Transient-state calibration of a ground-water flow model and simulation of scenarios of development for the Almádena-Odeáxere aquifer system

Abstract

O presente trabalho de investigação pretendeu caracterizar a distribuição espacial do coeficiente de armazenamento no sistema aquífero Almádena-Odeáxere (AO) através da calibração de um modelo numérico de elementos finitos, com o objectivo de aumentar a fiabilidade da simulação em regime transitório, do seu funcionamento hidráulico. Após a calibração e validação do modelo para a simulação do comportamento hidráulico do AO em regime transitório, procedeu-se à simulação e análise do impacto de vários cenários hipotéticos de exploração do sistema aquífero e assim, espera-se demonstrar a utilidade destes modelos como ferramentas para a gestão responsável destes recursos. O sistema aquífero AO estende-se ao longo de 63.5 km2 nos Municípios de Lagos e Vila do Bispo, no Algarve, e encontra-se hidraulicamente ligado a vários corpos de água superficial que suportam ecossistemas vulneráveis. Os mais significantes dos quais, são as duas zonas húmidas que se encontram nas áreas de descarga natural do aquífero: (1) ao longo da ribeira de Bensafrim e (2) na Boca do Rio no canto SW do sistema aquífero. Dada a variabilidade sazonal da disponibilidade de água superficial e a natureza efémera das ribeiras associadas a estas zonas húmidas, a exploração deste sistema aquífero poderá ter efeitos sobre a disponibilidade de água para estes ecossistemas. Durante o ultimo século o aquífero AO era a principal fonte de abastecimento de água para as cidades de Lagos e Vila do Bispo. Recentemente, em 1999 este, foi substituído como fonte de abastecimento público por um sistema suportado por fontes de água superficial (designadamente barragens). No entanto, as limitações desta estratégia, dependente de uma única fonte de abastecimento, tornaram-se evidentes durante a seca de 2004-2005 e iniciaram um movimento na direcção de integrar o uso de águas superficiais e subterrâneas na estratégia de gestão dos recursos hídricos. È portanto fundamental compreender os impactos que a exploração destes recursos subterrâneos poderão ter sobre os aquíferos e outros sistemas que deles dependem. Foi implementado um modelo regional de elementos finitos de forma a investigar as relações quantitativas entre os dados históricos disponíveis sobre a exploração do aquífero, realizada pelas Câmaras Municipais e, as variáveis de estado resultantes da monitorização do AO (medições piezométricas e do caudal de fontes e ribeiras). Numa fase prévia, a distribuição espacial do parâmetro hidráulico transmissividade foi determinado para o AO usando métodos iii de calibração inversa do modelo e integrando informação disponível no que concerne à geometria do sistema, às condições de fronteira, à cartografia geológica e aos dados hidrológicos relevantes. De modo a permitir a simulação do comportamento hidráulico do AO em regime transitório, foi necessário proceder á caracterização da distribuição espacial do coeficiente de armazenamento. Comparado com o parâmetro transmissividade, o coeficiente de armazenamento considera uma gama de valores fisicamente possíveis bastante menor que a transmissividade, apresentando valores na ordem de 1x10-5 a 1x10-3 para aquíferos confinados e valores na ordem de 1x10-2 até valores de porosidade total para aquíferos livres. Considerouse que esta menor gama de valores a considerar não justificava o esforço e tempo necessários para a aplicação de métodos de calibração inversa em regime transitório. Assim, foi aplicado um método de tentativa e erro na calibração do modelo numérico para determinar a distribuição espacial do coeficiente de armazenamento. Os resultados da calibração forneceram a primeira estimativa da distribuição regional do coeficiente de armazenamento, com valores entre 0.05 e 0.125 obtidos em cinco zonas, o que resultou numa maior fiabilidade na evolução espacial e temporal de variáveis de estado para simulações em regime transitório, quer em regimes naturais, quer considerando diferentes cenários de utilização do recurso de água. Após esta calibração foi necessário proceder com a validação do modelo em regime transitório, o que contribuiu não só para averiguar a sua precisão e estabilidade mas também para a análise do impacto de vários cenários de exploração a que o aquífero foi exposto ao longo das últimas décadas. Estes cenários simulados do período entre 1997 e 2003 permitiram a análise do impacto das alterações significativas nas políticas de gestão dos recursos hídricos da região, não só a nível da dinâmica hidrogeológica numa escala regional mas também numa escala mais local nas áreas de descarga natural do sistema aquífero e as relações com as águas superficiais associadas. Os resultados obtidos mostraram um bom ajuste entre valores de potencial hidráulico e de descarga natural simulados e valores medidos no terreno. Com o estado actual do modelo foi possível avançar com a simulação de vários cenários hipotéticos de exploração do aquífero a partir dos furos municipais existentes no AO de modo a determinar os seus potenciais impactos. Para a realização destas simulações tomou-se em conta a recarga calculada a partir de valores de precipitação de Setembro de 2003 a Setembro de 2006, um período que cobre uma das épocas mais secas em registo. Os regimes de iv extracção considerados para cada simulação foram calculados com base no valor de capacidade de extracção máxima dos furos. Os caudais dos regimes foram variados entre 0% e 100%, em passos de 10%, da capacidade máxima de cada furo. Apesar destes regimes hipotéticos não serem representativos da variabilidade sazonal da procura de água, considerase que representam casos de “pior cenário”. Os resultados destas simulações de cenários hipotéticos demonstraram que a extracção de água subterrânea dos furos municipais tem um impacto significativo na dinâmica hidrogeológica regional e sobretudo nas zonas de descarga e subsequentemente sobre os corpos de água superficial associados, reduzindo a contribuição do aquífero para as ribeiras e zonas húmidas. De facto, as simulações sugerem que a descarga natural na zona das Portelas seria efectivamente nula com regimes de exploração que consideram apenas caudais de extracção de1.4x104 m3/dia (cerca de 35% da capacidade total dos furos municipais). No entanto, para quantificar o impacto desta redução de descarga é necessário um estudo mais detalhado acerca da importância da componente de água subterrânea para o funcionamento destes corpos de água superficial e os seus ecossistemas associados. Sugere-se que seja levada a cabo uma pesquisa futura que coordene modelos de escoamento de água subterrânea, modelos de água superficial e modelos ecológicos, de forma a optimizar os regimes de exploração do aquífero de forma a resultar no menor impacto possível sobre estes sistemas e os seus ecossistemas associados. Em suma, espera-se que o presente trabalho consiga demonstrar a utilidade e importância destes modelos como ferramentas para uma gestão mais eficiente e racional dos recursos hídricos. Além disso, pretende-se que os conclusões apresentadas reforcem a possibilidade da gestão de reservas de água subterrânea do sistema aquífero AO poder vir a ser efectuada utilizando este tipo de modelos.