 2006
iniciou-se um projeto de adaptação e ampliação da ETAR, com o principal objetivo de melhorar o
nível de tratamento das águas residuais e requalificar a paisagem e o ambiente na zona envolvente.
Refira-se ainda que atualmente a população servida pela ETAR de Alcântara ronda os 756 mil
habitantes.
Caneiro de Alcântara
Atualmente, o sistema de Alcântara é maioritariamente unitário, embora existam alguns troços de
rede separativa, construídos recentemente. O comprimento total de coletores é de cerca de 250 km e
estima-se que o sistema sirva cerca de 254 000 habitantes equivalentes13
. Como referido
anteriormente, o Caneiro de Alcântara corresponde à canalização da Ribeira de Alcântara, principal
linha de água da bacia hidrográfica em estudo e a mais longa da região de Lisboa. De seguida
descrevem-se algumas das características mais relevantes do Caneiro.
O Caneiro de Alcântara tem início no Casal de S. Brás (Amadora) e apresenta uma extensão de
aproximadamente 13 km até ao ponto de descarga no Rio Tejo, junto à Doca de Santo Amaro
(Alcântara, Lisboa). É possível distinguir quatro ramos distintos na estrutura principal do Caneiro
(Figura 5.13): ramo de Benfica-Campolide, ramal das Avenidas-Novas, ramo Campolide-Alcântara e o
troço Marítimo (ENGIDRO e HIDRA 2007a). A Zona Alta inclui apenas a extensão do Caneiro a
montante da ETAR de Alcântara e abrange os dois primeiros ramos e parte do ramo de
Campolide-Alcântara.
Figura 5.13: Representação esquemática dos ramos principais do Caneiro de Alcântara. Adaptada de ENGIDRO e HIDRA (2007a).
Refira-se que é comum designar por braço da Falagueira o troço do Caneiro pertencente ao concelho
da Amadora, sendo o termo “Caneiro de Alcântara” aplicado apenas ao trecho situado no concelho de
13
Habitante equivalente representa a carga orgânica biodegradável com uma carência bioquímica de oxigénio de 60 g/dia.
68
Lisboa (Figura 5.14). Existe ainda um outro troço no concelho da Amadora afluente ao Caneiro de
Alcântara ao qual se dá o nome de Caneiro da Damaia, retratado na Figura 5.15.
Figura 5.14: Caneiro da Falagueira Figura 5.15: Caneiro da Damaia
Em geral, os perfis longitudinais dos troços do Caneiro de Alcântara são constituídos por trainéis com
0.0058 m/m de inclinação, sendo os desníveis entre trainéis vencidos por rampas de transição com
0.10 m/m de inclinação. Ao longo de todo o traçado existem galerias de acesso que não só permitem
a passagem de serviços de manutenção e conservação, como também drenam os caudais de
coletores e linhas de água existentes. As galerias de acesso apresentam uma secção em abóbada
semicircular de 1500 mm de diâmetro e uma altura livre interior de 2 m na crista da abóbada.
A drenagem de água de infiltração com origem nos aluviões da zona é feita através de dois drenos de
betão, de 500 mm de diâmetro, com juntas secas envoltas em enrocamento e com capacidades
máximas de 540 l/s (Galvão et al. 2006). Em 2006 existiam informações da CML que indicavam um
elevado nível de assoreamento.
Em praticamente toda a extensão observa-se uma secção transversal “tipo Caneiro” (ilustrada na
Figura 5.16), composta por um arco parabólico de 0.45 m de espessura, assente em maciços de
encontro que transmitem as cargas às fundações. A soleira do Caneiro de Alcântara é uma estrutura
independente da secção superior e possui uma caleira central para escoamento das águas residuais
de tempo seco (à exceção do troço final do Caneiro, que não dispõe de soleira).
Figura 5.16: Secção Tipo Caneiro.
Relativamente à secção útil do Caneiro, esta é constituída por uma caleira inferior com 0.75 m de
altura, por uma secção intermédia aproximadamente retangular e uma cobertura de perfil parabólico.
No trecho a seguir à estação de comboios de Campolide, a altura total da secção é de 5.15 m e a
largura máxima de 8 m. Em geral, a curva central da caleira permite o transporte de cerca de 2 m3/s,
69
sendo que a totalidade da caleira permite a passagem de um caudal de cerca de 5 m3/s. Em tempo
seco é possível circular nas duas faixas laterais e proceder à limpeza ou inspeção da tubagem.
Nas secções transversais do tipo Caneiro, a estrutura é construída em betão simples. Apesar ser a
solução dominante, existem também troços em alvenaria de pedra e em betão armado, onde são
adotados outros tipos de secção transversal. Salienta-se o exemplo dos troços próximos de
travessias da CP (Comboios de Portugal), onde o Caneiro é construído em alvenaria e apresenta
uma secção habitualmente designada por “secção tipo CP”. Nas rampas entre trainéis, o betão é
reforçado (600 kg de cimento por metro cúbico) e existe um reboco em argamassa com 1 cm de
espessura.
Ao longo dos últimos anos, têm sido identificados vários problemas estruturais no Caneiro de
Alcântara. Para além de se tratar de uma estrutura antiga e complexa, há zonas em que os níveis de
sobrecarga sobre o Caneiro são atualmente muitos superiores àqueles para os quais as paredes
foram dimensionadas. Acresce ainda o facto de o Caneiro de Alcântara estar soterrado em zonas
extremamente sensíveis, nomeadamente sob estruturas viárias e ferroviárias importantes.
Os problemas estruturais do Caneiro têm causado acidentes preocupantes e que denunciam a
existência de um elevado risco social, económico e ambiental. Em 25 de Novembro de 2003, por
exemplo, ocorreu um colapso junto da estação de comboios de Campolide que levou à queda de um
autocarro para o interior do Caneiro (Figura 5.17). Em Dezembro do mesmo ano ocorreu um
abatimento do Caneiro de Alcântara junto ao Bairro da Liberdade, em Campolide (Figura 5.18).
Figura 5.17: Pormenor do autocarro caído no interior do Caneiro
Figura 5.18: Abatimento do Caneiro no Bairro da Liberdade
A Câmara Municipal de Lisboa tem vindo a fazer algumas intervenções para reabilitação do Caneiro
de Alcântara (ENGIDRO e HIDRA, 2007a). Na zona de Campolide (onde ocorreram os dois acidentes
referidos), o Caneiro foi devidamente reparado e não deverá apresentar, atualmente, um elevado
risco de colapso.
Antes de terminar o presente capítulo, apresentam-se algumas fotografias e desenhos (Figuras 5.19
a 5.25) relativos ao Caneiro de Alcântara, retirados de ENGIDRO e HIDRA (2007a).
70
Figura 5.19: Confluência entre o ramo de Campolide Benfica e o Ramal Av. Novas.
Figura 5.20: Aqueduto da Estação C.P. (Campolide).
Figura 5.21: Quedas no interior do Caneiro, junto à Estrada Militar.
Figura 5.22: Rampa sob a estação de Campolide.
Figura 5.23: Soleira abatida na zona de Campolide. Figura 5.24: Assoreamento do Caneiro na Rua Garridas.
Figura 5.25: Perfis do projeto do Caneiro de Alcântara (secção tipo Caneiro). Adaptada de ENGIDRO e HIDRA (2007a).
71
6. Avaliação de infiltração no sistema de Alcântara
6.1. Considerações iniciais
No Capítulo 4 foram descritas três metodologias para estimar a infiltração, por ordem crescente de
complexidade. Neste capítulo pretende-se expor a aplicação de duas das metodologias referidas ao
caso de estudo anteriormente descrito, o Caneiro de Alcântara.
Primeiro apresenta-se a análise do caudal na bacia e estudam-se os mínimos e as variações horárias
e mensais (nível I). Depois, são analisados os dados de CQO e isótopos, ambos obtidos numa
campanha decorrida entre 22 e 24 de Julho e cujo relatório e descrição se encontra no Anexo V.
Apresentam-se estimativas para a infiltração com base no que foi descrito no modelo de nível II.
6.2. Aplicação do modelo de nível I
6.2.1. Considerações iniciais
Paralelamente a esta dissertação foi feito um estudo do comportamento dos caudais no Caneiro de
Alcântara, com o principal objetivo de obter padrões de tempo seco que ajudem à compreensão do
funcionamento do sistema de drenagem e na estimativa do caudal infiltrado (Anexo I).
Os registos de caudal usados foram cedidos pela SIMTEJO e são referentes à secção ALC200 do
Caneiro de Alcântara, localizada junto à entrada da ETAR (Figura 6.1).
Figura 6.1: Localização em planta do ponto de medição ALC200 e da ETAR de Alcântara [GoogleEarth].
Avaliaram-se registos ao longo do período de um ano, de 01/07/2012 a 30/06/2013, com medições
espaçadas de 5 minutos. Verificou-se que existiam alguns dias sem qualquer registo de caudal
(provavelmente devido a problema com o equipamento), pelo que o número total de dias disponíveis
para análise foi de 358.
72
Numa primeira fase, considerou-se a conversão dos registos em caudais médios horários. No
entanto, foi feito um pequeno estudo no qual se verificou que o nível de rigor deveria ser superior,
principalmente porque se pretende captar pequenas variações do caudal no período noturno
(Anexo I). Assim, optou-se por usar valores do caudal médio em cada 15 minutos.
A definição de tempo húmido, tempo de transição e tempo seco seguiu o sugerido no subcapítulo 4.1.
Uma vez que não foi possível aceder a registos de precipitação dentro da bacia, foram usados os
valores obtidos em zonas próximas. Para os meses do ano de 2012 foram usados registos de
precipitação de três postos udométricos diferentes: Pontinha, Beirolas e Instituto D. Luíz. O valor de
precipitação diária considerado foi o maior dos registados em cada posto, por razões conservativas.
Note-se que este valor poderá não corresponder à precipitação que ocorreu sobre a bacia em estudo,
mas deverá ser próximo. Como se pretende apenas selecionar os dias de tempo seco ao longo do
período em análise, não se considerou necessário aplicar um modelo mais rigoroso para estimar a
precipitação na bacia (como por exemplo o método de Thiessen, sugerido no subcapítulo 4.4 para o
sistema de modelos de nível III).
Para o ano de 2013 não foi possível ter acesso ao registo de dados nos postos da Pontinha e
Beirolas, pelo que foram apenas usados os do Instituto D. Luíz. Consideraram-se como dias húmidos
todos aqueles em que a precipitação registada foi igual ou superior a 0.25 mm. Foram analisados os
caudais dos dois dias seguintes a cada dia de tempo húmido e, como se concluiu que a influência da
precipitação apenas se faz sentir nas horas imediatamente após o evento, considerou-se razoável
admitir um tempo seco-transição de um dia (Anexo I). Com base nestas definições, o período em
análise ficou dividido conforme apresentado Quadro 6.1, contabilizando-se 208 dias de dados de
tempo seco disponíveis para análise.
Quadro 6.1: Divisão do número de dias de tempo húmido, seco-transição e seco na bacia em estudo, para o período em análise.
Classificação do tempo Número de dias
Húmido 111
Seco-Transição 39
Seco 208
Com os registos de caudal médio em 15 minutos ao longo dos 208 dias de tempo seco obteve-se um
padrão diário, apresentado Figura 6.2. e tabelado no Anexo II. Verifica-se que o caudal se mantém
praticamente constante ao longo do dia (rondando o valor de 1.20 m3/s), variando apenas durante o
período noturno, onde sofre um decréscimo significativo. O valor mínimo apresentado no padrão é de
1.06 m3/s e ocorre às 04:45 h, mas pode definir-se uma envolvente de caudais mínimos entre as
01:00 h e as 07:30 h. Apesar de não ser muito marcado, o caudal máximo regista-se às 10:45 h,
tomando o valor de 1.25 m3/s.
A diminuição do caudal no período noturno era espectável e traduz os hábitos da população – as
descargas domésticas diminuem a partir das 22:00 h, mas só mais tarde é que esse efeito começa a
ser sentido na secção ALC200. Estima-se que o tempo de concentração natural da bacia seja de 6 a
73
8 horas, pelo que as descargas feitas na zona do concelho da Amadora, ou em outras zonas mais
distantes da ETAR, podem demorar algumas horas a percorrer o sistema. Por outro lado, a partir das
07:00 h começa novamente a aumentar o caudal descarregado na rede, devido à rotina e aos hábitos
de higiene da população (banhos, etc.). O efeito das descargas próximas da secção em estudo é
sentido quase imediatamente, pelo que o caudal começa a aumentar mais rapidamente a partir das
07:30 h.
Figura 6.2: Padrão diário do caudal médio de 15 minutos, na secção ALC200.
Foi feita uma análise estatística para tentar perceber se o conjunto dos caudais registados a uma
dada hora seguia uma distribuição normal, log-normal, Pearson III ou Gumbel. No entanto, não se
verificou nenhuma correlação.
Uma análise mais detalhada dos mínimos diários é apresentada na Figura 6.3, onde se verifica que é
tipicamente entre as 02:00 h e as 07:30 h (aproximadamente) que afluem à ETAR os caudais
mínimos.
Figura 6.3: Distribuição dos caudais mínimos diários, por hora.
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
1.60
0:00 6:00 12:00 18:00 0:00
QT (
m3/s
)
Tempo (h)
0%
2%
4%
6%
8%
10%
12%
00:0
0
01:0
0
02:0
0
03:0
0
04:0
0
05:0
0
06:0
0
07:0
0
08:0
0
09:0
0
10:0
0
11:0
0
12:0
0
13:0
0
14:0
0
15:0
0
16:0
0
17:0
0
18:0
0
19:0
0
20:0
0
21:0
0
22:0
0
23:0
0
Pe
rce
nta
ge
m d
e m
ínim
os
re
gis
tad
os
Tempo (h)
74
O padrão diário do caudal de tempo seco varia mensalmente, conforme mostra a Figura 6.4. Os
padrões dos meses de Junho, Agosto, Setembro, Outubro, Novembro e Março estão, em média,
abaixo do padrão anual (os restantes seis meses estão acima). Se por um lado o período de férias
poderia justificar o baixo caudal em Junho e Agosto, por outro verifica-se que no mês de Julho o
caudal médio é dos mais elevados. A nível da infiltração, pode-se colocar a hipótese dos caudais
serem superiores nos meses tipicamente chuvosos (dezembro, janeiro, fevereiro) devido ao nível
freático estar mais elevado e haver consequentemente um caudal acrescido pela infiltração das
águas subterrâneas.
Figura 6.4: Padrões diários mensais do caudal médio de 15 minutos e padrão anual, na secção ALC200.
6.2.2. Estimativa da infiltração
Apresenta-se de seguida a aplicação do modelo de nível I ao caso de estudo do Caneiro de
Alcântara.
Usaram-se os dados de caudal médio de 15 minutos medidos na secção ALC200 ao longo de
208 dias de tempo seco. Para aplicar o nível I, selecionaram-se três dos valores característicos da
série de caudais analisados, nomeadamente o mínimo, a média e o máximo (Quadro 6.2). Para os
primeiros dois parâmetros consideram-se todos os valores registados, ou seja, obteve-se o caudal
mínimo absoluto e o valor médio global. No entanto, verificou-se que o caudal máximo absoluto era
demasiado elevado (superior a 3 m3/s) e correspondia a uma situação pontual e não representativa.
Optou-se então por adotar, para o caudal de ponta, o valor máximo dos caudais médios mensais em
cada 15 minutos, apresentados na Figura 6.4.
Quadro 6.2: Valores mínimo, máximo e médio do caudal total de tempo seco adotados para a bacia de Alcântara.
(m3/s) (m
3/s) (m
3/s)
0.40 1.33 1.19
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
1.10
1.20
1.30
1.40
0:00 6:00 12:00 18:00 0:00
QT (
m3/s
)
Tempo (h)
jul/12
ago/12
set/12
out/12
nov/12
dez/12
jan/13
fev/13
mar/13
abr/13
mai/13
jun/13
padrão
75
Aplicando a equação (4.4) ao número de habitantes servidos pelo sistema de drenagem apresentado
(201160 hab, conforme apresentado no subcapítulo 5.5), obtém-se um fator de ponta máximo igual a
1.63.
Conhecendo os dados de caudal e o referido fator de ponta, aplicou-se o sistema de equações (4.6) e
obteve-se uma solução impossível, tal como se tinha previsto no subcapítulo 4.2. Esta situação faz
com que se questione a validade da equação (4.4) e a aplicabilidade do próprio conceito de fator de
ponta.
Alternativamente, e seguindo o nível I, desprezaram-se os cálculos do sistema (4.6) e prosseguiu-se
o estudo da infiltração com a análise dos caudais mínimos. Considerando a situação extrema de o
caudal de infiltração ser igual ao caudal mínimo, ou seja, de o fator de ponta mínimo ser nulo,
obtiveram-se os resultados apresentados no Quadro 6.3.
Quadro 6.3: Caudal médio de águas residuais, fator de infiltração e fator de ponta máximo para a situação hipotética de o caudal infiltrado ser igual ao caudal mínimo.
(-) (-) (m3/s) (m
3/s)
0.50 1.17 0.40 0.79
O fator de ponta apresentado no Quadro 6.3 mostra a inviabilidade da aplicação da equação (4.4) ao
presente caso de estudo. O valor obtido através da referida equação, 1.63, seria fisicamente
impossível, uma vez que ultrapassa o fator de ponta correspondente ao cenário de infiltração
máxima.
Seguindo o procedimento descrito em 4.2, adotou-se um valor diferente de zero para o fator de ponta
mínimo e calculou-se o caudal de médio de infiltração através da equação (4.7). No Quadro 6.4
apresentam-se os resultados da aplicação do nível I ao caso de estudo do Caneiro de Alcântara.
Quadro 6.4: Resultados da aplicação do nível I ao caso de estudo do Caneiro de Alcântara.
(-) (-) (m3/s) (m
3/s)
0.35 0.10 0.31 0.88
Tal como sugerido em ENGIDRO e HIDRA (2007b), considerou-se um fator de ponta mínimo de 0.10
e obteve-se uma fração de infiltração de cerca de 35%. Consequentemente, o caudal médio de
infiltração, obtido em condições de tempo seco no Caneiro de Alcântara, foi de aproximadamente
0.31 m3/s. Este resultado traduz o caudal de infiltração que atravessou, em média, a secção ALC200
ao longo dos 208 dias de tempo seco analisados. Devido à localização desta secção (a jusante da
bacia), o valor obtido pode ser indicativo do volume total infiltrado na Zona Alta do sistema de
Alcântara. Para além do caudal de infiltração e dos outros parâmetros atrás referidos, obteve-se
ainda o caudal médio de águas residuais em tempo seco (excluindo a infiltração), 0.88 m3/s.
76
Antes de concluir este subcapítulo, salientam-se alguns dos fatores que podem condicionar o rigor
dos resultados do método de nível I. A aplicação das equações de análise de caudal só é possível se
for assumido, a priori, um valor para o fator de ponta máximo ou para o fator de ponta mínimo. No
presente caso de estudo, a escolha da primeira hipótese ficou comprometida devido à inadequação
da equação (4.4). Assim, o caudal de infiltração foi calculado pressupondo que o fator de ponta
doméstico mínimo seria igual a 0.10. No entanto, e apesar de esta ser uma hipótese menos incerta
do que a primeira, este valor não pode ser comprovado apenas através da análise de séries de
caudais, e isso pode tornar poucos rigorosos os resultados do nível I.
Esta metodologia considera apenas o cenário de tempo seco, pelo que o caudal de infiltração obtido
é pouco conservativo. Os dias de chuva excluídos da análise podem ser pontuais e intervalados com
dias de tempo seco, mas também podem estar concentrados, nomeadamente nos meses de Inverno.
Em Alcântara, dos 208 dias de tempo seco analisados, apenas 3 se registaram no mês de Março e 7
no mês de Novembro, por exemplo. Nestes dois meses, claramente marcados pela ocorrência de
precipitação, os níveis freáticos provavelmente estavam mais elevados e, consequentemente, o
caudal infiltrado pode ter sido superior.
Destaca-se, por fim, a falta de rigor associada ao desconhecimento da origem e do tipo de afluências.
Uma vez que a análise da infiltração se baseia apenas nos caudais registados, qualquer descarga
voluntária de efluentes na rede de drenagem afeta os resultados obtidos. A análise de registos num
período mais alargado, nomeadamente de vários anos, poderá ajudar a conhecer melhor o
comportamento padrão do sistema de drenagem e a reconhecer situações pontuais e excecionais.
Ainda assim, e principalmente em bacias tão complexos como a de Alcântara, o rigor do modelo de
nível I será sempre reduzido.
6.3. Aplicação do modelo de nível II
6.3.1. Considerações iniciais
No subcapítulo anterior obteve-se uma estimativa para a infiltração média na Zona Alta da bacia de
Alcântara com base em registos de caudal. Agora, e com base na metodologia de nível II
apresentada no subcapítulo 4.3, pretende-se melhorar a estimativa anterior através da aplicação do
método dos isótopos.
Os valores de razão isotópica analisados neste subcapítulo foram obtidos numa campanha de
recolha que teve lugar na Zona Alta da bacia de Alcântara, ao longo de três dias de Verão. A
campanha foi realizada no âmbito do projeto Avaliação de caudais de infiltração na Zona Alta de
Alcântara, incluindo contribuições dos Caneiros da Falagueira e Damaia, na Amadora, uma prestação
de serviços do IST, através da ADIST (Associação para o Desenvolvimento do Instituto Superior
Técnico), à SIMTEJO.
A campanha teve lugar nos dias 22, 23 e 24 de Julho e consistiu na recolha de amostras de água
freática, residual e potável em diversos locais dos concelhos da Amadora e Lisboa, para posterior
77
medição da razão isotópica , em laboratório. Foram ainda recolhidas amostras para análise da
CQO e foram medidos, in situ, os parâmetros de temperatura, pH, potencial redox, oxigénio dissolvido
e condutividade. As análises de razões isotópicas foram levadas a cabo pela Stable Isotopes and
Instrumental Analysis Facility (SIIAF), pertencente ao Centro de Biologia Ambiental da Faculdade de
Ciências da Universidade de Lisboa (FCUL). A CQO foi analisada em dois laboratórios diferentes:
Laboratório de Análises Químicas do Instituto Superior Técnico (águas freáticas) e laboratório da
SIMTEJO (águas residuais). Refira-se que nem todos os dados obtidos na campanha foram utilizados
nesta dissertação. Apesar de se terem feito recolhas em duas outras secções da rede de drenagem
(Falagueira e Damaia), serão apenas usados os resultados obtidos no Caneiro de Alcântara,
fundamentalmente por questões de sigilo, exigidas pela SIMTEJO.
Os resultados obtidos na campanha de 22 a 24 de Julho referem-se apenas ao período de Verão, e
devem ser futuramente complementados com os de uma segunda campanha, a realizar em tempo de
Inverno (fora do âmbito desta dissertação).
Por fim, salienta-se que a decisão de realizar uma campanha de amostragem na Zona Alta da bacia
de Alcântara, para posterior aplicação do método dos isótopos, só foi tomada porque se sabia, a
priori, que o valor da razão do aquífero local era distinto do valor característico da água potável
distribuída na bacia. Em 2007 foi realizado um pequeno estudo experimental que comprovou esta
diferença, tornando-se desnecessário proceder, neste caso de estudo, a uma pré-campanha.
6.3.2. Descrição da campanha de recolha de amostras
Nos próximos parágrafos descrevem-se os detalhes práticos da campanha realizada nos dias 22, 23
e 24 de Julho. Apresentam-se os locais de recolha, o número de amostras recolhidas e a sua
distribuição horária, e explicam-se ainda os procedimentos adotados em cada local.
6.3.2.1. Locais e número de amostras
Foram recolhidas amostras em seis pontos distintos da bacia: para além das amostras de águas
residuais totais14
, recolhidas no Caneiro de Alcântara (junto à entrada da ETAR), foram recolhidas
amostras em cinco outros pontos, dos quais três correspondem a origens de água freática e dois a
origens de água potável. A localização dos pontos e a sua descrição encontra-se no Quadro 6.5 e na
Figura 6.5.
A análise da razão isotópica foi prevista em todos os locais descritos no Quadro 6.5, tendo-se
recolhido um total de cinquenta e seis amostras ao longo dos três dias de campanha (catorze de
águas residuais, vinte de água potável e vinte e duas de águas freáticas). Simultaneamente,
recolheram-se amostras para análise de CQO em todos os locais exceto AP1, AP2 e AF3 (os dois
primeiros porque se esperam valores nulos de CQO na água potável e o último por se tratar de uma
secção experimental, que não tinha sido incluída no plano inicial).
14
O termo água residual total refere-se a toda a água que circula no caneiro, e não apenas à componente de água residual
doméstica e/ou industrial.
78
Quadro 6.5: Identificação dos locais de medição da campanha de 22 a 24 de Julho (2013).
Origem Local Morada
Água residual (total)
Caneiro de Alcântara CANETAR ETAR de Alcântara (Av. De Ceuta), Lisboa
Água potável (rede)
Bebedouro (Parque Aventura) AP1 Estrada da Falagueira, Amadora
Torneira (ETAR de Alcântara) AP2 ETAR de Alcântara (Av. De Ceuta), Lisboa
Água freática
Nascente da R. da Fonte dos Passarinhos
AF1 Rua Fonte dos Passarinhos, Amadora
Nascente do Jardim da Mina AF2 Praceta do Jardim da Mina, Amadora
Linha de água do Parque Aventura (Belas/aqueduto)
AF3 Estrada da Falagueira, Amadora
Figura 6.5: Localização dos pontos de recolha de amostras na bacia.
Por motivos principalmente logísticos, o horário, duração, a distribuição temporal e o tipo de recolhas
não foram iguais em todos os dias, como mostra o planeamento apresentado no Anexo IV. No
primeiro dia de campanha (22 de Julho), entre as 09:00 e as 17:00 h foram recolhidas quatro
amostras em horas diferentes, em todos os locais exceto em AF3 (onde apenas se fizeram duas
recolhas). No dia seguinte (23 de Julho) recolheram-se sete amostras de águas residuais e dez
amostras em cada local de águas freáticas e potável, ao longo de doze horas (05:00 às 17:00 h). No
último dia de campanha (24 de Julho) fizeram-se três recolhas de águas residuais e apenas uma de
água potável e água freática (em cada ponto), entre as 05:00 e as 09:00 h.
6.3.2.2. Procedimentos de recolha de amostras
Os métodos de recolha dependeram do tipo de água e das condições de cada local. No ponto
CANETAR, a falta de condições de segurança não permitiu descer até ao Caneiro, pelo que se usou
um recipiente pequeno, acoplado a uma vareta comprida, para retirar um volume de água e trazê-lo à
79
superfície. Depois, retiraram-se desse recipiente as amostras para análise de isótopos e CQO.
Apesar da dificuldade de acesso humano, foi possível mergulhar a sonda diretamente dentro do
Caneiro.
Na nascente da R. da Fonte dos Passarinhos (AF1) também se usou um copo com braço extensível
para trazer a água para a superfície, não tendo sido preciso descer a câmara de visita.
Recolheram-se as amostras e mergulhou-se a sonda nesse mesmo copo. A recolha ainda foi mais
fácil no jardim da Mina (AF2), onde não foi preciso recorrer a nenhum instrumento porque a água se
encontrava muito próxima da superfície. Optou-se apenas por tamponar o canal de saída da água
(em cada medição) para forçar a subida do nível e permitir uma submersão mais eficaz da sonda
(Anexo V, Figura A V-5).
As características dos locais AP1, AF3 e AP2 (bebedouro, torneira da ETAR e linha de água do
Parque Aventura, respetivamente) não permitiram a recolha direta da fonte. Nos primeiros dois casos
optou-se por encher um copo, e dele recolher as amostras para análise de isótopos e CQO. No caso
do ponto AP2, depois de se deixar correr a água da torneira durante um certo tempo, tapou-se o
sifão, encheu-se o lavatório e recolheram-se as amostras.
Entre todas as utilizações do balde, copo e sonda, teve-se o cuidado de os enxaguar com água
potável. Antes da recolha de cada volume de água (no ponto CANETAR, por exemplo), também se
encheu e esvaziou o recipiente uma vez, antes da recolha definitiva. Outro aspeto que foi tido em
consideração foi a colocação da sonda no balde/copo apenas depois de serem recolhidas as
amostras. Refira-se que em todas as recolhas foram registados os parâmetros medidos pela sonda
paramétrica (Anexo V), exceto na primeira recolha feita no ponto CANETAR (devido a dificuldades
logísticas).
O procedimento adotado na recolha das amostras para análise da razão isotópica baseou-se nas
indicações da SIIAF: retirou-se um pequeno volume de água com uma seringa e, usando um filtro
descartável, filtrou-se a amostra in situ, para dentro de um tubo Eppendorf (com o cuidado de o
encher até cima). De seguida apresentam-se duas fotografias tiradas na campanha, onde se vê a
utilização da seringa e filtro (Figura 6.6) e a medição com a sonda paramétrica (Figura 6.7).
Figura 6.6: Recolha de uma amostra para análise de isótopos no ponto AF1.
Figura 6.7: Medição com a sonda paramétrica no ponto AP1.
80
6.3.3. Apresentação e análise de resultados
6.3.3.1. Notas iniciais
Nos subcapítulos seguintes apresentam-se e discutem-se os principais resultados obtidos pela
aplicação do método de nível II, sendo proposto um intervalo de valores para a infiltração no Caneiro
de Alcântara. Primeiramente, os resultados são analisados sob dois pontos de vista: por ponto de
medição e por fonte de água. Depois, e com base nessa análise, é estudada a infiltração na secção
CANETAR.
Antes de prosseguir, é preciso referir que um dos pontos de amostragem, AF1, não pôde ser
considerado na análise de infiltração. Os resultados das análises de CQO mostraram que esta água
estava altamente contaminada com matéria orgânica (Anexo V), não podendo por isso ser usada
como valor de referência para águas freáticas. Assim, consideraram-se apenas dois pontos de águas
freáticas, AF2 e AF3, dos quais apenas o primeiro é representativo (em número), uma vez que foram
apenas recolhidas duas amostras no ponto AF3 ao longo de toda a campanha.
6.3.3.2. Análise por ponto de medição
A primeira etapa da análise de resultados consistiu em verificar a coerência dos valores de
obtidos em cada ponto de medição, nos diferentes dias e horas da campanha. Pretendeu-se verificar
se existiam padrões horários ou diários e identificar possíveis outliers. Os resultados apresentam-se
nas Figuras 6.8. a 6.12 da página seguinte.
Verifica-se que não existe um padrão claro em nenhum dos pontos analisados, verificando-se apenas
uma coerência grande nos valores medidos no ponto AP1. Na secção CANETAR, os resultados
obtidos aproximadamente na mesma hora mas, em dias diferentes, apresentam grandes variações.
Destacam-se as diferenças dos valores da razão obtidos nos dias 22 e 23 e observa-se ainda a
existência de um outlier. Esse valor, correspondente à primeira medição do dia 22, será excluído da
restante análise. Relativamente às fontes de água potável, nos dois pontos (AP1 e AP2) verificou-se
que a razão isotópica medida no dia 22 foi inferior à medida no dia 23, em todas as amostras
analisadas. Não obstante, a irregularidade é maior no ponto AP2.
Com base no que foi acima referido sugere-se que, na análise da infiltração, seja usado o valor médio
da razão isotópica das fontes de água potável e freática, e não os valores pontuais. Para além das
vantagens práticas, esta hipótese tem alguma fundamentação física uma vez que se espera que a
razão das águas freáticas e águas potáveis seja praticamente constante no tempo. À
semelhança do que foi proposto por De Bénédittis e Bertrand-Krajewski (2004b), a fração de
infiltração pode ser calculada usando os valores “reais” de águas residuais, obtidos em cada amostra
recolhida, e os valores médios de águas freáticas e potáveis. Refira-se ainda que se estudaram duas
hipóteses: usar as médias diárias ou a média global dos três dias (Anexo V). Como não foram
recolhidas, em todos os locais, amostras ao longo dos três dias (no ponto AF3 só se recolheram
amostras no dia 22, por exemplo), optou-se pela segunda hipótese.
81
Figura 6.8: Valores de 18
O medidos no ponto AF2, ao longo dos dias 22, 23 e 24 de Julho.
Figura 6.9: Valores de 18
O medidos no ponto AF3, ao longo dos dias 22, 23 e 24 de Julho.
Figura 6.10: Valores de 18
O medidos no ponto AP1, ao longo dos dias 22, 23 e 24 de Julho.
Figura 6.11: Valores de 18
O medidos no ponto AP2, ao longo dos dias 22, 23 e 24 de Julho.
Figura 6.12: Valores de 18
O medidos na secção CANETAR, ao longo dos dias 22, 23 e 24 de Julho.
-6.0
-5.5
-5.0
-4.5
-4.0
-3.5
-3.0
4:30 7:30 10:30 13:30 16:30
1
8O
(‰
)
Hora
AF2
22/jul 23/jul 24/jul
-6.0
-5.5
-5.0
-4.5
-4.0
-3.5
-3.0
4:30 7:30 10:30 13:30 16:30
1
8O
(‰
)
Hora
AF3
22/jul
-7.0
-6.5
-6.0
-5.5
-5.0
-4.5
-4.0
4:30 7:30 10:30 13:30 16:30
1
8O
(‰
)
Hora
AP1
22/jul 23/jul 24/jul
-7.0
-6.5
-6.0
-5.5
-5.0
-4.5
-4.0
4:30 7:30 10:30 13:30 16:30
1
8O
(‰
)
Hora
AP2
22/jul 23/jul
-6.5
-6.0
-5.5
-5.0
-4.5
-4.0
-3.5
4:30 7:30 10:30 13:30 16:30
1
8O
(‰
)
Hora
CANETAR
22/jul 23/jul 24/jul
82
6.3.3.3. Análise por fonte de água
Depois de ter sido analisada a variação temporal das razões isotópicas medidas nesta campanha,
falta analisar a sua variação espacial. Não se esperava que existisse uma constância nos valores de
medidos no Caneiro de Alcântara (e por isso não se faz referência a essa origem de água neste
subcapítulo), mas esperava-se que isso acontecesse nos pontos de águas freáticas e potáveis.
Como mostra a Figura 6.13, as razões isotópicas medidas nas duas fontes de água freática (AF2 e
AF3) são muito semelhantes. Apesar da água do ponto AF3 ter origem numa nascente em Belas (fora
da bacia), tem uma razão isotópica muito semelhante à água freática medida no ponto AF2.
Considera-se assim razoável não distinguir as duas fontes (AF2 e AF3) e usar o valor médio de todas
as medições para estimar a infiltração. Em campanhas futuras não será necessário voltar a recolher
amostras nas duas fontes, bastando analisar de uma delas. Pode ser interessante, no entanto,
recolher amostras de águas freáticas noutros locais, de modo a verificar se o valor de é
constante em toda a área da bacia.
Figura 6.13: Comparação dos valores de 18
O medidos nas duas fontes de água freática nos dias 22, 23 e 24 de Julho de 2013.
Contrariamente ao que acontece com as águas freáticas, as razões isotópicas obtidas nos pontos
AP1 e AP2 denunciam uma variabilidade espacial que não era espectável. Sabendo que toda a água
distribuída na bacia em estudo tem a mesma origem (como foi referido no Capítulo 5), seria de
esperar que a razão isotópica medida em qualquer torneira ou fontanário (dentro da bacia) fosse
muito semelhante. No entanto, verifica-se que os valores de no ponto AP1 foram, em todas as
medições, superiores aos medidos no ponto AP2 (Figura 6.14). Apesar de poder parecer uma
diferença pequena (em média, 0.30‰), tem uma grande influência na estimativa da infiltração, uma
vez que a fração de infiltração ( ) é muito sensível a pequenas variações da razão .
Refira-se que se optou por apresentar, na Figura 6.14, a evolução da razão ao longo dos três
dias de campanha (e não em formato horário, como na Figura 6.13) porque se torna mais clara a
diferença entre os dois pontos de medição.
-5.0
-4.8
-4.6
-4.4
-4.2
-4.0
-3.8
-3.6
8:30 11:30 14:30 17:30
1
8O
(‰
)
Tempo (h)
AF3
AF2 (22/07)
AF2 (23/07)
AF2 (24/07)
83
Figura 6.14: Comparação dos valores de 18
O medidos nas duas fontes de água potável nos dias 22, 23 e 24 de Julho de 2013, e respetivo valor médio.
6.3.3.4. Estimativa da infiltração no Caneiro de Alcântara
A estimativa da infiltração na secção CANETAR do Caneiro de Alcântara foi feita através da aplicação
do método dos isótopos proposto por De Bénédittis e Bertrand-Krajewski (2004b), tal como descrito
no subcapítulo 4.2. O valor de medido nos pontos AF2 e AF3 serviu como valor de referência
para a componente de infiltração, δinf, e o medido nos pontos AP1 e AP2 serviu como valor de
referência para a componente de águas residuais, δAR. A razão isotópica obtida no Caneiro
(CANETAR) é a parcela total, representada por δT. O Quadro 6.6 apresenta as nomenclaturas que
passarão a ser usadas a partir deste ponto do trabalho.
Quadro 6.6: Relação entre os pontos de medição e a nomenclatura usada na aplicação ao método dos isótopos.
Origem Ponto de medição Nomenclatura
Potável AP1
δAR AP2
Freática AF2
δinf AF3
Residual “total” CANETAR δT
Relembrem-se ainda três considerações importantes, resultantes da análise feita até este
subcapítulo:
O ponto AF1 não foi incluído na análise da razão isotópica.
A primeira medição no ponto CANETAR (09:30 de dia 22 de Julho, 2013) foi excluída, uma
vez que se considera ser um outlier.
A razão isotópica obtida nas várias amostras de água potável e água freática foi convertida
em valores médios, independentes do dia, hora ou local de medição.
-6.0
-5.8
-5.6
-5.4
-5.2
-5.0
-4.8
-4.6
1
8O
(‰
)
Tempo (data e hora)
AP1
AP2
Média(AP1+AP2)
84
Seguindo a metodologia de nível II, começou-se por aplicar a equação (4.9) aos valores de
obtidos em cada amostra recolhida da secção CANETAR. Calculou-se, assim, a fração da infiltração
(relativamente ao caudal total) que atravessou essa secção num determinado instante. Depois,
aplicou-se a equação (4.10) para determinar o erro e verificar se o método dos isótopos podia ser
aplicado em todas as situações. Relembre-se que este método não deve ser aplicado em casos onde
a razão seja superior a 1 (De Bénédittis e Bertrand-Krajewski 2004b). Verificou-se que três das
amostras não cumpriam este critério, tendo-se optado pela exclusão destes valores da restante
análise. Esta decisão não se baseou cegamente no critério de De Bénédittis e Bertrand-Krajewski
(2004b), mas também na sua interpretação. As situações em que se obtém uma razão superior
a 1 correspondem a casos em que a infiltração estimada é muito reduzida, questionando-se assim a
validade da análise da razão isotópica.
Excluindo o outlier e os três casos acima referidos, obteve-se o cenário apresentado na Figura 6.15.
Figura 6.15: Valores de 18
O medidos na secção CANETAR, e valores médios de referência para águas residuais e infiltração.
Verifica-se que todos os valores medidos no Caneiro estão compreendidos entre os valores de
referência de água residual e de infiltração, o que valida a aplicação do método dos isótopos. No
entanto, e comparativamente com outros casos de estudo, os valores da razão isotópica das três
origens de água são muito próximos. Isto faz com que pequenas variações no valor de
conduzam a grandes variações no valor de estimado. Segundo a SIIAF, o erro associado à análise
isotópica em laboratório foi, neste caso, de 0.07‰. Uma margem de mais ou menos este valor em
cada medição de δT é suficiente para provocar uma variação de cerca de 7% no valor de . Existem
ainda outros fatores de erro associados à aplicação do método dos isótopos, que serão em parte
abordados no subcapítulo 6.4.
-6.5
-6.0
-5.5
-5.0
-4.5
-4.0
-3.5
1
80
(‰
)
Tempo (data e hora)
Total
Águas residuais
InfiltraçãoT
AR
inf
85
Relativamente aos resultados da Figura 6.15, refira-se ainda que se verifica que durante a
madrugada os valores de δT se afastam ligeiramente dos valores de δAR, o que poderá ser causado
pela redução das descargas de águas residuais domésticas nesse período.
Conhecidos os valores da fração de infiltração em vários instantes, basta multiplicá-los pelo caudal
total registado na secção CANETAR (no mesmo instante) para obter o caudal de infiltração. Uma vez
que não se teve acesso aos dados de caudal relativos aos dias 22, 23 e 24 de Julho a tempo da
entrega desta dissertação, utilizaram-se os valores do ano padrão, apresentados no nível I (Figura
6.4). Refira-se que o padrão corresponde à secção ALC200 (localizada junto ao Aqueduto das Águas
Livres) e não à secção onde foram recolhidas as amostras. Idealmente deveriam ser usados os
valores reais do caudal medido na secção CANETAR, nos instantes em que foram retiradas as
amostras. No entanto, como se trata de um trabalho académico e sendo as duas secções muito
próximas, considerou-se razoável recorrer a estes dados.
A Figura 6.16 mostra o padrão diário do caudal médio total registado na secção ALC200 (obtido com
dados de Julho de 2012 a Julho de 2013) e os valores estimados para o caudal de infiltração em cada
instante, ao longo dos dias 22, 23 e 24 de Julho.
Figura 6.16: Relação entre o caudal padrão na secção ALC200 e os caudais de infiltração medidos nos dias 22, 23 e 24 de Julho (2013).
A Figura 6.16 mostra que o caudal de infiltração não se manteve constante ao longo do tempo,
variando entre 0.18 e 0.61 m3/s. Também nos casos de estudo de Ecully e Rümlang, apresentados no
Capítulo 3, se tinha verificado o mesmo fenómeno (Figura 3.7 e Figura 3.8). Estes resultados
contrariam o que se expôs no Capítulo 2, onde se referiu que a infiltração de águas subterrâneas
deveria ser constante ao longo do tempo (Figura 2.3). As flutuações no caudal de infiltração poderão
dever-se à variação do nível de água no interior do coletor, à variação da posição do nível freático, à
descarga voluntária de águas subterrâneas (para drenagem de caves, por exemplo), ou a outras
descargas de origem desconhecida. Neste caso, como os valores obtidos se reportam a dias de
tempo seco (e de Verão), pensa-se que não terão ocorrido variações significativas na posição do
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
0:00 6:00 12:00 18:00 0:00
Q (
m3/s
)
Tempo (h)
Caudal total (padrão)
Infiltração (22/07)
Infiltração (23/07)
Infiltração (24/07)
86
nível freático. Dadas as características geométricas do Caneiro de Alcântara, também não se espera
que a variação do nível de água no Caneiro tenha tido uma influência relevante. Não obstante, o
caudal de infiltração que aflui à secção CANETAR pode entrar nos coletores em qualquer ponto do
sistema em alta de Alcântara, pelo que é difícil, sem proceder a um trabalho de análise mais
detalhado, encontrar motivos concretos para as variações apresentadas na Figura 6.16.
No Quadro 6.7 apresentam-se os parâmetros chave da aplicação da metodologia de nível II ao
presente caso de estudo, nomeadamente os valores de obtidos em cada amostra recolhida, o
respetivo fator de infiltração, a análise do erro associado a esse fator e, por fim, o caudal de
infiltração e o caudal de águas residuais (excluindo a infiltração). Cada linha do referido quadro
refere-se ao dia e à hora a que foi recolhida uma determinada amostra na secção CANETAR.
Excetuam-se os casos das razões isotópicas e , para as quais são apresentados valores
médios, e o caudal padrão, que não foi o registado no instante da recolha.
Quadro 6.7: Parâmetros utilizados na aplicação do nível II à secção CANETAR e resultados obtidos para cada instante de recolha de amostras na referida secção.
Data (dia e hora)
(‰) b b b/b Qpadrão Qinf QAR
AR* inf* (-) (-) (-) (m3/s) (m
3/s) (m
3/s)
22/7/13 16:00 -5.34 -4.38 -5.08 0.26 0.13 0.50 1.22 0.32 0.90
23/7/13 05:00 -5.34 -4.38 -5.04 0.31 0.13 0.42 1.06 0.33 0.73
23/7/13 06:00 -5.34 -4.38 -5.09 0.26 0.13 0.52 1.08 0.28 0.80
23/7/13 07:00 -5.34 -4.38 -5.08 0.27 0.13 0.50 1.15 0.31 0.85
23/7/13 09:30 -5.34 -4.38 -5.20 0.14 0.14 0.97 1.24 0.18 1.06
23/7/13 11:00 -5.34 -4.38 -5.15 0.20 0.14 0.68 1.24 0.25 0.99
23/7/13 14:00 -5.34 -4.38 -5.19 0.15 0.14 0.92 1.24 0.19 1.05
24/7/13 05:00 -5.34 -4.38 -5.02 0.33 0.13 0.39 1.06 0.36 0.71
24/7/13 06:00 -5.34 -4.38 -5.15 0.20 0.14 0.68 1.08 0.21 0.86
24/7/13 07:00 -5.34 -4.38 -4.83 0.53 0.13 0.24 1.15 0.61 0.54
*Valor médio
De forma semelhante ao apresentado anteriormente na Figura 3.7, apresenta-se na Figura 6.17 a
distinção entre a contribuição das componentes de infiltração e água residual para o caudal total, na
secção CANETAR. As colunas representam o resultado obtido em cada amostra recolhida, por ordem
horária (não considerando o dia, que vem referido entre parênteses). Os mesmos dados são
apresentados na Figura 6.18 sob a forma de um hidrograma que abrange um período entre as 05:00
e as 16:00 h. Na construção do referido hidrograma usou-se o valor médio dos resultados dos dias 23
e 24 de Julho para as 05:00, 06:00 e 07:00 horas.
87
Figura 6.17: Contribuição das componentes de infiltração e água residual para o caudal total que aflui à secção CANETAR. No eixo horizontal apresenta-se a hora e, entre parentises, o dia de Julho em que foi feita a medição.
Figura 6.18: Hidrograma que mostra a contribuição das componentes de infiltração e águas residuais para o caudal total que aflui à secção CANETAR.
Tal como tinha sido referido no Capítulo 4, o modelo de nível II garante algum rigor nos resultados,
mas permite obter apenas estimativas pontuais do caudal de infiltração. Os resultados apresentados
no Quadro 6.7 e nas Figura 6.17 e Figura 6.18 referem-se apenas ao volume de água infiltrada que
atravessou a secção CANETAR no instante em que foi recolhida cada amostra. Se as recolhas
tivessem sido horárias ou igualmente distribuídas ao longo dos dias (em intervalos de 4 ou 6 horas,
por exemplo), o valor médio dos caudais de infiltração representaria, de forma relativamente segura,
o caudal médio diário de infiltração. No entanto, e como mostra a primeira coluna do Quadro 6.7, as
recolhas feitas na campanha de 22 a 24 de Julho (e que foram posteriormente validadas pela análise
da incerteza) apresentam uma distribuição espacial considerável. Para além dos intervalos entre cada
recolha serem irregulares, há horas do dia em que se conhecem dois valores de (05:00, 06:00 e
07:00 h), horas em que existe apenas um (09:30, 11:00, 14:00 e 16:00 h), e um grande intervalo em
que não existe qualquer registo (entre as 16:00 h e as 05:00 h). Assim, a média dos caudais de
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
05:00(23)
05:00(24)
06:00(23)
06:00(24)
07:00(23)
07:00(24)
09:30(23)
11:00(23)
14:00(23)
16:00(24)
Q (
m3/s
)
Tempo (hora e dia)
Águas residuais
Infiltração
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
05:00 06:00 07:00 09:30 11:00 14:00 16:00
Q (
m3/s
)
Tempo (h)
Águas residuais
Infiltração
88
infiltração apresentados no Quadro 6.7 não descreve a infiltração média diária nos dias 22, 23 e 24
de Julho, mas apenas a média dos valores de caudal de infiltração correspondentes a cada amostra.
Apesar disso, e na ausência de dados que permitam corrigir o referido problema, optou-se por se
considerar o valor médio do caudal de infiltração.
Considerando o potencial fator de erro descrito no parágrafo anterior, apresentam-se no Quadro 6.8
os valores médios do caudal de infiltração e do caudal de tempo seco (de águas residuais, excluindo
a infiltração). Este segundo parâmetro foi obtido subtraindo ao caudal médio total em tempo seco
(obtido do padrão de caudais na secção ALC200) o caudal médio de infiltração. No mesmo quadro
apresenta-se a fração de infiltração em relação ao caudal total, , e em relação ao caudal de tempo
seco, .
Quadro 6.8: Valores médios do caudal total, caudal de infiltração e caudal de águas residuais e frações de infiltração obtidos pela metodologia de nível II, na secção CANETAR.
(m3/s) (m
3/s) (m
3/s) (-) (-)
1.19 0.30 0.89 0.34 0.25
Concluiu-se que o caudal médio de infiltração, obtido através da aplicação do método de nível II aos
valores de razões isotópicas medidos na campanha de 22, 23 e 24 de Julho, de 2013 foi de
0.30 m3/s. Esse valor corresponde a 34% do caudal de tempo seco (excluindo a infiltração) e a 25%
do caudal total, e pode ser adotado, à falta de dados que permitam uma estimativa melhor, como um
valor de referência para a infiltração média em tempo de Verão na secção CANETAR. Considerando
que esta é a secção mais a jusante da bacia, a estimativa obtida poderá também ser representativa
da infiltração total na Zona Alta da bacia de Alcântara.
É de salientar que os resultados apresentados no Quadro 6.8 são afetados pelo facto de não se
conhecer o caudal nos dias da campanha. Como os dados de caudal não se referem à mesma
secção nem ao mesmo período da campanha, optou-se por usar o caudal médio total do padrão e
não apenas a média dos valores de caudal em cada instante de recolha. Consequentemente, o
caudal de águas residuais e a fração apresentados no Quadro 6.8 não são iguais à média dos
valores do Quadro 6.7, apesar de serem semelhantes (Anexo V, Quadro A V-8).
Apesar dos caudais de infiltração obtidos apresentarem valores extremos muito dispersos (0.18 e
0.61 m3/s), verifica-se que a maioria dos registos se aproxima do valor médio. Por isso, em vez de só
se apresentar um valor médio de infiltração para a época de Verão, entendeu-se apresentar um
intervalo no qual se incluem 90% dos valores registados. Assim, pode-se admitir que o caudal total
infiltrado na Zona Alta da bacia de Alcântara, em tempo de Verão, assume um valor provável entre
0.18 e 0.36 m3/s (face à condição de 90% destes valores se “encaixarem” nesse intervalo), como
mostra a Figura 6.19.
89
Figura 6.19: Caudais de infiltração medidos na secção CANETAR em diversos instantes dos dias 22, 23 e 24 de Julho (2013), valor médio e limites superior e inferior.
Depois de estimados os caudais de infiltração, e seguindo o nível II, deveria ser calculado o erro
associado a cada caudal, através da equação (4.11). No entanto, como não se estão a usar os dados
reais de caudal, e uma vez que o erro do caudal total ( ) é muito elevado (porque os valores dos
caudais usados para construir o padrão são muito dispersos), considerou-se que a análise do erro do
caudal infiltrado não teria sentido, neste caso.
6.4. Potencialidade da aplicação do sistema de modelos de nível III
A construção de um modelo de simulação bem calibrado é um processo que exige um grande
investimento de tempo e de recursos humanos e financeiros, pelo que não seria viável fazê-lo no
âmbito desta dissertação. No entanto, faz-se nos próximos parágrafos uma breve referência à
potencialidade da aplicação do nível III ao caso de estudo.
A aplicação do nível III ao sistema de drenagem de Alcântara é possível, mas extremamente
complexa. A bacia ocupa uma área significativa e as características da rede (tipo de sistema adotado,
traçado, materiais e secções, entre outros) variam muito consoante o local, tal como foi referido no
subcapítulo 5.1. É difícil, mesmo para as entidades gestoras, conhecer os caudais afluentes a cada
troço do Caneiro de Alcântara, assim como a sua origem.
Para além do sistema de drenagem, também o sistema natural da bacia é complexo e há uma grande
escassez de dados. Por exemplo, não existe um registo dos níveis de água subterrânea que possa
ser usado, o que significa que teriam de ser realizadas campanhas de medição para calibrar o
submodelo do aquífero. No âmbito desta dissertação, a CML esclareceu que, apresar de serem
frequentemente realizados furos para a medição de níveis freáticos em locais onde se pretenda
construir, os dados não são fiáveis. A justificação é que a construção altera o nível medido nas
campanhas iniciais, principalmente no caso de existirem caves. Acrescenta-se ainda que a elevada
densidade de edificação existente na bacia torna pouco fiável o uso de valores do nível natural de
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
00:00 06:00 12:00 18:00 00:00
Q (
m3/s
)
Tempo (h)
Infiltração média
Limite superior
Limite inferior
Infiltração (22/07)
Infiltração (23/07)
Infiltração (24/07)
90
água subterrânea, nomeadamente devido à falta de informação relativa aos caudais bombados em
caves e à alteração do fluxo natural da água em profundidade.
Em vez de ser vista apenas como um problema, a complexidade do caso de estudo da Zona Alta de
Alcântara pode justificar o investimento na construção e calibração de um sistema de modelos de
nível III. A sua aplicação permitiria não só conhecer o fenómeno de infiltração na bacia como ainda
compreender melhor o comportamento do próprio sistema de drenagem. O estado estrutural do
sistema, por exemplo, pode ser avaliado a partir da análise dos resultados de um modelo de
infiltração. Também se podem tirar conclusões relativamente à eficácia das soluções adotadas (a
nível dos materiais, traçados, etc.) e à necessidade de proceder à reabilitação do sistema (e, em caso
afirmativo, em que áreas).
Por fim, refira-se que o sucesso da aplicação do nível III depende dos recursos materiais, do tempo
disponível, e da constituição de uma equipa multidisciplinar. Idealmente devem envolver-se as
autoridades locais e envolver peritos de diferentes áreas, nomeadamente saneamento, geologia,
hidrologia, tecnologias de informação, informática, entre outras.
6.5. Análise de resultados
Para concluir o presente capítulo analisam-se, nos próximos parágrafos, os resultados da aplicação
dos modelos de nível I e II ao caso de estudo do Caneiro de Alcântara.
No presente caso de estudo verificou-se que o caudal médio de infiltração obtido pela aplicação do
nível I foi muito próximo do obtido no nível II (respetivamente de 0.31 e 0.30 m3/s). Neste tipo de
situações, em que o resultado é semelhante, o modelo de nível II pode ser usado para verificar a
viabilidade da aplicação do nível I.
No Caneiro de Alcântara, apesar de todas as hipóteses admitidas na aplicação da metodologia
proposta, e na falta de melhores resultados, poder-se-á admitir que se confirmou a aplicabilidade do
modelo de nível I. Adicionalmente, o facto de os valores serem próximos pode indicar que a infiltração
média na Zona Alta da bacia de Alcântara ronda, efetivamente, o valor de 0.30 m3/s. Note-se, no
entanto, que este pressuposto não é rigoroso e que podem existir variações.
A interpretação e o rigor das estimativas obtidas implica a análise da qualidade dos dados usados. A
série de caudais analisada no nível I tem valores muito dispersos, sendo elevado o desvio padrão dos
dados medidos em cada 15 minutos. O padrão diário de caudais tem, no entanto, valores de caudal
muito constantes, e não se verifica uma descida brusca nos valores durante o período noturno.
Relativamente aos valores da razão obtidos no método de nível II, não se verificou uma
diferença significativa entre a composição de cada origem de água. Consequentemente, e como foi
referido no subcapítulo 6.3, pequenas variações no valor da razão isotópica causam variações
significativas na fração de infiltração obtida. Por este motivo, e face aos resultados até agora
disponíveis, não se pode garantir um nível de rigor elevado nas estimativas obtidas pela aplicação do
nível II ao caso de estudo do Caneiro de Alcântara.
91
Existem inúmeros fatores de erro associados a todos os níveis da abordagem metodológica. Há um
grande desconhecimento em relação aos caudais descarregados na Zona Alta de Alcântara. O
sistema é muito grande e afluem ao Caneiro tubagens com características muito diferentes, em
termos de idade, nível de conservação ou do tipo de sistema, por exemplo. Os caudais industriais e
as descargas não licenciadas também complicam a análise do caudal, devido à sua imprevisibilidade.
Por se tratar de uma ribeira natural, há diversos cursos de água canalizados que são
deliberadamente descarregados no Caneiro de Alcântara e que serão considerados, em qualquer das
análises, como caudal infiltrado.
Acrescem também os erros associados ao desconhecimento que ainda existe em relação à análise
isotópica. A campanha dos dias 22, 23 e 24 de Julho foi realizada sem que houvesse uma grande
experiência anterior, pelo que a falta de conhecimento prático pode ter conduzido a alguns erros que
influenciaram os resultados. Os valores obtidos em laboratório são muito próximos e apresentam
variações no tempo e no espaço (como referido em 6.3) que não eram expectáveis. Inicialmente,
pensou-se que as razões isotópicas podiam ter sido adulteradas pelas condições de conservação e
transporte, ao longo dos dias de campanha. A temperatura dentro da geleira onde foram
armazenadas as amostras pode ter ultrapassado os 4 ºC, uma vez que os dias de campanha foram
marcados por temperaturas exteriores elevadas. No entanto, segundo informações da SIIAF, o único
fenómeno que pode adulterar a razão isotópica é a ocorrência de condensações, e tal seria apenas
possível se os frascos estivessem mal fechados (não foi o caso). O erro da análise da razão em
laboratório também influencia significativamente o cálculo do fator de infiltração. No caso de estudo
analisado, este erro foi de 0.07 ‰, o que é suficiente para “distorcer”, em parte, os resultados obtidos,
principalmente porque a diferença entre as razões isotópicas das três origens de água é muito
reduzida.
Por fim, salienta-se que o investimento necessário à aplicação do modelo nível I é muito inferior ao
necessário à aplicação dos níveis II e III, bastando ter acesso a dados de séries de caudal, em uma
ou mais secções, e registos de precipitação (para distinguir os dias de tempo seco). A exigência de
dados no nível II é superior. Para além dos dados de caudal e precipitação, é necessário proceder a
medições pontuais da razão isotópica em diversos locais da bacia, ao longo de vários dias. A
realização de trabalhos de campo, campanhas e recolha de amostras requer a disponibilidade de
materiais e recursos humanos com algum grau de especialização. O sucesso da campanha realizada
no âmbito desta dissertação dependeu da presença de operadores da SIMTEJO nos locais de
recolha de amostra, assim como do conhecimento prévio dos técnicos envolvidos relativamente ao
procedimento prático a adotar na recolha de amostras. Quando comparado com a recolha de
amostras para análise de CQO, por exemplo, o processo é muito menos expedito. Adicionalmente,
como a análise da razão não é uma prática comum, tem de se recorrer a laboratórios
especializados, o que também dificulta a logística da aplicação do nível II.
92
93
7. Conclusões e perspetivas de trabalhos futuros
A infiltração é um processo complexo e que, para ser analisado com rigor, exige um estudo exaustivo
do sistema de drenagem e do meio físico envolvente. Os métodos convencionais, usados
regularmente para quantificar a infiltração em coletores urbanos, não consideram a hidrogeologia
local e, devido a algumas das hipóteses e simplificações assumidas, conduzem muitas vezes a
estimativas pouco rigorosas da infiltração.
Não obstante, os resultados obtidos nesta dissertação (Capítulo 6), não denunciam uma diferença
significativa entre a estimativa da infiltração obtida pela aplicação de métodos analíticos
convencionais (modelo de nível I) e a estimativa obtida pela aplicação do método dos isótopos, não
convencional (modelo de nível II). A aplicação do modelo de nível I ao caso de estudo do Caneiro de
Alcântara resultou na obtenção de um caudal médio de infiltração de 0.31 m3/s. Relembre-se que este
valor foi estimado partindo do pressuposto que o fator de ponta mínimo doméstico na bacia era 0.10.
Aplicando o modelo de nível II, baseado no método dos isótopos, concluiu-se que o caudal médio de
infiltração na secção CANETAR (localizada no Caneiro de Alcântara, próximo da ETAR) foi de cerca
de 0.30 m3/s, ao longo dos dias 22, 23 e 24 de Julho de 2013. Os resultados obtidos pela aplicação
do nível II mostraram ainda que a infiltração no Caneiro de Alcântara, nos referidos dias, não foi
constante ao longo do tempo. Fatores como a variação da posição do nível freático, variação da
altura de escoamento no interior do Caneiro ou descargas devidas à drenagem de caves podem estar
na origem destas flutuações.
A proximidade entre os valores encontrados pela aplicação dos modelos de nível I e II deve ser
interpretada com cuidado, uma vez que foram adotadas várias hipóteses simplificativas. Ainda assim,
poder-se-á assumir que, segundo os resultados obtidos nesta dissertação, o caudal médio de
infiltração na Zona Alta da bacia de Alcântara, em tempo seco e no Verão, deverá ser próximo de
0.30 m3/s.
A solução para obter uma estimativa correta e rigorosa da infiltração em Alcântara pode passar pela
construção, calibração e validação de um modelo de simulação, semelhante ao proposto no nível III.
A construção e calibração deste tipo de modelo exige um investimento de tempo muito elevado, um
levantamento rigoroso das características do sistema e um estudo exaustivo das características
naturais da bacia. Adicionalmente, é necessário dispor de técnicos qualificados e, idealmente,
envolver peritos de diferentes áreas disciplinares (saneamento, geologia e hidrologia, por exemplo).
Apesar de todas as exigências, um modelo de simulação permitiria prever a quantidade de infiltração
e tomar decisões, adotando medidas preventivas ou de conservação.
O estudo realizado nesta dissertação conduziu a um resultado que, apesar de não se relacionar
diretamente com o tema da infiltração, merece ser referido. Verificou-se que o fator de ponta máximo
apresentado no Decreto Regulamentar 23/95 e obtido pela equação (4.4), com base em estimativas
da população, tem um valor demasiado elevado e que se mostrou ser incompatível com os valores de
caudal de tempo seco analisados. Consequentemente, concluiu-se que a aplicabilidade da referida
94
equação é questionável, principalmente no caso de bacias urbanas complexas ou de grandes
dimensões.
No subcapítulo 6.4 identificaram-se alguns problemas relacionados com a aplicação prática do
modelo de nível II, nomeadamente a nível do planeamento de campanhas de recolha de amostras
para análise da razão isotópica. Para os corrigir e melhorar, sugere-se que sejam adotadas, em
campanhas futuras, duas novas estratégias. A primeira é transportar uma amostra com razão
isotópica conhecida ao longo das campanhas e voltar a medi-la no final, de forma a verificar se existe
ou não influência da temperatura (ou de outros fatores) no valor da razão isotópica. A segunda
estratégia passa por fazer análises triplicadas, de forma a ter maior segurança nos valores obtidos
em laboratório.
Outra sugestão para futuras aplicações do método dos isótopos à bacia de Alcântara (ou a outras
bacias de grades dimensões) é aumentar o número e a distribuição espacial dos locais de recolha de
amostras de águas freáticas e águas potáveis. Esta medida poderia ajudar a esclarecer as diferenças
encontradas nas duas fontes de água potável analisadas na Zona Alta da bacia de Alcântara e
confirmar a uniformidade espacial da razão isotópica das águas subterrâneas locais.
Num âmbito mais geral, devem ser tomadas ações que permitam controlar e minimizar o fenómeno
da infiltração, nomeadamente em secções, trechos ou zonas da rede de drenagem onde os caudais
de infiltração, estimados pela aplicação da metodologia proposta, sejam elevados. Nessas situações,
sugere-se que sejam realizados trabalhos de reabilitação, ampliação e conservação do sistema de
drenagem. A reabilitação dos sistemas pode levar a uma redução de mais de 20% da infiltração de
água subterrânea (Staufer et al. 2012). A título de exemplo, refira-se que uma reabilitação pioneira de
um sistema de drenagem, levada a cabo muito recentemente em Seattle (EUA), levou a uma
diminuição quase imediata de 66% do volume de afluências indevidas (Force 2013). A intervenção
consistiu na injeção de uma mistura silicatada nos coletores do sistema, com objetivo de selar as
fissuras existentes nas paredes. A mistura não foi aplicada em todos os troços da rede, mas
estima-se que nas secções tratadas houve uma melhoria na prevenção da infiltração de cerca de
99%. As entidades gestoras deste sistema de drenagem esperam que a aplicação progressiva desta
tecnologia estabilize as afluências indevidas num período de 15 a 20 anos. Medidas semelhantes têm
sido aplicadas em diversos países, verificando-se que para todos os casos conhecidos, a reabilitação
dos coletores levou à diminuição da infiltração de águas subterrâneas.
Para concluir esta dissertação, reforça-se a importância de se continuar a investir no estudo do
fenómeno da infiltração de águas subterrâneas em redes de drenagem. A nível internacional, tem-se
investido na construção de modelos de simulação mais avançados e detalhados, que permitam
entender melhor o processo de escoamento e tornem possível identificar as propriedades estruturais
dos sistemas que mais influenciam o processo de infiltração. Em Portugal, este tema tem sido foi
pouco explorado, e o nível de conhecimento ainda está aquém de outros países europeus, como a
Suíça, França, Dinamarca ou Suécia.
95
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1
I.0
I.1
Anexo I
Análise de caudais de tempo seco na secção ALC200
I.0
I. Análise de caudais de tempo seco na secção ALC200
I.1
Análise de caudais de tempo seco na secção ALC200
(Caneiro de Alcântara)
Neste anexo apresenta-se parte do relatório desenvolvido no âmbito do estudo de caudais na Zona
Alta da bacia de Alcântara e apresentado em Maio de 2013
I.1. Introdução
Neste relatório apresenta-se o resumo do estudo do comportamento dos caudais de tempo seco da
secção ALC200 do Caneiro de Alcântara. Pretende-se obter padrões de tempo seco que ajudem na
compreensão do funcionamento do sistema de drenagem e na estimativa do caudal infiltrado.
I.2. Dados de Caudal
Foram usados valores de caudal cedidos pela SIMTEJO, medidos no Caneiro de Alcântara junto à
entrada da ETAR (secção ALC200). Os dados usados são referentes ao período de 01/07/2012 a
07/04/2013 e foram medidos em intervalos de 5 minutos. Verificou-se que no referido período
existiam sete dias sem qualquer registo de caudal (provavelmente devido a problema com o
equipamento), nomeadamente 20, 21, 22, 23, 24 e 31 de Julho (2012) e 1 de Agosto (2012). Os
dados referentes a esses dias não foram considerados, o que reduziu o número total de dias
analisados (em termos de caudal e precipitação) para 274.
I.3. Dados de precipitação e classificação de tempo seco, seco de transição e húmido
Para os meses do ano de 2012 foram usados registos de precipitação de três postos udométricos
diferentes: Pontinha, Beirolas e Instituto D. Luíz. O valor de precipitação diária considerado foi o
maior dos registados em cada posto (por razões conservativas), o que não corresponde ao valor real
da precipitação sobre a bacia em estudo. Para o ano de 2013 não foi possível ter acesso ao registo
de dados nos postos da Pontinha e Beirolas (aquando da realização deste relatório), pelo que foram
apenas usados os do Instituto D. Luíz.
Com base no apresentado em Brito (2012), considerou-se que o tempo húmido se caracteriza pelos
dias em que a precipitação foi superior a 0.25 mm. Assim, foram apenas considerados os dias em
que se registou um valor mínimo de 0.25 mm em pelo menos um dos postos.
O tempo seco de transição caracteriza-se pelos dias sem precipitação que precedem cada dia em
que se registou precipitação. Considera-se que nestes dias o caudal registado ainda pode estar
afetado pela precipitação dos dias anteriores. Apesar de em algumas fontes bibliográficas se sugerir
um período de sete dias de transição entre tempo húmido e seco (Starr 2006), considerou-se que
dadas as características da bacia e o tempo de concentração da bacia, seria mais razoável assumir
um número de dias inferior. Nas abordagens apresentadas neste relatório experimentou-se usar um
tempo de transição de um e dois dias.
I.2
No Quadro A I-1 apresenta-se a precipitação total em cada mês analisado e a distinção entre o
número de dias de tempo seco, seco-transição e húmido para cada mês, considerando 1 ou 2 dias de
transição.
Quadro A I-1: Análise mensal da precipitação.
Mês Hipótese assumida
(Ttrans=)
Número de dias
Pmensal
(mm) Tempo seco
Tempo seco-
transição
Temo húmido
Total
Julho 2 dias 20 4 1
25 0,30 1dia 22 2 1
Agosto 2 dias 26 2 2
30 10,20 1 dia 27 1 2
Setembro 2 dias 22 2 6
30 65,20 1dia 22 2 6
Outubro 2 dias 12 7 12
31 144,70 1 dia 15 4 12
Novembro 2 dias 2 12 16
30 280,40 1dia 7 7 16
Dezembro 2 dias 7 11 13
31 173,20 1 dia 12 6 13
Janeiro 2 dias 7 7 17
31 155,10 1dia 10 4 17
Fevereiro 2 dias 15 5 8
28 64,40 1 dia 17 3 8
Março 2 dias 3 3 25
31 267,30 1dia 3 3 25
Abril 2 dias 0 2 5
7 32,70 1 dia 1 1 5
Total 2 dias 114 55 105
274
1 dia 136 33 105
I.4. Abordagem I: Caudais horários e Ttrans= 2 dias
Numa primeira fase de análise, converteram-se os registos em caudais médios horários. Foram
apenas considerados os casos com pelo menos 5 registos de caudal numa hora, tendo os restantes
sido considerados como não representativos. Nesta primeira abordagem assumiu-se um tempo seco
de transição de 2 dias, o que leva à separação apresentada no Quadro A I-2.
Quadro A I-2: Número de dias de tempo húmido, seco de transição e seco, para Ttrans= 2 dias.
Número total de dias
Húmido Seco de transição Seco
105 55 121
I.3
Hidrogramas mensais
De seguida apresentam-se os hidrograma mensais obtidos na Abordagem I. Para que fosse possível
cruzar os dados de caudal (horários) com o registo de precipitação (diário), foram usados valores
médios diários de caudais. Verifica-se uma correlação entre a ocorrência de precipitação e caudais
máximos em todos os meses exceto em Julho. Recorda-se que a precipitação mensal total foi
anteriormente apresentada no Quadro A I-1.
Figura A I-1: Hidrograma de Julho, 2012
Figura A I-2: Hidrograma de Agosto, 2012
Figura A I-3: Hidrograma de Setembro, 2012 Figura A I-4: Hidrograma de Outubro, 2012
0
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
-2 1 4 7
10
13
16
19
22
25
28
31
P (
mm
)
Ca
ud
al (l
/s)
Dia
Precipitação Caudal
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50900
1100
1300
1500
1700
1900
0 3 6 9
12
15
18
21
24
27
30
P (
mm
)
Ca
ud
al (l
/s)
Dia
Precipitação Caudal
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200900
1400
1900
2400
2900
3400
3900
0 3 6 9
12
15
18
21
24
27
30
P (
mm
)
Cau
da
l (l
/s)
Dia
Precipitação Caudal
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200900
1400
1900
2400
2900
3400
3900
4400
0 3 6 9
12
15
18
21
24
27
30
P (
mm
)
Cau
da
l (l
/s)
Dia
Precipitação Caudal
I.4
Figura A I-5: Hidrograma de Novembro, 2012
Figura A I-6: Hidrograma de Dezembro, 2012
Figura A I-7: Hidrograma de Janeiro, 2013.
Figura A I-8: Hidrograma de Fevereiro, 2013.
Figura A I-9: Hidrograma de Março, 2013.
0
50
100
150
200
250
300
350
400900
1900
2900
3900
4900
5900
6900
79000 3 6 9
12
15
18
21
24
27
30
P (
mm
)
Ca
ud
al (l
/s)
Dia
Precipitação Caudal
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500900
2900
4900
6900
8900
10900
12900
14900
0 3 6 9
12
15
18
21
24
27
30
P (
mm
)
Ca
ud
al (l
/s)
Dia
Precipitação Caudal
0
50
100
150
200
250
300900
1400
1900
2400
2900
3400
3900
4400
4900
5400
0 3 6 9
12
15
18
21
24
27
30
P (
mm
)
Cau
da
l (l
/s)
Dia
Precipitação Caudal
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
1001100
1600
2100
2600
3100
36000 3 6 9
12
15
18
21
24
27
30
P (
mm
)
Cau
da
l (l
/s)
Dia
Precipitação Caudal
0
50
100
150
200
250
300
350
400900
1900
2900
3900
4900
5900
6900
7900
8900
9900
0 3 6 9
12
15
18
21
24
27
30
P (
mm
)
Ca
ud
al (l
/s)
Dia
Precipitação Caudal
I.5
Padrão de tempo seco em cada mês
De seguida apresenta-se o padrão de tempo seco de cada mês analisado. Como se pode verificar na
Figura A I-10, há uma variação significativa dos valores do caudal horário em cada mês. No Quadro A
I-3 resumem-se os valores de caudal médio, mínimo e máximo mensal.
Figura A I-10: Padrão diário de tempo seco em cada mês (Abordagem I).
Quadro A I-3: Valores característicos de caudal de tempo seco em cada mês (Abordagem I).
Mês Pmensal
(mm)
Caudal (m3/s)
Mínimo Data Máximo Data Média
Jul 0,30 0,96 14/07/2012 1,36 13/07/2012 1,27
Ago 10,20 0,54 24/08/2012 1,34 31/08/2012 1,18
Set 65,20 0,72 16/09/2012 1,29 13/09/2012 1,17
Out 144,70 0,54 06/10/2012 1,25 09/10/2012 1,08
Nov 280,40 0,68 14/11/2012 1,24 23/11/2012 1,06
Dez 173,20 0,88 12/12/2012 1,38 10/12/2012 1,21
Jan 155,10 0,93 05/01/2013 1,39 30/01/2013 1,19
Fev 64,40 0,88 27/02/2013 1,38 26/02/2013 1,26
Mar 267,30 0,87 02/03/2013 1,31 01/03/2013 1,12
Abr 32,70 <> <> <> <> <>
Verifica-se que o caudal horário mínimo registado ocorreu em Outubro e o máximo em Janeiro. No
entanto, os meses em que se registaram um total de precipitação máximo e mínimo foram Novembro
e Julho, respetivamente.
Padrão de tempo seco global
Depois de analisar separadamente o comportamento dos caudais de tempo seco de cada mês,
estudou-se o padrão de tempo seco global (que inclui indiferenciadamente todos os valores de caudal
médio horário). Para o desenho do padrão global de tempo seco usou-se a média dos caudais
médios em cada hora do dia (para cada hora calculou-se a média de todos os caudais medidos nessa
hora, em tempo seco). Foi também desenhada a envolvente estatística para um intervalo de
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
0:00 12:00 0:00
Ca
ud
al (l
/s)
Tempo (h)
jul/12
ago/12
set/12
out/12
nov/12
dez/12
jan/13
fev/13
mar/13
I.6
confiança de 95%. Os resultados apresentam-se na Figura A I-11, e no Quadro A I-4 apresentam-se
a média, mínimo e máximo de todos os valores horários.
Figura A I-11:Padrão diário de tempo seco (Abordagem I).
Quadro A I-4: Caudal de tempo seco máximo, mínimo e médio (Abordagem I).
Caudal (m3/s)
Média total Mínimo Máximo
1,19 0,54 1,39
I.5. Abordagem II: Caudais de 15 minutos e com Ttransição= 2 dias
Esta abordagem difere da anterior pelo rigor dos intervalos usados para calcular os caudais médios.
Neste caso, em vez de se analisarem os valores médios horários, analisam-se as médias de cada 15
minutos. Isto faz com que o número de dados analisados aumente quatro vezes, o que poderá trazer
um maior nível de detalhe a esta análise. No entanto, o número total de dias secos mantém-se o
mesmo que o apresentado na Quadro A I-2, uma vez que o tempo de transição considerado continua
a ser de 2 dias.
De forma semelhante à Abordagem I, e sem que haja necessidade de explicações mais detalhadas,
apresentam-se de seguida os resultados obtidos para a Abordagem II. A Figura A I-12 e o Quadro A
I-5 referem-se à análise mensal e a Figura A I-13 e o Quadro A I-6 à análise global.
Padrão de tempo seco em cada mês
Figura A I-12: Padrão diario de tempo seco em cada mês (Abordagem II).
400
600
800
1000
1200
1400
1600
0:00 6:00 12:00 18:00 0:00
Ca
ud
al (l
/s)
Tempo (h)
Caudal médiohorário
IC inferior
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
1.10
1.20
1.30
1.40
0:00 6:00 12:00 18:00 0:00
Cau
da
l (m
3/s
)
Tempo (h)
Julho
Agosto
Setembro
Outubro
Novembro
Dezembro
Janeiro
Fevereiro
Março
I.7
Quadro A I-5: Valores característicos de caudal de tempo seco em cada mês (Abordagem II).
Mês Pmensal
(mm) Mínimo (m
3/s)
Data Máximo (m
3/s)
Data Média (m
3/s)
Jul 0,30 0,81 14/07/2012 1,39 12/07/2012 1,27
Ago 10,20 0,50 24/08/2012 1,35 05/08/2012 1,18
Set 65,20 0,63 16/09/2012 1,31 12/09/2012 1,17
Out 144,70 0,43 06/10/2012 1,27 03/10/2012 1,08
Nov 280,40 0,56 14/11/2012 1,29 23/11/2012 0,53
Dez 173,20 0,83 12/12/2012 1,42 12/12/2012 1,21
Jan 155,10 0,85 04/01/2013 1,40 31/01/2013 1,19
Fev 64,40 0,79 27/02/2013 1,42 26/02/2013 1,26
Mar 267,30 0,82 01/03/2013 1,32 01/03/2013 1,12
Abr15
32,70 <> <> <> <> <>
Padrão de tempo seco global
Figura A I-13:Padrão diário de tempo seco (Abordagem II).
Quadro A I-6: Caudal de tempo seco máximo, mínimo e médio (Abordagem II).
Caudal (m3/s)
Média total Mínimo Máximo
1,19 0,43 1,42
I.6. Abordagem III: Caudais de 15 minutos e com Ttransição= 1 dia
Os hidrogramas mensais apresentados na abordagem I mostram que o efeito da precipitação na rede
de drenagem apenas é notado nas horas seguintes ao evento. Assim, parece razoável adotar uma
nova abordagem e reduzir o tempo seco de transição para um dia. Ao fazer isso, obtêm-se um maior
número de dias para análise de tempo seco, como se mostra no Quadro A I-7 (o número total de dias
analisados continua a ser o mesmo, 274).
15 No mês de Abril não se registaram dias secos.
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
1.60
1.80
0:00 6:00 12:00 18:00 0:00
Cau
da
l (m
3/s
)
Tempo (h)
Caudal médio15min (2dias)
IC inferior
IC superior
I.8
Quadro A I-7: Número de dias de tempo seco, seco-transição e húmido considerando Ttransição= 1 dia.
Tempo seco Tempo seco-transição Tempo húmido
136 33 105
Mais uma vez, e de forma semelhante às Abordagem I e II, apresentam-se de seguida os resultados
obtidos para a Abordagem III. A Figura A I-14 e o Quadro AI-8 referem-se à análise mensal e a Figura
A I-15 e o Quadro A I-9 à análise global.
Padrão de tempo seco em cada mês
Figura A I-14: Padrão diário de tempo seco em cada mês (Abordagem III).
Quadro A I-8: Valores característicos de caudal de tempo seco em cada mês (Abordagem III).
Mês Pmensal
(mm) Mínimo (m3/s)
Data Máximo (m3/s)
Data Média (m3/s)
Jul 0,30 0,81 14/07/2012 1,39 12/07/2012 1,27
Ago 10,20 0,50 24/08/2012 1,35 05/08/2012 1,18
Set 65,20 0,63 16/09/2012 1,31 12/09/2012 1,17
Out 144,70 0,43 06/10/2012 1,27 03/10/2012 1,08
Nov 280,40 0,55 13/11/2012 1,31 06/11/2012 0,56
Dez 173,20 0,83 12/12/2012 1,46 09/12/2012 1,22
Jan 155,10 0,85 04/01/2013 1,45 29/01/2013 1,20
Fev 64,40 0,79 27/02/2013 1,42 26/02/2013 1,26
Mar 267,30 0,82 01/03/2013 1,32 01/03/2013 1,12
Abr 32,70 1,27 06/04/2013 1,63 06/04/2013 1,41
Padrão de tempo seco global
Quadro A I-9: Caudal de tempo seco máximo, mínimo e médio (Abordagem III).
Caudal (m3/s)
Média total Mínimo Máximo
1,19 0,43 1,63
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
1.60
0:00 6:00 12:00 18:00 0:00
Cau
da
l (m
3/s
)
Tempo (h)
Julho
Agosto
Setembro
Outubro
Novembro
Dezembro
Janeiro
Fevereiro
Março
Abril
I.9
Figura A I-15:Padrão diário de tempo seco (Abordagem III).
I.7. Comparação das abordagens I, II e III
Podem tirar-se várias conclusões da análise comparativa das três abordagens. A mais imediata é que
a utilização de dados de caudal horário atenua as pequenas variações que existem ao longo da hora,
como seria esperado. Pelo contrário, o padrão de tempo seco das abordagens II e III (onde foram
usados caudais de 15minutos) já apresenta algumas oscilações.
Na Figura A I-16 apresentam-se os padrões de tempo seco para cada uma das abordagens
analisadas e no Quadro A1-10 resumem-se os resultados obtidos para as três abordagens.
Figura A I-16:Comparação das três abordagens usadas.
A Figura A I-16 mostra que é entre as 22:00h e as 10:00h que a diferença entre o uso do caudal
horário e o de 15 minutos é mais significativa. Neste período ocorre uma diminuição significativa do
caudal (aproximadamente 0,20m3/s) e há um claro desfasamento entre os dados de caudal horário e
o de 15minutos. Quando o caudal diminui os valores horários são inferiores aos de 15minutos e o
inverso acontece quando o caudal volta a aumentar. Esta diferença deve-se à definição de caudal
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
1.60
1.80
0:00 6:00 12:00 18:00 0:00
Ca
ud
al (m
3/s
)
Tempo (h)
Caudal médio15minIC inferior
IC superior
1.00
1.05
1.10
1.15
1.20
1.25
1.30
0:00 6:00 12:00 18:00 0:00
Cau
da
l (m
3/s
)
Tempo (h)
Caudal médiohorário
Caudal médio15min (1dia)
Caudal médio15min (2dias)
I.10
horário adotada neste trabalho – o caudal médio às 10:00h corresponde à média das medições
existentes entre as 10:00h e as 11:00h. No entanto, se for assumido que o caudal médio às 10:00h
corresponde à média das medições existentes entre as 09:00h e as 10:00h (e por aí em diante)
continua a existir uma discrepância, como mostra a Figura A I-17. Neste caso o desfasamento é
inverso, verificando-se que os valores horários são superiores ao de 15 minutos quando o caudal
diminui.
Quadro A I-10: Caudais máximos, mínimos e médios em cada mês, obtidos pelas diferentes abordagens.
Abordagem I Abordagem II Abordagem III
Mês Mínimo (m
3/s)
Máximo (m
3/s)
Média (m
3/s)
Mínimo (m
3/s)
Máximo (m
3/s)
Média (m
3/s)
Mínimo (m
3/s)
Máximo (m
3/s)
Média (m
3/s)
Jul 0,96 1,36 1,27 0,81 1,39 1,27 0,81 1,39 1,27
Ago 0,54 1,34 1,18 0,50 1,35 1,18 0,50 1,35 1,18
Set 0,72 1,29 1,17 0,63 1,31 1,17 0,63 1,31 1,17
Out 0,54 1,25 1,08 0,43 1,27 1,08 0,43 1,27 1,08
Nov 0,68 1,24 1,06 0,56 1,29 0,53 0,55 1,31 0,56
Dez 0,88 1,38 1,21 0,83 1,42 1,21 0,83 1,46 1,22
Jan 0,93 1,39 1,19 0,85 1,40 1,19 0,85 1,45 1,20
Fev 0,88 1,38 1,26 0,79 1,42 1,26 0,79 1,42 1,26
Mar 0,87 1,31 1,12 0,82 1,32 1,12 0,82 1,32 1,12
Abr <> <> <> <> <> <> 1,27 1,63 1,41
Total16
0,54 1,39 1,19 0,43 1,42 1,19 0,43 1,63 1,19
Figura A I-17:Comparação das três abordagens usadas, considerando o caudal horário como a média dos valores medidos na hora anterior.
De facto, ao usar uma janela temporal horária não se consegue captar as variações do caudal ao
longo da hora, o que pode ser particularmente decisivo em períodos com caudal pouco estável (como
o período noturno). Torna-se assim inadequado recorrer aos caudais horários para estudar a
infiltração e fica consequentemente excluída a Abordagem I. No entanto, é de referir que para o caso
16
Considerando todos os valores em conjunto (sem diferenciar o mês)
1.00
1.05
1.10
1.15
1.20
1.25
1.30
0:00 6:00 12:00 18:00 0:00
Cau
da
l (m
3/s
)
Tempo (h)
Caudalmédio horário
Caudalmédio 15min(1dia)Caudalmédio 15min(2dias)
I.11
em estudo e na falta de medições em intervalos temporais mais curtos, os caudais horários poderiam
ser usados a partir das 10:00h (quando o caudal começa a estabilizar).
Relativamente ao tempo de transição verifica-se que não há uma diferença significativa nos valores
obtidos considerando 1 ou 2 dias. Tal como mostram os hidrogramas mensais atrás apresentados, o
efeito da precipitação no caudal só se faz sentir nas horas imediatamente a seguir. Assim, não é
razoável excluir os dados de caudal do segundo dia de transição, devendo os mesmos ser incluídos
no tempo seco. Consequentemente, pode assumir-se um tempo de transição de um dia, para a bacia
em estudo.
Concluindo, a abordagem III é a que se apresenta como a melhor opção. Em estudos próximos
relativos a estimativas de infiltração serão usados dados de caudal médio em intervalos de 15
minutos e um tempo de transição de um dia.
Referências
Brito, R. (2012). “Monitorização de variáveis hidráulicas e da qualidade de água em sistemas de drenagem de
águas residuais.” Tese de Doutoramento em Engenharia Civil, Instituto Superior Técnico, Lisboa, Portugal.
Starr, M. (2006). An Improved Definition of Sewage Treatment Works Dry Weather Flow. Tynemarch Systems
Gsagsgfsgf
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
s
I.0
Anexo II
Definição do padrão de caudais de tempo seco na secção ALC200
II.2
II. Definição do padrão de caudais de tempo seco na secção ALC200
II.1
No presente anexo apresentam-se os valores usados na construção do padrão de tempo seco para a
secção ALC200 (Caneiro de Alcântara), e que se baseou na Abordagem III descrita no Anexo I.
Foram usados dados de caudal em intervalos de 5 minutos, registados nos 208 dias de tempo seco
que ocorreram entre 1 Julho de 2012 e 30 de Junho de 2013. No Quadro A II-1 apresentam-se a
média, o desvio padrão, o valor máximo e o valor mínimo do conjunto de 208 valores de caudal
(correspondentes aos 208 dias de tempo seco) relativos a cada 15 minutos do dia.
Quadro A II-1: Valores médios, mínimos e máximos do caudal registado na secção ALC200 do Caneiro de Alcântara, entre Julho de 2012 e Junho de 2013.
Caudal (m3/s) Caudal (m
3/s)
Hora Média Desvio Padrão
Mínimo Máximo
Hora Média Desvio Padrão
Mínimo Máximo
00:00 1.20 0.09 0.80 1.36 12:15 1.24 0.07 1.04 1.54 00:15 1.19 0.10 0.75 1.39 12:30 1.24 0.07 1.05 1.55 00:30 1.19 0.08 0.83 1.34 12:45 1.24 0.07 0.87 1.55 00:45 1.19 0.09 0.81 1.36 13:00 1.24 0.07 1.05 1.54 01:00 1.17 0.10 0.79 1.36 13:15 1.24 0.08 0.79 1.54 01:15 1.16 0.11 0.70 1.35 13:30 1.24 0.08 0.76 1.57 01:30 1.16 0.10 0.69 1.40 13:45 1.24 0.07 1.05 1.53 01:45 1.14 0.11 0.71 1.36 14:00 1.24 0.07 1.02 1.52 02:00 1.14 0.11 0.74 1.36 14:15 1.23 0.07 1.04 1.49 02:15 1.13 0.11 0.67 1.49 14:30 1.23 0.07 0.83 1.52 02:30 1.12 0.12 0.68 1.35 14:45 1.23 0.08 0.82 1.49 02:45 1.11 0.13 0.57 1.35 15:00 1.22 0.08 0.84 1.50 03:00 1.10 0.13 0.55 1.36 15:15 1.22 0.07 1.03 1.47 03:15 1.10 0.14 0.52 1.38 15:30 1.22 0.07 0.99 1.45 03:30 1.09 0.14 0.59 1.41 15:45 1.22 0.07 1.00 1.48 03:45 1.08 0.15 0.48 1.37 16:00 1.22 0.07 1.00 1.39 04:00 1.07 0.14 0.60 1.38 16:15 1.21 0.07 1.04 1.38 04:15 1.07 0.14 0.59 1.38 16:30 1.21 0.07 1.00 1.38 04:30 1.07 0.15 0.43 1.34 16:45 1.21 0.07 0.96 1.38 04:45 1.06 0.15 0.40 1.38 17:00 1.21 0.07 0.94 1.40 05:00 1.06 0.15 0.50 1.40 17:15 1.21 0.08 0.99 1.37 05:15 1.06 0.14 0.57 1.35 17:30 1.21 0.08 0.98 1.36 05:30 1.06 0.15 0.44 1.38 17:45 1.21 0.07 0.99 1.37 05:45 1.07 0.15 0.49 1.36 18:00 1.21 0.07 0.98 1.40 06:00 1.08 0.14 0.43 1.36 18:15 1.21 0.08 0.80 1.37 06:15 1.09 0.14 0.63 1.39 18:30 1.21 0.07 0.94 1.47 06:30 1.11 0.13 0.51 1.35 18:45 1.21 0.08 0.98 1.64 06:45 1.13 0.13 0.59 1.39 19:00 1.21 0.09 0.88 1.76 07:00 1.15 0.12 0.69 1.39 19:15 1.22 0.07 1.01 1.51 07:15 1.17 0.12 0.77 1.36 19:30 1.22 0.07 1.00 1.37 07:30 1.20 0.11 0.77 1.39 19:45 1.22 0.07 1.00 1.37 07:45 1.21 0.11 0.75 1.44 20:00 1.22 0.08 0.80 1.38 08:00 1.23 0.11 0.83 1.45 20:15 1.22 0.08 0.79 1.36 08:15 1.24 0.11 0.86 1.43 20:30 1.22 0.07 1.03 1.36 08:30 1.24 0.10 0.89 1.46 20:45 1.23 0.07 0.82 1.37 08:45 1.24 0.10 0.77 1.57 21:00 1.23 0.07 1.01 1.38 09:00 1.23 0.09 0.87 1.53 21:15 1.22 0.08 0.80 1.38 09:15 1.24 0.09 0.96 1.52 21:30 1.22 0.08 0.97 1.37 09:30 1.24 0.08 1.02 1.50 21:45 1.22 0.07 0.99 1.37 09:45 1.24 0.08 0.99 1.56 22:00 1.21 0.08 0.95 1.36 10:00 1.24 0.08 1.03 1.54 22:15 1.21 0.09 0.78 1.37 10:15 1.24 0.09 0.82 1.72 22:30 1.20 0.08 0.75 1.36 10:30 1.25 0.13 1.01 2.72 22:45 1.20 0.09 0.75 1.37 10:45 1.25 0.15 1.04 3.08 23:00 1.20 0.08 0.90 1.36 11:00 1.24 0.10 1.04 2.21 23:15 1.19 0.09 0.77 1.36 11:15 1.24 0.09 0.85 1.73 23:30 1.20 0.09 0.81 1.37 11:30 1.24 0.08 0.94 1.57 23:45 1.20 0.09 0.92 1.58 11:45 1.24 0.08 0.85 1.58 12:00 1.24 0.07 1.09 1.63
II.2
Quadro A II-2: Caudal de tempo seco mínimo, máximo e médio registado ao longo dos 208 dias analisados.
Caudal (m3/s)
Mínimo Máximo Médio
0.40 3.08 1.19
Quadro A II-3: Caudal de tempo seco mínimo, máximo e médio registado em de cada mês.
Mês Caudal mínimo mensal (m
3/s)
Data Caudal máximo mensal (m
3/s)
Data Caudal médio mensal (m
3/s)
Julho 0.81 14/07/2012 1.39 12/07/2012 1.27
Agosto 0.50 24/08/2012 1.35 05/08/2012 1.18
Setembro 0.63 16/09/2012 1.31 12/09/2012 1.17
Outubro 0.43 06/10/2012 1.27 03/10/2012 1.08
Novembro 0.55 13/11/2012 1.31 06/11/2012 0.56
Dezembro 0.83 12/12/2012 1.58 19/12/2012 1.22
Janeiro 0.85 04/01/2013 1.45 29/01/2013 1.20
Fevereiro 0.79 27/02/2013 1.42 26/02/2013 1.26
Março 0.82 01/03/2013 1.32 01/03/2013 1.12
Abril 0.75 20/04/2013 1.63 06/04/2013 1.25
Maio 0.71 20/05/2013 1.49 18/05/2013 1.20
Junho 0.40 27/06/2013 3.08 07/06/2013 1.14
Quadro A II-4: Frequência dos caudais mínimos e máximos registados a cada 15 minutos.
Mínimos Máximos
Hora Frequência Percentagem Frequência Percentagem
00:00 2 0.96% 3 1.44% 00:15 1 0.48% 2 0.96% 00:30 0 0.00% 1 0.48% 00:45 1 0.48% 2 0.96% 01:00 0 0.00% 1 0.48% 01:15 3 1.44% 1 0.48% 01:30 1 0.48% 1 0.48% 01:45 2 0.96% 1 0.48% 02:00 1 0.48% 0 0.00% 02:15 2 0.96% 1 0.48% 02:30 1 0.48% 0 0.00% 02:45 3 1.44% 0 0.00% 03:00 6 2.88% 0 0.00% 03:15 5 2.40% 0 0.00% 03:30 4 1.92% 2 0.96% 03:45 4 1.92% 0 0.00% 04:00 14 6.73% 0 0.00% 04:15 9 4.33% 0 0.00% 04:30 16 7.69% 0 0.00% 04:45 17 8.17% 1 0.48% 05:00 21 10.10% 0 0.00% 05:15 19 9.13% 0 0.00% 05:30 11 5.29% 0 0.00% 05:45 10 4.81% 1 0.48% 06:00 7 3.37% 0 0.00% 06:15 3 1.44% 0 0.00% 06:30 4 1.92% 0 0.00% 06:45 3 1.44% 0 0.00% 07:00 2 0.96% 0 0.00% 07:15 3 1.44% 0 0.00% 07:30 2 0.96% 2 0.96% 07:45 0 0.00% 3 1.44%
II.3
Mínimos Máximos
Hora Frequência Percentagem Frequência Percentagem 08:00 2 0.96% 17 8.17% 08:15 0 0.00% 30 14.42%
08:30 2 0.96% 10 4.81% 08:45 1 0.48% 13 6.25% 09:00 2 0.96% 4 1.92% 09:15 0 0.00% 2 0.96% 09:30 0 0.00% 4 1.92% 09:45 0 0.00% 3 1.44% 10:00 0 0.00% 1 0.48% 10:15 1 0.48% 2 0.96% 10:30 0 0.00% 0 0.00% 10:45 0 0.00% 4 1.92% 11:00 0 0.00% 6 2.88% 11:15 0 0.00% 4 1.92% 11:30 1 0.48% 3 1.44% 11:45 1 0.48% 1 0.48% 12:00 0 0.00% 1 0.48% 12:15 0 0.00% 2 0.96% 12:30 0 0.00% 2 0.96% 12:45 1 0.48% 2 0.96% 13:00 0 0.00% 4 1.92% 13:15 1 0.48% 4 1.92% 13:30 1 0.48% 2 0.96% 13:45 0 0.00% 3 1.44% 14:00 0 0.00% 3 1.44% 14:15 0 0.00% 1 0.48% 14:30 0 0.00% 1 0.48% 14:45 0 0.00% 1 0.48% 15:00 1 0.48% 3 1.44% 15:15 0 0.00% 1 0.48% 15:30 0 0.00% 3 1.44% 15:45 1 0.48% 3 1.44% 16:00 0 0.00% 1 0.48% 16:15 0 0.00% 0 0.00% 16:30 0 0.00% 2 0.96% 16:45 0 0.00% 0 0.00% 17:00 0 0.00% 2 0.96% 17:15 2 0.96% 2 0.96% 17:30 0 0.00% 0 0.00% 17:45 1 0.48% 0 0.00% 18:00 1 0.48% 1 0.48% 18:15 1 0.48% 2 0.96% 18:30 1 0.48% 0 0.00% 18:45 0 0.00% 1 0.48% 19:00 1 0.48% 3 1.44% 19:15 0 0.00% 0 0.00% 19:30 0 0.00% 0 0.00% 19:45 0 0.00% 1 0.48% 20:00 1 0.48% 2 0.96% 20:15 2 0.96% 0 0.00% 20:30 0 0.00% 1 0.48% 20:45 0 0.00% 3 1.44% 21:00 0 0.00% 3 1.44% 21:15 0 0.00% 4 1.92% 21:30 0 0.00% 1 0.48% 21:45 0 0.00% 0 0.00% 22:00 0 0.00% 1 0.48% 22:15 0 0.00% 2 0.96% 22:30 1 0.48% 1 0.48% 22:45 1 0.48% 3 1.44% 23:00 0 0.00% 2 0.96% 23:15 3 1.44% 1 0.48% 23:30 1 0.48% 1 0.48%
23:45 0 0.00% 6 2.88%
II.0
II.1
Anexo III
Estimativa da população servida pelo sistema da Zona Alta da bacia de
Alcântara
III.2
III. Estimativa da população servida pelo sistema da Zona Alta da bacia
de Alcântara
III.1
Todos estudos de população consultados no âmbito desta dissertação estavam desatualizados,
baseando-se, na maioria dos casos, nos resultados dos Censos 2001 (ou em outras projeções com
mais de 10 anos). Com o objetivo de atualizar os dados de população, utilizaram-se os resultados dos
últimos Censos (2011) e seguiu-se um procedimento semelhante ao usado por Vieira (2005). O
referido procedimento pode ser descrito, simplificadamente, em três passos:
1) Cálculo da fração da área de cada freguesia dos concelhos da Amadora e Lisboa que
pertence à bacia em estudo. Na presente dissertação recorreu-se a ferramentas ao programa
ArcGIS, e à BGRI (Base Geográfica de Referenciação da Informação), como mostram as
Figura A III-1 e Figura A III-2.
2) Admissão da hipótese de que a fração da população de cada freguesia que contribui para o
sistema de drenagem corresponde, aproximadamente, à percentagem obtida em 1). Por
exemplo, se 30% da área de uma dada freguesia está dentro dos limites da bacia, então 30%
da sua população contribui para o caudal total da rede de drenagem.
3) Multiplicação dos dados de população residente, obtidos nos Census 2011, pela área
pertencente à bacia, para cada freguesia dos concelhos da Amadora e Lisboa.
Aplicando esta metodologia obteve-se uma estimativa para a população residente total de cerca
de 201160, sendo os resultados específicos de cada freguesia apresentados no Quadro A III-1.
Verificou-se que 57% dos habitantes pertencem ao concelho de Lisboa, sendo os restantes 43%
residentes na Amadora.
Quadro A III-1: Estimativa da população servida pelo sistema de Alcântara (norte), por concelho e freguesia.
Concelho Freguesia Área abrangida pela bacia
População residente
População servida
(%) (hab) (hab)
Lisboa Alvalade 36 8869 3193 Lisboa Benfica 57 36821 20988 Lisboa Campo Grande 17 10514 1787 Lisboa Campolide 90 15460 13914 Lisboa Carnide 81 23316 18886 Lisboa Nossa Senhora de Fátima 100 15283 15283 Lisboa Santa Isabel 13 6875 894 Lisboa Santo Condestável 10 15257 1526 Lisboa São Domingos de Benfica 100 33745 33745 Lisboa São João de Deus 30 9798 2939 Lisboa São Sebastião da Pedreira 31 6342 1966 Amadora Alfragide 40 9904 3962 Amadora Brandoa 13 17805 2315 Amadora Buraca 35 16081 5628 Amadora Damaia 100 20894 20894 Amadora Falagueira 100 14531 14531 Amadora Mina 22 17977 3955 Amadora Reboleira 100 14344 14344 Amadora São Brás 36 26263 9455 Amadora Venda Nova 100 8359 8359 Amadora Venteira 14 18539 2595
III.2
Figura A III-1: Software ArcMap – Representação da BGRI 1106 e BGRI 1115 (relativas aos concelhos de Lisboa
e Amadora, respetivamente).
Figura A III-2: Software ArcMap – Obtenção da área das freguesias da Amadora intersectadas pela bacia.
III.1
Anexo IV
Planeamento da campanha de recolha de amostras para análise isotópica ;
22 a 24 de Julho de 2013
IV.2
IV. Planeamento da campanha de recolha de amostras para análise
isotópica:22 a 24 de Julho de 2013
IV.1
AVALIAÇÃO DE CAUDAIS DE INFILTRAÇÃO NA ZONA
ALTA DE ALCÂNTARA
Planeamento da Campanha de 22 a 24 Julho de 2013
(Documento de trabalho)
Introdução
No presente documento apresenta-se o planeamento da primeira campanha desenvolvida no âmbito
de uma prestação de serviços do Instituto Superior Técnico (IST), através da ADIST (Associação para
o Desenvolvimento do Instituto Superior Técnico), à SIMTEJO (Saneamento Integrado de Municípios
do Tejo e Trancão). A referida campanha terá lugar nos dias 22, 23 e 24 de Julho de 2013, na Zona
Alta da bacia de Alcântara (concelhos de Lisboa e Amadora).
Nesta campanha pretende-se fundamentalmente proceder à recolha de amostras de águas residuais,
águas freáticas e águas potáveis em diversos locais dos concelhos da Amadora e Lisboa, para
posterior avaliação da carência química em oxigénio (CQO) e da razão isotópica (18
O). Serão ainda
realizadas medições de temperatura, pH, potencial redox, oxigénio dissolvido e condutividade, in situ.
A análise da razão isotópica em laboratório será levada a cabo pela Stable Isotopes and Instrumental
Analysis Facility (SIIAF), pertencente à Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa. A CQO
será analisada pelos laboratórios da SIMTEJO (no caso das águas residuais) e pelo Laboratório de
Análises Químicas do IST (no caso das águas freáticas).
O principal objetivo deste documento é servir de guia prático para a campanha, apresentando-se,
para além do planeamento, os locais, as equipas, os materiais necessários e procedimentos a adotar.
Identificação dos pontos de recolha
Foram identificados, pela SIMTEJO, vários pontos de interesse, na Zona Alta da bacia de Alcântara,
para a recolha e análise de amostras. No dia 1 de Março de 2013 foi realizada uma visita a vários
locais, com o objetivo de analisar as facilidades de acesso e o potencial de serem ou não usados
nesta campanha. No Quadro A IV-1 apresentam-se as características de três dos locais analisados,
acompanhados por fotografias tiradas nessa data (pela Eng.ª Rita Matos).
IV.2
Quadro A IV-1: Características, localização e fotografia de três locais visitados no dia 1 de Março de 2013.
Local: Nascente do Jardim da Mina
Características: Caudal reduzido e acesso fácil
Local: Nascente da R. Fonte dos Passarinhos
Características: Caudal reduzido/médio e acesso
condicionado
Local: Linha de água do Parque Aventura
Características: Caudal médio e acesso fácil
IV.3
De acordo com o acordado entre o IST e a SIMTEJO, foram selecionados seis locais onde se prevê
que sejam recolhidas amostras, três dos quais são os apresentados no Quadro A IV-1. Esses locais
são descritos no Quadro A IV-2 e a sua localização apresenta-se na Figura A IV-1.
Quadro A IV-2: Identificação dos locais de medição da campanha de 22 a 24 de Julho (2013).
Origem Local Morada
Água residual (total)
Caneiro de Alcântara CANETAR ETAR de Alcântara (Av. De Ceuta), Lisboa
Água potável (rede)
Bebedouro (Parque Aventura) AP1 Estrada da Falagueira, Amadora
Torneira (ETAR de Alcântara) AP2 ETAR de Alcântara (Av. De Ceuta), Lisboa
Água freática
Nascente da R. da Fonte dos Passarinhos
AF1 Rua Fonte dos Passarinhos, Amadora
Nascente do Jardim da Mina AF2 Praceta do Jardim da Mina, Amadora
Linha de água do Parque Aventura (Belas/aqueduto)
AF3 Estrada da Falagueira, Amadora
Figura A IV-1: Localização dos pontos de recolha de amostras na bacia, em planta.
Material
O material necessário à realização desta campanha inclui instrumentos auxiliares e de recolha (que
permitam levantar as tampas das câmaras de visita, recolher volumes de água em pontos de menor
acessibilidade, etc.), material especializado para a recolha de amostras para análise isotópica (filtros
e seringas), material de armazenamento (tubos e geleira) e equipamento de proteção pessoal. A lista
dos itens necessários, da sua quantidade e das entidades responsáveis pelo seu fornecimento,
apresenta-se no Quadro A IV-3.
IV.4
Refira-se que, para além do material apresentado no Quadro A IV-3, cada técnico deverá levar
consigo equipamento de proteção, nomeadamente calçado apropriado e capacete. A SIMTEJO irá
ainda disponibilizar os fatos tyvek, máscaras, luvas e lanterna.
Quadro A IV-3: Lista de materiais e entidades responsáveis pelo seu fornecimento.
Material Quantidade
Fornecedor Equipa 1 Equipa 2
Balde de polietileno 1 1 IST Etiquetas (e marcador) >70 >50 IST Fato tyvek vários vários Simtejo Filtros >50 >50 SIIAF Frascos (CQO) 26 3 Simtejo Lanterna 1 1 Simtejo Luvas vários vários Simtejo Máscaras vários vários Simtejo Refrigerador 1 1 IST Sacos de plástico >50 >50 IST Seringas >50 >50 SIIAF Sonda paramétrica 1 1 IST, LNEC Tubos Eppendorf >50 >50 SIIAF
Procedimentos
A recolha de amostras para análise da razão isotópica tem algumas peculiaridades, principalmente
quando comparada com a recolha de CQO ou com a medição com a sonda paramétrica. Refira-se
ainda que os procedimentos e os cuidados a ter diferem ligeiramente consoante a origem de água
(freática, potável ou residual).
Para tornar mais clara a explicação dos procedimentos, apresentam-se no Quadro A IV-7, por
tópicos, os passos a tomar em cada local (de acordo com a origem de água). Para além de se terem
consultado relatórios de campanhas semelhantes realizadas anteriormente (fora de Portugal),
seguiram-se as indicações do SIIAF.
Quadro A IV-4: Procedimentos a adotar na recolha de amostras, em cada local.
Origem de água Locais Procedimentos
Águas Residuais CANETAR
1. Retirar um volume de água (não é necessário ser grande).
2. Logo de seguida medir os parâmetros: pH, condutividade,
oxigénio dissolvido, potencial redox.
3. Filtrar um volume da amostra (mínimo 0,5 ml) para um tubo de
Eppendorf. As membranas devem ser previamente lavadas com
água. O tubo deve ser cheio até cima, de forma a evitar o
contacto com a atmosfera.
4. Colocar o tubo num saco de plástico (para evitar condensações)
e guardá-lo dentro do refrigerador (que se deve manter a uma
temperatura de 4 ºC).
IV.5
Origem de água Locais Procedimentos
5. Não esquecer de identificar o tubo e o saco.
6. Depois de terminada a campanha de recolha e até entrega em
laboratório, as amostras têm de ser guardadas a uma
temperatura de 4 ºC.
Água Freática AF1, AF2,
AF3
O procedimento a adotar é o mesmo que para as águas residuais. Há
ainda que acrescentar os seguintes cuidados:
Usar um balde de polietileno para recolher um volume de água.
Encher e esvaziar o balde três vezes antes de recolher um
volume de água para amostra.
Água potável
AP1, AP2 O procedimento a adotar é o mesmo que nos casos anteriores.
No caso de a recolha ser feita em torneiras, deve deixar-se correr água
durante alguns minutos (idealmente 15 min) antes de retirar um volume
para amostra.
É importante referir que as seringas e os filtros, usados para a recolha de amostras de isótopos, são
descartáveis, devendo ser usados apenas uma vez.
Planeamento das atividades
A recolha de amostras será dividida por duas equipas, consoante a zona: uma será responsável pela
recolha de amostras na Amadora (cobrindo os locais AF1, AF2, AF3 e AP1) e outra que ficará na
ETAR de Alcântara (cobrindo os locais AP2 e CANETAR). Cada equipa deve ser acompanhada por
um operador da SIMTEJO e ter dois técnicos do IST, no mínimo. Prevê-se a constituição apresentada
no Quadro A IV-5.
Quadro A IV-5: Constituição das equipas 1 e 2.
Equipa 1 - Amadora Equipa 2 - ETAR
Vera Rodrigues (IST) Rita Matos (IST)
Nuno Pimentel (IST) Vasco Garcia (IST)
Engª. Vanda Barroso (Simtejo) Operador (Simtejo)
Operador (Simtejo) (-)
O plano de atividades previstas para cada equipa, que serve também como um mapa detalhado dos
horários de recolha de cada amostra, é apresentado na última página deste documento,
nomeadamente no Quadro A IV-7.
Caso se verifique ser impossível cumprir o referido plano de trabalhos (nomeadamente no primeiro
dia, devido a complicações, imprevistos ou falta de tempo), as equipas poderão ajustar os horários,
consoante o que for mais prático. Devem, no entanto, manter-se o número de recolhas em cada local
IV.6
e, preferencialmente, um intervalo relativamente constante entre cada medição (no mesmo local).
Assim, as horas de medição sugeridas não precisam de ser rigorosamente seguidas. Relativamente
às recolhas de água potável (AP), por exemplo, as equipas podem fazê-las quando for mais
conveniente, ao longo do dia.
No fim dos dois primeiros dias, as amostras devem ser trazidas para o IST e guardadas no frigorífico
do Laboratório de Ambiente. No último dia da campanha, todas as amostras para medição de
isótopos devem ser levadas para o laboratório do SIIAF.
É ainda importante considerar os meios de transporte, principalmente no caso da equipa “móvel”. Na
equipa 1 deve haver no mínimo um carro, para que se faça o percurso entre os diversos pontos. Em
princípio, a SIMTEJO irá disponibilizar um veículo para este fim. Todos os elementos das duas
equipas deverão ter em consideração que nos dias 23 e 24 de Julho a campanha tem início de
madrugada, pelo que seria aconselhável organizarem o modo de chegada aos locais.
No Quadro A IV-6 apresenta-se o número de amostras que se prevê serem recolhidas em cada local,
ao longo dos dias 22, 23 e 24 de Julho de 2013.
Quadro A IV-6: Número de amostras que se prevê recolher em cada local.
Local\ Tipo de análise Razão isotópica CQO
CANETAR 14 3 AF1 10 6 AF2 10 6 AF3 2 - AP1 10 - AP2 10 -
Atividades de preparação da campanha
Antes da realização da campanha, é necessário proceder a diversas atividades de preparação. Com
alguma antecedência, deve verificar-se a disponibilidade de material do IST, nomeadamente de
frascos de CQO, sondas e geleiras. Deve ficar ainda assegurado que exista espaço livre no frigorífico
do laboratório de Ambiente entre os dias 22 e 24 de Julho, de forma a poderem ser armazenadas
todas as amostras. O material que não é fornecido pelo IST, nomeadamente as seringas, tubos e
filtros, deve ser levantado e trazido para o IST.
Uma vez que os frascos Eppendorf são muito pequenos, aconselha-se ainda que seja feita, antes da
campanha, a rotulação dos mesmos. Por uma questão prática, podem também ser rotulados os
frascos de CQO. Refira-se ainda que, geralmente, os tubos, seringas e filtros estão à conta do
número de amostras. Assim, é conveniente organizar o material por dia e por equipa, para que não se
corra o risco de faltar material no último dia de campanha.
Para preparar a campanha, será realizada, no dia 17 de Julho, uma visita prévia de reconhecimento a
todos os locais. Nessa visita estarão presentes dois elementos do IST, um de cada equipa, que serão
acompanhados por um funcionário da SIMTEJO. O principal objetivo desta visita é conhecer a
IV.7
localização de cada ponto, estudar o percurso entre pontos (para a equipa 1) e adaptar o
planeamento inicial das atividades, se necessário. Pretende-se ainda identificar ou tentar prever
possíveis obstáculos e dificuldades práticas, a tempo de os minimizar antes da campanha.
Nos pontos de acesso limitado, nomeadamente na Rua da Fonte dos Passarinhos (onde a câmara de
visita se encontra numa zona de estacionamento), devem ser colocados pinos ou outra identificação,
para que não haja problemas de acesso. A SIMTEJO ficou responsável por proceder a este trabalho,
nos dias anteriores à campanha.
IV.8
Quadro A IV-7: horário de recolha de amostras, por dia e por equipa.
Equipa 1 Equipa 2
Dia 1 2 3 1 2 3 Data 22-Jul 23-Jul 24-Jul 22-Jul 23-Jul 24-Jul
5:00 CANETAR
5:15 CANETAR
5:30
5:45
6:00 CANETAR
6:15 CANETAR
6:30
6:45
7:00 CANETAR
7:15 CANETAR
7:30
7:45
8:00 AF1 AF1
8:15 AF2 AF2
8:30 AF3 AP1
8:45 AP1
9:00
9:15 AP2 AP2
9:30 CANETAR CANETAR
9:45
10:00 AF1 AF1
10:15 AF2 AF2
10:30 AP1 AP1
10:45
11:00 CANETAR CANETAR
11:15 AP2 AP2
11:30
11:45
12:00 AF1 AF1
12:15 AF2 AF2
12:30 AF3 AP1
12:45 AP1 AP2 AP2
13:00
13:15
13:30
13:45
14:00 CANETAR CANETAR
14:15 AP2 AP2
14:30
14:45
15:00 AF1 AF1
15:15 AF2 AF2
15:30 AP1 AP1
15:45
16:00 CANETAR CANETAR
16:15 AP2 AP2
16:30 Trazer amostras para o IST
16:45
17:00 AF1 AF1
AF2 AF2
AP1 AP1
Trazer amostras para o IST
1 amostra isótopos
1 amostra isótopos + 1 amostra CQO
Intervalo (almoço)
IV.9
Anexo V
Resultados da campanha de recolha de amostras para análise isotópica;
22 a 24 de Julho de 2013
V.0
V. Resultados da campanha de recolha de amostras para análise
isotópica; 22 a 24 de Julho de 2013
V.1
V.1. Fotografias da campanha
Dia 1 (22/07/2013)
Figura A V-1: Recolha no local AP1 Figura A V-2: Medição de parâmetros no local AP1
Figura A V-3: Caixa de visita no local AF1 Figura A V-4: Medição de parâmetros no local AF1
Figura A V-5: Medição de parâmetros no local AF2 Figura A V-6: Medição de parâmetros no local AF2
Figura A V-7: Local AF3 Figura A V-8: Recolha de amostras no local AF3
V.2
Dia 2 (23/07/2013)
Figura A V-9: Recolha de água no local AF1 Figura A V-10: Recolha de água no local AF1
Figura A V-11: Recolha de água no local AP1 Figura A V-12: Recolha de amostra no local AP1
Dia 3 (24/07/2013)
Figura AV-13: Local AF2 (Jardim da Mina) Figura AV-14: Recolha de amostra no local AF2
Figura AV-15: Recolha de água no local AF1 Figura AV-16: Medição de parâmetros no local AF1
V.3
CANETAR
Parâmetros Unidade 22/7/13
9:30 22/7/13 11:00
22/7/13 14:00
22/7/13 16:00
23/7/13 5:00
23/7/13 6:00
23/7/13 7:00
23/7/13 9:30
23/7/13 11:00
23/7/13 14:00
23/7/13 16:00
24/7/13 5:00
24/7/13 6:00
24/7/13 7:00
T (ºC) 23.17 23.14 23.38 23.37 22.39 22.28 22.2 23.08 23.34 23.26 23.31 22.52 22.47 22.32
pH (-) 7.58 7.36 7.25 7.13 7.23 7.23 7.26 7.56 7.54 7.19 7.23 7.32 7.22 7.33
Condutividade (mS/cm) 898 866 893 877 851 784 782 899 920 870 884 797 767 756
OD (%) 2.5 4 5.4 2.8 10 14 6.2 2.5 1.9 5.5 2.1 10.8 2.5 17.4
(mgO2/L) 0.21 0.31 0.48 0.24 0.87 1.24 2.28 0.21 0.16 0.48 0.18 0.91 0.22 1.5
ORP (mV) - - -126.4 -172.7 -65.1 -59.7 -66.0 -201.9 -201.8 -180.6 -208.8 -81.5 -115.6 -110.0
CQO (lab) (mg(O2)/l) 720 610 740 - - - - - - - - - - -
(lab) (‰) -3.8 -5.4 -5.3 -5.1 -5.0 -5.1 -5.1 -5.2 -5.1 -5.2 -5.3 -5.0 -5.1 -4.8
AF2
Parâmetros
22/7/13 10:40
22/7/13 12:00
22/7/13 13:57
22/7/13 16:15
23/7/13 8:46
23/7/13 10:05
23/7/13 12:05
23/7/13 14:50
23/7/13 16:30
24/7/13 9:05
T (ºC) 19.65 19.51 18.96 18.95 18.86 18.84 18.83 18.86 18.95 18.9
pH (-) 7.87 7.87 7.83 7.74 7.77 7.83 7.77 7.75 7.72 7.45
Condutividade (mS/cm) 709 723 726 719 701 710 716 723 725 705
OD (%) 93.7 94.7 94.8 86.3 94.2 91.7 92.1 89.2 93.4 90.3
(mgO2/L) 8.47 8.64 8.78 8.04 8.74 2.51 8.55 8.27 8.65 8.37
ORP (mV) -183.7 -179.4 -208.5 -165.1 -167.7 -175.4 -164.7 -133.0 -157.3 -157.4
CQO (lab) (mg(O2)/l) < 5 <5 5
6 7
10
(lab) (‰) -4.3 -4.2 -4.3 -4.3 -4.5 -4.4 -4.3 -4.6 -4.5 -4.4
V.2
. Ap
res
en
taçã
o d
e re
su
ltad
os: p
arâ
me
tros
me
did
os p
ela
so
nd
a, v
alo
res
de C
QO
e
Qu
ad
ro A
V-1
: Resu
ltad
os d
as m
ediç
õe
s c
om
a s
ond
a, C
QO
e
em
ca
da
loca
l e p
ara
cad
a
insta
nte
de
recolh
a.
V.4
AF3
Parâmetros
22/7/13 10:10
22/7/13 15:30
T (ºC) 18.23 19.73
pH (-) 6.67 7.51
Condutividade (mS/cm) 784 839
OD (%) 81.7 71.1
(mgO2/L) 7.68 6.48
ORP (mV) -131.6 -176.4
(lab) (‰) -4.4 -4.3
AP1
Parâmetros
22/7/13 10:25
22/7/13 11:47
22/7/13 14:22
22/7/13 16:00
23/7/13 8:30
23/7/13 9:50
23/7/13 11:50
23/7/13 14:38
23/7/13 16:15
24/7/13 8:55
T (ºC) 22.58 23.25 23.59 24.21 22.38 23.00 23.14 24.23 24.40 22.95
pH (-) 7.75 7.71 7.79 7.89 7.75 7.80 7.71 7.76 7.77 7.72
Condutividade (mS/cm) 159 163 167 171 163 166 165 170 171 165
OD (%) 88.3 85.8 87.9 87.4 90.6 88.3 89.5 95.3 90.1 89.8
(mgO2/L) 7.61 7.32 7.43 7.32 7.79 7.58 7.65 7.99 7.52 7.70
ORP (mV) -191.2 -184.4 -215.5 -197.7 -190.4 -192.6 -184.6 -210.8 -194.0 -194.6
(lab) (‰) -5.3 -5.5 -5.5 -5.4 -5.4 -5.6 -5.6 -5.5 -5.5 -5.7
AP2
Parâmetros
22/7/13 9:15*
22/7/13 11:00
22/7/13 12:45
22/7/13 14:00
22/7/13 16:00
23/7/13 9:30
23/7/13 11:00
23/7/13 12:45
23/7/13 14:00
23/7/13 16:00
T (ºC)
24.78 25.25 25.03 24.9 24.54 24.57 24.7 24.8 25.05
pH (-)
7.25 7.74 7.69 7.74 7.75 7.73 7.77 7.74 7.77
Condutividade (mS/cm)
350 344 346 344 344 340 342 345 349
OD (%)
47.9 81.6 82.0 85.5 31.0 86.0 86.4 92.0 88.0
(mgO2/L)
3.98 6.69 6.80 7.00 6.70 7.06 7.02 7.50 7.22
ORP (mV)
- - -206.0 -291.0 -83.2 -168.0 -126.0 -226.0 -303.2
(lab) (‰) -5.0 -5.0 -5.0 -5.1 -5.0 -5.3 -5.5 -5.2 -5.3 -5.1
* Não foi possível medir os parâmetros.
V.5
Quadro A V-2: Razões isotópicas de cada amostra, por ordem cronológica (valores originais fornecidos pelo SIIAF).
Dia Hora Local 18
O (‰) Dia Hora Local 18
O (‰)
22 09:15 AP2 -5.01 23 10:05 AF2 -4.43
22 09:30 CANETAR -3.83 23 11:00 AP2 -5.45
22 09:55 AF1 -5.28 23 11:00 CANETAR -5.15
22 10:10 AF3 -4.39 23 11:38 AF1 -5.38
22 10:25 AP1 -5.34 23 11:50 AP1 -5.58
22 10:40 AF2 -4.34 23 12:05 AF2 -4.35
22 11:00 AP2 -5.02 23 12:45 AP2 -5.24
22 11:00 CANETAR -5.39 23 14:00 AP2 -5.33
22 11:40 AF1 -5.27 23 14:00 CANETAR -5.19
22 11:47 AP1 -5.52 23 14:30 AF1 -5.49
22 12:00 AF2 -4.21 23 14:38 AP1 -5.53
22 12:45 AP2 -4.99 23 14:50 AF2 -4.61
22 13:57 AF2 -4.31 23 16:00 AP2 -5.14
22 14:00 AP2 -5.11 23 16:00 CANETAR -5.28
22 14:00 CANETAR -5.30 23 16:07 AF1 -5.56
22 14:13 AF1 -5.47 23 16:15 AP1 -5.55
22 14:22 AP1 -5.51 23 16:30 AF2 -4.45
22 15:30 AF3 -4.27 24 05:00 CANETAR -5.02
22 15:55 AF1 -5.22 24 06:00 CANETAR -5.15
22 16:00 AP1 -5.41 24 07:00 CANETAR -4.83
22 16:00 AP2 -4.99 24 08:45 AF1 -5.68
22 16:00 CANETAR -5.08 24 08:55 AP1 -5.66
22 16:15 AF2 -4.27 24 09:05 AF2 -4.44
23 05:00 CANETAR -5.04
23 06:00 CANETAR -5.09
23 07:00 CANETAR -5.08
23 08:20 AF1 -5.55
23 08:30 AP1 -5.38
23 08:46 AF2 -4.48
23 09:30 AP2 -5.34
23 09:30 CANETAR -5.20
23 09:40 AF1 -5.63
23 09:50 AP1 -5.60
V.6
Figura AV-17: Resultados, em bruto, dos valores de 18
O medidos em cada local.
Figura AV-18: Resultados, em bruto, dos valores de 18
O medidos no local CANETAR.
-,6.0
-,5.5
-,5.0
-,4.5
-,4.0
-,3.5
-,3.0
22/7
/yy 0
8:0
0
22/7
/yy 1
1:0
0
22/7
/yy 1
4:0
0
22/7
/yy 1
7:0
0
22/7
/yy 2
0:0
0
22/7
/yy 2
3:0
0
23/7
/yy 0
2:0
0
23/7
/yy 0
5:0
0
23/7
/yy 0
8:0
0
23/7
/yy 1
1:0
0
23/7
/yy 1
4:0
0
23/7
/yy 1
7:0
0
23/7
/yy 2
0:0
0
23/7
/yy 2
3:0
0
24/7
/yy 0
2:0
0
24/7
/yy 0
5:0
0
24/7
/yy 0
8:0
0
1
8O
(‰
)
Data (dia e hora)
AF2 AF3 AP1 AP2 CANETAR
-6.0
-5.5
-5.0
-4.5
-4.0
-3.5
-3.0
22/7
09:0
0
22/7
15:0
0
22/7
21:0
0
23/7
03:0
0
23/7
09:0
0
23/7
15:0
0
23/7
21:0
0
24/7
03:0
0
24/7
09:0
0
1
80
(‰
)
Data (dia e hora)
AR-ETAR AP AF
V.7
V.3. Análise dos resultados: apresentação de tabelas e figuras auxiliares
Quadro A V-3: Valor médio da água potável e freática: em cada dia e nos três dias (média global).
18O (‰)
Origem da água Potável Freática
Dia 22 -5.24 -4.30
Dia 23 -5.41 -4.43
Dia 24 -5.66 -4.44
Global (3 dias) -5.34 -4.38
Figura AV-19: Comparação dos valores de medidos nas duas fontes de água freática nos dias 22, 23 e 24 de Julho de 2013, e respetivo valor médio.
Figura AV-20: Valores brutos de 18
O medidos no Caneiro de Alcântara, e médias diárias das águas potáveis e
águas freáticas, em cada dia.
-4.7
-4.6
-4.5
-4.4
-4.3
-4.2
-4.1
-4.0
1
80 (
‰)
Data (dia e hora)
Média (AF2+AF3) AF3 AF2
-6.0
-5.5
-5.0
-4.5
-4.0
-3.5
-3.0
1
80
(‰
)
Data (dia e hora)
CANETAR AP (22/07) AP (23/07) AP (24/07)
AF (22/07) AF (23/07) AF (24/07)
V.8
Figura AV-21: Valores de 18
O registados no dia 22 de Julho de 2013 (excluindo o outlier).
Figura AV-22: Valores de 18
O registados no dia 23 de Julho de 2013.
Figura AV-23: Valores de 18
O registados no dia 24 de Julho de 2013.
-,6.0
-,5.5
-,5.0
-,4.5
-,4.0
-,3.5
-,3.0
8:30 11:30 14:30 17:30
1
8O
(‰
)
Data (h)
AP1
AP2
AF2
AF3
CANETAR
-,6.0
-,5.5
-,5.0
-,4.5
-,4.0
-,3.5
-,3.0
4:30 7:30 10:30 13:30 16:30
1
8O
(‰
)
Data (h)
AP1
AP2
AF2
CANETAR
-,6.0
-,5.5
-,5.0
-,4.5
-,4.0
-,3.5
-,3.0
4:30 7:30 10:30
1
8O
(‰
)
Data (h)
AP1
AF2
CANETAR
V.9
Quadro A V-4: Caudal infiltrado, caudal de águas residuais e caudal total (segundo o padrão).
Hora Dia Qpadrão Qinf QAR
(m3/s) (m
3/s) (m
3/s)
05:00 23 1.06 0.33 0.73
24 1.06 0.36 0.71
06:00 23 1.08 0.28 0.80
24 1.08 0.21 0.86
07:00 23 1.15 0.31 0.85
24 1.15 0.61 0.54
09:30 23 1.24 0.18 1.06
11:00 23 1.24 0.25 0.99
14:00 23 1.24 0.19 1.05
16:00 22 1.22 0.32 0.90
Quadro A V-5: Valores usados para construir o hidrograma que mostra a contribuição das componentes de infiltração e águas residuais para o caudal total que aflui à secção CANETAR (Figura 6.18).
Caudal médio de
infiltração Caudal (exclusivo) de
águas residuais
Hora (h) (m3/s) (m
3/s)
05:00 0.34 0.72
06:00 0.24 0.83
07:00 0.46 0.69
09:30 0.18 1.06
11:00 0.25 0.99
14:00 0.19 1.05
16:00 0.32 0.90
Quadro A V-6: Fração de infiltração considerando a média global e a média diária dos valores de 18
O de água
potável e freática17
.
b (-)
Média de valores de 18
O de águas freáticas e potáveis
Global Diária
22/7/13 09:30 outlier
Data
(d
ia e
ho
ra)
22/7/13 11:00 -0.06 -0.17
22/7/13 14:00 0.04 -0.07
22/7/13 16:00 0.26 0.16
23/7/13 05:00 0.31 0.38
23/7/13 06:00 0.26 0.33
23/7/13 07:00 0.27 0.34
23/7/13 09:30 0.14 0.22
23/7/13 11:00 0.20 0.27
23/7/13 14:00 0.15 0.23
23/7/13 16:00 0.06 0.13
24/7/13 05:00 0.33 0.53
24/7/13 06:00 0.20 0.42
24/7/13 07:00 0.53 0.68
17
A vermelho estão os valores que foram retirados posteriormente, após a análise do erro.
V.10
Quadro A V-7: Valores de referentes a cada origem de água, fração de infiltração e respetivo erro.
(‰) b b b/b|
Data AR inf (-) (-) (-)
22/7/13 09:30 -5.34 -4.38 -3.83 outlier
22/7/13 11:00 -5.34 -4.38 -5.39 -5.75% 15.25% 2.65
22/7/13 14:00 -5.34 -4.38 -5.30 3.66% 14.54% 3.97
22/7/13 16:00 -5.34 -4.38 -5.08 26.35% 13.29% 0.50
23/7/13 05:00 -5.34 -4.38 -5.04 31.32% 13.12% 0.42
23/7/13 06:00 -5.34 -4.38 -5.09 25.61% 13.32% 0.52
23/7/13 07:00 -5.34 -4.38 -5.08 26.71% 13.28% 0.50
23/7/13 09:30 -5.34 -4.38 -5.20 14.30% 13.87% 0.97
23/7/13 11:00 -5.34 -4.38 -5.15 19.88% 13.57% 0.68
23/7/13 14:00 -5.34 -4.38 -5.19 15.03% 13.83% 0.92
23/7/13 16:00 -5.34 -4.38 -5.28 5.53% 14.41% 2.61
24/7/13 05:00 -5.34 -4.38 -5.02 33.41% 13.05% 0.39
24/7/13 06:00 -5.34 -4.38 -5.15 19.85% 13.58% 0.68
24/7/13 07:00 -5.34 -4.38 -4.83 53.05% 12.83% 0.24
Quadro A V-8: Comparação dos resultados obtidos usando como base o caudal médio padrão de tempo seco (à esquerda) ou usando valores médios obtidos na campanha (à direita).
Usando o padrão Q
Usando apenas os dados dos
dias de campanha Q
(m3/s)
(m
3/s)
Caudal médio (padrão) 1.19
Média dos caudais (padrão)18
1.15
Caudal de infiltração 0.30
Caudal de infiltração 0.30
Caudal de tempo seco 0.89
Caudal de tempo seco 0.85
Frações de infiltração
Frações de infiltração
k 0.34
k 0.36 b 0.25
b (médio) 0.26
18
Este valor refere-se à média dos caudais em cada instante, obtidos também do padrão de tempo seco.