VARIABILIDADE CLIMÁTICA, RECURSOS HÍDRICOS ...VARIABILIDADE CLIMÁTICA, RECURSOS HÍDRICOS SUBTERRÂNEOS E ECOSSISTEMAS DEPENDENTES DE ÁGUAS SUBTERRÂNEAS J.P. LOBO FERREIRA Doutor

VARIABILIDADE CLIMÁTICA, RECURSOSHÍDRICOS SUBTERRÂNEOS E

ECOSSISTEMAS DEPENDENTES DEÁGUAS SUBTERRÂNEAS

J.P. LOBO FERREIRADoutor em Engenharia Civil, LNEC, [email protected]

T.E. LEITÃODoutora em Hidrogeologia, LNEC, [email protected]

T. MARTINSGeólogo, LNEC, [email protected]

M.M. OLIVEIRADoutor em Hidrogeologia, LNEC, [email protected]

J.P. MONTEIRODoutor em Hidrogeologia, UALGARVE, [email protected]

M.E.NOVODoutora em Hidrogeologia, LNEC, [email protected]

J.P. LOBO FERREIRADoutor em Engenharia Civil, LNEC, [email protected]

T.E. LEITÃODoutora em Hidrogeologia, LNEC, [email protected]

T. MARTINSGeólogo, LNEC, [email protected]

M.M. OLIVEIRADoutor em Hidrogeologia, LNEC, [email protected]

J.P. MONTEIRODoutor em Hidrogeologia, UALGARVE, [email protected]

M.E.NOVODoutora em Hidrogeologia, LNEC, [email protected]

Trabalho realizado no âmbito do:

Co-financiamento:

mailto:[email protected]












• Introdução e objetivos

• Alterações climáticas e o ciclo hidrológico

• Alterações climáticas e qualidade de águas subterrâneas

• Metodologia EDAS

Modificação das séries climatológicas• Precipitação

• Temperatura

• Evapotranspiração

Determinação da recarga atual e em cenários

Aplicação ao modelo MODFLOW

• Resultados

Relação entre a recarga do cenário e a recarga atual

Profundidade do nível piezométrico para o cenário de 2050 e 2080

• Conclusões

VARIABILIDADE CLIMÁTICA, RECURSOS HÍDRICOSSUBTERRÂNEOS E ECOSSISTEMAS DEPENDENTES DE

ÁGUAS SUBTERRÂNEAS

• Introdução e objetivos

• Alterações climáticas e o ciclo hidrológico

• Alterações climáticas e qualidade de águas subterrâneas

• Metodologia EDAS

Modificação das séries climatológicas• Precipitação

• Temperatura

• Evapotranspiração

Determinação da recarga atual e em cenários

Aplicação ao modelo MODFLOW

• Resultados


Profundidade do nível piezométrico para o cenário de 2050 e 2080

• Conclusões

O clima da Terra influencia sobremaneira as características do ciclo hidrológico e, dessemodo:

• afeta diversos aspetos relacionados com o uso da água para consumo humano e para aprodução de alimentos

• influenciando a saúde humana, os ecossistemas associados e muitos outros aspetosrelativos ao uso e ao aproveitamento dos recursos hídricos.

VARIABILIDADE CLIMÁTICA, RECURSOS HÍDRICOS SUBTERRÂNEOS E ECOSSISTEMAS DEPENDENTESVARIABILIDADE CLIMÁTICA, RECURSOS HÍDRICOS SUBTERRÂNEOS E ECOSSISTEMAS DEPENDENTESDE ÁGUAS SUBTERRÂNEASDE ÁGUAS SUBTERRÂNEAS

Introdução ACs e ciclohidrológico

ACs e águassubterrâneas

MetodologiaEDAS

AplicaçãoResultados econclusões

O clima da Terra influencia sobremaneira as características do ciclo hidrológico e, dessemodo:

• afeta diversos aspetos relacionados com o uso da água para consumo humano e para aprodução de alimentos

• influenciando a saúde humana, os ecossistemas associados e muitos outros aspetosrelativos ao uso e ao aproveitamento dos recursos hídricos.

Os impactes das alterações climáticas nos recursos hídricospodem ser diretos, quando resultam diretamente das alteraçõesclimáticas, ou indiretos, quando resultam de modificações dossistemas económico-social induzidas pelas alterações climáticas(Cunha et al., 2006).

Variabilidade Climática, Recursos Hídricos Subterrâneos eEcossistemas Dependentes de Águas Subterrâneas LNEC | 3

ObjetivosObjetivosCom base em:• estudos realizados à escala global: Gleick et al., 2001; IPCC, 1990, 1995, 2001 e

2007 e Bates et al., 2008• estudos regionais realizados em diversos países• estudos para Portugal: Nascimento et al., 2004; Nascimento et al., 2005; Cunha et

al., 2006; Oliveira, Novo e Lobo Ferreira, 2007 e Novo, 2007

procurou-se examinar os principais efeitos que seria expectável vir a observar para acomponente da qualidade das águas subterrâneas face aos cenários esperados para

o clima e os recursos hídricos em particular nas áreas dos EcossistemasDependentes de Águas Subterrâneas




MetodologiaEDAS


ObjetivosObjetivosCom base em:• estudos realizados à escala global: Gleick et al., 2001; IPCC, 1990, 1995, 2001 e

2007 e Bates et al., 2008• estudos regionais realizados em diversos países• estudos para Portugal: Nascimento et al., 2004; Nascimento et al., 2005; Cunha et

al., 2006; Oliveira, Novo e Lobo Ferreira, 2007 e Novo, 2007

procurou-se examinar os principais efeitos que seria expectável vir a observar para acomponente da qualidade das águas subterrâneas face aos cenários esperados para

o clima e os recursos hídricos em particular nas áreas dos EcossistemasDependentes de Águas Subterrâneas


Pese embora todas as incertezasincertezas associadas:•aos modelos de previsão do clima,•aos modelos globais de circulação,•aos dados e modelos hidrológicos,•às incertezas resultantes das diferentes escalas de análise e•ao impacte que essas alterações poderão ter …




MetodologiaEDAS


SabeSabe--sese que:

O aumento das emissões resultantes das atividades humanas, induz oaumento das concentrações atmosféricas em gases com efeito de estufa,tais como: dióxido de carbono; metano; clorofluorocarbonetos e óxidonítrico.

Esse aumento resulta num aumento da temperatura à superfície da Terra





MetodologiaEDAS


IPCC, 2007


Com base em observações efectuadas ao longo de várias décadas, Gleick et al. (2001) eBates et al. (2008) sintetizam o conjunto principal dos efeitos das alterações climáticas(expresso através dos elementos precipitação, temperatura eevaporação/evapotranspiração) no ciclo hidrológico da seguinte forma:

• aumento global da média de precipitação, de evaporação e de evapotranspiração;• aumento da temperatura global e regional;• aumento da humidade atmosférica;• alterações nos padrões de precipitação (e neve), nomeadamente frequência,

intensidade e extremos;• redução da cobertura de gelo e intensificação do degelo em épocas diferentes;• elevação do nível médio da água do mar.




MetodologiaEDAS


Com base em observações efectuadas ao longo de várias décadas, Gleick et al. (2001) eBates et al. (2008) sintetizam o conjunto principal dos efeitos das alterações climáticas(expresso através dos elementos precipitação, temperatura eevaporação/evapotranspiração) no ciclo hidrológico da seguinte forma:

• aumento global da média de precipitação, de evaporação e de evapotranspiração;• aumento da temperatura global e regional;• aumento da humidade atmosférica;• alterações nos padrões de precipitação (e neve), nomeadamente frequência,

intensidade e extremos;• redução da cobertura de gelo e intensificação do degelo em épocas diferentes;• elevação do nível médio da água do mar.


As potenciais implicações directas que as alterações climáticas terão na quantidade equalidade dos recursos hídricos subterrâneos advêm das variações esperadas para o climaem termos de:

temperatura, precipitação e evapotranspiração

O período e intensidade dos escoamentos, a recarga das águas subterrâneas, a humidadedo solo e as reservas, são os factores que, no seu conjunto, irão interferir com a capacidadeda bacia hidrográfica para reter poluentes ou, pelo contrário, empolar diversas formas depoluição degradando a qualidade das águas subterrâneas




MetodologiaEDAS


As potenciais implicações directas que as alterações climáticas terão na quantidade equalidade dos recursos hídricos subterrâneos advêm das variações esperadas para o climaem termos de:

temperatura, precipitação e evapotranspiração

O período e intensidade dos escoamentos, a recarga das águas subterrâneas, a humidadedo solo e as reservas, são os factores que, no seu conjunto, irão interferir com a capacidadeda bacia hidrográfica para reter poluentes ou, pelo contrário, empolar diversas formas depoluição degradando a qualidade das águas subterrâneas


GESTÃOINTEGRADA E

SUSTENTÁVEL DAQUALIDADE DAS

ÁGUASSUBTERRÂNEAS EM

PORTUGALContributos para um

Bom estado em2015

Leitão, 2010




MetodologiaEDAS


GESTÃOINTEGRADA E

SUSTENTÁVEL DAQUALIDADE DAS

ÁGUASSUBTERRÂNEAS EM

PORTUGALContributos para um

Bom estado em2015

Leitão, 2010


Em síntese:Em síntese:

Redução do volume de recarga de aquíferos (P e ETP);

Rebaixamento dos níveis piezométricos (R e EV);

Redução das áreas húmidas (P, ETP, menores descargas);

Aumento das áreas de aquíferos costeiros sujeitos a intrusão marinha(nmm);

Agravamento dos problemas de qualidade da água (cheias, erosão,nomeadamente de solos agrícolas poluídos, e redução do escoamentonos meses de Verão);

Maior risco de salinização dos solos (aumento das necessidades de águapara irrigação; maior evapotranspiração, com possibilidade de lixiviaçãoposterior de sais para as águas subterrâneas).




MetodologiaEDAS


Em síntese:Em síntese:

Redução do volume de recarga de aquíferos (P e ETP);

Rebaixamento dos níveis piezométricos (R e EV);

Redução das áreas húmidas (P, ETP, menores descargas);

Aumento das áreas de aquíferos costeiros sujeitos a intrusão marinha(nmm);

Agravamento dos problemas de qualidade da água (cheias, erosão,nomeadamente de solos agrícolas poluídos, e redução do escoamentonos meses de Verão);

Maior risco de salinização dos solos (aumento das necessidades de águapara irrigação; maior evapotranspiração, com possibilidade de lixiviaçãoposterior de sais para as águas subterrâneas).


A metodologia de análise dos impactos das alterações climáticas sobre as EDAS tem como base aapresentada por Oliveira et al. (2012), aplicada ao sistema aquífero de Monforte – Alter do Chãopara os cenário climáticos de 2050 e 2080.

Tem como objetivo:> Avaliar a variação da recarga por área nos cenários futuros> Determinar a variação das áreas em que o nível piezométrico é superficial

Consiste na:> Modificação das séries climatológicas

Precipitação Temperatura Evapotranspiração

> Determinação da recarga atual e em cenários

> Aplicação ao modelo MODFLOW




MetodologiaEDAS


A metodologia de análise dos impactos das alterações climáticas sobre as EDAS tem como base aapresentada por Oliveira et al. (2012), aplicada ao sistema aquífero de Monforte – Alter do Chãopara os cenário climáticos de 2050 e 2080.

Tem como objetivo:> Avaliar a variação da recarga por área nos cenários futuros> Determinar a variação das áreas em que o nível piezométrico é superficial

Consiste na:> Modificação das séries climatológicas

Precipitação Temperatura Evapotranspiração

> Determinação da recarga atual e em cenários

> Aplicação ao modelo MODFLOWVariabilidade Climática, Recursos Hídricos Subterrâneos e

Ecossistemas Dependentes de Águas Subterrâneas LNEC | 11


Modificação das séries climatológicasCenário de emissões considerado: A1B, que corresponde a um cenário de crescimento económico global rápido,e equilíbrio entre diferentes tipos de fontes energéticas – onde se esperam alterações de precipitação etemperatura de acordo com a estação do ano.



MetodologiaEDAS


Modelo climático Modelo SMHIRCA _ECHAM5 Média dos modelos ENSEMBLES

Horizonte 2080Inverno: -4,7%; Primavera: -37,5%;

Verão: -61%; Outono: -24,6%Inverno: +2%; Primavera: -33%;

Verão: -51%; Outono: -27%

Horizonte 2050Inverno: +4%; Primavera: -15%;Verão: -26,8%; Outono: -22,6%

Inverno: +12%; Primavera: -11%;Verão: -29%; Outono: -15%

Taxas de variação da precipitaçãopara o cenário climático A1B


Horizonte 2050Inverno: +4%; Primavera: -15%;Verão: -26,8%; Outono: -22,6%

Inverno: +12%; Primavera: -11%;Verão: -29%; Outono: -15%

Modelo climático Modelo SMHIRCA _ECHAM5 Média dos modelos ENSEMBLES

Horizonte2080

Máxima mensalInverno: +2,1ºC; Primavera: +3,1ºC;

Verão: +6,7ºC; Outono: +4,1ºC

Inverno: +2,7ºC; Primavera: +3,6ºC;


Mínima mensalInverno: +1,9ºC; Primavera: +1,9ºC;

Verão: +3,2ºC; Outono: +3ºC



Horizonte2050

Máxima mensalInverno: +0,8ºC; Primavera: +0,8ºC;



Verão: +2,5ºC; Outono: = +2,0ºC

Mínima mensalInverno: +0,7ºC; Primavera: +0,4ºC;




Taxas de variação das temperaturaspara o cenário climático A1B


Modificação das séries climatológicas (cont.)

Séries de precipitação:> A alteração das séries de precipitação considerou duas metodologias:

(1) Variação constante, por estação do ano – cada evento de precipitação é afetado de uma taxa de variaçãonegativa constante correspondente à estação do ano a que pertence. Assim, para cada ano, são aplicadas 4taxas distintas de variação.

(2) Variação removendo os eventos menores de precipitação, por estação do ano – usa-se uma taxa devariação constante por estação do ano para os 30 anos da série, eliminando-se os eventos menores deprecipitação no caso em que as taxas de variação assinalam uma redução da precipitação.



MetodologiaEDAS


Variabilidade Climática, Recursos Hídricos Subterrâneos eEcossistemas Dependentes de Águas Subterrâneas


Séries de precipitação:> A alteração das séries de precipitação considerou duas metodologias:

(1) Variação constante, por estação do ano – cada evento de precipitação é afetado de uma taxa de variaçãonegativa constante correspondente à estação do ano a que pertence. Assim, para cada ano, são aplicadas 4taxas distintas de variação.

(2) Variação removendo os eventos menores de precipitação, por estação do ano – usa-se uma taxa devariação constante por estação do ano para os 30 anos da série, eliminando-se os eventos menores deprecipitação no caso em que as taxas de variação assinalam uma redução da precipitação.

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Séries de temperatura (Tmax e Tmin): modificadas através do método da variação constante por estação doano, onde cada temperatura é somada ao valor da variação média correspondente à estação do ano a quepertence (as projeções indicam sempre subidas das temperaturas).

Séries de evapotranspiração: cálculo em função das séries de temperatura (Tmax e Tmin) modificadas. Umavez que até à data não têm sido publicados resultados relativamente às previsões de alteração da velocidade dovento e da insolação, estas variáveis são congeladas não se estipulando taxas de variação.

Considerou-se que as variáveis do meio se mantêm constantes, isto é, mantém-se oconjunto de séries paramétricas da associação solo/ocupação do solo, como na corridapara o cenário de referência atual no período de 1979-2009.



MetodologiaEDAS


Corrida do modelo de balanço hídrico sequencial diário BALSEQ_MOD

Variabilidade Climática, Recursos Hídricos Subterrâneos eEcossistemas Dependentes de Águas Subterrâneas


Séries de temperatura (Tmax e Tmin): modificadas através do método da variação constante por estação doano, onde cada temperatura é somada ao valor da variação média correspondente à estação do ano a quepertence (as projeções indicam sempre subidas das temperaturas).

Séries de evapotranspiração: cálculo em função das séries de temperatura (Tmax e Tmin) modificadas. Umavez que até à data não têm sido publicados resultados relativamente às previsões de alteração da velocidade dovento e da insolação, estas variáveis são congeladas não se estipulando taxas de variação.

Considerou-se que as variáveis do meio se mantêm constantes, isto é, mantém-se oconjunto de séries paramétricas da associação solo/ocupação do solo, como na corridapara o cenário de referência atual no período de 1979-2009.

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Modelo MODFLOW

Procedeu-se à corrida do modelo de diferenças finitas apresentado em Lobo Ferreira et al. (2012) obtendo-se4 cenários em conjunto com a situação de referência

Determinou-se a profundidade ao nível piezométrico através do modelo digital do terreno Divisão da distribuição espacial da profundidade ao nível piezométrico por três classes de análise

fundamentais:• Zonas húmidas (NP < 0 m)• Zonas de nível próximo da superfície (0 m < NP < 1 m)• Restantes áreas (NP > 1 m)

(1) método de variação constante daprecipitação por estação do ano

(2) método de variação removendo oseventos menores de precipitaçãopor estação do ano




MetodologiaEDAS


Modelo MODFLOW

Procedeu-se à corrida do modelo de diferenças finitas apresentado em Lobo Ferreira et al. (2012) obtendo-se4 cenários em conjunto com a situação de referência

Determinou-se a profundidade ao nível piezométrico através do modelo digital do terreno Divisão da distribuição espacial da profundidade ao nível piezométrico por três classes de análise

fundamentais:• Zonas húmidas (NP < 0 m)• Zonas de nível próximo da superfície (0 m < NP < 1 m)• Restantes áreas (NP > 1 m)

Recarga 2050 (1)Recarga 2050 (1)




NP 2050 (1)NP 2050 (1)

NP 2050 (2)NP 2050 (2)

NP 2080 (1)NP 2080 (1)

NP 2080 (2)NP 2080 (2)

(1) método de variação constante daprecipitação por estação do ano

(2) método de variação removendo oseventos menores de precipitaçãopor estação do ano


Cenário Método Percentagem darecarga atual

2050 (1) 83%(2) 88%





MetodologiaEDAS


2050 (2) 88%

2080 (1) 66%(2) 74%

(1) método de variaçãoconstante da precipitaçãopor estação do ano

(2) método de variaçãoremovendo os eventosmenores de precipitaçãopor estação do ano

2050 (1) 2050 (2)

2080 (1) 2080 (2)


Profundidade do nível piezométrico para o cenário de 2050




MetodologiaEDAS


(atual) (variação constante) (remoção de eventos menores)

CenárioÁrea (km2)

Área total (km2)(NP < 0 m) (0 m< NP < 1 m) (NP > 1 m)

Atual 0,1475 0,2038 97,5081

97,85942050 (removendo os eventos menores deprecipitação por estação do ano) 0,0550 0,2175 97,5868

2050 (variação constante por estação do ano) 0,0775 0,2119 97,5700

LegendaProfundidade ao nível piezométrico (m)

Zona húmida

0 - 1

1 - 2

2 - 4

4 - 8

8 - 16

16 - 32

> 32


Profundidade do nível piezométrico para o cenário de 2080




MetodologiaEDAS


LegendaProfundidade ao nível piezométrico (m)

Zona húmida

0 - 1

1 - 2

2 - 4

4 - 8

8 - 16

16 - 32

> 32

(atual) (variação constante) (remoção de eventos menores)

CenárioÁrea (km2) Área total

(km2)(NP < 0 m) (0 m< NP < 1 m) (NP > 1 m)

Atual 0,1475 0,2038 97,5081

97,85942080 (removendo os eventos menores de

precipitação por estação do ano) 0,0162 0,1675 97,6750



CenárioÁrea (km2)

Área total (km2)(NP < 0 m) (0 m< NP < 1 m) (NP > 1 m)

Atual 0,1475 0,2038 97,5081

97,8594

2050 (removendo os eventos menores de precipitação por estaçãodo ano) 0,0550 0,2175 97,5868


2080 (removendo os eventos menores de precipitação por estaçãodo ano) 0,0162 0,1675 97,6750





MetodologiaEDAS


Conclusões:Conclusões: Diminuição generalizada da recarga e consequente rebaixamento do nível piezométrico.

Os resultados obtidos variam consoante o método de correção da série de precipitação em cenários dealterações climáticas:

• Método de variação removendo os eventos menores de precipitação por estação do ano - perda de63% para 2050 e 89% para 2080 da área de zonas húmidas (NP < 0 m) e num ganho de 4% para 2050 eperda de 7% para 2080 de área na zona de nível próximo da superfície (0 m < NP < 1 m).

• Método variação constante por estação do ano - perda de 47% em 2050 e 83% em 2080 para zonashúmidas (NP < 0 m) contrabalançado com aumento em 7% em 2050 e perda de 18% em 2080 da área parazonas de nível de água mais próximo da superfície (0 m < NP < 1 m).



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