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Avaliação de Infiltração em Sistemas de Águas Residuais por
Aplicação de Método dos Isótopos Estáveis
Inês Machado Silva Passos Vieira
Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em
Mestrado Integrado em Engenharia do Ambiente
Orientador: Prof. José Saldanha Matos (IST)
Júri
Presidente: Prof.ª Maria Joana Neiva Correia (IST)
Orientador: Prof. José Saldanha Matos (IST)
Vogal: Dr.ª Maria Adriana Canas Cardoso (Investigadora Auxiliar, LNEC)
Vogal: Prof.ª Filipa Maria Santos Ferreira (IST)
Outubro 2014
iii
Agradecimentos
Em primeiro lugar, gostaria de agradecer aos docentes do curso de Engenharia do Ambiente, pela
transmissão do conhecimento, pelo apoio e motivação e por me terem ajudado atingir os meus
objetivos.
Gostaria de mostrar a minha gratidão para com o meu Orientador da dissertação de Mestrado, o
Professor José Saldanha Matos, pela transmissão do conhecimento científico, pela constante
disponibilidade e pela oportunidade de participar neste projeto.
Agradeço à Secção de Hidráulica e Recursos Hídricos e Ambientais do Departamento de Engenharia
Civil, Arquitetura e Georrecursos do Instituto Superior Técnico, nas pessoas de, o Prof.º Rodrigo
Proença de Oliveira, Eng.ª Rita Matos e Eng.ª Natércia Matias, pelo acompanhamento e apoio
disponibilizado neste projeto.
À empresa SIMTEJO, em especial ao Eng.º Pedro Póvoa, Eng.ª Susana Almeida, Eng.ª Vanda
Barroso e Eng.º Nuno Pimentel, pela disponibilização dos meios necessários e pelo apoio
demonstrado.
Ao Dr. Rodrigo Maia, do Laboratório SIIAF, por toda a informação fornecida e pela disponibilidade e
interesse na explicação do processo de análise laboratorial.
Um agradecimento especial à Joana pela constante disponibilidade e colaboração no projeto, pela
motivação e, sobretudo, pela amizade criada. À Vera Rodrigues por toda a informação transmitida e
apoio disponibilizado.
Às minhas colegas de curso, pela amizade, por todos os obstáculos que em conjunto ultrapassámos,
pelo apoio e confiança depositada ao longo do curso, em especial nesta última fase, e, sobretudo, por
terem tornado a passagem pelo IST uma das melhores etapas da minha vida.
À minha família, em particular, aos meus pais, ao meu irmão e aos meus avós, pelo amor e
preocupação, pelo orgulho e confiança. Ao Duarte, pelo carinho, pela motivação e pelo constante
apoio e confiança incondicional. A eles dedico o meu trabalho e o meu sucesso.
v
Resumo
A infiltração de água subterrânea constitui um problema comum a muitos sistemas de drenagem de
águas residuais, tanto a nível técnico como a nível económico e ambiental. De forma a avaliar estas
afluências indesejadas, têm sido desenvolvidas diversas metodologias, essencialmente,
convencionais. No entanto, estes métodos baseiam-se em hipóteses com elevada incerteza
associada, o que frequentemente prejudica tanto o dimensionamento como o sistema. Assim,
inicialmente no âmbito do projeto europeu de investigação APUSS (Assessing Infiltration and
Exfiltration on the Performance of Urban Sewer Systems), foi desenvolvida e aplicada uma
metodologia não convencional que ultrapassa algumas lacunas e incertezas decorrentes dos
métodos convencionais. Esta abordagem recorre a uma propriedade intrínseca da água,
designadamente, a razão isotópica de oxigénio. Posto isto, com a presente dissertação, pretende-se
contribuir para a estimativa de caudais de infiltração em sistemas de drenagem urbanos, em tempo
seco, recorrendo ao método dos isótopos estáveis de oxigénio, dando, assim, um contributo prático
para a investigação em Portugal neste domínio. Para tal, este método foi aplicado no caso de estudo
da Zona Alta da Bacia de Alcântara, em Lisboa, Portugal. Com a aplicação da abordagem referida,
obteve-se um caudal médio anual de infiltração de, aproximadamente, 480 l/s, correspondendo a
cerca de 38% do caudal total que circula na rede de drenagem. Em termos de indicadores de
infiltração, obteve-se: 1,0 l/s por quilómetro de comprimento de coletor (infiltração unitária); infiltração
específica de 1,6 m3/dia por centímetro de diâmetro e por quilómetro de comprimento de coletor e a
taxa de infiltração por unidade de área impermeável de 22 m3/dia.haai.
Palavras-chave: águas residuais, infiltração, método dos isótopos estáveis, razão isotópica, Zona
Alta da Bacia de Alcântara
vii
Abstract
Groundwater infiltration is a common problem among several wastewater drainage systems,
economically, technically and environmentally speaking. With the aim of assessing these parasitic
waters, it has been developed several methodologies, mainly, conventional ones. However, these
methods are based on assumptions that are highly uncertain, which, frequently, affects both system’s
design and the performance system. Therefore, initially under the European research project called
APUSS (Assessing Infiltration and Exfiltration on the Performance of Urban Sewer Systems), it was
developed and applied a non-conventional methodology that overcomes some gaps and uncertainties
of conventional ones. This approach uses an intrinsic property, namely, the isotopic ratio of oxygen.
Thus, the main purpose of this thesis is to contribute to the assessment of infiltration flow in urban
drainage systems, by applying the oxygen stable isotopes method, in dry weather, giving its
contribution to research in Portugal in this domain. Hence, this method is applied on a case study in
the northern part of the Alcântara drainage basin, in Lisbon, Portugal. By applying this approach
adopted in the case study, there was obtained an average annual infiltration flow of approximately 480
l/s, corresponding to about 38% of the total wastewater flow in the drainage system. In terms of
infiltration indicators, there were obtained the following: a unitary average annual infiltration flows of,
approximately, 1,0 l/s per kilometre of sewer length; a specific infiltration rate of 1,6 m3/day per
centimetre of diameter and per kilometre of sewer length and a infiltration rate per impermeable
drainage area of 22 m3/day.ha.
Keywords: wastewater, infiltration, stable isotopes method, isotopic ratio, northern part of Alcântara
drainage basin
ix
Índice do texto
Agradecimentos ................................................................................................................................... iii
Resumo................................................................................................................................................... v
Abstract ................................................................................................................................................ vii
Lista de Acrónimos .......................................................................................................................... xviii
1 Introdução ...................................................................................................................................... 1
1.1 Enquadramento, relevância do tema e âmbito ........................................................................ 1
1.2 Objetivos da dissertação ......................................................................................................... 2
1.3 Estrutura da dissertação .......................................................................................................... 3
2 Afluências indevidas nos sistemas de águas residuais ........................................................... 4
2.1 Considerações iniciais ............................................................................................................. 4
2.2 Ciclo urbano da água .............................................................................................................. 4
2.3 Sistemas de drenagem de águas em meio urbano................................................................. 5
2.4 Caracterização e composição das águas residuais ................................................................ 8
2.4.1 Características e propriedades das águas residuais ...................................................... 8
2.4.2 Componentes das águas residuais ................................................................................. 9
2.5 Afluências indevidas .............................................................................................................. 11
2.5.1 Definição do conceito de afluências indevidas .............................................................. 11
2.5.2 Afluências indevidas nos sistemas de drenagem urbano ............................................. 13
2.5.3 Infiltração de água subterrânea nos sistemas de drenagem urbano ............................ 14
2.6 Influência das águas subterrâneas ....................................................................................... 17
3 Métodos convencionais para estimar infiltração ..................................................................... 19
3.1 Considerações iniciais ........................................................................................................... 19
3.2 Princípios transversais .......................................................................................................... 19
3.3 Breve descrição dos métodos ............................................................................................... 21
3.3.1 Métodos de análise dos caudais ................................................................................... 21
3.3.2 Métodos químicos.......................................................................................................... 23
4 Método não convencional - O método dos isótopos estáveis de oxigénio .......................... 26
4.1 Considerações iniciais ........................................................................................................... 26
4.2 Isótopos estáveis da água ..................................................................................................... 26
4.3 Fatores determinantes na abundância dos isótopos estáveis de oxigénio ........................... 28
4.4 Análise laboratorial ................................................................................................................ 30
4.5 Abordagem do método .......................................................................................................... 33
4.6 Variação da razão isotópica δ18O na produção de águas residuais ..................................... 39
5 Apresentação de enquadramento – Caso de estudo .............................................................. 41
5.1 Considerações iniciais ........................................................................................................... 41
x
5.2 Enquadramento ..................................................................................................................... 41
5.3 Rede de drenagem do caso de estudo ................................................................................. 44
5.4 Características relevantes da região ..................................................................................... 46
5.4.1 Considerações iniciais ................................................................................................... 46
5.4.2 Clima e relevo ................................................................................................................ 46
5.4.3 Geologia e tipos de solo ................................................................................................ 47
5.4.4 Uso do solo .................................................................................................................... 48
5.5 Caraterização do sistema de águas subterrâneas na bacia de Alcântara ............................ 50
5.5.1 Considerações iniciais ................................................................................................... 50
5.5.2 Hidrogeologia e Hidrologia da região ............................................................................ 50
5.5.2.1 Formações hidrogeológicas e permeabilidade do solo ................................50
5.5.2.2 Nível hidrostático, produtividade e recarga das massas de água
subterrânea ...............................................................................................................53
5.6 Origem da água de abastecimento na Região de Lisboa ..................................................... 54
5.6.1 Sistema da EPAL e abastecimento na região de Lisboa .............................................. 54
5.6.2 Sub-Bacia do Zêzere – Castelo de Bode ...................................................................... 55
6 Trabalho de campo e resultados da investigação ................................................................... 57
6.1 Considerações iniciais ........................................................................................................... 57
6.2 Metodologia de estimativa da infiltração ............................................................................... 57
6.3 Campanhas de amostragem ................................................................................................. 58
6.3.1 Aspetos gerais ............................................................................................................... 58
6.3.2 Campanha de Verão ..................................................................................................... 60
6.3.3 Campanha de Inverno ................................................................................................... 61
6.4 Análise de caudais na rede ................................................................................................... 62
6.5 Apresentação dos resultados da investigação ...................................................................... 64
6.5.1 Análise da razão isotópica ............................................................................................. 64
6.5.1.1 Análise global ..............................................................................................64
6.5.1.2 Análise por secção de medição ...................................................................65
6.5.1.3 Análise por origem de água .........................................................................67
6.5.2 Determinação dos caudais de infiltração na secção de Alcântara ................................ 70
6.5.2.1 Aspetos gerais .............................................................................................70
6.5.2.2 Período de Verão ........................................................................................70
6.5.2.3 Período de Inverno ......................................................................................73
6.5.2.4 Balanço anual ..............................................................................................77
6.5.3 Determinação de indicadores de infiltração .................................................................. 77
6.6 Análise crítica dos resultados ................................................................................................ 81
6.6.1 Considerações iniciais ................................................................................................... 81
6.6.2 Comparação dos resultados com valores de referência ............................................... 82
xi
6.6.3 Análise comparativa com outras metodologias de estimativas de infiltração ............... 84
6.6.3.1 Breve comparação com os métodos convencionais ....................................84
6.6.3.2 Comparação com a metodologia AdP..........................................................84
6.6.4 Análise do padrão diário em tempo seco ...................................................................... 86
6.6.5 Análise da fiabilidade dos resultados ............................................................................ 89
6.6.6 Análise crítica das afluências ........................................................................................ 90
7 Conclusões e perspetivas de trabalhos futuros ...................................................................... 92
Referências bibliográficas .................................................................................................................. 95
Anexos
Índice de figuras do texto
Figura 2.1: Ciclo urbano da água. Adaptado de Rhama (2007). ............................................................ 5
Figura 2.2: Padrão diário típico de águas residuais domésticas. Adaptado de Metcalf&Eddy
(2003). ................................................................................................................................................... 11
Figura 2.3: Componentes do caudal total que circula na rede de coletores. Adaptado de Staufer
et al. (2012). .......................................................................................................................................... 12
Figura 2.4: Ilustração das origens de infiltração (identificado a branco) e de afluências indevidas
(identificado a preto) no sistema separativo de drenagem urbana. Adaptado de (Ellis et al., 2010) ... 14
Figura 2.5: Interior de um coletor da rede de saneamento, com evidências de infiltração (RedZone
Robotics)................................................................................................................................................ 15
Figura 2.6: Relação entre a água de infiltração no sistema de drenagem da comunidade de
Ilmenau, Alemanha e a água armazenada no solo da bacia, no período de 1999-2001. Adaptada
de Wittenberg & Aksoy (2010). ............................................................................................................. 18
Figura 3.1: Volumes de infiltração obtidos com a aplicação dos métodos referido no Quadro 3.1,
na bacia de Yzeron, dividida em diversas sub-bacias (França), entre 20/11/2002 e 09/12/2002.
Adaptado de De Bénéditis & Bertrand-Krajewski (2004b). ................................................................... 21
Figura 3.2: Método de triângulo aplicado aos caudais afluentes à ETAR “Dagmar”, na Alemanha,
de 01/01/1992 a 31/12/1995. Adaptado de Weiß et al. (2002). ............................................................ 22
Figura 3.3: Aplicação do método do mínimo móvel aos caudais afluentes à ETAR “Dagmar”, na
Alemanha, de 01/01/1992 a 31/12/1995. Adaptado de Weiß et al. (2002). .......................................... 23
Figura 3.4: Valores registados de concentração de CQO e de caudal total na secção da ETAR
Uster, no período de 24 de Maio a 1 de Junho de 2003 (à esquerda) e na secção do coletor
Rümland, no período de 19 a 27 de Novembro de 2003 (à direita). Adaptado de Kracht & Gujer
(2004). ................................................................................................................................................... 25
Figura 3.5: Resultados da aplicação do método das séries temporais de cargas de poluentes na
secção da ETAR Uster, no período de 24 de Maio a 1 de Junho de 2003 (à esquerda) e na
secção do coletor Rümland, no período de 19 a 27 de Novembro de 2003 (à direita). Adaptado
de Kracht & Gujer (2004)....................................................................................................................... 25
Figura 4.1: Fracionamento de Rayleigh. Adaptado de Arizona Board of Regents (2005). .................. 29
Figura 4.2: Exemplos de razões isotópicas δ18O de diversos tipos de água e o comportamento
das mesmas face a alguns fatores. Adaptado de Ferrio et al., 2005. ................................................... 30
xii
Figura 4.3: Representação esquemática do funcionamento de DI-IRMS e CF-IRMS. Adaptado
de Sulzman (2007). ............................................................................................................................... 31
Figura 4.4: Espectrómetro de massa do Laboratório SIIAF, FC-UL (2014) .......................................... 32
Figura 4.5: Fonte iónica (à esquerda) e tubo de voo (à direita) do EM do Laboratório SIIAF,
FC-UL (2014) ......................................................................................................................................... 33
Figura 4.6: Taças de Faraday e detetores de isótopos do EM do Laboratório SIIAF, FC-UL
(2014) .................................................................................................................................................... 33
Figura 4.7:Curvas de incerteza do método dos isótopos estáveis. Adaptado de Dirckx et al.
(2009). ................................................................................................................................................... 36
Figura 4.8: Valores obtidos da razão isotópica δ18O da água residual da bacia de Ecully, em
Lyon, França entre 12 e 13 de Março de 2003. Adaptado de De Bénéditis & Bertrand-Krajewski
(2004a). ................................................................................................................................................. 37
Figura 4.9: Composição do hidrograma utilizando o método dos isotopos, relativo à bacia de
Ecully, em Lyon, França entre 12 e 13 de Março de 2013. Adaptado de De Bénéditis & Bertrand-
Krajewski (2004a). ................................................................................................................................. 37
Figura 4.10: Caudal no sistema de drenagem da Cidade de Dresden, Alemanha, antes e depois
de um evento pluvioso, em várias alturas do ano, entre os anos de 1995 e 1999. Adaptado de
Karpf et. al (2007). ................................................................................................................................. 38
Figura 5.1: Sistema multimunicipal da SIMTEJO, com destaque do subsistema de Alcântara e
localização da ETAR de Alcântara (Simtejo, 2014). ............................................................................. 41
Figura 5.2: Bacias de drenagem de Lisboa (Matos et al., 2007). ......................................................... 42
Figura 5.3: Fotografias aéreas da ETAR de Alcântara antes (à direita) e depois (à esquerda) da
obra de reabilitação e reconstrução em 2006. Imagens retiradas de, respetivamente, HIDRA &
ENGIDRO (2007) e SIMTEJO (2013). .................................................................................................. 43
Figura 5.4:Sistema de drenagem de Alcântara, com a localização da Zona Alta e das Zonas
Baixas (Algés-Alcântara e Terreiro do Paço-Alcântara (HIDRA; ENGIDRO, 2007). ............................ 43
Figura 5.5: Localização do Caneiro de Alcântara na Zona Alta da Bacia de Alcântara (à
esquerda) e identificação dos ramos do Caneiro de Alcântara, em toda a sua extensão
(HIDRA; ENGIDRO, 2007). ................................................................................................................... 44
Figura 5.6: Geometria típica do Caneiro de Alcântara (HIDRA; ENGIDRO, 2007). ............................. 45
Figura 5.7: Modelo Digital do Terreno da região da Zona Alta da bacia de Alcântara (Rodrigues,
2013). ..................................................................................................................................................... 47
Figura 5.8: Mapa geológico da Zona Alta da bacia de Alcântara (Rodrigues, 2013). .......................... 48
Figura 5.9: Uso do solo na Zona Alta da Bacia de Alcântara. Adaptado de HIDRA; ENGIDRO
(2007) e Rodrigues (2013). ................................................................................................................... 49
Figura 5.10: Carta do uso do solo do Concelho de Amadora, em 2007 (Crucho, 2013). ..................... 49
Figura 5.11: Unidades hidrogeológicas de Portugal Continental (à direita) e Sistemas de
Aquíferos da Orla Ocidental (à esquerda), (Instituto Nacional da Água, 1997). ................................... 50
Figura 5.12: Carta de permeabilidade do concelho de Lisboa com delimitação da Zona Alta da
bacia de Alcântara, à escala 1:10000 (Rodrigues, 2013). .................................................................... 51
Figura 5.13: Carta de permeabilidade dos solos do Concelho da Amadora (Crucho, 2013). .............. 52
Figura 5.14: Região Hidrográfica do Tejo (RH5) (imagem esquerda) e pormenor da Sub-bacia
Hidrográfica do Rio Zêzere com referência e classificação do estado das massas de água
xiii
(imagem direita). As imagens foram retiradas, respetivamente, ARH do Tejo (2012b) e ARH do
Tejo (2012a) .......................................................................................................................................... 55
Figura 5.15: Modelo Digital do Terreno da Albufeira de Castelo de Bode (APA, 2014) ....................... 56
Figura 6.1: Localização dos pontos de recolha de amostras na bacia, em planta (Matos et al.,
2014). ..................................................................................................................................................... 60
Figura 6.2: Fotografias dos locais AF4,, AF2 e AF3,, respetivamente da esquerda para a direita
(Matos et al., 2014). ............................................................................................................................... 61
Figura 6.3: Localização dos pontos de recolha de amostras na bacia, em planta (Matos et al.,
2014). ..................................................................................................................................................... 62
Figura 6.4: Caudais médios registados em tempo seco, ao longo do dia de Inverno, na secção
ALC200, nos anos de 2011, 2012 e 2013 (Matos et al., 2014)............................................................. 63
Figura 6.5: Caudais de Verão (nos dias 22, 23 e 24 de Julho de 2013) e de Inverno
(considerando a média dos anos 2011, 2012 e 2013, em tempo seco) na secção de Alcântara
(Matos et al. 2014). ............................................................................................................................... 63
Figura 6.6: Razão isotópica 𝛿18𝑂 de cada uma das amostras recolhidas na campanha de Verão
(à esquerda) e na campanha de Verão (à direita). Adaptado de (Matos et al., 2014). ........................ 64
Figura 6.7: Valores de 18O medidos no ponto AF2, nas campanhas de Verão (à esquerda) e de
Inverno (à direita). Adaptado de Matos et al. (2014). ............................................................................ 65
Figura 6.8: Valores de 18O medidos no ponto AF3, nas campanhas de Verão (à esquerda) e de
Inverno (à direita). Adaptado de Matos et al. (2014). ............................................................................ 66
Figura 6.9: Valores de 18O medidos no ponto AF4, nas campanhas de Verão (à esquerda) e de
Inverno (à direita). Adaptado de Matos et al. (2014). ............................................................................ 66
Figura 6.10: Valores de 18O medidos no ponto AP1, nas campanhas de Verão (à esquerda) e
de Inverno (à direita). Adaptado de Matos et al. (2014). ....................................................................... 66
Figura 6.11: Valores de 18O medidos no ponto AP2, nas campanhas de Verão (à esquerda) e
de Inverno (à direita). Adaptado de Matos et al. (2014). ....................................................................... 66
Figura 6.12: Valores de 18O medidos no ponto AP3, nas campanhas de Verão (à esquerda) e
de Inverno (à direita). Adaptado de Matos et al. (2014). ....................................................................... 67
Figura 6.13: Valores de 18O medidos na secção CANETAR, nas campanhas de Verão (à
esquerda) e de Inverno (à direita). Adaptado de Matos et al. (2014). .................................................. 67
Figura 6.14: Comparação dos valores de 18O medidos nas duas origens de água freática, nos
dias 22, 23 e 24 de Julho de 2013 (Matos et al., 2014). ....................................................................... 68
Figura 6.15: Comparação dos valores de 18O medidos nas duas origens de água freática nos
dias 12,13 e 14 de Março de 2014, e respetivo valor médio (Matos et al., 2014). ............................... 68
Figura 6.16: Comparação dos valores de 18O medidos nas duas origens de água potável nos
dias 22, 23 e 24 de Julho de 2013, e respetivo valor médio (Matos et al., 2014)................................. 69
Figura 6.17: Comparação dos valores de 18O medidos nas duas origens de água potável nos
dias 12, 13 e 14 de Março de 2014, e respetivo valor médio (Matos et al., 2014). .............................. 69
Figura 6.18: Valores de 18O medidos na secção CANETAR, e valores médios de referência
para águas residuais e infiltração – Período de Verão (Matos et al., 2014). ........................................ 71
Figura 6.19: Caudal na secção ALC200 e caudais de infiltração medidos nos dias 22, 23 e 24
de Julho (2013) - Período de Verão (Matos et al., 2014). ..................................................................... 71
xiv
Figura 6.20: Hidrograma do caudal total de águas residuais e separação hidrográfica dos seus
componentes, na secção CANETAR – Período de Verão (Matos et al., 2014). ................................... 72
Figura 6.21: 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 - Período de Verão (Matos
et al., 2014). ........................................................................................................................................... 73
Figura 6.22: Valores de 18O medidos na secção CANETAR, e valores médios de referência para
águas residuais e infiltração - Período de Inverno (Matos et al., 2014). ............................................... 74
Figura 6.23: Caudal na secção ALC200 e caudais de infiltração medidos nos dias 12, 13 e 14 de
Março (2014) – Período de Inverno (Matos et al., 2014). ..................................................................... 75
Figura 6.24: Hidrograma do caudal total de águas residuais e separação hidrográfica dos seus
componentes, na secção CANETAR – Período de Inverno (Matos et al., 2014). ................................ 76
Figura 6.25: Caudais de infiltração medidos na secção CANETAR em diversos instantes dos dias
12,13 e 14 de Março (2014), valor médio e limite, superior e inferior – Período de Inverno (Matos
et al., 2014). ........................................................................................................................................... 77
Figura 6.26: Análise dos parâmetros da infiltração unitária (2) relativos à distância entre câmaras
de visita (figura à esquerda) e à profundidade relativa do coletor (figura à esquerda)......................... 80
Figura 6.27: Padrão diário na secção CANETAR, no período de Verão, em 2013 (à esquerda) e
no período de Inverno, em 2014 (à direita). .......................................................................................... 86
Figura 6.28: Padrão diário na secção CANETAR, em termos anuais, com base nos valores
registados no Verão de 2013 e Inverno de 2011, 2012 e 2013. ........................................................... 87
Índice de quadros do texto
Quadro 2.1: Principais componentes, comuns e complementares, dos sistemas urbanos de
drenagem de AR. Adaptado de Matos (2003). ....................................................................................... 7
Quadro 2.2: Principais propriedades da água residual. Adaptado de Metcalf&Eddy (2003). ................. 8
Quadro 2.3: Principais fatores, quantitativos e qualitativos, que, em regra, influenciam as
caraterísticas das águas residuais, em sistemas de drenagem unitários. Adaptado de
Metcalf&Eddy (2003). .............................................................................................................................. 9
Quadro 2.4: Componentes do caudal que circula nos sistemas unitários de drenagem. Adaptado
de Metcalf&Eddy (2003) ....................................................................................................................... 10
Quadro 2.5: Componentes das afluências indevidas. Adaptado de Metcalf&Eddy (2003) e
Rodrigues (2013). .................................................................................................................................. 12
Quadro 3.1: Metodologias convencionais de avaliação da infiltração nos sistemas de drenagem.
Adaptado de De Bénéditis & Bertrand-Krajewski (2004b). ................................................................... 20
Quadro 4.1: Abundâncias relativas de isótopos estáveis mais comuns e os respetivos padrões
internacionais. Adaptado de Sulzman (2007). ...................................................................................... 27
Quadro 4.2: Fatores que influenciam a razão isotópica δ18O. .............................................................. 30
Quadro 4.3: Resumo dos principais requisitos e limitações do método dos isótopos estáveis. ........... 36
Quadro 5.1: Secções e respetivos declives dos ramos do Caneiro incluídos da área em estudo.
Informação retirada de HIDRA & ENGIDRO (2007). ............................................................................ 45
Quadro 5.2: Dimensões da ribeira da Falagueira. Adaptado de HIDRA & ENGIDRO (2007). ............. 46
xv
Quadro 5.3: Nível hidrostático de algumas formações da bacia em estudo. Adaptado de
Rodrigues (2013). .................................................................................................................................. 53
Quadro 5.4: Classes de produtividade das massas de água subterrânea (ARH do Tejo, 2012b). ...... 53
Quadro 5.5: Classificação da produtividade de algumas formações geológicas aflorantes à bacia
em estudo. Adaptado de Rodrigues (2013). ......................................................................................... 53
Quadro 5.6: Volumes anuais de captação do sistema EPAL, em 2012. Informação recolhida em
EPAL (2012). ......................................................................................................................................... 54
Quadro 6.1: Procedimento adotado pelo projeto para aplicação do Método dos Isótopos Estáveis
para avaliação da infiltração no sistema de drenagem de Alcântara. Baseado em Matos et al.
(2014). ................................................................................................................................................... 57
Quadro 6.2: Identificação dos locais de medição da campanha de Verão. Adaptado de Matos et
al. (2014)................................................................................................................................................ 60
Quadro 6.3: Identificação dos locais de medição da campanha de Inverno. Adaptado de Matos
et al. (2014). .......................................................................................................................................... 62
Quadro 6.4: Nomenclatura adotada na dissertação, na determinação dos caudais de infiltração
no período de Verão. ............................................................................................................................. 70
Quadro 6.5: Parâmetros utilizados e resultados obtidos na aplicação do Método dos Isótopos
Estáveis à secção CANETAR – período de Verão (Matos et al. 2014). .............................................. 72
Quadro 6.6: Valores médios do caudal de infiltração (𝑸𝒊𝒏𝒇), caudal de águas residuais (𝑸𝑨𝑹) e
frações de infiltração (k e b) obtidos na secção CANETAR – Período de Verão (Matos et al.,
2014). ..................................................................................................................................................... 73
Quadro 6.7: Nomenclatura adotada na dissertação, na determinação dos caudais de infiltração
no período de Inverno. .......................................................................................................................... 74
Quadro 6.8: Parâmetros utilizados e resultados obtidos na aplicação do Método dos Isótopos
Estáveis à secção CANETAR – Período de Inverno (Matos et al., 2014). ........................................... 75
Quadro 6.9: Valores médios do caudal de infiltração (𝑸𝒊𝒏𝒇), caudal de águas residuais (𝑸𝑨𝑹) e
frações de infiltração (k e b) obtidos na secção CANETAR, no Inverno (Matos et al., 2014). ............. 76
Quadro 6.10: Síntese dos resultados da aplicação do método dos isótopos estáveis à Zona Alta
da Bacia de Alcântara. .......................................................................................................................... 77
Quadro 6.11: Dimensões estimadas dos diâmetros das câmaras de visita e da profundidade ........... 79
Quadro 6.12: Comprimentos total e fictício da rede e caudais unitários (1) e (2) estimado para a
Zona Alta da bacia de Alcântara. .......................................................................................................... 79
Quadro 6.13: Caudal específico de infiltração estimado para a Zona Alta da bacia de Alcântara. ...... 80
Quadro 6.14: Caudal de infiltração por unidade de área impermeável estimado para a Zona Alta
da bacia de Alcântara. ........................................................................................................................... 81
Quadro 6.15: indicadores de infiltração estimado para a Zona Alta da bacia de Alcântara. ................ 81
Quadro 6.16: Comparação da infiltração entre a bacia em estudo e as bacias estudadas no
projeto APUSS. ..................................................................................................................................... 83
Quadro 6.17: Comparação de indicadores de infiltração entre a bacia em estudo e as bacias
estudadas no projeto APUSS. Retirado de Cardoso et al. (2004). ....................................................... 83
Quadro 6.18: Hipóteses consideradas para a determinação da infiltração através da metodologia
AdP. ....................................................................................................................................................... 85
xvi
Quadro 6.19: Comparação entre os caudais de infiltração na secção CANETAR obtidos para os
períodos de Verão (2013) e Inverno (2014) através da aplicação da metodologia AdP e da
aplicação do método dos isótopos estáveis de oxigénio. ..................................................................... 85
Quadro 6.20: Caudais médios totais (𝑄𝑇), mínimos noturnos (𝑄𝑛𝑜𝑡𝑢𝑟𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛 ), de infiltração
(𝑄𝑖𝑛𝑓 ), de água estritamente residual (𝑄𝐴𝑅 ) e valores médios de y para os períodos de Inverno,
de Verão e em termos médios anuais. .................................................................................................. 88
Índice de anexos
ANEXO I. Calendarização das Campanhas de Amostragem de Verão e Inverno ............................... I
ANEXO II. Procedimento de recolha de amostras para análise da razão Isotópica δ18O da água . III
ANEXO III. Medições e Resultados das Campanhas de Amostragem para análise da razão
isotópica δ18O da água ........................................................................................................................... IV
ANEXO IV. Elementos utilizados na determinação dos caudais de infiltração unitários e
específicos …………………………..…………………………..………………………………………......IX
ANEXO V. Determinação dos caudais de infiltração através da metodologia AdP. .......................XV
Índice de figuras em anexo
Figura Anexa III-1: Razões isótópicas das amostras recolhidas na Campanha de Amostragem de
Verão, nos dias 22 (à esquerda), 23 (no meio) e 24 (à direita) de Julho de 2013). Adaptado de
Matos et al. (2014). ............................................................................................................................... VIII
Figura Anexa III-2: Razões isótópicas das amostras recolhidas na Campanha Amostragen de
Inverno, nos dias 12 (à esquerda), 13 (no meio) e 14 (à direita) de Março de 2014. Adaptado de
Matos et al. (2014) ................................................................................................................................ VIII
Figura Anexa V-1: Caudal de infiltração em função dos valores de K. ...............................................XVII
Figura Anexa V-2: Caudal de infiltração em função da distância entre câmaras de visita. .............. XVIII
Figura Anexa V-3: Caudal de infiltração em função da profunidade relativa dos coletores. ............ XVIII
Índice de quadros em Anexo
Quadro Anexo I-1: Calendarização da Campanha de Amostragem de Verão (22, 23 e 24 de
Julho de 2013) .......................................................................................................................................... I
Quadro Anexo I-2: Calendarização da Campanha de Amostragem de Inverno (12, 13 e 14 de
Março de 2014). ...................................................................................................................................... II
Quadro Anexo II-1: Procedimentos a adotar na recolha de amostras, em cada local. Adaptado de
Matos et al. (2014) .................................................................................................................................. III
Quadro Anexo III-1: Medições in situ e em laboratório (CQO e razão isotópica δ18O) da
Campanha de Amostragem de Verão (22, 23 e 24 de Julho de 2013). ................................................ IV
Quadro Anexo III-2: Medições in situ e em laboratório (razão isotópica δ18O) da Campanha de
Amostragem de Inverno (12, 13 e 14 de Julho de 2014). ....................................................................... V
Quadro Anexo III-3: Valores médios das razões isotópicas das amostras de água potável (δAR) e
água freática (δinf); razões isotópicas de cada amostra de água residual total (δT), coeficiente b,
xvii
respetivo erro relativo Δb e critério Δb/b, para a 1ª e 2ª Campanhas de amostragem. Adaptado
de Matos et al. (2014) ............................................................................................................................ VII
Quadro Anexo IV-1: Características cadastrais da rede de drenagem da Zona Alta da Bacia de
Alcântara (Concelho de Lisboa) e determinação do diâmetro equivalente e do diâmetro
ponderado. ............................................................................................................................................. IX
Quadro Anexo IV-2: Características cadastrais da rede de drenagem da Zona Alta da Bacia de
Alcântara (Concelho de Amadora, Falagueira) e determinação do diâmetro equivalente e do
diâmetro ponderado. ............................................................................................................................ XIII
Quadro Anexo IV-3: Características cadastrais da rede de drenagem da Zona Alta da Bacia de
Alcântara (Concelho de Amadora, Damaia) e determinação do diâmetro equivalente e do
diâmetro ponderado. ............................................................................................................................XIV
Quadro Anexo V-1: Valores de K de acordo com o período do ano, idade das infraestruturas e
posição das mesmas face ao nível freático (Águas de Lisboa e Vale do Tejo, SA). ............................XV
Quadro Anexo V-2: Determinação do K ponderado, para os períodos de Verão e Inverno. ..............XVI
Quadro Anexo V-3: Resultados da aplicação da metodologia AdP .....................................................XVI
Quadro Anexo V-4: Atribuição das posições dos coletores em relação ao nível freática e,
consequentemente, do respetivo valor do parâmetro K no período de Verão, para o estudo
deste parâmetro. .................................................................................................................................XVII
Quadro Anexo V-5: Atribuição das posições dos coletores em relação ao nível freática e,
consequentemente, do respetivo valor do parâmetro K no período de Inverno, para o estudo
deste parâmetro. .................................................................................................................................XVII
xviii
Lista de Acrónimos
Sigla Significado
ADIST Associação para o Desenvolvimento do Instituto Superior Técnico
ai Área impermeável
AF Água Freática
AP Água potável
APUSS Projeto Europeu de Avaliação da Infiltração e Exfiltração no Desempenho de
Sistemas de Drenagem Urbanos (do termo original em inglês, Assessing Infiltration
and Exfiltration on the Performance of Urban Sewer Systems)
AR Águas Residuais
CANETAR Secção do Caneiro de Alcântara junto à ETAR
CBO5 Carência Bioquímica de Oxigénio (5 dias)
CF-IRMS Espectrometria de massa da razão isotópica de fluxo contínuo, do termo original
em inglês Continuous Flux Isotope Ratio Mass Spectrometry
CM Lisboa Câmara Municipal de Lisboa
COT Carbono Orgânico Total
CQO Carência Química de Oxigénio
CVL Complexo Vulcânico de Lisboa
DGEG Direção-Geral de Energia e Geologia
DI-IRMS Espectrometria de massa da razão isotópica de dupla entrada, do termo original em
inglês Double Inlet Isotope Ratio Mass Spectrometry
DR Decreto Regulamentar
DWA Associação Alemã para a Água Residual e Água, do termo original em alemão
Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall
DWF Caudal em tempo seco (do termo em inglês, Dry Weather Flow)
EAWAG Instituto Federal da Suíça de Ciência e Tecnologia Aquática, do termo original em
Alemão Eidgenössische Anstalt für Wasserversorgung, Abwasserreinigung und
Gewässerschutz
EE Estações elevatórias
EM Espectrómetro de massa
EPAL Empresa Portuguesa de Águas Livres, Grupo Águas de Portugal
ETA Estação de Tratamento de Água
ETAR Estação de Tratamento de Águas Residuais
FC-UL Faculdade de Ciências da Universidades de Lisboa
FS Água estritamente residual, do termo original em inglês, foul sewage
GWI Infiltração de água subterrânea, do termo original em inglês, groundwater infiltration
I/E Infiltração e Exfiltração, do termo original em inglês, infiltration and exfiltration
I/I Infiltration and inflow (infiltração e afluência)
INE Instituto Nacional de Estatística
xix
IRMS Espectrometria de massa da razão isotópica, do termo original em inglês Isotope
Ratio Mass Spectrometry
IST Instituto Superior Técnico
LNEC Laboratório Nacional de Engenharia Civil
MA Massa de água
MDT Modelo Digital do Terreno
NMC Nível de máxima cheia
NPA Nível de pleno armazenamento
PEAASAR II Plano Estratégico de Abastecimento de Água e Saneamento de Águas Residuais II
PGDL Plano Geral de Drenagem de Lisboa
PGRH Plano de Gestão da Região Hidrográfica
RDI Infiltração derivada da precipitação (do termo em inglês, Rain Derived Infiltration)
Redox Reações químicas de oxidação e redução
RH Região Hidrográfica
RII Infiltração derivada da precipitação, do termo original em inglês, rain-induced
infiltration
SDT Sólidos Dissolvidos Totais
SFT Sólidos Fixos Totais
SIG Sistema de Informação Geográfica
SIIAF Stable Isotopes and Instrumental Analysis Facility
SIMTEJO Saneamento Integrado de Municípios do Tejo e do Trancão
SST Sólidos Suspensos Totais
SSV Sólidos Suspensos Voláteis
ST Sólidos Totais
SVT Sólidos Voláteis Totais
tep Tonelada equivalente de petróleo
UFC Unidades Formadoras de Colónias
UV-VIS Espectro da radiação na gama de ultra-violeta e visível
VSMOW Vienna Standard Mean Oceanic Water
1
1 Introdução
1.1 Enquadramento, relevância do tema e âmbito
Os sistemas de drenagem urbanos são essenciais para a economia, saúde e bem-estar da população
em meio urbano. A integridade estrutural e a eficácia funcional de tais sistemas são parâmetros
chave no que toca à garantia da saúde pública e económica, no que diz respeito ao transporte e
tratamento necessário dos caudais de águas residuais. No ambiente urbano, o sistema de drenagem
de águas residuais constitui uma das infraestruturas mais valiosas, envolvendo, por consequência,
maiores custos (Kracht et al., 2008; Rauch & Vergos, 2010).
Em grandes meios urbanos, as infraestruturas dos sistemas de drenagem encontram-se bastante
deterioradas. Para além da idade avançada (em certos casos, mais de 100 anos), que
frequentemente ultrapassa o tempo de vida estimado (50 anos) (Rauch & Vergos, 2010), uma das
principais deficiências detetadas resultam das afluências indevidas, águas parasíticas, provenientes
do solo (designadas de águas de infiltração) e decorrentes de eventos pluviais (afluências pluviais de
escoamento direto), que entram no sistema de drenagem, maioritariamente, através de fendas e
fissuras nos coletores e devido a descargas não autorizadas/não licenciadas (Metcalf&Eddy, 2003).
De facto, a magnitude das afluências indevidas não é desprezável, podendo atingir valores na ordem
de 70% (Wittenberg & Aksoy, 2010).
As consequências deste fenómeno atingem tanto o domínio técnico, como, os domínios económico,
social e ambiental. Os impactos técnicos, como a sobrecarga hidráulica e diluição dos poluentes na
ETAR, comprometem a sustentabilidade económica destes sistemas a longo prazo (De Bénéditis &
Bertrand-Krajewski, 2004a), com custos associados que podem atingir os 1.3M€/m3/d, impactos
sociais, com o risco acrescido de inundações e impactos ambientais, devido à descarga de
excedentes (Ellis, 2001).
Apesar de o fenómeno de infiltração não trazer apenas impactos negativos aos sistemas de
drenagem, dado que favorece a autolimpeza do sistema, resultando na redução do risco de
sedimentação e da formação de odores, evitando a corrosão dos coletores (Kracht et al., 2008), a
magnitude dos impactos negativos referidos supera significativamente os benefícios que traz ao
sistema.
Geralmente, na ausência de dados experimentais do local, na fase de dimensionamento das
infraestruturas é atribuído um valor de projeto baseado no regulamento, nomeadamente no Decreto
Regulamentar 23/95, determinado através de estimativas convencionais. Contudo, tais valores são
frequentemente subestimados, dado ao reduzido conhecimento do fenómeno e às hipóteses com
elevada incerteza consideradas nessas metodologias, levando a consequências não esperadas,
como as referidas anteriormente (Cardoso et al., 2002).
Posto isto, torna-se essencial assegurar a prevenção e minimização, tanto da entrada de afluências
indevidas como das perdas de caudal por exfiltração, resultando numa maior sustentabilidade do
sistema e permitindo fechar o ciclo urbano da água (Ellis, 2001). Dadas as consequências
2
consideráveis da infiltração, é necessária a quantificação correta deste fenómeno na rede de
drenagem, o que constitui uma questão essencial no que se refere à gestão da reabilitação orientada
para o problema (Kracht et al., 2008). Tendo em conta que não é possível eliminar totalmente as
águas de infiltração no sistema de drenagem urbano, é necessário controlar estes caudais (Cardoso
et al., 2002).
Em Portugal, este campo de investigação é considerado incipiente, sendo que os indicadores
utilizados no planeamento e dimensionamento de infraestruturas de drenagem provêm, em geral, de
trabalhos realizados no Estrangeiro. Desta forma, torna-se relevante aplicar as metodologias referidas
em bacias de drenagem em Portugal.
A presente dissertação foi desenvolvida no âmbito de uma prestação de serviços do Instituto Superior
Técnico (IST), através da Associação para o Desenvolvimento do Instituto Superior Técnico (ADIST),
à SIMTEJO, Saneamento Integrado de Municípios do Tejo e Trancão, para o projeto denominado
Avaliação de caudais de infiltração na Zona Alta de Alcântara, incluindo contribuições dos caneiros da
Falagueira e Damaia, Amadora. Este projeto teve a duração de, aproximadamente, 18 meses, entre
2013 e 2014. Os principais objetivos do projeto foram o estudo e avaliação de caudais de infiltração
na Zona Alta da bacia de Alcântara, incluindo as contribuições dos caneiros da Falagueira e Damaia,
da Amadora, em duas épocas do ano, Verão e Inverno. Rodrigues (2013) analisou os caudais de
infiltração no período de Verão e em Matos, et al. (2014) são analisados os caudais de infiltração de
ambos os períodos.
1.2 Objetivos da dissertação
O objetivo principal da presente dissertação é contribuir para a estimativa de infiltração de água
subterrânea, em tempo seco, em sistemas de drenagem urbanos recorrendo, nomeadamente, entre
outros, ao método não convencional, denominado método dos isótopos estáveis de oxigénio. O caso
de estudo da dissertação corresponde à Zona Alta da Bacia de drenagem de Alcântara, em Lisboa,
Portugal.
Os objetivos específicos do trabalho são os seguintes:
Analisar contribuições dos caudais de infiltração de água subterrânea, em tempo seco, em
relação ao caudal total residual e em relação ao caudal estritamente residual, no período de
Verão e no período de Inverno, de forma a analisar a variabilidade temporal do fenómeno, e
em termos de valor médio anual;
Analisar caudais de infiltração de água subterrânea, em tempo seco, no período de Verão e
no período de Inverno;
Analisar a infiltração de água subterrânea através de alguns indicadores de infiltração, como
a taxa de infiltração por unidade de área impermeável da bacia de drenagem;
Análise do método dos isótopos estáveis de oxigénio, através da comparação dos
resultados obtidos com valores de referência, nomeadamente, com os valores
regulamentares e com os valores de casos de estudo realizados no Estrangeiro, e com
3
outras metodologias, nomeadamente, com o método do caudal mínimo e com uma
metodologia proposta pela AdP (Águas de Portugal).
Assim, a dissertação é, ainda, desenvolvida com o intuito de dar resposta à falta de informação e
pesquisa em Portugal neste domínio de investigação, promovendo ainda uma gestão urbana mais
consciente, baseada em dados mais fiáveis.
1.3 Estrutura da dissertação
O presente documento encontra-se estruturado em 7 capítulos, descritos de seguida, de forma
sucinta.
No Capítulo 1 é abordado o enquadramento, relevância do tema e âmbito do trabalho, referindo ainda
os objetivos que se pretende alcançar, bem como a estrutura do relatório.
No Capítulo 2 é apresentada a fundamentação e contextualização teórica do tema desenvolvido na
dissertação, referindo os aspetos mais relevantes para melhor compreender o assunto discutido no
relatório, destacando a descrição do conceito e fenómeno das afluências indevidas, especificamente
a infiltração, a qual constitui o componente em estudo na presente dissertação.
No Capítulo 3 expõem-se os métodos que têm sido utilizados na avaliação da infiltração,
denominados de métodos convencionais, com referência aos princípios transversais dos mesmos e
descrição de dois tipos de métodos, métodos de análise de caudais e métodos químicos.
No Capítulo 4 é descrito o método não convencional em estudo de avaliação de infiltração, o método
dos isótopos estáveis de oxigénio, com apresentação de: o enquadramento teórico do instrumento de
avaliação, os isótopos estáveis de oxigénio; a análise laboratorial da composição isotópica; a
abordagem do método dos isótopos estáveis e uma pequena análise da possível variação da razão
isotópica na produção de águas residuais.
No Capítulo 5 apresenta-se o caso de estudo, sendo ele a Zona Alta da bacia de drenagem de
Alcântara, onde é feito o enquadramento geográfico, técnico, hidrogeológico e climático, sendo ainda
apresentada uma breve caracterização do sistema de águas subterrâneas na bacia em estudo. Por
último, analisa-se a origem da água de abastecimento da Região de Lisboa.
No Capítulo 6 apresenta-se o trabalho de campo e os resultados da investigação. Em primeiro lugar,
apresenta-se o procedimento da metodologia de estimativa da infiltração utilizada na investigação. De
seguida, é apresentada a descrição das campanhas de amostragem, no período de Verão e no
período de Inverno. Segue-se a análise dos caudais da rede na secção terminal da bacia em estudo,
nos períodos da campanha e em termos anuais. Posteriormente, apresenta-se os resultados da
investigação, em relação à composição isotópica e em relação aos caudais de infiltração (em termos
de balanço global e em termos de caudais específicos e unitários). Por fim, procede-se a uma análise
crítica e interpretação dos resultados, em relação a diversos níveis, como a comparação com outras
metodologias e fiabilidade dos resultados.
Em último lugar, encontra-se as notas conclusivas em relação ao projeto desenvolvido e à relevância
do mesmo, indicando ainda as perspetivas de trabalhos futuros.
4
2 Afluências indevidas nos sistemas de águas residuais
2.1 Considerações iniciais
No presente capítulo apresenta-se a fundamentação e enquadramento teórico do tema desenvolvido
na dissertação. Assim, neste capítulo será feita uma explicação concisa do ciclo urbano da água,
incluindo as interações e processos envolventes. Segue-se uma descrição breve do sistema típico de
drenagem urbano, explorando as classificações existentes e considerando as infraestruturas do
sistema. Posteriormente, dedica-se um subcapítulo à caracterização do caudal que circula na rede,
nomeadamente aos componentes do caudal e às suas propriedades (físico-químicas e biológicas)
relevantes para a dissertação. Por último, é abordado um dos componentes importantes para o
presente estudo, as afluências indevidas, especificamente, a infiltração.
2.2 Ciclo urbano da água
O ciclo hidrológico constitui um dos conceitos fundamentais em hidrologia, no que toca à gestão de
recursos naturais. Genericamente, este ciclo descreve interações, essencialmente, de
armazenamento e circulação, entre a biosfera, atmosfera, litosfera e hidrosfera. O armazenamento é
feito pela atmosfera, pelos oceanos, lagos, cursos de água, glaciares, pelo solo, pelas áreas nevadas
e pelos aquíferos. A circulação entre os pontos de armazenamento referidos é feita graças a
processos, como a evapotranspiração, condensação, precipitação, infiltração, percolação, degelo e
escoamento, sendo estes considerados os componentes do ciclo natural da água.
Com a crescente industrialização, crescimento populacional e consequente urbanização surge a
necessidade de garantir à população serviços de água e saneamento, como o abastecimento e
distribuição de água para consumo, drenagem, recolha e tratamento de águas residuais. Desta forma,
o ciclo hidrológico é extremamente modificado e torna-se mais complexo, devido à influência e
intervenção antropogénica, no que diz respeito ao percurso e origens de água, embora a estrutura
principal do ciclo se mantenha intacta. Em consequência, surge o conceito de ciclo urbano da água.
Assim, o ciclo urbano da água é constituído não só pelos pontos de armazenamento e processos de
circulação referidos anteriormente e afetos à área urbana, mas também pelas infraestruturas e
ligações implementadas com os serviços de água e saneamento, tal como se pode verificar na Figura
2.1. Deste modo, o ciclo urbano da água integra as etapas de captação, tratamento (ETA, Estação de
Tratamento de Água e ETAR, Estação de Tratamento de Águas Residuais), adução e distribuição,
consumo, recolha, drenagem e descarga (Marsalek et al., 2006).
A captação constitui o primeiro componente do ciclo urbano da água, sendo recolhida água superficial
armazenada em albufeiras ou água subterrânea dos aquíferos. De seguida, em regra, a água é
sujeita a tratamento numa instalação adequada (ETA), onde sofre diversos processos físico-químicos
apropriados às características da água de forma a torná-la própria para consumo. Através de um
sistema adutor, a água é transferida para um reservatório perto da população servida, com o intuito
de armazenar e regularizar o caudal, onde posteriormente é conduzida aos pontos de consumo pelo
sistema de distribuição. Depois do consumo doméstico e industrial, a água, agora água residual, é
descarregada no sistema de drenagem urbano, que a recolhe e a conduz à instalação de tratamento
5
(ETAR), onde é tratada de forma a respeitar os requisitos regulamentares que impedem a poluição do
meio recetor (Figura 2.1) (Metcalf&Eddy, 2003; Gray, 2005)
Figura 2.1: Ciclo urbano da água. Adaptado de Rhama (2007).
2.3 Sistemas de drenagem de águas em meio urbano
Como foi possível verificar no ponto anterior (ponto 2.2), o sistema de drenagem de águas residuais
(AR, abreviatura utilizada nesta dissertação) constitui um dos elementos do ciclo urbano da água.
Este sistema é convencionalmente constituído por redes de coletores que transportam,
essencialmente, águas residuais domésticas, industriais e pluviais (Matos, 2003).
As características do sistema de drenagem de AR, como o tipo, dimensão e extensão dos coletores,
dependem da população servida (nomeadamente, densidade populacional e distribuição espacial da
população) e a localização das instalações de tratamento. A dimensão dos coletores é determinada
pelo caudal e pela regulamentação local, no que diz respeito aos diâmetros mínimos (Metcalf&Eddy,
1981).
Segundo a legislação portuguesa em vigor (Decreto Regulamentar 23/95, 1995), o sistema de
drenagem pública de águas residuais é classificada de acordo com o tipo de água que transporta,
sendo ainda dadas diversas indicações relacionadas, principalmente, com a caracterização,
conceção e dimensionamento dos sistemas. Assim, considerando o ponto 1 do Art. 116º do DR
23/95, a rede de drenagem de AR pode ser designada de separativa, unitária, mista e separativa
parcial ou pseudo-separativa, sendo que será apresentada, de seguida, uma breve descrição de cada
tipo.
Nos sistemas separativos, as águas residuais domésticas e industriais são transportadas por uma
rede distinta da rede por onde escoam as águas pluviais ou similares, sendo compostos pela rede de
coletores doméstico e pela rede de coletores pluviais (Decreto Regulamentar 23/95, 1995).
Inicialmente, este tipo de sistema surgiu com o objetivo de reduzir os problemas de poluição aquando
6
as descargas de água não tratada no meio recetor, decorrentes da sobrecarga do sistema
(Metcalf&Eddy, 1981).
Em regra, o dimensionamento e conceção destes dois tipos de coletores são diferentes. Por exemplo,
os coletores domésticos são dimensionados para o caudal de ponta instantâneo considerando as
contribuições de AR domésticas, industriais, comerciais e de infiltração (Sousa). Por outro lado, os
coletores pluviais são dimensionados “a partir das precipitações médias máximas com uma duração
igual ao tempo de concentração da bacia e com determinado período de retorno” (Decreto
Regulamentar 23/95, 1995).
Além disso, este tipo de sistema permite que os dois efluentes estejam sujeitos a diferentes
condições de tratamento e destino final, mais adaptado às suas características. Em regra, e em
meios urbanos desenvolvidos, as AR domésticas são encaminhadas para uma ETAR e
posteriormente descarregadas no meio recetor, enquanto as águas pluviais poderão ser
descarregadas diretamente no meio ambiente ou, caso se justifique, poderão sofrer um tratamento
inferior ao da AR. No entanto as redes separativas acarretam custos elevados de investimento, uma
vez que é necessário dispor de dois tipos de tubagens. Acrescenta-se ainda que este sistema requer
uma construção e implementação cuidadosa, no que diz respeito à correta ligação de ramais prediais
(Matos, 2003).
Por outro lado, as redes unitárias são constituídas por apenas uma única rede que transporta
conjuntamente as águas residuais domésticas e industriais e águas pluviais ou similares.
Inicialmente, este tipo de rede era muito utilizado por ser considerado o mais económico (Sousa,
2001), no entanto, atualmente os regulamentos locais determinam uma substituição progressiva dos
coletores unitários pelos coletores separativos (Decreto Regulamentar 23/95, 1995).
O sistema unitário preza-se pela simplicidade de projeto, face aos restantes tipos de sistemas,
nomeadamente na ligação de ramais e coletores. No entanto, este está sujeito a grandes variações
de caudais extremos (mínimo e de ponta), devido aos eventos de precipitação. Tais variações podem
criar dificuldades ao nível do controlo das condições hidráulicas de escoamento em tempo seco,
nomeadamente, levando à sedimentação de matéria em suspensão e a formação de gás sulfídrico,
que pode provocar corrosão dos materiais da rede. Por este motivo, são necessários materiais mais
resistentes à corrosão e, consequentemente, mais dispendiosos (Sousa, 2001). Com este tipo de
sistema poderá haver descargas de excedentes poluídos, nos períodos de chuva, quando é
ultrapassada a sua capacidade, resultando em eventuais impactos negativos no Ambiente.
Se por um lado, o sistema unitário requer menores custos de primeiro investimento, tendo em conta
que apenas é necessária a construção de um único tipo de coletor, por outro lado, acrescenta-se os
encargos energéticos e de exploração em estações elevatórias (EE) e em ETAR, devido ao
excedente de recolha pluvial em tempo de chuva (Matos, 2003).
Mais ainda, o sistema unitário requer uma maior capacidade da ETAR, uma vez que o caudal da rede
unitária é bastante superior, quando comparado com o sistema separativo, acrescendo, assim,
7
maiores custos. A este sistema estão ainda associadas baixas eficiências de tratamento, devido à
diluição de poluentes com a afluência de caudal pluvial (Sousa, 2001).
Existem ainda dois tipos de rede, rede mista e pseudo-separativa. A rede mista corresponde a uma
conjugação dos dois tipos de sistemas referidos anteriormente, na medida em que uma parte se
comporta como rede separativa e outra parte como sistema unitário. As redes pseudo-separativas
comportam-se como redes separativas, apesar de, em condições extraordinárias, admitirem a ligação
de águas pluviais ao coletor de águas residuais domésticas e industriais (Decreto Regulamentar
23/95, 1995).
Independentemente do tipo de sistema de drenagem urbano, este é composto por diversos
elementos, distinguindo três grupos: rede de coletores; sistema elevatório e os órgãos acessórios. De
uma forma resumida, o sistema de drenagem é constituído pelos componentes apresentados no
Quadro 2.1.
Quadro 2.1: Principais componentes, comuns e complementares, dos sistemas urbanos de drenagem de AR.
Adaptado de Matos (2003).
Componente Finalidade
Rede geral de
drenagem
Componente comum destinado à recolha das AR do aglomerado ou conjunto de
aglomerados, apresentando serviço de percurso.
Ramais de
ligação
Componente comum que promove a ligação ou descarga de AR domésticas,
comerciais, industriais e pluviais na rede de drenagem.
Redes interiores
de edifícios
Componente comum que transporta águas pluviais e águas de limpeza ou de
”excreta” para o exterior do edifício.
Emissários e
intercetores
Componente comum destinado à condução de AR recolhidas pela rede de
drenagem com serviço de percurso, para o local de tratamento ou de destino final.
A descarga no oceano é feito pelos emissários submarinos.
Sistemas
elevatórios
Componente complementar que transporta AR em situações onde a drenagem
gravítica não é considerada técnica e economicamente viável a solução adequada.
Descarregadores
de tempestade
Órgãos complementares utilizados, em regra, em situações de avaria ou onde é
necessário colocar fora de serviço componentes a jusante ou para fazer face à
afluência excessiva de águas residuais.
Sifões invertidos Órgãos complementares que incluem um ou mais trechos com escoamento
gravítico sob pressão e são utilizados quando o escoamento com superfície livre
não é técnica e economicamente viável.
Lagoas de
amortecimento e
de retenção
Órgãos complementares usados apenas em sistemas pluviais e, em condições
excecionais, em sistemas unitários. Destinam-se, essencialmente, a reduzir os
caudais de ponta de cheia através de efeitos de retenção e amortecimento.
8
2.4 Caracterização e composição das águas residuais
2.4.1 Características e propriedades das águas residuais
Ao considerar a infiltração como uma fração do caudal que circula na rede de drenagem de AR e que
influencia as caraterísticas do mesmo, torna-se relevante a apresentação de uma breve descrição
das propriedades da AR e dos componentes do caudal, sendo este o objetivo do presente ponto.
A água residual corresponde a uma mistura complexa de compostos naturais orgânicos e
inorgânicos, juntamente com compostos produzidos pela atividade humana (Gray, 2005). É
caracterizada segundo as propriedades físico-químicas e biológicas que constam no Quadro 2.2. De
notar que muitas das propriedades listadas estão correlacionadas, nomeadamente, a temperatura
afeta tanto os gases dissolvidos na AR, como a atividade biológica (crescimento microbiano) na AR
(Metcalf&Eddy, 2003).
Quadro 2.2: Principais propriedades da água residual. Adaptado de Metcalf&Eddy (2003).
Tipo de
propriedade
Propriedades
Física Sólidos Totais (ST), Sólidos Voláteis Totais (SVT), Sólidos Fixos Totais (SFT), Sólidos
Suspensos Totais (SST), Sólidos Suspensos Voláteis (SSV), entre outros sólidos.
Distribuição do tamanho das partículas, turvação, cor, transmitância, odor, temperatura,
densidade, condutividade.
Química Químicas inorgânicas: Amónia (NH4+), Azoto orgânico, Azoto Total, Nitritos (NO2
-),
Nitratos (NO3-), Fósforo inorgânico, Fósforo total, Fósforo orgânico, pH, alcalinidade,
metais, gases (O2, CO2, NH3, H2S, CH4), entre outros.
Químicas orgânicas: Carência Bioquímica em Oxigénio (CBO5), Carência Química em
Oxigénio (CQO), Carbono Orgânico Total (COT), entre outros.
Biológica Bactérias Coliformes, Microrganismos específicos (bactérias, protozoários, vírus),
Toxicidade.
A composição das águas residuais, em termos das suas propriedades, tem vindo a sofrer grandes
alterações com a industrialização, o desenvolvimento tecnológico e a urbanização (Metcalf&Eddy,
2003). Atualmente as concentrações das características das águas residuais variam, essencialmente,
de acordo com os hábitos de consumo (uso da água) e estado de saúde da população servida, nível
de desenvolvimento económico, condições sazonais e atividades industriais, bem como, a infiltração
e escoamento superficial.
Assim e devido a estes fatores, a composição das AR possui variações horárias, diárias e sazonais
(Gray, 2005). No entanto, considerando apenas o caudal estritamente residual, ou seja, desprezando
a infiltração ou outras afluências indevidas no sistema, a produção de água residual per capita
(capitação) em termos do seu padrão diário irá manter-se ao longo do ano. Por outro lado, ao
considerar a água estranha ao sistema, como a infiltração ou em eventos pluviosos, esta poderá
diminuir a concentração de CBO e SST, dependendo das caraterísticas da afluência. De facto, alguns
9
constituintes inorgânicos poderão aumentar, caso a água subterrânea que infiltra no sistema,
contenha um teor elevado de compostos dissolvidos. Um outro aspeto interessante é o facto de, em
regra, as águas residuais nos sistemas unitários possuírem uma maior concentração de matéria
inorgânica que nos coletores domésticos da rede separativa, devido ao caudal pluvial que aflui à rede
(Metcalf&Eddy, 2003).
Apresenta-se de seguida, no Quadro 2.3, os principais fatores determinantes na composição das
águas residuais, especificamente em sistemas unitários.
Quadro 2.3: Principais fatores, quantitativos e qualitativos, que, em regra, influenciam as caraterísticas das águas
residuais, em sistemas de drenagem unitários. Adaptado de Metcalf&Eddy (2003).
Parâmetro Fator
Quantitativos Qualitativos
Precipitação Altura e volume
Intensidade
Duração
Condições atmosféricas regionais
Origem de 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
Características do solo (permeabilidade)
Controlo de cheias
Práticas de gestão da bacia
hidrográfica
Acumulação e remoção de
poluentes
Tipo de Sistema e
características de
traçado e
conservação
Diâmetro, inclinação e geometria das tubagens
Caudal de infiltração
Assoreamento
Práticas de regulação de caudal
Processos químicos e biológicos
Qualidade/origem da infiltração
Em termos de produção de águas residuais, segundo Metcalf&Eddy (2003), a capitação de
240L/d.capita corresponde a um valor típico das zonas rurais, enquanto a capitação de 460 L/d.capita
é característico de áreas urbanas. Mais ainda, segundo o Decreto Regulamentar 23/95, as capitações
estritamente domésticas poderão variar entre 80L/d.capita, para uma população inferior a 1000
habitante, e 175L/d.capita, para uma população superior a 50 000 habitantes.
2.4.2 Componentes das águas residuais
Os componentes, isto é, tipos de caudal, que circulam na rede de drenagem dependem do tipo de
sistema, podendo incluir os componentes que constam no quadro seguinte, Quadro 2.4. Nos sistemas
separativos, especificamente, nos coletores domésticos, é transportado caudal doméstico, industrial
e, ainda, afluências indevidas, já na rede unitária são transportados os quatro componentes referidos
no Quadro 2.4. Em ambos os casos, os componentes variam de acordo com as condições locais e
com a altura do ano (Metcalf&Eddy, 2003).
10
Cada componente do caudal referido anteriormente, no Quadro 2.4, possui uma composição típica
das propriedades referidas no ponto anterior, ponto 2.4.1, distinta dos restantes componentes.
Segundo o DR 23/95 (1995), Título IV, Capítulo I, Art. 115º: as águas residuais domésticas são
caracterizadas por um teor elevado em matéria orgânica, facilmente biodegradável e conservativa no
tempo; as águas residuais industriais possuem uma grande diversidade de compostos físicos e
químicos, contendo uma elevada variabilidade ao longo do tempo; as águas pluviais apresentam, em
regra, baixos teores em matéria poluente, em específico, de matéria orgânica, há semelhança das
afluências indevidas.
Quadro 2.4: Componentes do caudal que circula nos sistemas unitários de drenagem. Adaptado de
Metcalf&Eddy (2003)
Componente Breve descrição
Caudal doméstico (ou
sanitário)
Água residual descarregada de atividades residenciais, comerciais,
institucionais, entre outras.
Caudal industrial Água residual produzida por atividades industriais
Afluências indevidas Água que entra no sistema coletor através de acessos diretos ou indiretos.
Infiltração diz respeito à entrada de água alheia ao sistema que entra na
rede através de fugas nas juntas, fendas, fraturas ou paredes porosas.
Afluências correspondem a águas pluviais que entram no sistema coletor
pelas ligações pluviais (bacias de retenção), escorrência dos telhados,
drenos de caves ou pelas tampas das câmaras de visita.
Caudal pluvial Escoamento resultante de eventos pluviosos ou degelo.
A quantificação destes componentes é essencial para o dimensionamento e conceção dos sistemas
de drenagem e tratamento de águas residuais (Metcalf&Eddy, 2003). Por exemplo, os caudais
domésticos são determinados a partir das capitações (L água para consumo/d.capita), tendo em
conta o fator de afluência (a qual se obtém a capitação de afluência à rede). Por outro lado, os
caudais industriais são determinados aquando a realização do inventário das unidades industriais
abrangidas pela rede. Estas considerações constituem elementos base para o dimensionamento da
rede de drenagem, sendo que a lei portuguesa em vigor, nomeadamente, o DR 23/95 (1995), prevê
também os caudais de infiltração, cujas bases serão referidas no subcapítulo seguinte, no 2.5.
A variação destes componentes constitui um aspeto a ter em consideração na fase de
dimensionamento. Independentemente do tipo de sistema (unitário ou separativo), o caudal de água
residual doméstica possui um padrão diário determinado essencialmente pelo padrão de consumo de
água da população servida e que, como foi referido anteriormente, não varia consideravelmente ao
longo do ano. Na Figura 2.2 apresenta-se um padrão diário típico do caudal de águas residuais
domésticas, embora meramente representativo.
11
Figura 2.2: Padrão diário típico de águas residuais domésticas. Adaptado de Metcalf&Eddy (2003).
Mais ainda, no sistema unitário o caudal que circula na rede é fortemente influenciado por eventos
pluviosos, pelo que em tempo húmido o caudal total é superior, quando comparado com o caudal em
tempo seco. Por este motivo, o caudal registado em tempo húmido pode “mascarar” o padrão
observado em tempo seco (Metcalf&Eddy, 2003).
2.5 Afluências indevidas
2.5.1 Definição do conceito de afluências indevidas
Como já foi referido no subcapítulo anterior (2.4), o caudal que circula na rede de drenagem de AR,
não é apenas constituído por água estritamente residual, mas sim uma mistura desta com outros
componentes, nomeadamente, com as afluências indevidas. A necessidade do estudo deste
componente deve-se ao facto de as principais deficiências detetadas nas infraestruturas de drenagem
urbana resultarem dos impactos provocados pelas afluências indevidas, que reduzem a eficácia e a
eficiência das infraestruturas (Cardoso et al., 2002).
Posteriormente serão explicadas as origens e consequências das afluências indevidas nos sistemas
de drenagem de águas residuais, nomeadamente no ponto 2.5.3. No entanto, torna-se necessário,
em primeiro lugar, discutir o conceito de afluências indevidas, dada a variedade de definições e tipos
encontrados na bibliografia consultada e a falta de uma definição universal deste conceito.
Em Metcalf&Eddy (2003), as afluências indevidas são decompostas em 5 componentes, descritos no
Quadro 2.5.
.
12
Quadro 2.5: Componentes das afluências indevidas. Adaptado de Metcalf&Eddy (2003) e Rodrigues (2013).
Componentes das
afluências indevidas Descrição
Infiltração
de percurso Água presente no solo que entra na rede de coletores através de coletores
defeituosos, juntas, ligações e câmaras de visita.
base
Água subterrânea descarregada nos coletores, devido a drenos, bombagens de
caves, de sistemas de arrefecimento ou de pequenos cursos de água naturais
canalizados. Este tipo de infiltração é estacionário e independente do estado de
conservação do coletor.
Afluências
pluviais
Diretas
Água pluvial que entra nos coletores domésticos indevidamente, por ligações
indevidas dos ramais pluviais de edifícios e sumidouros e por escoamento de
telhados, drenos de jardins.
Totais Somas das afluências diretas em qualquer ponto do sistema, juntamente com
descargas feitas a montante, por descarregadores de tempestade, por exemplo.
Retardadas Água pluvial que necessita de vários dias para drenar para os coletores, devido a
reservas e áreas pantanosas na bacia natural, por exemplo.
Outra abordagem do conceito, com a classificação baseada nos eventos de precipitação, é sugerida
em Staufer et al. (2012), ilustrada pela Figura 2.3. Tal como referido no ponto anterior, ponto 2.4.2,
nos coletores unitários, o caudal total é composto pela água estritamente residual e pelas afluências
indevidas, sendo que o último é dividido por três constituintes: infiltração de água subterrânea (GWI,
do termo em inglês, groundwater infiltration), infiltração derivada da precipitação (RII, do termo em
inglês, rain-induced infiltration) e afluência direta pluvial ou afluência derivada de precipitação (RDI,
do termo em inglês rain-derived inflow).
Figura 2.3: Componentes do caudal total que circula na rede de coletores. Adaptado de Staufer et al. (2012).
Como se pode ver pela Figura 2.3 a GWI é contínua, constante e dependente do nível freático do
aquífero local, podendo observar-se flutuações sazonais ou anuais. As características da RII são
semelhantes à GWI, uma vez que a percolação da água pluvial é influenciada pelas propriedades e
capacidade de infiltração do solo. Por outro lado, tanto a RII como a RDI são diretamente
influenciadas pelo escoamento pluvial, ao contrário do GWI. Além disso, dependem da quantidade de
precipitação e duração dos eventos pluviosos e apresentam uma maior sensibilidade aos eventos
pluviais e, por conseguinte, possuem uma maior variabilidade ao longo do ano. A RDI entra
13
diretamente no sistema de drenagem através de ligações indevidas ou pela abertura das câmaras de
visita, pelo que é responsável pelos caudais de ponta durante e logo após os eventos pluviosos.
Em suma, define-se afluências indevidas como águas parasitas ou alheias ao sistema de coletores,
podendo entrar no sistema de diversos meios. Pode-se afirmar que as afluências indevidas englobam
a infiltração de água subterrânea e as afluências pluviais. Este conceito é frequentemente referido,
em inglês, como infiltration/inflow ou I/I (Metcalf&Eddy, 1981; Clemens et al, 2007). As afluências
indevidas também são referidas como águas parasitas (Wittenberg & Aksoy, 2010) ou alheias ou
estranhas ao sistema (do termo em inglês, extraneous flow or waters) (Kracht & Gujer, 2006).
De uma forma geral, considera-se que a água de infiltração tem origem subterrânea, cujo fenómeno
está associado a defeitos estruturais dos coletores e câmaras de visita, enquanto as afluências
pluviais ocorrem devido a eventos de precipitação e podem entrar diretamente no sistema, sobretudo
devido a ligações indevidas ou não licenciadas.
Dada a variedade de designações sugeridas pela literatura e de forma a tornar claro os conceitos de
afluências indevidas e, particularmente, a infiltração nesta dissertação, sugerem-se designações para
os mesmos. Assim, serão utilizadas as designações infiltração e afluências pluviais de escoamento
direto para referir as afluências indevidas de origem subterrânea e de origem pluvial, respetivamente.
O conjunto das duas afluências referidas corresponde a afluências indevidas ou I/I.
2.5.2 Afluências indevidas nos sistemas de drenagem urbano
A água estritamente residual pode, em certos casos e épocas do ano, ser um minoria do caudal que
drena na rede. Em Weiß, et al. (2002) constata-se que, em sistemas unitários e em tempo húmido,
tipicamente as contribuições médias de infiltração, água pluvial e AR são, respectivamente, 35%,
30% e 35%. Tal implica que 65% do caudal que circula na rede é devido a afluências indevidas. Este
componente do caudal constitui um processo interativo que afeta dinamicamente o desempenho do
sistema de drenagem urbano (Ellis, 2001). Enquanto as afluências pluviais de escoamento direto
produzem caudais de ponta, dado que, a maioria está associada aos eventos pluviosos, as águas de
infiltração variam de um modo mais lento, sendo influenciadas pela variação sazonal do nível freático
do aquífero envolvente (Wittenberg & Aksoy, 2010).
Os fatores principais que distinguem as duas componentes de I/I, a afluência pluvial de escoamento
direto e a infiltração, são a natureza e a origem. Enquanto a infiltração engloba a entrada de água a
partir do solo, a afluência abrange as descargas realizadas pela ou decorrentes da ação humana,
sendo, por vezes designada como descargas não autorizadas/não licenciadas. Na figura seguinte,
Figura 2.4, é apresentada uma ilustração representativa das diversas origens de afluências indevidas,
num sistema separativo, diferenciando as origens de infiltração e as origens de afluências (do termo
em inglês, inflow).
14
Figura 2.4: Ilustração das origens de infiltração (identificado a branco) e de afluências indevidas (identificado a
preto) no sistema separativo de drenagem urbana. Adaptado de (Ellis et al., 2010)
As afluências pluviais de escoamento direto incluem descargas devido a drenos de caves, de jardins,
de nascentes, de áreas pantanosas e de tampas das câmaras de visita, caleiras, descargas de águas
de refrigeração, a ligações cruzadas entre os coletores pluviais e os coletores de AR, bacias de
retenção, água pluvial, escoamento superficial, limpeza de ruas (Metcalf&Eddy, 2003). Apesar disso,
devem-se maioritariamente a ligações indevidas (não licenciadas ou não autorizadas) de ramais
pluviais de edificações aos coletores domésticos principais (Cardoso et al., 2002).
Segundo Weiß et al. (2002) a I/I não se mantém constante ao longo do ano. Tipicamente, verifica-se
que a contribuição de I/I é máxima no Inverno e na Primavera e mínima no Verão e no Outono,
podendo observar-se uma variação significativa. De facto, no Inverno o caudal de I/I pode atingir 10
vezes o caudal no Verão, em regra, em sistemas de drenagem com o valor médio elevado de I/I. Esta
variabilidade de caudais coloca em questão os métodos usados para estimar as afluências indevidas
que apenas se baseiam em alguns dias para obter os resultados. A variação sazonal do caudal de I/I
não deve ser ignorada, uma vez que o valor médio poderá ser bastante inferior ao valor real, podendo
originar o mal funcionamento do sistema, tal como já foi referido.
Uma vez que a infiltração corresponde ao elemento de estudo da presente dissertação, esta merece
uma maior atenção, pelo que de seguida, no ponto 2.5.3, apresentam-se aspetos relevantes de forma
a melhor compreender o fenómeno de infiltração nos sistemas de drenagem.
2.5.3 Infiltração de água subterrânea nos sistemas de drenagem urbano
Como já foi dado a entender, a infiltração é definida pela entrada de água, não desejada e não
poluída, na rede de drenagem, tendo como origem a água subterrânea (Metcalf&Eddy, 2003), sendo
15
que esta definição também pode ser encontrada em DR 23/95 (1995), Título IV, Capítulo III, Art. 126º,
ponto 1.
O fenómeno de infiltração pode ser feito devido a dois processos principais (Ellis, 2001). A primeira, e
com maior peso, processa-se através de fendas e fissuras nos coletores, juntas deterioradas ou
defeituosas, ligações danificadas, e paredes das câmaras de visita (Metcalf&Eddy, 1981;
Metcalf&Eddy, 2003; Kracht et al., 2008). O processo de infiltração poderá ser facilitado devido à
permeabilidade da vala de assentamento do coletor (constituída por areia ou gravilha) (Ellis, 2001),
acrescendo ainda o facto de, frequentemente, os coletores estarem posicionadas abaixo do nível
freático, ficando sujeitas a pressão hidráulica (Wittenberg & Aksoy, 2010). O segundo mecanismo de
infiltração corresponde ao vazamento hidráulico da água subterrânea existente no solo para o interior
do coletor, quando o nível freático é elevado, especialmente após períodos chuvosos (Ellis, 2001). A
água proveniente de ribeiras é também considerada como água de infiltração (Kracht et al., 2008). Na
figura que se segue, Figura 2.5, é possível observar evidências da infiltração num coletor de
saneamento.
Figura 2.5: Interior de um coletor da rede de saneamento, com evidências de infiltração (RedZone Robotics)
Outrora a infiltração não era necessariamente apontada como indesejada nos sistemas de
saneamento. De facto, pequenos volumes de infiltração eram considerados vantajosos para os
mesmos, uma vez que previnem a deposição de sedimentos e promovem as condições desejáveis de
oxigénio, evitando que este se esgote (Kracht et al., 2008). Mais ainda, em períodos de chuva intensa
ou em eventos de cheias, os coletores comportam-se como sistemas de controlo de cheias,
impedindo que o nível freático aumente para níveis críticos (Karpf & Krebs, 2004).
Atualmente é considerada uma afluência indesejada ou indevida, uma vez que provoca impactos
negativos importantes sobretudo nos domínios económico, técnico e ambiental, nomeadamente os
seguintes:
Diminuição da capacidade hidráulica e, por conseguinte, deterioração dos coletores e ainda
acelera o envelhecimento das infraestruturas de drenagem (De Bénéditis & Bertrand-
Krajewski, 2004b; Kracht et al., 2003)
Diminuição da eficiência das ETARs, devido à diluição dos poluentes, com o fator de diluição
a variar entre 1:1 e 1:3 (Ellis, 2001).
16
Redução da capacidade das ETAR para receber águas pluviais e aumento dos tempos de
retenção nos órgãos de tratamento, podendo conduzir a descargas no meio recetor de água
não tratadas, provocando graves problemas a nível ambiental (Karpf & Krebs, 2004).
Aumento do risco de inundações, descargas pelos descarregadores de emergência ou
bypass ao tratamento do caudal, degradando a qualidade do meio recetor (Cardoso et al.,
2002).
Aumento do consumo de energia e custos de operação das EE e das infraestruturas das
ETAR.
Aumento da necessidade de manutenção, devido à possível entrada de sedimentos (solo
erodido), e, possivelmente, maior sedimentação.
A infiltração pode ser uma fração importante no caudal total que circula na rede, dependendo de um
conjunto considerável de fatores. Tendo em conta o que foi referido, a taxa e o caudal de infiltração
são influenciados, nomeadamente, por: a qualidade e estado do material, a extensão da área servida,
a manutenção do sistema, as características hidrogeológicas locais (nomeadamente, o nível freático
dos aquíferos), as condições topográficas e, embora indiretamente, a densidade populacional, uma
vez que determina o número e o comprimento total das ligações prediais.
Os materiais das infraestruturas e o seu estado determinam igualmente a magnitude da infiltração. De
uma forma geral, nas redes mais envelhecidas, nomeadamente construídas na primeira metade do
séc. XX, as juntas eram fabricadas por argamassa de cimento ou de compostos betuminosos e as
câmaras de visita eram construídas com alvenaria. A deterioração deste tipo de materiais nas juntas
e nas câmaras de visita aliada à reduzida impermeabilidade dos mesmos favorece consideravelmente
a infiltração. Atualmente, os materiais utilizados na rede de saneamento apresentam uma maior
qualidade, com paredes mais densas e com juntas seladas, o que promove uma maior durabilidade
das infraestruturas, reduzindo a infiltração e resultando numa atenuação do aumento da taxa de
infiltração, com o envelhecimento das mesmas.
Em muitas bacias de drenagem, particularmente nos sistemas gravíticos, os troços principais
(geralmente as estruturas mais antigas do sistema) seguem os cursos de água de forma a garantir
que o escoamento é feito graviticamente, como é o caso do Caneiro de Alcântara (ver Capítulo 5),
estando, por vezes abaixo do nível freático. Em consequência, os troços referidos estão sujeitos a um
maior efeito de infiltração (Metcalf&Eddy, 2003).
Assim, a infiltração em meio urbano constitui um problema comum e global. No Reino Unido, por
exemplo, a infiltração varia entre 15 a 50% em relação ao caudal médio em tempo seco. Por outro
lado, na Alemanha, no ano de 2003, verificou-se que a infiltração contribuía com cerca de 30% para o
caudal que circula na rede de saneamento, tendo sido ainda determinado que 10% das ETAR
registaram caudais de infiltração superiores a 50% do caudal médio em tempo seco (Kracht et al.
2008).
Em termos quantitativos, admite-se que a infiltração pode variar entre 0,01 a 1,00 m3/d.mm-km, sendo
que mm-km resulta do somatório dos diâmetros dos coletor (mm) multiplicados pelo respetivo
17
comprimento (km). Outra forma de expressar a infiltração seria em termos de caudal por unidade de
área da bacia de drenagem, sendo que esse valor varia, em regra, entre 0,2 a 30 m3/d.ha, podendo
atingir os 500 m3/d.ha em eventos pluviosos (Metcalf&Eddy, 1981).
Em Portugal, na fase de projeto dos sistemas de drenagem são contemplados os caudais de
infiltração, cuja determinação, baseada em métodos convencionais (Ver Capítulo 3), se encontra
regulamentada no Decreto Regulamentar nº 23/95 de 23 de Agosto de 1995, “Regulamento Geral dos
Sistemas Públicos e Prediais de Distribuição de Água e Drenagem de Água Residuais”.
Um último aspeto a mencionar diz respeito à infiltração nas ligações prediais. Segundo a legislação
em vigor, DR 23/95 (1995), Capítulo IV, Secção II, Art. 146º “os ramais de ligação têm como
finalidade assegurar a condução das águas residuais prediais, desde as câmaras de ramal de ligação
até à rede pública”. As ligações típicas dos ramais de ligação à rede coletora são as seguintes:
ligação a uma câmara de visita; ligação a um coletor visitável e ligação a um coletor não visitável com
diâmetro inferior a 0.8m (Kohout et al., 2010).
As ligações prediais das AR, incluindo a extensão privada, fazem parte dos sistemas de drenagem
urbanos e não devem ser desprezados, em matéria de avaliação e desenvolvimento de programas de
reabilitação da rede, sendo que poderão igualmente ser alvos de infiltração (Joannis, 2010). Tendo
em conta que, frequentemente, as ligações prediais carecem de supervisão e controlo adequados,
estas podem ser sujeitas a taxas de infiltrações consideradas (Weiß et al., 2002).
Em Ellis (2001) é referido que as ligações prediais poderão contribuir entre 30-40% da infiltração total
na rede de drenagem, cujo processo é realizado através da vala de aterro (areia/cascalho) onde o
coletor assenta e devido a juntas quebradas ou tubagem deteriorada. Apesar da contribuição
considerável, para efeitos da presente dissertação, a infiltração nas ligações prediais não será
considerada.
Geralmente, na ausência de dados experimentais do local, na fase de dimensionamento das
infraestruturas é atribuído um valor de projeto baseado no regulamento determinado através de
estimativas convencionais (ver Capítulo 3) ou de valores determinados no estrangeiro. Contudo, tais
valores são frequentemente subestimados, levando a consequências não esperadas, como as
referidas anteriormente (Cardoso et al., 2002).
Assim, de forma a colmatar a reduzida informação nesta área em Portugal, a elaboração de trabalhos
de investigação e a aplicação de metodologias inovadoras constituem uma mais-valia, sendo que no
Capítulo 6 serão apresentados os resultados de um caso de estudo em Portugal, mais
concretamente, a bacia de drenagem da Zona Alta de Alcântara, em Lisboa.
2.6 Influência das águas subterrâneas
Considerando que a água de infiltração tem origem na água subterrânea, importa apresentar um
enquadramento teórico relevante deste recurso.
De facto, em Wittenberg & Aksoy (2010) foi estudada a relação entre o armazenamento de água no
solo e o caudal de infiltração no sistema de drenagem de Ilmenau, na Alemanha. A Figura 2.6 mostra
18
a forte correlação existente entre o nível freático e a infiltração nos coletores, pelo que se pode
concluir, como seria expectável, que a infiltração é fortemente dependente da água subterrânea.
Posto isto, torna-se evidente a necessidade do estudo do sistema de águas subterrâneas afeta à área
do caso de estudo, que será feita no Capítulo 5.
Figura 2.6: Relação entre a água de infiltração no sistema de drenagem da comunidade de Ilmenau, Alemanha e
a água armazenada no solo da bacia, no período de 1999-2001. Adaptada de Wittenberg & Aksoy (2010).
Os recursos hídricos subterrâneos são influenciados pelas características do meio envolvente, em
termos do enquadramento climático e geológico. A litologia e a estrutura da formação geológica
constituem dois fatores de que depende a circulação de águas subterrâneas, destacando dois tipos
de rochas, as rochas friáveis e as rochas compactas. Enquanto nas rochas friáveis a existência de
águas subterrâneas depende da porosidade e da espessura, nas rochas compactas, o recurso hídrico
é influenciado pela fracturação, estado de alteração e espessura (Oliveira, 2010).
A alimentação de águas subterrâneas, isto é, o processo de recarga, constitui um fator relevante a ter
em consideração. A recarga das águas subterrâneas é feita através de uma parte da precipitação.
Aquando os eventos pluviosos, a precipitação segue essencialmente três direções. Uma porção entra
nos troços pluviais ou noutros meios de drenagem, outra parte é evaporada ou absorvida pela
vegetação e outra fração infiltra-se no solo, tornando-se água subterrânea. Esta última porção
depende de diversos fatores, nomeadamente, das características da superfície (principalmente, a
permeabilidade), da formação do solo, bem como, da taxa e distribuição da precipitação. De referir
que uma menor permeabilidade, decorrente da urbanização, diminui a recarga dos aquíferos e
favorece, por conseguinte, o escoamento superficial. Além disso, o nível freático pode, ainda, ser
afetado pela percolação da água através do solo, proveniente dos rios ou outras massas de água
(Metcalf&Eddy, 1981).
19
3 Métodos convencionais para estimar infiltração
3.1 Considerações iniciais
O método para estimativa de infiltração nos sistemas de drenagem urbana estudado na presente
dissertação constitui um método não convencional que permite colmatar algumas lacunas e
incertezas que surgem com a aplicação de métodos convencionais (Rieckermann et al., 2010).
Assim, com este capítulo pretende-se apresentar os métodos que têm sido utilizados no campo da
infiltração em sistemas de saneamento, fornecendo uma breve descrição dos mesmos. O capítulo
inicia-se com a fundamentação dos princípios gerais sobre os quais se baseiam os métodos em
questão. De seguida, serão apresentados os métodos de análise de caudal e métodos químicos,
incluindo uma explicação sucinta da abordagem de cada método.
3.2 Princípios transversais
Os métodos convencionais podem dividir-se em dois tipos, dependendo dos princípios a que
obedecem, sendo eles, métodos de análise de caudal e métodos químicos. Enquanto o primeiro se
baseia na análise dos hidrogramas diários, no último é analisada a diluição de poluentes (De
Bénéditis & Bertrand-Krajewski, 2004a). A descrição dos tipos de metodologias referidos será feita no
subcapítulo seguinte (subcapítulo 3.3). Por norma, em ambos os tipos, a avaliação é feita em tempo
seco, sendo respeitados dois princípios, referidos de seguida.
Para qualquer método é necessário determinar o caudal total que circula na rede de drenagem. No
que diz respeito ao primeiro princípio, os métodos convencionais admitem apenas dois componentes
do caudal total que circula na rede de drenagem em tempo seco, traduzido pela Equação 3.1. Assim,
na determinação da infiltração é feito um balanço de massa, considerando o caudal estritamente
residual, QAR, que engloba águas residuais domésticas (normalmente, determinadas a partir das
capitações de consumo de água) e industriais e o caudal de infiltração, Qinf. Além disso, o Qinf é
genericamente expresso como uma fração do caudal total (De Bénéditis & Bertrand-Krajewski,
2004b), representado pela Equação 3.2.
𝑄𝑇 = 𝑄𝑖𝑛𝑓 + 𝑄𝐴𝑅 (3.1)
𝑏 = 𝑄𝑖𝑛𝑓
𝑄𝑇
× 100 (3.2)
Relativamente ao outro princípio, admite-se que o caudal de infiltração é bastante próximo do caudal
noturno, podendo ser aplicado juntamente ou em separado com o princípio anteriormente referido (De
Bénéditis & Bertrand-Krajewski, 2004a).
A incerteza associada à determinação do caudal de infiltração, Qinf, pela equação 3.1, é dada pela
equação 3.3:
∆𝑄𝑖𝑛𝑓 = √∆𝑄𝑇2 + ∆𝑄𝐴𝑅
2 (3.3)
20
A incerteza associada ao caudal total, QT isto é, ∆𝑄𝑇 , é estimada de acordo com o protocolo referido
em Bertrand-Krajewski et al. (2000) 1 , enquanto a incerteza da determinação do caudal de AR,
representada por ∆𝑄𝐴𝑅 , depende do método utilizado para estimar a infiltração (De Bénéditis &
Bertrand-Krajewski, 2004b).
Estes princípios levantam algumas incertezas, uma vez que: a água estritamente residual apresenta
variações diárias e sazonais provocadas pela atividade humana, não sendo considerada aquando a
determinação do caudal de AR; o uso de um valor de referência encontrado na literatura tem
incertezas associadas; o caudal noturno não é apenas devido à infiltração, mas também devido à
bombagem de águas subterrâneas para arrefecimento, fugas de água potável, entre outros (De
Bénéditis & Bertrand-Krajewski, 2004a; Kracht et al., 2003).
Apresentam-se de seguida, no Quadro 3.1, um conjunto de metodologias, indicando o respetivo
autor, tipo de método (análise de caudal ou químico) e a escala temporal usada.
Quadro 3.1: Metodologias convencionais de avaliação da infiltração nos sistemas de drenagem. Adaptado de De
Bénéditis & Bertrand-Krajewski (2004b).
Tipo de
método Código2 Método Autor3 Escala temporal
Análise dos
caudais
F.1 Caudal de tempo seco - Diário, caudal de tempo seco
F.1 bis Caudal de tempo seco (bis) Hager et al., 1985 Diário, caudal de tempo seco
F.2 Média da densidade Ertl et al., 2002 Anual
F.3 Annen & Muller Annen, 1980 Anual
F.4 Triângulo Weiss et al., 2002 Anual
F.5 Mínimo móvel Weiss et al., 2002 Anual ou diária
F.6 Diferença do caudal diário Joannis, 1994 Diária, caudal de tempo seco
F.7 Diferença do caudal noturno Joannis, 1994 Diária, caudal de tempo seco
F.8 Caudal mínimo noturno Renault, 1983 Diária, caudal de tempo seco
F.9 Caudal noturno correto Renault, 1983 Diária, caudal de tempo seco
F.10 Caudal noturno correto (bis) Hager et al., 1985 Diária, caudal de tempo seco
F.11 Parâmetro de forma Joannis, 1994 Diária, caudal de tempo seco
Químico
C.1 Imhoff Renault, 1983 Diária, caudal de tempo seco
C.2 Suiço Hager et al, 1984 Diária, caudal de tempo seco
C.3 Híbrido ou Horizon Horizon, 1992 Diária, caudal de tempo seco
1 O documento Bertrand-Krajweski J.-L., Laplace D., Joannis C., Chebbo G. (2000). Mesures en hydrologie urbaine et assainissement. Editions Tec & Doc, Paris, França, 794 p. não consta na bibliografia desta
dissertação. 2 O código é referente à Figura 3.1 3 À exceção de Weiss et. al., 2002, os autores citados por (De Bénéditis & Bertrand-Krajewski, 2004b) não
constam na bibliografia da presente dissertação
21
Em De Bénéditis & Bertrand-Krajewski (2004b) são aplicados os métodos que constam no Quadro
3.1 à bacia de Yzeron, na França, cujos resultados se encontram apresentados na Figura 3.1. Tal
como se pode observar, independentemente da sub-bacia, verificam-se variações entre os volumes
de infiltração das demais metodologias aplicadas. Além deste fator, como seria de esperar, observa-
se uma sobrestimação dos volumes de infiltração quando aplicados os métodos baseados no caudal
noturno, em comparação com as restantes metodologias.
Figura 3.1: Volumes de infiltração obtidos com a aplicação dos métodos referido no Quadro 3.1, na bacia de
Yzeron, dividida em diversas sub-bacias (França), entre 20/11/2002 e 09/12/2002. Adaptado de De Bénéditis &
Bertrand-Krajewski (2004b).
Tipicamente, nos métodos convencionais recorre-se a dados estatísticos, com maior ou menor
complexidade, considerando apenas séries temporais do caudal de AR. Assim, a aplicação deste tipo
de metodologias poderá resultar numa elevada incerteza, uma vez que as hipóteses consideradas
são, frequentemente, simplificadas ou dificilmente verificáveis (Kracht et al., 2008; Rieckermann et al.,
2010), tal como se irá verificar posteriormente, nos pontos 3.3.1. e 3.3.2.
No subcapítulo seguinte, serão apresentados alguns métodos convencionais frequentemente
utilizados na determinação e avaliação da infiltração nos sistemas de drenagem de águas residuais.
3.3 Breve descrição dos métodos
3.3.1 Métodos de análise dos caudais
De acordo com o Quadro 3.1, existem vários tipos de métodos de análise dos caudais nos sistemas
de drenagem de águas residuais, sendo que a maioria é baseada nos princípios referidos no
subcapítulo 3.2. Assim, pretende-se com o presente ponto, abordar os métodos mais utilizados,
referindo de que forma podem ser aplicados na determinação dos caudais de infiltração.
O método do caudal mínimo noturno, proposto por Renault, em 1983, admite que o caudal mínimo
observado no período noturno, nomeadamente, entre as 0:00 e as 6:00 (Cardoso et al., 2002)
corresponde ao caudal de afluências indevidas. Este método constitui uma abordagem muito
simplificada, devido ao padrão de produção de AR, com 24h de consumo de água, e dada a
dimensão considerável das bacias de drenagem existentes atualmente, com elevados tempos de
concentração (em Portugal, nomeadamente, na bacia de drenagem de Alcântara admite-se tempos
22
de concentração entra as 6h e as 8h, (Rodrigues, 2013)). No entanto, já é possível encontrar na
literatura fatores de correção de forma a considerar o caudal residual de AR durante o período
noturno, apesar destes possuírem um elevado grau de subjetividade e da sua aplicação se cingir
apenas ao fornecimento de apoio à gestão ou a regulamentos ambientais (Kracht et al., 2008).
Em Weiß et al. (2002) é proposto um método analítico denominado método do triângulo. Trata-se de
um método gráfico, que permite identificar os componentes do caudal total, por um período
considerado, sem fazer distinção entre período seco ou período húmido, sendo que apenas de obtém
um valor médio de I/I no período considerado. Na Figura 3.2 apresenta-se o resultado da aplicação
do método recorrendo aos dados de caudais afluentes à ETAR “Dagmar”, na Alemanha, entre o
período de 01/01/1992 e 31/12/1995, cujo sistema é inteiramente unitário.
Figura 3.2: Método de triângulo aplicado aos caudais afluentes à ETAR “Dagmar”, na Alemanha, de 01/01/1992 a
31/12/1995. Adaptado de Weiß et al. (2002).
De forma a alcançar os resultados obtidos na Figura 3.2, é necessário realizar um procedimento
relativamente simples, descrito de seguida.
Primeiramente, a série temporal dos valores médios diários de caudais afluentes a uma dada ETAR é
distribuída por ordem crescente, criando uma curva tipicamente em forma “S”, tal como observado na
Figura 3.2. O método considera que o caudal estritamente residual é constante e determinado a partir
da população servida e da capitação de água para consumo (em l/d.hab). As águas estritamente
residuais são representadas pela linha horizontal, sendo a área retangular (preenchida a preto)
correspondente ao volume anual tratado pela ETAR. Note-se que a curva “S” é variável, dependendo
do volume que aflui à ETAR e poderá ser, desde logo, um indicador de infiltração, dado que, quanto
maior a área abaixo da curva, maior o caudal de I/I. Refira-se que, se no caso de estudo se observar
produção considerável de águas residuais industriais, dever-se-á recorrer a outras abordagens de
estimativa de caudais de AR.
Considera-se que a área limitada pela curva em “S” e a linha horizontal (das AR) corresponde ao
volume anual do escoamento pluvial juntamente com I/I. De forma a desagregar estes dois
componentes, admite-se que I/I atinge o seu valor máximo logo após períodos húmidos e,
23
possivelmente, o seu mínimo (ou mesmo nulo) quando os coletores se encontram cheios com água
pluvial. O segmento de reta inclinado, observado na Figura 3.2, é o resultado desta abordagem,
sendo desenhado da direita para a esquerda. A reta é determinada a partir da fração de dias com
escoamento pluvial (isto é, conjunto dos dias com eventos pluviosos e os dias que imediatamente se
seguem). Os dados do escoamento pluvial podem ser obtidos pela informação de caudais afluentes à
ETAR. Posto isto, a área posterior à linha corresponde ao volume pluvial, enquanto a área inferior diz
respeito ao volume de I/I.
O outro método proposto por Weiß et al. (2002) diz respeito ao método do mínimo móvel, um método
alternativo ao método do caudal mínimo noturno (Figura 3.3). À semelhança do método do triângulo,
considera-se o caudal de água estritamente residual constante ao longo do período em estudo e tanto
o tempo húmido como o tempo seco são considerados neste método. Na Figura 3.3 apresenta-se a
aplicação do método à ETAR “Dagmar”, na Alemanha, no período entre 01/01/1992 e 31/12/1995.
Figura 3.3: Aplicação do método do mínimo móvel aos caudais afluentes à ETAR “Dagmar”, na Alemanha, de
01/01/1992 a 31/12/1995. Adaptado de Weiß et al. (2002).
No método do mínimo móvel considera-se que o conjunto do caudal de águas estritamente residuais
e o caudal de I/I de um dado dia é idêntico ao caudal mínimo dos 21 dias anteriores, à data
considerada. Desta forma, o caudal de I/I será dado pela diferença entre o caudal mínimo e o caudal
teórico da água estritamente residual. Foram realizados testes de sensibilidade, concluindo que o
período de 21 dias era adequado, sendo que um período mais curto poderia levar a uma
sobrestimação dos valores de I/I (Weiß et al., 2002).
3.3.2 Métodos químicos
Os métodos convencionais químicos recorrem a propriedades químicas da água residual, geralmente
as concentrações de poluentes, para determinar as contribuições da água de infiltração nos sistemas
de drenagem urbanos, frequentemente, em tempo seco. Em regra, estes métodos baseiam-se na
hipótese de que a água da infiltração possui um reduzido teor de poluentes e, portanto, dilui o caudal
total, conduzindo à diminuição da concentração dos poluentes na AR. Assim, este tipo de métodos
estima a fração de infiltração pela comparação entre as concentrações de matéria orgânica ou de
nutrientes no caudal total e concentrações típicas no caudal estritamente residual, obtidas na
literatura ou através de estimativas baseadas na população e no consumo de água.
24
O método das Séries Temporais de Cargas de Poluentes constitui um dos exemplos de métodos
químicos. Em 2004, Kracht e Gujer apresentaram uma nova abordagem de determinação da
infiltração de águas não-poluídas nos sistemas de drenagem, baseado na análise conjunta de séries
temporais de concentrações de poluentes traçadores e volumes descarregados de AR, em apenas
uma secção da bacia de drenagem que se pretende estudar.
De forma a obter uma separação química razoável do hidrograma de AR é necessário selecionar uma
propriedade química que possua concentrações distintas na AR e na água de infiltração, tal como já
foi referido. Um exemplo de uma propriedade química adequada à aplicação deste método é o CQO
da água residual, tendo em conta que, em regra, se observam elevadas concentrações do mesmo na
AR e na água de infiltração a concentração de CQO é praticamente nula (Kracht & Gujer, 2004).
Um dos requisitos do método é a utilização de dados reais de caudal total e de CQO e não baseados
em estimativas, de forma a obter séries temporais de elevada resolução temporal, eliminando os
erros associados a essas estimativas. Os dados de CQO são obtidos in situ, por exemplo, através de
uma sonda espectrofotométrica submersível de radiação do espectro UV-VIS (Rodrigues, 2013) e os
caudais totais são obtidos por equipamentos próprios de medição de caudal em contínuo.
Este método segue um conjunto de equações, referidas em seguida (equações 3.4, 3.5 e 3.6).
𝐶𝑇 × 𝑄𝑇 = 𝐶𝐴𝑅 × 𝑄𝐴𝑅 + 𝐶𝑖𝑛𝑓𝑄𝑖𝑛𝑓 (3.4) Onde:
- CT - concentração total do poluente
- CAR - concentração do poluente nas águas estritamente
residuais
- Cinf - concentração do poluente na água de infiltração
- t0 – momento inicial
- Q0 - magnitude inicial do caudal adicional no momento t0
- x - constante recessiva
𝐶𝑇 = (𝑄𝑇 − 𝑄𝑖𝑛𝑓) × 𝐶𝐴𝑅
𝑄𝑇
(3.5)
𝑄𝑖𝑛𝑓 = 𝑄𝑏𝑎𝑠𝑒 + 𝑄𝑎𝑑𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙
= 𝑄𝑏𝑎𝑠𝑒 + 𝑄0 × 𝑒−𝑥(𝑡−𝑡0)
(3.6)
O balanço de massa traduzido pela equação 3.4 reflete um dos princípios referidos no subcapítulo
3.2, isto é, o caudal total que circula no sistema de drenagem é uma combinação da água
estritamente residual com a água de infiltração, em tempo seco, traduzida pela equação 3.1. O caudal
de infiltração é determinado através da equação 3.5, que corresponde a uma transformação da
equação 3.4, dado que se admite que a água de infiltração é água não-poluída e, portanto, possui
concentrações desprezáveis de poluente ou mesmo nulos, face ao teor presente na água
estritamente residual.
Além disso, este método permite determinar a variação temporal da infiltração, através da equação
3.6, ao considerar que a água de infiltração resulta de dois componentes, isto é, o caudal base (Qbase)
o caudal adicional (Qadicional), em que os parâmetros Q0 e t0 são determinados, respetivamente,
recorrendo a um algoritmo de otimização e através de valores encontrados na literatura. Enquanto o
caudal base é constante ao longo do tempo, o caudal adicional decorre de eventos pluviosos intensos
que provocam a subida do nível freático e o aumento do grau de saturação na camada menos
profunda do solo.
25
Note-se que a concentração de poluente presente nas águas estritamente residuais pode ser
determinada admitindo um valor típico constante, encontrado na literatura, com base na população e
no consumo de água por habitante, ou através de modelo, apresentado em Kracht & Gujer (2004),
que tem em conta a variação temporal de concentração do poluente, descrevendo a periodicidade
diária e semanal das concentrações.
Posto isto, e através do modelo AQUASIM, é possível obter a separação dos três componentes do
sistema de drenagem, tal como ilustrado na Figura 3.5, onde se encontra representado a aplicação
do método na secção da ETAR de Uster e numa secção do coletor de Rümland, recorrendo aos
dados de caudal e concentrações de CQO, ilustrados na Figura 3.4, em Maio e Novembro de 2013,
respetivamente (Kracht & Gujer, 2004).
Figura 3.4: Valores registados de concentração de CQO e de caudal total na secção da ETAR Uster, no período
de 24 de Maio a 1 de Junho de 2003 (à esquerda) e na secção do coletor Rümland, no período de 19 a 27 de
Novembro de 2003 (à direita). Adaptado de Kracht & Gujer (2004).
Figura 3.5: Resultados da aplicação do método das séries temporais de cargas de poluentes na secção da ETAR
Uster, no período de 24 de Maio a 1 de Junho de 2003 (à esquerda) e na secção do coletor Rümland, no período
de 19 a 27 de Novembro de 2003 (à direita). Adaptado de Kracht & Gujer (2004).
Em suma, tendo em conta a informação reunida, o método das séries temporais de cargas de
poluentes revela-se uma ferramenta útil na determinação do caudal de infiltração no sistema de
drenagem urbano. Ao contrário de outros métodos, este tem em conta a variabilidade, tanto dos
caudais como das concentrações dos poluentes, diminuindo assim a incerteza associada ao método.
Contudo, é necessário reconhecer as limitações do método, como a dificuldade do manuseamento do
26
equipamento de medição da concentração de poluentes e os investimentos necessários para garantir
o sucesso das campanhas de medição. Além disso, para medições fiáveis é exigida uma altura
mínima do escoamento, o que, por vezes, se torna difícil, sobretudo nos períodos noturnos, onde o
caudal é mínimo (Rieckermann et al., 2010). Refira-se que, apesar deste método “fugir” um pouco do
conceito dos métodos convencionais, optou-se por referi-lo neste capítulo por ser um método
químico.
4 Método não convencional - O método dos isótopos estáveis de oxigénio
4.1 Considerações iniciais
O método dos isótopos estáveis de oxigénio, método não convencional, é baseado na análise da
abundância relativa de isótopos estáveis de oxigénio da água, pelo que é necessário compreender os
fenómenos e fatores determinantes desta metodologia. Desta forma, o presente capítulo tem como
objetivo permitir uma melhor compreensão da fundamentação teórica do método dos isótopos. Assim,
serão explicados os conceitos sobre os quais se baseia a metodologia aplicada nesta dissertação,
bem como a abordagem do método, a descrição dos fatores e fenómenos que afetam a abundância
relativa dos isótopos estáveis de oxigénio na água e, ainda, a discussão de fenómenos que poderão
alterar a razão isotópica na transformação de água potável em água residual. Será ainda feita uma
breve descrição da análise laboratorial das amostras de água, de forma a compreender como são
obtidos os resultados deste método.
4.2 Isótopos estáveis da água
A existência de isótopos foi reconhecida no início do séc. XX, após a descoberta de elementos
radioativos, por Soddy em 1911. Um ano depois, em 1912 foi Thomson quem primeiro identificou
espécies de isótopos estáveis, recorrendo a espectrometria de massa.
Os isótopos são átomos do mesmo elemento químico, com o mesmo número de protões e eletrões
por átomo, diferindo no número de neutrões e, consequentemente, na massa atómica (Brand &
Coplen, 2012). A estabilidade energética dos isótopos depende da proximidade do número de
neutrões (N) ao número de protões (Z), nomeadamente, os isótopos são considerados estáveis se
N/Z ≤ 1.5 (Sulzman, 2007). Genericamente, os demais isótopos de um dado elemento químico
possuem propriedades químicas muito semelhantes, assim como as propriedades físicas, excluindo
as propriedades relacionadas com a massa do átomo (Brand & Coplen, 2012).
Dado que o método dos isótopos estáveis de oxigénio, como o próprio nome indica, apenas analisa
os isótopos estáveis, o presente capítulo incidirá essencialmente sobre este tipo de isótopos.
A água é composta por dois elementos, Oxigénio (O) e Hidrogénio (H), sendo que o oxigénio possui
os isótopos estáveis 16O, 17O e 18O, enquanto o hidrogénio possui dois isótopos estáveis (1H e 2H,
denominado Deutério) e um isótopo instável, o Trítrio (3H) (Rieckermann et al., 2010). A combinação
destes isótopos origina espécies isotópicas mistas da água (do termo em inglês mixed-isotopic
species). No estado líquido, a água é constituída maioritariamente pelas espécies 1H216O, 1H2
18O,
27
1H2H16O e 1H217O, sendo as primeiras duas espécies as mais relevantes para o presente estudo
(Brand & Coplen, 2012).
Uma vez que a diferença isotópica entre materiais, nomeadamente, entre diferentes tipos de água
(água subterrânea, precipitação, escoamento superficial, entre outras) é extraordinariamente
pequena, a quantificação da composição isotópica é feita relativamente a um padrão aceite
internacionalmente. Assim, a composição isotópica é expressa em ‰ traduzindo o desvio em relação
ao padrão considerado, conforme a expressão 4.1.
𝛿(‰) = (𝑅𝑎𝑚𝑜𝑠𝑡𝑟𝑎
𝑅𝑝𝑎𝑑𝑟ã𝑜
− 1) × 1000 (4.1)
Onde R é a razão isotópica pesado-a-leve (do termo em inglês heavy-to-light) e Rpadrão corresponde à
razão isotópica do padrão (Sulzman, 2007). Foram definidos vários padrões internacionais para o
estudo de alguns elementos químicos com interesse para a investigação científica, designadamente
os que constam no Quadro 4.1. Como é possível verificar, o padrão utilizado para o Oxigénio é
VSMOW (Viena Standard Mean Ocean Water).
Quadro 4.1: Abundâncias relativas de isótopos estáveis mais comuns e os respetivos padrões internacionais.
Adaptado de Sulzman (2007).
Elemento Isótopo Abundância
(%)
Diferença relativa entre massas (%)
Padrão internacional
Abundância absoluta do padrão (RPadrão)
Hidrogénio 1H 2H
99.985 0.0155
100 Vienna Standard Mean Ocean Water (VSMOW)
2H: 1H = 0.00015576
Carbono 12C 13C
98.892 1.108
8.3 Vienna Pee Dee Belemnite (VPDB)
13C: 12C =0.0112372
Azoto 14N 15N
99.635 0.365
7.1 Azoto atmosférico (ar)
15N: 14N = 0.0036765
Oxigénio 16O 17O 18O
99.759 0.037 0.204
12.5 (18O: 16O)
VSMOW na água
VSMOW = 0.0020052 VPDB = 0.0020672 Ambos para 18O: 16O
Silício 28Si 29Si 30Si
92.21 4.70 3.09
7.1 (30Si: 28Si)
NBS-28 30Si: 28Si não é conclusivo
Enxofre 32S 33S 34S 35S
95 0.75 4.21
0.014
6.3 (34Si: 32Si)
Vienna Cañon Diablo meteorite trilite (VCDT)
34Si: 32Si = 0.0450045
Assim, a abundância relativa do isótopo 18O é expressa relativamente à sua abundância no VSMOW
e traduz a razão isotópica 18O/16O em amostras de água, normalmente denominado δ18O, expresso
em ‰ (De Bénéditis & Bertrand-Krajewski, 2004a), conforme a expressão 4.2:
28
𝑂18 𝑂16⁄ = 𝛿 𝑂18 = 1000( 𝑂18 𝑂16⁄ )𝑎𝑚𝑜𝑠𝑡𝑟𝑎 − ( 𝑂18 𝑂16⁄ )𝑉𝑆𝑀𝑂𝑊
( 𝑂18 𝑂16⁄ )𝑉𝑆𝑀𝑂𝑊
(4.2)
Ao analisar equação verifica-se que o δ18O tanto poderá tomar valores positivos como negativos. Se
o rácio da amostra for superior ao valor padrão o δ18O será positivo, o que significa que a amostra é
mais enriquecida em termos de 18O do que o padrão considerado. Por outro lado, se o rácio da
amostra for inferior ao valor padrão, o valor δ18O será negativo, indicando que amostra é menos rica
em 18O do que o padrão (Ferrio et al., 2005; Dirckx et al., 2009).
De seguida, no subcapítulo 4.3., serão discutidos os diversos fatores que influenciam a abundância
relativa dos isótopos estáveis da água, nomeadamente, a razão isotópica δ18O. A abordagem do
método dos isótopos estáveis e os procedimentos para determinação serão abordados no
subcapítulo 4.5.
4.3 Fatores determinantes na abundância dos isótopos estáveis de oxigénio
As variações das abundâncias relativas dos isótopos são provocadas por processos cinéticos, de
equilíbrio físico-químico e devido à rotação do núcleo, dando a origem a um fenómeno denominado
de fracionamento isotópico (do termo em inglês isotopic fractionation).
No fracionamento de equilíbrio, quando a reação atinge o equilíbrio a distribuição isotópica difere
entre substâncias químicas (reagentes e produtos) ou entre fases (vapor e líquido). Nestas reações,
os reagentes e produtos permanecem próximos entre si, de tal forma que o equilíbrio químico pode
ser atingido. Os reagentes e os produtos de uma dada reação mantêm-se, no entanto, após atingir o
equilíbrio, possuem massas diferentes relativamente às suas massas iniciais. Isto porque, o isótopo
de maior massa forma uma ligação covalente mais forte que o isótopo mais leve, o que normalmente
ocorre na fase mais densa. A dimensão deste fracionamento depende da temperatura, sendo que o
maior fracionamento ocorre a baixas temperaturas.
O fracionamento cinético, mais significativo que o fracionamento de equilíbrio, ocorre nas reações
irreversíveis ou unidirecionais, estando associadas a fenómenos de evaporação, difusão,
dissociação, entre outros. Neste tipo de fracionamento, a força da ligação química e a velocidade dos
isótopos são fatores importantes, isto porque, este mecanismo provoca uma acumulação do isótopo
mais leve no produto da reação (isótopo mais leve possui uma maior velocidade).
Por fim, os efeitos da rotação nuclear de um isótopo não dependem da massa do isótopo, ao
contrário dos mecanismos anteriores. Este tipo de fracionamento resulta da diferença da estrutura
nuclear entre isótopos, conduzindo a uma distinção na rotação do núcleo (Sulzman, 2007).
O grande motor da variação da abundância relativa dos isótopos estáveis do oxigénio diz respeito ao
ciclo hidrológico, sendo essencialmente controlada pelos efeitos a grande escala da evaporação e
precipitação meteorológicas. Na atmosfera, a massa de vapor provem maioritariamente da
evaporação dos oceanos (Rieckermann et al., 2010). Os oceanos, que constituem o maior volume de
água na Terra, possuem apenas uma pequena variação da abundância isotópica, devendo-se
principalmente a variações na salinidade. No entanto, a partir do momento em que uma massa de
29
água se evapora e, mais tarde, condensa, esta é sujeita a variações isotópicas importantes,
dependentes da temperatura das nuvens e do seu teor de humidade residual. Os rios e lagos
retratam os valores relativos à precipitação, mas também refletem os processos de evaporação,
favorecendo o movimento de formas isotópicas mais leves para a fase vapor (Ehleringer & Cerling,
2002).
Quando a água evapora dos oceanos, à temperatura ambiente, o vapor de água é enriquecido com o
isótopo mais leve de hidrogénio, isto é, o 1H, enquanto é empobrecido com o isótopo 18O, a espécie
de oxigénio mais pesada. Já no processo inverso, ou seja, na condensação, o estado líquido é
enriquecido com as espécies mais pesadas de hidrogénio e oxigénio, respetivamente, 2H e 18O, com
a mesma magnitude de fracionamento isotópico que na evaporação. Este processo é denominado de
fracionamento de Rayleigh, em homenagem ao autor que formulou as equações que descrevem o
processo (Figura 4.1) (Brand & Coplen, 2012). A título de resumo, os isótopos com menor massa
evaporam-se mais rapidamente que os isótopos com maior peso e, portanto o vapor de água é mais
empobrecido isotopicamente do que a origem da água, nomeadamente o oceano (Ferrio et al., 2005).
Figura 4.1: Fracionamento de Rayleigh. Adaptado de Arizona Board of Regents (2005).
Tendo em consideração os processos referidos, responsáveis pela variação da composição isotópica
da água, estes podem ser englobados, a uma escala superior à escala das bacias de drenagem
urbana ou do ciclo urbano da água, em três efeitos, sendo eles: o efeito da latitude, efeito da altitude
e efeito continental. A composição isotópica é influenciada pelo efeito da latitude, dado que à medida
que a latitude aumenta, isto é, desde o Equador em direção aos polos, para climas mais moderados
(mais frios), o teor em 18O da água da chuva vai diminuindo, pelo que o vapor de água que atinge os
polos é praticamente composta pelo isótopo 16O. Relativamente ao efeito da altitude, este é explicado
pelo facto de, em locais de altitude elevada, a temperatura do ar é inferior, pelo que apenas uma
pequena parte dos isótopos se mantem nas nuvens. O efeito continental deve-se à diminuição do teor
de isótopos de maior peso, ou seja, de 18O, na precipitação à medida que se distancia do oceano,
sendo que este efeito é influenciado pelas condições locais, em termo de clima e do vento. Mais
ainda, deve-se ter em conta o efeito sazonal, nomeadamente, devido à diferença de temperaturas
entre o Inverno e o Verão (Dirckx et al., 2009).
30
A figura seguinte, Figura 4.2, mostra o comportamento de δ18O face a alguns fatores, no ciclo
hidrológico.
Figura 4.2: Exemplos de razões isotópicas δ18O de diversos tipos de água e o comportamento das mesmas face
a alguns fatores. Adaptado de Ferrio et al., 2005.
Tendo em conta todos os fatores descritos anteriormente, apresenta-se de seguida o Quadro 4.2, um
resumo dos mesmos, bem como uma breve descrição do seu efeito na razão isotópica δ18O, baseado
na literatura consultada para este capítulo.
Quadro 4.2: Fatores que influenciam a razão isotópica δ18O.
Fator Efeito
Efeito da Altitude O aumento da altitude provoca, em regra, uma diminuição de δ18O.
Efeito continental
(proximidade do oceano)
Teor em isótopo 18O aumenta, em regra, com a proximidade dos
oceanos.
Efeito da latitude Teor em isótopo 18O diminui, em regra, com o aumento da latitude.
Evaporação Os isótopos de menor massa evaporam-se mais rapidamente que os
isótopos de maior peso.
Condensação Os isótopos de maior massa condensam mais rapidamente que os
isótopos de menor massa.
Temperatura das nuvens Uma maior temperatura das nuvens favorece a condensação e posterior
precipitação dos isótopos de maior massa
Comparando com outras características da água, nomeadamente físicas e químicas, a composição
isotópica da molécula da água é bastante mais estável, não sendo afetada pela atividade biológica.
Além disso, goza ainda da vantagem de ser dificilmente afetada pelas infraestruturas dos sistemas de
drenagem urbano, tornando-se, assim, traçador natural bastante adequado (Rieckermann et al.,
2010).
4.4 Análise laboratorial
Tipicamente, as razões isotópicas são medidas com recurso a uma técnica laboratorial designada de
espectrometria de massa da razão isotópica (IRMS, do termo em inglês Isotope Ratio Mass
Spectrometry), desenvolvido por Thomson, em 1910. A espectrometria de massa permite a
31
separação de átomos ou moléculas com carga, de acordo com a sua razão massa/carga,
representada por m/z. Existem dois tipos de IRMS, IRMS de dupla entrada (DI-IRMS) e IRMS de fluxo
contínuo (CF-IRMS). Enquanto o primeiro tipo de IRMS permite uma maior precisão, o segundo
possibilita a introdução de amostras de diversos componentes, obtendo a informação isotópica para
cada componente. Na Figura 4.3 apresenta-se esquematicamente os dois tipos de processos de
IRMS.
Figura 4.3: Representação esquemática do funcionamento de DI-IRMS e CF-IRMS. Adaptado de Sulzman
(2007).
Relativamente ao projeto desenvolvido pela SIMTEJO e pelo Instituto Superior Técnico (ver Capítulo
5 e 6), a razão isotópica das amostras recolhidas nas campanhas de amostragem foi analisada pelo
Laboratório SIIAF (do termo em inglês, Stable Isotopes and Instrumental Analysis Facility)
pertencente à Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa. Para tal, o Laboratório SIIAF
recorreu à CF-IRMS (Figura 4.3 e Figura 4.4), pelo que, de seguida, será feita uma descrição sumária
desse processo, baseada tanto na literatura como na visita realizada ao laboratório.
Primeiramente, é necessário introduzir um certo volume no equipamento. Existem diversos
procedimentos que podem ser aplicados na medição do isótopo 18O de amostras de água, sendo que
um dos mais recentes e aplicável a grandes volumes de amostras de água utiliza 200µL a 1mL de
água (Michener & Lajtha, 2007). No laboratório SIIAF, o tubo de laboratório contendo um pequeno
volume da amostra, designadamente, de 200µL, é colocado na plataforma onde é introduzido no tubo
uma agulha que remove o ar atmosférico no interior do mesmo e faz circular uma quantidade e
composição isotópica conhecida de CO2. A água é incubada durante 5h a 40ºC de forma a promover
o equilíbrio químico, permitindo que o oxigénio da água troque com o CO2 e, portanto, a fase gasosa
32
no interior do tubo carrega a razão isotópica δ18O da amostra de água (Horita & Kendall, 2004).
Assim, a amostra é inserida no espectrómetro de massa como gás. Um fator bastante importante no
processo é o tubo capilar que assegura que não existe separação isotópica, na fase de introdução do
gás no interior do espectrómetro de massa (EM). O tubo capilar introduz fluxo viscoso, provocando
colisões moleculares (isto é, boa mistura) e, portanto, evita o fracionamento. Posteriormente, é
injetado Hélio (He) que operará como gás de arraste, conduzindo a amostra até à coluna de
cromatografia, sendo que a válvula “heart-cut” à entrada do EM, regulada pelo operador, apenas
deixa entrar o CO2.
De seguida, é introduzida uma carga ao gás, pela fonte iónica, de forma a permitir a separação dos
isótopos e posterior análise. Na fonte iónica (Figura 4.5) os eletrões são libertados em condições de
vácuo, em que um fio de tungsténio é aquecido. Os eletrões são acelerados por potenciais
eletrostáticos antes de entrar no bloco de ionização. O ião resultante é repelido pelo campo
magnético induzido em direção ao tubo de voo, mais acelerado, passando entre duas placas
paralelas, formando um feixe fino.
Posteriormente, o feixe entra no analisador de massa, em que o campo magnético perpendicular à
trajetória do feixe curva o mesmo, sendo que os isótopos mais leves curvam mais que os isótopos
mais pesados, uma vez que o raio de curvatura é proporcional à raiz quadrada da razão
massa/carga. Os iões de massa idêntica são direcionados, através das taças de Faraday (Figura 4.6),
para o respetivo detetor de isótopos, com afinidades diferentes para os isótopos contidos na amostra.
É estabelecida uma diferença de potencial entre os detetores de isótopos e a terra. A corrente iónica
que circula nas resistências cria uma voltagem que alimenta o computador onde são calculados os
resultados, onde é convertido a intensidade do sinal na razão isotópica (Sulzman, 2007).
De seguida, são apresentadas algumas fotografias retiradas aquando da visita ao Laboratório SIIAF,
por cortesia do Dr. Rodrigo Maia.
Figura 4.4: Espectrómetro de massa do Laboratório SIIAF, FC-UL (2014)
33
Figura 4.5: Fonte iónica (à esquerda) e tubo de voo (à direita) do EM do Laboratório SIIAF, FC-UL (2014)
Figura 4.6: Taças de Faraday e detetores de isótopos do EM do Laboratório SIIAF, FC-UL (2014)
4.5 Abordagem do método
O método dos isótopos estáveis para a determinação da infiltração nos sistemas de AR foi
inicialmente proposto, no ano de 2003, por Prof. Dr. Willi Gujer (EAWAG, Suiça), no âmbito do projeto
europeu de investigação APUSS (Assessing Infiltration and Exfiltration on the Performance of Urban
Sewer Systems) (De Bénéditis & Bertrand-Krajewski, 2004a). O projeto decorreu entre 2001 e 2004 e
foi financiado pela Comissão Europeia, sob o 5º Programa Quadro de Investigação e
Desenvolvimento, envolvendo universidades, empresas e outras entidades de sete países europeus,
nomeadamente, de Portugal, através do LNEC (Laboratório Nacional de Engenharia Civil). Com o
projeto APUSS pretendeu-se abordar questões e problemas relacionados com a temática da
infiltração e exfiltração em sistemas urbanos de drenagem (frequentemente representado por I/E),
sendo que um dos principais objetivos passou pelo desenvolvimento de novas metodologias de
avaliação de I/E (Ellis et al., 2010). No âmbito do projeto, a metodologia proposta foi testada em três
bacias de drenagem distintas, sendo elas, a bacia de Rümlang (Zurique, Suiça), a bacia de Toraccia
(Roma, Itália) e a bacia de Lyon (França) (Kracht et al., 2003; Ellis et al., 2010).
O princípio do método estudado na presente dissertação passa pelo uso de um traçador natural na
água residual, isto é, a composição isotópica dos elementos na fase dissolvida ou mesmo na própria
molécula da água. Esta metodologia permite identificar e quantificar os componentes da água que
circula na rede, bem como a determinação da incerteza associada ao método. Considera-se que
cada componente da AR possui um certo conteúdo do traçador, distinto dos restantes componentes,
constante e com alguma independência das condições a que é submetido. A propriedade
conservativa do traçador é essencial para aplicação do método, não sendo alterado, particularmente
34
por fenómenos como, adsorção de sedimentos, redox, pH, variações de temperatura, entre outros
(ver subcapítulo 4.3.).
Assim, este método utiliza como traçador natural a composição isotópica relativa do oxigénio 18O na
água. A abundância relativa deste isótopo é determinada em relação ao isótopo de oxigénio mais
abundante, 16O, sendo, normalmente, denominada de razão isotópica, representada por 18O/16O ou,
mais frequentemente, por δ18O. Tal como foi referido no capítulo 4.2, a razão isotópica é expressa em
relação ao padrão internacional VSMOW, de acordo com a equação 4.2 (De Bénéditis & Bertrand-
Krajewski, 2004a).
O método dos isótopos tem em consideração um conjunto de hipóteses interessantes que importa
referir e que poderá determinar a sua aplicabilidade, dependendo das características do sistema e do
enquadramento do problema (Clemens et al., 2007).
Tal como os métodos convencionais (ver Capítulo 3), o método é essencialmente aplicado ao caudal
em tempo seco que circula na rede de drenagem (representado por QT) e admite que este provém
apenas de duas origens, as águas residuais estritamente domésticas e industriais (representado por
QAR) e a infiltração (representado por Qinf) (De Bénéditis & Bertrand-Krajewski, 2004b). Assim, é
aplicado o balanço de massa a uma dada secção da bacia, frequentemente, à saída de uma dada
sub-bacia, traduzido pela equação 4.3:
𝑄𝑇 = 𝑄𝑖𝑛𝑓 + 𝑄𝐴𝑅 (4.3)
Tendo em mente que as águas estritamente domésticas são produzidas devido ao uso de água para
consumo, o método também considera que uma amostra de água potável é representativa, em
termos da razão isotópica δ18O, da água estritamente residual que entra no sistema de drenagem.
Refira-se que esta hipótese admite que não ocorrem variações significativas na razão isotópica,
desde o ponto de amostragem até à circulação na rede de drenagem (De Bénéditis & Bertrand-
Krajewski, 2004a; Clemens et al., 2007).
Para determinar as contribuições ou frações das componentes do caudal total que circula na rede,
considera-se o balanço expresso pela equação 4.4:
𝑄𝑇 . 𝛿𝑇 = 𝑄𝐴𝑅 . 𝛿𝐴𝑅 + 𝑄𝑖𝑛𝑓 . 𝛿𝑖𝑛𝑓 (4.4)
Assim, o δ18O de amostras de água subterrânea constitui o valor de referência para a fração da
infiltração, δINF, enquanto o δ18O da água potável constitui a referência para a água estritamente
residual, δWW. De forma a obter estes valores é necessária a realização de uma campanha de
amostragem, com o intuito de recolher amostras de água das três origens referidas, água potável,
água subterrânea e água residual (caudal total que circula na rede), na bacia em estudo. É ainda
necessário dispor da série temporal dos caudais totais que circulam na rede de drenagem.
De notar que o método dos isótopos estáveis apenas pode ser aplicado se δWW for significativamente
diferente de δINF, o que constitui um problema quando a água potável tem origem no mesmo aquífero
que a origem de infiltração. Assim, a aplicação deste método depende do contexto hidrogeológico
local e da localização das EE de água potável, sendo necessária a realização de um estudo prévio de
35
forma a conhecer as características da bacia e do seu enquadramento. Estas condições deverão ser
averiguadas realizando uma pré campanha de amostragem. Para o caso de estudo da presente
dissertação será apresentado uma breve descrição do enquadramento, no Capítulo 5.
Mais ainda, os valores de referência devem ser constantes no tempo e no espaço. Se as condições
forem respeitadas é possível aplicar o método, utilizando as expressões anteriores e as equações
4.5, 4.6 e 4.7, sendo que a e b expressas em % são, respetivamente, as frações de água potável (ou
água estritamente residual) e de água subterrânea em relação ao caudal total de água residual.
𝑏 = 100.𝑄𝑖𝑛𝑓
𝑄𝑇
= 100.𝛿𝑇 − 𝛿𝐴𝑅
𝛿𝑖𝑛𝑓 − 𝛿𝐴𝑅
(4.6)
𝑎 = 100.𝑄𝐴𝑅
𝑄𝑇
= 100.𝛿𝑇 − 𝛿𝑖𝑛𝑓
𝛿𝑖𝑛𝑓 − 𝛿𝐴𝑅
(4.7)
𝑎 + 𝑏 = 100 (4.8)
As frações a e b serão utilizadas na equação 4.9:
𝛿𝑇 = 𝑎. 𝛿𝐴𝑅 + 𝑏. 𝛿𝑖𝑛𝑓 (4.9)
De forma a obter resultados mais conclusivos e fiáveis, seria pertinente ter em conta a variação
espacial dos valores de referência, através da recolha de diversas amostras, em locais diferentes da
bacia, aquando a campanha de amostragem. Assim, a estimativa da infiltração seria feita com a
média dos valores obtidos das razões isotópicas para a água estritamente residual, 𝛿𝐴𝑅, e para a
água de infiltração, 𝛿𝑖𝑛𝑓, ou seja, 𝛿𝐴𝑅 e 𝛿𝑖𝑛𝑓
(De Bénéditis & Bertrand-Krajewski, 2004a).
A incerteza do método encontra-se deduzida em De Bénéditis & Bertrand-Krajewski (2004a), sendo
que as expressões simplificadas de ∆𝑏 e ∆𝑄𝑖𝑛𝑓, isto é, das incertezas associadas à determinação da
fração b e do caudal de infiltração, 𝑄𝑖𝑛𝑓, respetivamente, são dadas pelas equações 4.9 e 4.10:
∆𝑏 = 100 √2. ∆𝛿
𝛿𝑖𝑛𝑓 − 𝛿𝐴𝑅
√𝑏2 − 𝑏 + 1 (4.9)
∆𝑄𝑖𝑛𝑓 = √∆𝑏2𝑄𝑇
2 + ∆𝑄𝑇2𝑏2
100
(4.10)
Onde ∆𝛿 corresponde à incerteza associada à análise laboratorial da composição isotópica das
amostras de água e ∆𝑄𝑇 representa a incerteza associada à medições do caudal total (De Bénéditis &
Bertrand-Krajewski, 2004a).
A incerteza ∆𝑏 do método está associada à incerteza da determinação isotópica no laboratório, ao
cálculo do b e à diferença entre a composição isotópica da água de infiltração e da água estritamente
residual (𝛿𝑖𝑛𝑓 − 𝛿𝐴𝑅) (Dirckx et al., 2009). A expressão da incerteza ∆𝑏 é essencial para definir a
aplicabilidade do método. Admite-se que o método apenas produz resultados credíveis quando a
36
incerteza relativa ∆𝑏 𝑏⁄ é inferior a 1 (De Bénéditis & Bertrand-Krajewski, 2004a). Na Figura 4.7
mostra-se a relação entre os valores da diferença 𝛿𝑖𝑛𝑓 − 𝛿𝐴𝑅 e os valores de b e de ∆𝑏.
Figura 4.7:Curvas de incerteza do método dos isótopos estáveis. Adaptado de Dirckx et al. (2009).
A título de resumo, é apresentado de seguida, no Quadro 4.3, os principais requisitos e limitações do
método dos isótopos.
Quadro 4.3: Resumo dos principais requisitos e limitações do método dos isótopos estáveis.
Requisitos e limitações do método dos isótopos estáveis
Aplica-se em situações de caudal em tempo seco, sem influência da precipitação
Composição isotópica da água potável é representativa da composição isotópica da água estritamente residual
Origem de abastecimento da população abrangida pela bacia de drenagem em estudo não pode corresponder
ao aquífero local - necessário estudo do contexto hidrogeológico local e caracterização da bacia de drenagem
Necessário trabalho de campo, com a realização de pré campanha e campanha de amostragem
Necessário trabalho laboratorial
Incerteza relativa: ∆𝐛 𝐛⁄ < 1
Em De Bénéditis & Bertrand-Krajewski (2004a) foi estudada a bacia de Ecully, em Lyon, França,
sendo, a título de exemplo, apresentados de seguida os resultados da aplicação do método dos
isótopos à bacia de drenagem referida. Na Figura 4.8 são apresentados as razões isotópicas da água
residual que circula na rede da bacia de Ecully, em Lyon, França, entre as 10:00 do dia 12 de Março
a 8:00 do dia 13 de Março de 2003, representando ainda os valores médios de δinf e δAR. Na Figura
4.9 apresenta-se o hidrograma decorrente da aplicação do método dos isótopos à mesma bacia,
diferenciando o caudal de água estritamente residual do caudal de infiltração.
37
Figura 4.8: Valores obtidos da razão isotópica δ18O da água residual da bacia de Ecully, em Lyon, França entre
12 e 13 de Março de 2003. Adaptado de De Bénéditis & Bertrand-Krajewski (2004a).
Figura 4.9: Composição do hidrograma utilizando o método dos isotopos, relativo à bacia de Ecully, em Lyon,
França entre 12 e 13 de Março de 2013. Adaptado de De Bénéditis & Bertrand-Krajewski (2004a).
Uma das conclusões interessantes obtida com a aplicação do método dos isótopos à bacia de Ecully,
em França, diz respeito à variação inesperada da infiltração ao longo do dia. Seria expectável que a
infiltração de água subterrânea fosse permanente e constante ao longo do dia, no entanto, os
resultados obtidos poderão questionar esta hipótese.
Em De Bénéditis & Bertrand-Krajewski (2004a) são apontadas duas possíveis razões para esta
variação. A primeira trata-se do facto de o método dos isótopos estimar o valor de infiltração, não
tendo em consideração o modo como esta entrou na rede de drenagem. Isto é, se a água de
infiltração entrou na rede através de fissuras ou defeitos dos coletores, ou se foi descarregado na
rede água subterrânea bombeada por vários motivos (arrefecimento ou drenagem de caves, por
exemplo). Por este motivo, a variação da infiltração poderá ser explicada pela variabilidade da água
subterrânea bombeada. O segundo diz respeito ao mecanismo de infiltração nos coletores. Como foi
referido anteriormente (ver subcapítulo 2.5), a água subterrânea entra na rede de drenagem,
essencialmente, através das fissuras da parede dos coletores localizadas entre o nível freático e a
altura da água no coletor. Durante o período noturno, o caudal que circula na rede é menor e,
38
consequentemente, a altura da água diminui (assim como o perímetro molhado), aumentando, por
sua vez, o número de fissuras que poderão contribuir para a infiltração. Por outro lado, o caudal de
infiltração que entra na rede aumenta, associado a determinadas fissuras que contribuem igualmente
para o caudal diurno.
Importa ainda relevar a importância do caudal de tempo seco para a aplicação do método dos
isótopos estáveis. Anteriormente foi mencionado que o método dos isótopos estáveis apenas
considera a existência de dois componentes do caudal total que circula na rede de drenagem
(Equação 4.4), isto é, caudal de AR e caudal de água de infiltração. Por este motivo, é crucial garantir
que não aflui à rede caudal pluvial e que a infiltração é estritamente devido à água subterrânea
existente no aquífero local, não sendo influenciada pela precipitação, ou seja, não considerando a
infiltração derivada da precipitação (RII, do termo em inglês, Rain Influenced Infiltration), referida no
ponto 2.5.1. Assim, de forma a selecionar os dias adequados para a realização de campanhas de
amostragem para a análise da composição isotópica das amostras de água, é importante determinar
a partir de que dia é que o caudal total na rede já não é influenciado por um dado evento pluvioso. Na
Figura 4.10 apresentam-se valores de caudais totais da rede de drenagem da cidade de Dresden,
Alemanha, entre os anos de 1995 e 1999, considerando dias de tempo seco e um dia com
precipitação.
Figura 4.10: Caudal no sistema de drenagem da Cidade de Dresden, Alemanha, antes e depois de um evento
pluvioso, em várias alturas do ano, entre os anos de 1995 e 1999. Adaptado de Karpf et. al (2007).
Observando a Figura 4.10, verifica-se que após dois dias da ocorrência de um evento pluvioso, o
caudal total é similar ao caudal observado antes do referido evento. Logo, parece admissível concluir
que após dois dias de tempo seco, o caudal total na rede de drenagem já não é influenciado pela
precipitação e, portanto a RII deixa de ter importância (Karpf et al., 2007). Esta conclusão será
determinante para o planeamento das campanhas de amostragem, que será abordado no Capítulo 6.
Em suma, o método dos isótopos estáveis foi desenvolvido especialmente para tirar proveito das
características físico-químicas da água residual, para além de recorrer a informação dos caudais.
Pretende-se ainda ultrapassar as limitações dos métodos convencionais atualmente aplicados, uma
39
vez que exclui diversas fontes de erro, como a hipótese do caudal residual mínimo (ver Capítulo 3)
(Rieckermann et al., 2010).
4.6 Variação da razão isotópica δ18O na produção de águas residuais
O assunto apresentado de seguida é baseado em Clemens et al. (2007).
Como já foi referido anteriormente, no ponto 4.5, o método dos isótopos considera que a composição
isotópica da componente estritamente residual do caudal em tempo seco é idêntica à da água
potável. Isto implica que a razão isotópica não se altera face às condições que ocorrem no processo
de produção de águas residuais. No entanto, existem fenómenos e processos que advêm de
atividades do quotidiano, que poderão provocar variações na composição isotópica da água.
Em Clemens et al. (2007) são estudados fenómenos de três atividades e utilizações comuns do
quotidiano na Holanda: evaporação decorrente do consumo de água em diversas atividades na
habitação, fracionamento isotópico que ocorre no interior do corpo humano e água residual resultante
da combustão de gás em sistemas de aquecimento.
Nas habitações, o consumo de água encontra-se dividido por diversos usos, sendo que alguns estão
sujeitos a evaporação, tendo em conta que são submetidos a aquecimento e estão em contacto com
a atmosfera, como o banho ou a lavagem da loiça e roupa. Como já foi anteriormente referido,
nomeadamente no ponto 4.3, a evaporação constitui um dos fatores determinantes na variação da
composição isotópica da água (Ehleringer & Cerling, 2002; Rieckermann et al., 2010; Brand &
Coplen, 2012), pelo que, desta forma, os usos de água sujeitos a evaporação poderão originar
variações na razão isotópica δ18O, aquando a transição da água potável para água residual.
Com o intuito de verificar se existem, de facto, variações significativas da composição isotópica na
produção de AR, decorrente dos usos domésticos da água, Clemens et al. (2007) determinou o
desvio ponderado da razão isotópica δ18O dos usos sujeitos a evaporação em relação à δ18O da água
da torneira de acordo com os respetivos consumos, tendo obtido um desvio de 0,02‰. Ao aplicar
este desvio na equação 4.6 (subcapítulo 4.5), verifica-se que este não deverá produzir variações
significativas no δ18O da água, pelo que os usos domésticos não são considerados relevantes nesta
questão.
Relativamente ao segundo processo estudado por Clemens et al. (2007), isto é, o fracionamento no
interior do corpo humano, diz respeito à alteração da composição isotópica da água na produção de
urina, em relação à água potável. Em termos da razão isotópica, a urina apresenta, em regra, valores
inferiores. Tal diferença pode ser explicada pelas perdas de água no corpo humano por transpiração,
isto é, são libertados os isótopos mais leves de oxigénio, por transpiração, permanecendo no corpo
os isótopos mais pesados. Desta forma, a razão isotópica de oxigénio da urina torna-se menos
negativa. Clemens et al. (2007) determinou um desvio de 0.04‰, em relação à δ18O da água da
torneira, sendo que não corresponde a um desvio significativo quando aplicado na equação 4.6,
Assim, certifica-se que a descarga de urina no sistema de drenagem urbano não deverá provocar
alterações significativas na razão isotópica da AR.
40
Por último, considera-se que as caldeiras de condensação poderão alterar a composição da água
potável, quando esta é introduzida no equipamento, aquecida e, posteriormente descarregada na
rede de drenagem. Clemens et al. (2007) determinou um desvio de 0,99% da água condensada das
caldeiras de condensação em relação à δ18O da água da torneira, sendo considerado um desvio
significativo quando aplicado a equação 4.6 (ver subcapítulo 4.5). Desta forma, admite-se que as
caldeiras poderão causar uma alteração significativa na composição isotópica, aquando a produção
de água residual, especialmente nos meses mais frios e, consequentemente, de maior consumo
(Clemens et al., 2007).
Em Portugal, o consumo doméstico de gás natural, para efeitos de aquecimento do ambiente, em
2010 era cerca de 0.106 tep (tonelada equivalente de petróleo) por habitação (INE, 2010),
equivalente a 1232kWh (INE & DGEG, 2010) e, consequentemente, cerca de 140m3. Seria
interessante averiguar se em Portugal é frequente o uso deste tipo de equipamentos e, verificar se,
de facto, poderá influenciar a composição isotópica da água residual. Outro equipamento que poderia
ser estudado, relativamente a esta matéria, seria o equipamento de ar condicionado, uma vez que,
alguns destes equipamentos descarregam na rede água condensada.
Em suma, de acordo com os exemplos apresentados neste subcapítulo, à exceção do último caso,
não se verificam alterações significativas na composição isotópica da água residual, em relação à
água potável. No entanto, não deixa de ser um estudo interessante e pertinente que permite uma
melhor compreensão do método dos isótopos estáveis e da sua aplicabilidade.
41
5 Apresentação de enquadramento – Caso de estudo
5.1 Considerações iniciais
A aplicação do método dos isótopos estáveis, para determinação da infiltração na Zona Alta da Bacia
de Drenagem de Alcântara, em tempo seco, foi realizada no âmbito de uma prestação de serviços do
Instituto Superior Técnico (IST), através da Associação para o Desenvolvimento do Instituto Superior
Técnico (ADIST), à SIMTEJO.
Desta forma, no presente capítulo apresenta-se o enquadramento do problema, iniciando pela
descrição da Zona Alta da bacia de drenagem de Alcântara, tanto ao nível dos aspetos relevantes da
região em estudo, como ao nível da rede de drenagem. Segue-se uma breve explicação das
características das águas subterrâneas existentes na área em estudo. Posteriormente é apresentada
uma descrição das demais origens da água para consumo da região abrangente da zona alta da
Bacia de Drenagem de Alcântara, de forma a melhor compreender a aplicação do método dos
isótopos, apresentando uma breve descrição do sistema da EPAL, Empresa Portuguesa de Águas
Livres, responsável pelo sistema de abastecimento de Lisboa.
5.2 Enquadramento
A Zona Alta da bacia de drenagem de Alcântara localiza-se em Portugal, no distrito de Lisboa. A área
de estudo encontra-se inserida na bacia hidrográfica do Rio Tejo, na Região Hidrográfica 5 (RH5),
(ver ponto 5.3.3).
A Zona Alta da bacia de Alcântara inclui-se no subsistema de Alcântara, um subsistema constituinte
do sistema multimunicipal gerido pela SIMTEJO, empresa de Saneamento Integrado dos municípios
do Tejo e do Trancão, descrito posteriormente. Na Figura 5.1 apresentam-se as áreas abrangidas
pelo sistema da SIMTEJO, com destaque à ETAR de Alcântara, instalação de tratamento que recebe
os efluentes do sistema de drenagem do caso de estudo (Simtejo, 2014).
Figura 5.1: Sistema multimunicipal da SIMTEJO, com destaque do subsistema de Alcântara e localização da
ETAR de Alcântara (Simtejo, 2014).
42
A rede de saneamento da cidade de Lisboa encontra-se dividida em dois tipos de rede, em função do
conjunto de infraestruturas de cada tipo, ou seja, rede em “alta” e rede em “baixa”. Enquanto a
empresa SIMTEJO se encarrega da rede em “alta”, isto é, das infraestruturas que asseguram a
recolha nos pontos de entrega, o transporte, o tratamento e a descarga final no meio recetor, a rede
em “baixa”, ou seja, as infraestruturas que conduzem as águas residuais desde os domicílios da
população servida até aos pontos de entrega, é da responsabilidade da Câmara Municipal de Lisboa.
Relativamente ao tipo de sistema, a rede de drenagem da cidade de Lisboa compreende três tipos,
sendo eles, rede unitária com 4080ha de área, rede separativa de 1400ha e 4802ha de rede pseudo-
separativa ou mista. Importa referir que, na conceção de sistemas de drenagem de AR em novas
áreas urbanas bem como na remodelação de sistemas existentes é exigido pelo DR 23/95, pelo
PEAASAR II (MAOTDR, 2007) e pelo PGDL a aplicação de medidas de forma a tornar o sistema
progressivamente separativo, permitindo a separação dos efluentes pluviais e domésticos (CM
Lisboa, 2009).
A cidade de Lisboa é composta por dezasseis bacias de drenagem que se prolongam, em parte para
concelhos limítrofes, nomeadamente, para Amadora e Oeiras. Na Figura 5.2 é possível observar a
divisão das bacias, com classificações de A a U. A área de interesse para a presente dissertação
corresponde à área de Lisboa incluída na bacia de drenagem E, com cerca de 3200ha. A área total
do sistema de drenagem de Lisboa ocupa cerca de 10 300ha (Matos et al., 2007).
Figura 5.2: Bacias de drenagem de Lisboa (Matos et al., 2007).
Desde 1990 têm sido realizadas grandes obras de saneamento na cidade de Lisboa, desde obras de
sistemas intercetores a obras de reconstrução da rede de drenagem em certas zonas da cidade.
Essa data marca também o início da atividade das ETAR de Alcântara, Beirolas e Chelas, instalações
responsáveis pelo tratamento dos efluentes da rede de drenagem de Lisboa (CM Lisboa, 2009), isto
é, das bacias representadas na Figura 5.2. Enquanto a ETAR de Alcântara é responsável pelo
tratamento dos efluentes provenientes da zona ocidental de Lisboa, incluindo a área em estudo, a
43
ETAR de Chelas trata os efluentes da zona intermédia e a ETAR de Beirolas fica a cargo do
tratamento dos efluentes da zona oriental de Lisboa.
A ETAR de Alcântara, localizada na Avenida de Ceuta, trata os efluentes da Zona Alta da bacia de
Alcântara, bem como, de Oeiras e de outros locais dos concelhos da Amadora e Lisboa, não
incluídos na Zona Alta. Inicialmente foi projetada para uma população servida de 725 mil habitantes
equivalentes e com um caudal máximo de 4,5 m3/s, efetuando apenas o pré-tratamento e tratamento
primário com cloragem (HIDRA; ENGIDRO, 2007). Em 2006, A ETAR foi sujeita a remodelação e
ampliação, de forma a servir uma população de 756 mil habitantes equivalentes e incluir os
tratamentos secundário e terciário (afinação), constituindo, ainda, um exemplo de requalificação
urbana da região da ETAR. Assim, a capacidade da ETAR foi aumentada, sendo que o caudal
máximo, na obra de entrada e tratamento primário, passa a 6.6 m3/s e, no tratamento secundário e
desinfeção, corresponde a 3.3 m3/s. Na Figura 5.3 apresentam-se duas fotografias aéreas da ETAR
de Alcântara, antes e depois da obra de reabilitação, em 2006.
Figura 5.3: Fotografias aéreas da ETAR de Alcântara antes (à direita) e depois (à esquerda) da obra de
reabilitação e reconstrução em 2006. Imagens retiradas de, respetivamente, HIDRA & ENGIDRO (2007) e
SIMTEJO (2013).
O sistema de Alcântara, composto pelas bacias Oc1, AO, A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, L, M1 e K (Matos
et al., 2007) constitui a maior bacia hidrográfica da cidade e o maior sistema de drenagem de Lisboa,
ocupando uma área de, aproximadamente, 3200ha (Chiron et al., 2008).
Figura 5.4:Sistema de drenagem de Alcântara, com a localização da Zona Alta e das Zonas Baixas (Algés-
Alcântara e Terreiro do Paço-Alcântara (HIDRA; ENGIDRO, 2007).
44
Como se pode verificar pela Figura 5.4, no sistema de Alcântara estão incluídas três áreas
administrativas distintas, os municípios de Lisboa, Amadora e Oeiras. De acordo com o tipo de
escoamento, isto é, gravítico ou bombeado, o sistema é dividido em Zona Alta e Zona Baixa, tal como
se pode observar na Figura 5.4. Enquanto na Zona Alta o escoamento do caudal de AR é feito
graviticamente até à ETAR de Alcântara, na Zona Baixa, dividida entre Algés-Alcântara e Terreiro do
Paço-Alcântara, o caudal necessita de ser bombeado até à ETAR através de EE.
Relativamente ao tipo de rede na Zona Alta da Bacia de Alcântara, as sub-bacias pertencentes ao
Concelho da Amadora são maioritariamente separativas, ao contrário da rede pertencente ao
Concelho de Lisboa, que é se comporta maioritariamente como rede unitária, embora existam áreas
onde se tem adotado progressivamente as redes separativas (HIDRA; ENGIDRO, 2007).
5.3 Rede de drenagem do caso de estudo
A Zona Alta da bacia E (Figura 5.5), no qual se inclui a área do caso de estudo, possui cerca de
2746ha de área servida, com aproximadamente 250km de comprimento total dos coletores, servindo
cerca de 254 000 habitantes equivalentes (HIDRA; ENGIDRO, 2007). Relativamente à idade dos
coletores, segundo o PGDL, metade da rede terá entre 54 e 95 anos.
Figura 5.5: Localização do Caneiro de Alcântara na Zona Alta da Bacia de Alcântara (à esquerda) e identificação
dos ramos do Caneiro de Alcântara, em toda a sua extensão (HIDRA; ENGIDRO, 2007).
O troço principal da rede de drenagem possui uma secção característica do “tipo Caneiro”,
geralmente designado por “Caneiro de Alcântara” e possui uma extensão de aproximadamente 13km.
O Caneiro tem início no Casal de S. Brás, no Concelho da Amadora, e termina no ponto de descarga
no Rio Tejo, junto à doca de Santo Amaro, em Alcântara. Tendo em conta que a Zona Alta engloba
parte dos municípios da Amadora e Lisboa, o “Caneiro de Alcântara” é frequentemente denominado
de “ribeira da Falagueira”, no troço pertencente ao concelho da Amadora.
Na estrutura principal, o Caneiro de Alcântara é composto por quatro ramos (Figura 5.5): o ramo de
Benfica-Campolide, o ramal das Avenidas-Novas, o ramo de Campolide-Alcântara e o troço Marítimo
(Chiron et al., 2008). Algumas características dos ramos do Caneiro abrangido pelo caso de estudo
são apresentadas no Quadro 5.1.
45
Quadro 5.1: Secções e respetivos declives dos ramos do Caneiro incluídos da área em estudo. Informação
retirada de HIDRA & ENGIDRO (2007).
Ramo Benfica - Campolide Avenidas - Novas Campolide - Alcântara
Secção (mm) 5460x3500 6220x4000 6700x4300 8000x5015
Declive (m/m) 0.004
0.0036
0.0045
0.0013
0.009 0.0013
0.0058
Na área da bacia pertencente a Lisboa, o Caneiro apresenta uma forma típica, representada pela
Figura 5.6, com abóbadas, onde os impulsos são suportados pelos encontros, e soleira de
revestimento simples. Esta estrutura é maioritariamente construído em betão simples, embora uma
pequena extensão seja em alvenaria de pedra ou em betão armado, sendo que, neste caso é
adotada outro tipo de secção transversal (Chiron et al., 2008).
Figura 5.6: Geometria típica do Caneiro de Alcântara (HIDRA; ENGIDRO, 2007).
O Caneiro de Alcântara tem sido alvo de alguns programas de reabilitação e reconstrução nos últimos
anos, por parte da CM Lisboa, devido à ocorrência de roturas e colapsos.
Importa referir que, no passado, o Caneiro era uma antiga ribeira, a Ribeira de Alcântara, que foi
posteriormente canalizada e, para além de transportar o caudal de AR, também recebe uma fração
importante de caudal pluvial. Além disso, o vale de Alcântara tem sofrido alterações bastante
significativas, outrora era constituído por florestas primitivas, dando lugar a diversas atividades, como
a agro-pecuária, e previamente à revolução industrial, possuía um carater aristocrático, com quintas
de recreio e atividades de caça. A ocupação da zona modificou-se rapidamente desde o terramoto de
1755. A ocupação urbana altera consideravelmente a rede hidrográfica natural, sendo que a maioria
das linhas de água foram canalizadas, sobretudo, devido à necessidade de terrenos para construção.
Com isto a rede hidrográfica natural foi-se gradualmente transformando na rede de drenagem urbana
(HIDRA; ENGIDRO, 2007).
Relativamente à ribeira da Falagueira, outrora uma ribeira natural, existe muito pouca informação
acerca da mesma, no entanto, sabe-se que corresponde a um coletor geral unitário, possuindo um
troço de montante sem qualquer intervenção, seguido de um troço entubado. Segue-se um troço
regularizado que termina numa câmara de visita, possivelmente servindo de bacia de retenção,
seguido de um troço entubado que termina no limite do concelho da Amadora. A ribeira da Falagueira
tem sido alvo de algumas intervenções de reabilitação (HIDRA; ENGIDRO, 2007). No Quadro 5.2
apresentam-se as dimensões da ribeira da Falagueira, de acordo com a geometria das secções.
46
Quadro 5.2: Dimensões da ribeira da Falagueira. Adaptado de HIDRA & ENGIDRO (2007).
Secção tipo Secção (mm) Inclinação (m/m)
Oval 1800x1800 0.007
Circular 1900 0.005
Oval 2000x2000 0.006
Oval 2500x2500 0.006
Retangular 2500x3000 0.006
Retangular 4500x3200 0.0041
No PGDL e em HIDRA & ENGIDRO (2007) foram identificados vários problemas na bacia E,
nomeadamente, ao nível do desempenho hidráulico, do estado de conservação e das ligações e
interceções inadequadas, tendo concluído que alguns coletores necessitam de ser substituídos, dado
o seu estado de conservação e por falta de capacidade hidráulica. Os principais problemas detetados
foram os seguintes: inundações frequentes, assoreamentos, abatimento de soleiras, desgaste nas
paredes e soleiras, rede pluvial com afluências domésticas, interceções inadequadas com descarga
direta de caudal doméstico e falta de capacidade de alguns troços (Chiron et al., 2008). Como já foi
referido no subcapítulo 2.5, o estado de conservação dos coletores é determinante para o fenómeno
da infiltração de água subterrânea, pelo que será expectável, na aplicação do método dos isótopos à
rede de coletores em estudo, obter contribuições importantes de infiltração no caudal total.
5.4 Características relevantes da região
5.4.1 Considerações iniciais
De forma a compreender melhor o enquadramento do caso de estudo, torna-se pertinente apresentar
alguns aspetos mais relevantes da região, como o clima e relevo, geologia, ocupação do solo,
permeabilidade do solo e nível hidrostático das massas de água subterrâneas. Embora a
permeabilidade do solo e o nível hidrostático sejam características relevantes da região, estes temas
serão explorados no subcapítulo dedicado às águas subterrâneas existentes no caso de estudo
(subcapítulo 5.5), dados que se relacionam diretamente com água no solo.
Em CM Lisboa (2010), Oliveira (2010) e Rodrigues (2013) é apresentada uma caracterização
completa da Zona Alta da bacia de Alcântara, pelo que a informação apresentada neste ponto será
maioritariamente baseada nestas referências.
5.4.2 Clima e relevo
De uma forma geral, Lisboa apresenta um clima mediterrâneo, com o Verão tipicamente quente e
seco e com grande parte da precipitação concentrada nos meses entre Outubro e Abril. O clima da
região pode ser explicado por fatores geográficos regionais, tal como, a latitude e proximidade do
Oceano Atlântico, conferindo uma amenidade térmica. Dada a proximidade entre os concelhos de
Lisboa e Amadora, considera-se que o clima é idêntico em ambos, para efeitos da presente
dissertação.
47
A temperatura média anual da cidade aproxima-se dos 16ºC, sendo que os mínimos (valor médio de
10ºC) surgem nos meses de Dezembro, Janeiro e Fevereiro, enquanto os máximos, em termos
médios, rondam entre 20ºC e 25ºC, e ocorrem nos meses de Julho a Setembro. Em termos de
precipitação anual, registou-se um valor médio 725 mm, entre 1990 e 2000, valores máximos de
cerca de 160mm (no mês de Fevereiro) e valores mínimos entre 3 e 7mm (nos meses de Julho e
Agosto). Lisboa encontra-se sujeita a eventos extremos de temperatura, precipitação, vento forte e
trovoada. De acordo com as condições atmosféricas a que Lisboa é sujeita, é possível distinguir dois
períodos climáticos diferentes: um período de Novembro a Março e outro de Abril a Outubro (CM
Lisboa, 2010).
Figura 5.7: Modelo Digital do Terreno da região da Zona Alta da bacia de Alcântara (Rodrigues, 2013).
Relativamente ao relevo da bacia de Alcântara, de acordo com o Modelo Digital do Terreno da bacia
(MDT) da bacia em estudo representada na Figura 5.7, verifica-se que a altitude varia,
aproximadamente, entre os 36 e 280m. Além disso, verifica-se ainda que grande parte da região de
Lisboa da bacia de Alcântara caracteriza-se por apresentar altitudes entre 60 e 120m, enquanto a
região da bacia pertencente ao concelho da Amadora, apresenta altitudes relativamente superiores,
atingindo altitudes entre os 240 e 280m.
5.4.3 Geologia e tipos de solo
No concelho de Lisboa afloram uma grande variedade de formações geológicas. Na Figura 5.8 é
apresentada a Carta Geológica dos concelhos de Lisboa e Amadora com delimitação da Zona Alta da
Bacia de Alcântara, onde é possível identificar as unidades geológicas associadas à área em estudo.
Assim, verifica-se que o Complexo Vulcânico de Lisboa (CVL) ocupa uma área considerável na bacia,
as unidades aluvionares, junto ao Caneiro, o complexo de Benfica e as Argilas de Prazeres ocupam
grande parte da restante área. Com menor expressão, surgem as formações de Caneças e de Bica.
48
Figura 5.8: Mapa geológico da Zona Alta da bacia de Alcântara (Rodrigues, 2013).
Relativamente aos tipos de solo, destacam-se os solos basálticos, carbonatados, argilosos e
aluvionares. O solo associado ao CVL corresponde a uma formação geológica com origem basáltica.
Por outro lado, o Complexo de Benfica, assim como, as Argilas de Prazeres, apresentam solos
argilosos. Já as Formações de Caneças e de Bica apresentam solos carbonatados (CM Lisboa,
2010).
Assim, a bacia de drenagem de Alcântara insere-se maioritariamente em formações detríticas,
carbonatadas e em rochas ígneas (Oliveira, 2010). Refira-se que esta variedade de formações
geológicas constitui a responsável pela permeabilidade heterogénea da bacia em estudo pelo que,
por conseguinte, a capacidade de armazenamento de água subterrânea varia de acordo com o tipo
de formação (Oliveira, 2010).
5.4.4 Uso do solo
Em HIDRA; ENGIDRO (2007) foi elaborado uma carta simplificada do uso do solo da Zona Alta da
bacia de Alcântara exclusivamente para o concelho de Lisboa, de acordo com oito classes: espaço
verde; área edificada; área edificada de baixa densidade; área edificada – moradias; canal
rodoferroviário; área industrial; usos especiais e não classificado. Na Figura 5.9 apresenta-se a carta
do uso do solo da área de Lisboa da bacia em estudo, onde é evidente uma grande área com a
classificação de “área edificada – baixa densidade”, observando ainda uma mancha de “espaço
verde”, correspondente ao Parque do Monsanto. Desta forma, tendo em conta a informação referida,
é possível afirmar que a área da bacia (do concelho de Lisboa) apresenta uma fração importante de
área edificada, em regra, impermeabilizada, levando a escoamento superficial e dificultando a
infiltração de água pluvial no solo.
49
Figura 5.9: Uso do solo na Zona Alta da Bacia de Alcântara. Adaptado de HIDRA; ENGIDRO (2007) e Rodrigues
(2013).
De facto, no PGDL (2008) foi atribuído a cada classe uso do solo, um valor do parâmetro C do
método racional, método este aplicado à determinação dos caudais de ponta pluviais. Este
coeficiente expressa, de certa forma, o grau de impermeabilização do solo, dado que engloba vários
aspetos como a relação entre o volume de água escoada e a precipitação, os efeitos de retenção,
regolfo, entre outros. Para a bacia de Alcântara, incluindo a Zona Baixa, admite-se um valor médio
ponderado do parâmetro C de 0,67 (CHIRON; ENGIDRO; HIDRA, 2006).
Figura 5.10: Carta do uso do solo do Concelho de Amadora, em 2007 (Crucho, 2013).
50
Em Crucho (2013) é apresentada a Carta do uso do solo do Concelho de Amadora do ano de 2007
(Figura 5.10), sendo atribuídas dez classes, nomeadamente: Tecido Urbano; Indústria, comércio e
equipamentos gerais; Redes viárias e ferroviárias e espaços associados; Áreas em construção ou de
deposição de resíduos; Equipamentos desportivos, culturais e de lazer; Espaços verdes urbanos;
Área Agrícola; Pastagens permanentes; Florestas; Vegetação arbustiva e herbácea. Observa-se uma
macha considerável das classes Tecido Urbano e Vegetação arbustiva e herbácea.
5.5 Caraterização do sistema de águas subterrâneas na bacia de Alcântara
5.5.1 Considerações iniciais
O presente subcapítulo tem como objetivo apresentar as características mais importantes, para a
dissertação, das águas subterrâneas existentes no Concelho de Lisboa, incluindo na área em estudo,
pelo que apresenta-se, de seguida, uma breve caracterização hidrogeológica da região, bem como,
uma referência à permeabilidade do solo e nível hidrostático.
5.5.2 Hidrogeologia e Hidrologia da região
5.5.2.1 Formações hidrogeológicas e permeabilidade do solo
O concelho de Lisboa encontra-se situado na Orla Meso-Cenozóica, também conhecida como Orla
Ocidental, uma das quatro unidades hidrogeológicas de Portugal Continental (Figura 5.11). Nesta
unidade predominam os sedimentos carbonatados, arenitos e argilitos e é caracterizada por séries
espessas de sedimentos, chegando a ultrapassar a espessura de 3000m (Instituto Nacional da Água,
1997). Na Figura 5.11 estão também representados os Sistemas de Aquíferos existentes na Orla
Ocidental. Apesar da variedade de sistemas aquíferos, o Concelho de Lisboa não se inclui em
nenhum dos sistemas, estando inserido, na Orla Ocidental Indiferenciada da Bacia do Tejo.
Figura 5.11: Unidades hidrogeológicas de Portugal Continental (à direita) e Sistemas de Aquíferos da Orla
Ocidental (à esquerda), (Instituto Nacional da Água, 1997).
51
Relativamente às propriedades hidrogeológicas, a Orla Ocidental apresenta dois tipos de formações
diferentes. As formações com porosidade primária predominante estão associadas a rochas
sedimentares, enquanto as formações com porosidade secundária correspondem a rochas ígneas e
metamórficas fissuradas (Oliveira, 2010). Em termos do modelo de funcionamento hidrogeológico, em
regra, a principal fonte de recarga de água subterrânea na RH5 e, portanto, na Zona Alta da bacia de
Alcântara, é a infiltração da água da chuva, cujo processo depende do tipo de solo e das condições
de ocupação do mesmo (ARH do Tejo, 2012b).
A permeabilidade do solo, uma característica intimamente ligada às formações hidrogeológicas,
constitui um aspeto importante no estudo de infiltrações de água subterrânea, pois influencia o nível
freático e, consequentemente, a magnitude da infiltração. Em CM Lisboa (2010) foi estudada a
permeabilidade dos solos do concelho de Lisboa (Figura 5.12), fazendo distinção de cinco classes de
permeabilidade (baixa, baixa a média, média, média a alta, alta), considerando a textura e
composição de cada formação geológica. Como se pode verificar, a área de Lisboa incluída na Zona
Alta da Bacia de Alcântara apresenta as cincos classes acima referidas, denotando uma maior área
com solos de classe baixa e baixa a média, verificando, no entanto, um maior grau de permeabilidade
junto ao Caneiro de Alcântara. Em Crucho (2013) é apresentada a Carta de permeabilidade dos solos
do Concelho da Amadora (Figura 5.13), onde são também distinguidas cinco classes de
permeabilidade, muito reduzida, reduzida, variável, elevada, muito elevada, sendo que a classe mais
abundante corresponde à classe “muito reduzida”.
Figura 5.12: Carta de permeabilidade do concelho de Lisboa com delimitação da Zona Alta da bacia de
Alcântara, à escala 1:10000 (Rodrigues, 2013).
52
Figura 5.13: Carta de permeabilidade dos solos do Concelho da Amadora (Crucho, 2013).
No concelho de Lisboa distinguem-se cinco formações hidrogeológicas:
Sistema Aluvionar – apresenta depósitos relacionados com o curso principal do Rio Tejo,
com permeabilidade alta;
Sistema Multicamada Miocénico - composto por diversas camadas permeáveis, destacando,
na área em estudo, as Camadas de Prazeres (associadas às Argilas de Prazeres),
constituídas por argilitos siltosos e margosos, entre outros. Apresenta permeabilidade baixa;
Complexo Oligocénico – associado ao Complexo de Benfica, possui composição
heterogénea, constituído por diversos tipos de compostos detríticos, apresentando
produtividade muito baixa e permeabilidade baixa;
Complexo Vulcânico de Lisboa – apresenta permeabilidade baixa a média;
Complexo Cretácico (Complexo Carbonatado Cenomaniano) – associadas às formações de
Bica e Caneças, apresenta um espesso conjunto de calcários (margosos, dolomíticos),
margas e argilas margosas, possuindo permeabilidade média a alta (Oliveira, 2010).
Assim, dado que a permeabilidade dos solos traduz a capacidade de infiltração de água, os solos
com maior permeabilidade, nomeadamente, os solos aluvionares e das Formações de Bica e
Caneças, possuem um maior potencial de infiltração e, por consequência, uma maior recarga das
massas de água (MA) subterrânea. Por outro lado, nos solos do Complexo de Benfica e do CVL, com
53
menor permeabilidade, a infiltração de água no solo é menor, havendo, em regra, uma menor recarga
das MA.
5.5.2.2 Nível hidrostático, produtividade e recarga das massas de água subterrânea
Em Rodrigues (2013) são apresentados os níveis hidrostáticos das MA subterrâneas de algumas
formações geológicas aflorantes à bacia em estudo. Como se pode verificar pelo Quadro 5.3, em
média, a Zona Alta da Bacia de Alcântara apresenta níveis hidrostáticos que variam entre 4.70 e
7.48m.
Quadro 5.3: Nível hidrostático de algumas formações da bacia em estudo. Adaptado de Rodrigues (2013).
Formação Geológica Nível Hidrostático (m)
Média Mediana Mínimo Máximo
Argilas do Forno do Tijolo 6,78 4,80 0,6 23,0
Calcários de Entrecampos 7,48 6,20 0,6 25,0
Areolas da Estefânia 6,00 5,10 0,0 21,1
Argilas e Calcários dos Prazeres 6,04 5,50 0,0 21,6
Formação de Benfica 6,36 4,70 0,0 32,0
Complexo Vulcânico de Lisboa 6,02 4,75 0,0 24,6
No que respeita à produtividade das massas de água (MA) subterrânea, distinguem-se três classes
de produtividade, que constam no Quadro 5.4.
Quadro 5.4: Classes de produtividade das massas de água subterrânea (ARH do Tejo, 2012b).
Classificação Intervalo
Produtividade alta ≥ 6 l/s
Produtividade média ≥ 1 l/s e < 6 l/s
Produtividade baixa < 1 l/s
Segundo ARH do Tejo (2012b), a produtividade da unidade hidrogeológica onde se insere a bacia em
estudo é classificada de baixa a média, com um valor mínimo de 0.4 l/s e um máximo de 41.7 l/s. Em
Rodrigues (2013) é apontado um intervalo de produtividade das MA subterrânea da bacia em estudo,
entre 0.00002l/s e 9.72l/s, pertencentes às formações Argilas e Calcários dos Prazeres e CVL,
respetivamente. No Quadro 5.5 encontram-se classificadas algumas formações da bacia em estudo,
em termos da sua classe de produtividade, observando uma predominância de produtividade baixa.
Quadro 5.5: Classificação da produtividade de algumas formações geológicas aflorantes à bacia em estudo.
Adaptado de Rodrigues (2013).
Formação Geológica Classe de produtividade
Argilas do Forno do Tijolo Média
Calcários de Entrecampos Média a Baixa
Areolas da Estefânia Média a Baixa
Argilas e Calcários dos Prazeres Baixa
Formação de Benfica Baixa
Complexo Vulcânico de Lisboa Baixa
54
Relativamente à recarga, tal como referido anteriormente, considera-se que esta tem como fonte
principal a água da chuva e, de acordo com ARH do Tejo (2012b) representa cerca de 9% da
precipitação total anual. Em média, a recarga na Orla Ocidental Indiferenciada da Bacia do Tejo
apresenta uma recarga anual no valor de 64 mm e 87.64hm3.
5.6 Origem da água de abastecimento na Região de Lisboa
5.6.1 Sistema da EPAL e abastecimento na região de Lisboa
O abastecimento de água para consumo na região da Grande Lisboa está a cargo da empresa EPAL,
Empresa Portuguesa das Águas Livres, do Grupo Águas de Portugal. O sistema de EPAL serve uma
população de, aproximadamente, 3 milhões de pessoas, em 35 municípios da margem norte do rio
Tejo, abrangendo uma área total de 7 090 km2. O sistema de abastecimento é composto pelos
subsistemas de produção, tratamento, adução, armazenamento e distribuição (EPAL, 2014). Dada a
importância das origens de água para o método dos isótopos estáveis, julga-se relevante apresentar
uma breve descrição do subsistema de produção de água.
O sistema de produção da EPAL engloba três subsistemas, sendo eles, o sistema de Castelo de
Bode, o subsistema Valada Tejo e o subsistema Alviela (EPAL, 2014). O subsistema de Castelo de
Bode, do Rio Zêzere, constitui o principal ponto de captação da EPAL, como se pode verificar no
Quadro 5.6, sendo que a água captada neste ponto é tratada na ETA da Asseiceira. A segunda
captação com maior peso diz respeito à Captação de Valada Tejo, situada na margem do Rio Tejo,
estando a ETA de Vale da Pedra associada a esta captação. Relativamente às captações
subterrâneas, a EPAL totaliza vinte furos com um volume captado. Deste grupo fazem parte 14 furos
das Lezírias no Mio-Pliocénio e três furos de Alenquer e três da OTA de maciço calcário (EPAL,
2012).
Quadro 5.6: Volumes anuais de captação do sistema EPAL, em 2012. Informação recolhida em EPAL (2012).
Tipo de origem Origem Volume anual captado
(milhões de m3)
Contribuição
(%)
Água superficial
Castelo de Bode 159 70,9
Valada Tejo 47 20,9
Água subterrânea Lezírias, OTA e Alenquer 18 8,2
Tal como mencionado anteriormente, o caso de estudo inclui áreas de dois concelhos, sendo eles o
concelho de Lisboa e o concelho de Amadora. O município de Lisboa possui uma área total de
84.7km2, com cerca de 500 mil habitantes residentes, sendo abastecido pela EPAL desde 1868. O
abastecimento de Lisboa é feito por diversos subsistemas adutores, nomeadamente, o Adutor Alviela,
Adutor Tejo, Adutor Vila Franca de Xira/Telheiras e Adutor da Circunvalação (EPAL, 2010). Em 2004
o concelho recebeu um total de 94 milhões de m3 de água, com cerca de 80% de consumo efetivo
(LISBOA e-nova, 2006). O município da Amadora compreende uma área de 23,8 km2, com uma
população residente de, aproximadamente, 173 400 habitantes, sendo que a EPAL garante o
abastecimento de 11 freguesias do município, com a quota de mercado no valor de 97% e com 6
55
pontos de entrega. Segundo dados de 2004, o concelho de Amadora faturou cerca de 13,5 milhões
de m3 (EPAL, 2010).
5.6.2 Sub-Bacia do Zêzere – Castelo de Bode
Tendo em conta que o abastecimento da cidade de Lisboa assegurado pela EPAL provém
maioritariamente da albufeira de Castelo de Bode (com contribuição de cerca de 70% em 2012),
julga-se relevante dedicar este subcapítulo a uma breve caracterização da sub-bacia do Zêzere, com
referência à albufeira de Castelo de Bode, mencionando os aspetos mais relevantes para a
dissertação. Desta forma, pretende-se compreender melhor a origem de água de abastecimento da
região em causa.
A sub-bacia do Zêzere pertence à Região Hidrográfica 5 (RH5), unidade principal de planeamento e
gestão das águas referente à bacia do Tejo. A RH5, tal como é possível verificar pela Figura 5.14,
corresponde a uma região hidrográfica internacional, estendendo-se para o território espanhol, em
que, dos 81 310 km2 de área, apenas 32% se encontra em território português. A sub-bacia do
Zêzere, também representada na Figura 5.14, localiza-se na margem do Rio Tejo, possuindo uma
área abrangente de, aproximadamente, 503ha, com 93 massas de água, sendo a segunda sub-bacia
da Região Hidrográfica do Tejo com maior dimensão. É caracterizada por grandes manchas florestais
e meios semi-naturais.
Figura 5.14: Região Hidrográfica do Tejo (RH5) (imagem esquerda) e pormenor da Sub-bacia Hidrográfica do Rio Zêzere com referência e classificação do estado das massas de água (imagem direita). As imagens foram
retiradas, respetivamente, ARH do Tejo (2012b) e ARH do Tejo (2012a)
Em termos de qualidade das massas de água, segundo os dados do PGRH do Tejo, 60% da área
pertencente à Sub-bacia do Zêzere apresenta um estado a partir de Bom, 23% das massas de água
possuem o estado inferior a Bom e 17% não foram classificadas. As maiores pressões identificadas
são a agricultura, a desflorestação e a urbanização, sendo ainda uma das sub-bacias mais afetada
pelos eventos de cheias (ARH do Tejo, 2012a).
56
Relativamente à barragem de Castelo de Bode, maior origem de abastecimento de água para
consumo da região de Lisboa, esta localiza-se na freguesia de São Pedro de Tomar, no concelho de
Tomar, no distrito de Santarém, sendo que a linha de água é o Rio Zêzere. A sua atividade teve início
no ano de 1951 e, atualmente, para além de constituir uma origem de água de abastecimento, é
também utilizada para aproveitamento hidroelétrico (com produção média anual de 390 GWh),
controlo de cheias e atividades de recreio.
A albufeira possui uma capacidade útil de 9.005x108 m3, com um nível de pleno armazenamento
(NPA) de 121m e um nível de máxima cheia (NMC) de 122m. No que diz respeito às características
hidrológicas, o registo de precipitação média anual corresponde a 1200mm, o caudal de cheia é cerca
de 4750m3/s, e o período de retorno é de 1000 anos (CNPGB, 2014).
Dada a importância da altitude e proximidade do oceano para o método dos isótopos estáveis (ver
subcapítulo 4.3), importa referir que a barragem encontra-se a cerca de 70km (em linha reta) do
oceano atlântico (Google Maps Engine, 2014). Como é possível verificar pelo MDT da Albufeira de
Castelo de Bode, apresentado na Figura 5.15, a albufeira encontra-se a uma altitude entre 200 e
300m.
Figura 5.15: Modelo Digital do Terreno da Albufeira de Castelo de Bode (APA, 2014)
57
6 Trabalho de campo e resultados da investigação
6.1 Considerações iniciais
Reunida toda a informação necessária para compreender e avaliar a infiltração de água subterrânea
no sistema de drenagem urbana na Zona Alta da Bacia de Alcântara pela aplicação do método dos
isótopos estáveis, segue-se, deste modo, a apresentação dos resultados do projeto. Tal como foi
referido, a aplicação do método dos isótopos estáveis foi realizada no âmbito de uma prestação de
serviços do Instituto Superior Técnico (IST), através da Associação para o Desenvolvimento do
Instituto Superior Técnico (ADIST), à SIMTEJO, para o projeto denominado Avaliação de caudais de
infiltração na Zona Alta de Alcântara, incluindo contribuições dos caneiros da Falagueira e Damaia,
Amadora. Desta forma, o presente capítulo é baseado no relatório desenvolvido pelo Instituto
Superior Técnico, no âmbito do projeto, sendo que apenas serão apresentados os resultados
referentes à secção de Alcântara, identificada em seguida.
Assim, neste capítulo será apresentada, primeiramente, uma breve nota da metodologia de estimativa
da infiltração utilizada neste projeto, seguida da descrição das Campanhas de amostragem
realizadas. Posteriormente, será feita uma breve análise dos caudais registados na rede.
Seguidamente, são analisados os resultados da investigação em termos da razão isotópica das
diferentes origens da água, para, numa fase seguinte, determinar e avaliar os caudais de infiltração
obtidos afluentes à ETAR de Alcântara, em termos de valores totais nos períodos avaliados (período
de Verão e período de Inverno, de infiltração específica e unitária. Posto isto, será feita uma
discussão crítica dos resultados.
6.2 Metodologia de estimativa da infiltração
De forma a avaliar a infiltração de água subterrânea no sistema de drenagem da Zona Alta da Bacia
de Alcântara, foi necessário respeitar um conjunto de atividades e tarefas, bem como considerar
algumas hipóteses, face aos resultados obtidos. De forma a resumir e a tornar o relatório mais claro,
os procedimentos adotados constam no Quadro 6.1.
Quadro 6.1: Procedimento adotado pelo projeto para aplicação do Método dos Isótopos Estáveis para avaliação
da infiltração no sistema de drenagem de Alcântara. Baseado em Matos et al. (2014).
Sequência de passos para estimativa de infiltração
1 Estudo do enquadramento da bacia em estudo para averiguar aplicabilidade do método, quanto às
origens de água de abastecimento público , e determinar localização dos pontos de recolha.
2 Planeamento das campanhas de amostragem e realização de atividade de reconhecimento do local.
3 Realização de duas campanhas de amostragem, no período de Verão e no período de Inverno, ambas
em tempo seco, com recolha de amostras de três origens diferentes (águas freáticas, água potável e
água residual total.
4 Análise das amostras em laboratório (ver subcapítulo 4.4)
5 Aplicação do método dos isótopos estáveis, proposto por Gujer e descrito em De Bénédittis e Bertrand-
Krajewski (2004a) (ver subcapítulo 4.5)
6 Análise e discussão dos resultados (ver Capítulo 6)
58
Relativamente às hipóteses assumidas, destacam-se as referidas de seguida. Para efeitos de
estimativa de infiltração, considerou-se os valores médios da razão isotópica obtida das demais
amostras de água potável e de água freática.
Importa referir que para este projeto não houve necessidade de realização de uma pré-campanha de
amostragem, tal como sugerido no subcapítulo 4.5 (nomeadamente no Quadro 4.3), de forma a
averiguar a aplicabilidade do método. Isto porque, se sabia a priori que a razão isotópica δ18O do
aquífero local é distinta da razão isotópica δ18O da água distribuída na região em estudo, devido a um
estudo experimental feito em 2007 que comprovou esta diferença (Rodrigues, 2013).
Refira-se ainda que a análise laboratorial das razões isotópicas das amostras recolhidas nas
campanhas de amostragem foi levada a cabo pelo Laboratório SIIAF (do termo em inglês, Stable
Isotopes and Instrumental Analysis Facility) pertencente à Faculdade de Ciências da Universidade de
Lisboa.
6.3 Campanhas de amostragem
6.3.1 Aspetos gerais
De forma a aplicar o método dos isótopos para a avaliação da infiltração na Zona Alta da bacia de
Alcântara, é necessária, numa primeira fase, a realização de campanhas de amostragem, recolhendo
amostras de água em origens e locais estratégicos.
A seleção dos dias para realização das campanhas de amostragem é crucial para o método dos
isótopos estáveis. Recorda-se que é necessário que se verifique a condição de tempo seco, sendo
que se admite, para o efeito, que esta condição se verifica caso nos dois dias antecedentes não haja
registo de precipitação. Esse intervalo de tempo de 48 h parece razoável e conservativo,
considerando que o tempo de concentração da bacia é de cerca de 4 a 6 h (HIDRA; ENGIDRO, 2007)
e tendo em conta o que foi discutido no subcapítulo 4.5. Assim, aquando a escolha dos dias para a
realização das campanhas de amostragem é necessário garantir que não há registos de precipitação
tanto nos próprios dias como nos dois dias antecedentes.
No âmbito do projeto da SIMTEJO, foram realizadas duas campanhas de amostragem de 3 dias de
tempo seco: uma no período de Verão, nos dias 22, 23 e 24 de Julho de 2013, e outra no período de
Inverno, entre os dias 12 e 14 de Março de 2014, considerando, deste modo, a variação sazonal do
nível freático. De forma a obter resultados com maior resolução, seria aconselhável efetuar recolhas
horárias, com o intuito de captar pequenas variações ao longo do dia. No entanto, devido a questões
logísticas, tal não foi possível.
Aquando o planeamento dos trabalhos e das campanhas foram estudados diversos aspetos,
nomeadamente, as origens de água que possam afluir ao sistema de drenagem, o número adequado
de pontos de recolha de amostras, a localização e distribuição espacial dos pontos, bem como a
facilidade de acesso aos mesmos. Este último ponto é particularmente importante, pois pode pôr em
causa a recolha das amostras, caso o acesso aos pontos de medição seja impossibilitado.
59
Na seleção dos pontos de medição é necessário ter acesso a dados geográficos das três origens de
águas referidas anteriormente (água potável, água freática e água residual). O planeamento da
recolha de água potável foi relativamente simples, uma vez que a recolha pode ser feita em torneiras
de domicílios ou de espaços comerciais, ou até mesmo em bebedouros ou fontes de água localizadas
em espaços públicos. No caso das águas freáticas é aconselhável recorrer aos cadastros de poços e
minas de água, caso não existam cursos de água superficiais adequadas. Relativamente à escolha
dos pontos de recolha de água residual, selecionou-se a secção terminal da Zona Alta, junto à ETAR
de Alcântara, sendo que, desta forma, os caudais de infiltração que serão obtidos poderão ser
representativos da infiltração total na zona alta da bacia de Alcântara, nos períodos considerados.
Importa salientar que a realização das campanhas exige um vasto conjunto de recursos humanos e
materiais. As condições de acessibilidade de cada local definem o número de pessoas necessário.
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 baixa temperatura, é ainda
fundamental dispor de geleira.
O fornecimento do material foi assegurado pelas entidades envolvidas no projeto, ou seja, o Instituto
Superior Técnico e a SIMTEJO, essencialmente responsáveis pelo material de segurança e auxílio de
amostragem, nomeadamente, luvas, frascos, refrigerador, sonda paramétrica, entre outros. Além
disso, o SIIAF forneceu o material de amostragem, isto é, filtros, seringas e tubos Eppendorf.
Previamente à realização de cada campanha foi necessário proceder a diversas atividades de
preparação, como assegurar a disponibilidade dos materiais e equipamentos necessários, bem como
dos recursos humanos. Além disso, foi necessário realizar visitas prévias de reconhecimento dos
locais previamente selecionados, de forma a conhecer a localização de cada ponto, a estudar o
percurso entre pontos, adaptar o planeamento inicial das atividades, se necessário, e ainda tentar
prever possíveis obstáculos que possam dificultar o bom funcionamento das campanhas.
Nos planos de atividades das campanhas foi estabelecido um calendário de recolhas de amostras, no
qual se encontram indicadas as horas das recolhas de cada ponto referido de recolha definido, bem
como as equipas destacadas para o efeito. A calendarização das recolhas de amostras pode ser
consultada no Anexo I.
A recolha de amostras para análise da razão isotópica tem naturalmente algumas especificidades,
sendo 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 Anexo II o procedimento a respeitar 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 (“Stable Isotopes and Instrumental Analysis Facility”) (Matos et
al., 2014)
60
Importa ainda referir que, aquando as campanhas de amostragem, recorreu-se a uma sonda
paramétrica de forma a efetuar medições in situ de diversos parâmetros, como a temperatura, ph,
condutividade, entre outros. Foi ainda feita a análise de CQO das amostras recolhidas na campanha
de Verão de modo a determinar se existia contaminação. Os resultados destas medições podem ser
consultados no Anexo III.
6.3.2 Campanha de Verão
A campanha de amostragem do período de Verão foi realizada nos dias 22, 23 e 24 de Julho de
2013, e abrange seis pontos de recolha, sendo que um corresponde a águas residuais, dois a água
potável e três a água freática. A descrição e localização dos pontos de recolha constam no Quadro
6.2 e a localização dos mesmos pode ser visualizada na Figura 6.1.
Quadro 6.2: Identificação dos locais de medição da campanha de Verão. Adaptado de Matos et al. (2014).
Origem Local Identificação 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 6.1: Localização dos pontos de recolha de amostras na bacia, em planta (Matos et al., 2014).
61
Com esta campanha recolheu-se um total de 56 amostras, isto é, 20 amostras de água potável, 22
amostras de água residual e 14 amostras de água residual total (na secção CANETAR). Refira-se
que, por motivos principalmente logísticos, o horário, duração, distribuição temporal e tipo de recolhas
não foram iguais em todos os dias, como mostram os resultados e a calendarização no Anexo I.
6.3.3 Campanha de Inverno
Pretende-se que os resultados obtidos nas duas campanhas se complementem e sejam
concordantes, e que a sua análise conjunta permita entender melhor a contribuição da infiltração na
Zona Alta da bacia de Alcântara. Naturalmente, para que os resultados possam ser comparáveis, os
locais escolhidos para a recolha de amostras devem ser os mesmos nas duas campanhas. No
entanto, após a realização da primeira campanha identificaram-se situações, referidas de seguida:
As análises de CQO mostraram que o local AF1 (Nascente da Rua dos Passarinhos) se
encontrava contaminada, tal como é possível verificar pelo Anexo III, pelo que não pode ser
usada como indicador para águas freáticas;
As amostras de água potável recolhidas nos locais AP1 e AP2 apresentaram valores de δ18O
relativamente diferentes, o que torna pouco rigoroso utilizar a média dos valores como valor
de referência para águas residuais.
Assim, foi necessário fazer alterações nos locais de recolha de amostras de águas potáveis e
freáticas, com o intuito de corrigir os problemas anteriormente referidos. O ponto AF1 foi substituído
pela nascente da Quinta da Laje (Figura 6.2), um dos locais previamente apontados pela SIMTEJO e
visitados, denominando-se AF4.
Figura 6.2: Fotografias dos locais AF4,, AF2 e AF3,, respetivamente da esquerda para a direita (Matos et al.,
2014).
Adicionalmente, para conseguir um maior rigor na análise da razão δ18O característica da água
potável, foram recolhidas amostras em mais uma secção da bacia. Assim, para além dos locais AP1
e AP2 (analisados na campanha da Verão), foi incluída uma terceira origem de água potável, próxima
das Portas de Benfica. A inclusão desta secção permite ainda dispor de uma maior variabilidade
espacial nos resultados relativos a águas potáveis. A descrição e localização de cada ponto de
amostragem na campanha de Inverno apresentam-se no Quadro 6.3 e Figura 6.3.
62
Figura 6.3: Localização dos pontos de recolha de amostras na bacia, em planta (Matos et al., 2014).
Quadro 6.3: Identificação dos locais de medição da campanha de Inverno. Adaptado de Matos et al. (2014).
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
Torneira (Zona Portas de
Benfica) AP3
Portas de Benfica (estabelecimento
comercial)
Água freática
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
Nascente da Quinta da Laje AF4 Estrada da Falagueira, Amadora
Nesta campanha foram recolhidas, no total, 74 amostra, ou seja, 30 amostras de água potável, 30
amostras de água freática e 14 amostras de água residual total (na secção CANETAR). Dada a
experiência adquirida com a primeira campanha, a calendarização da campanha de Inverno sofreu
algumas alterações, tal como se pode verificar no Anexo I.
6.4 Análise de caudais na rede
A análise dos registos dos caudais na rede é essencial para o cálculo dos caudais de infiltração, pelo
que, neste subcapítulo, é estudado o regime de caudais da secção da CANETAR. Para esta secção
considerou-se os caudais registados na secção ALC200 (localizada próximo do Aqueduto das Águas
Livres), dado que não existem registos de caudais na secção de recolha de amostras, sendo ALC200
a secção mais próxima.
Assim, utilizaram-se os registos dos caudais (em tempo seco) fornecidos pela SIMTEJO, referentes
aos dias das duas campanhas realizadas, isto é, da campanha Verão e de Inverno. Importa referir
que em Janeiro de 2014, a SIMTEJO procedeu a uma parametrização do caudalímetro pelo que não
foi possível, de forma credível, realizar uma comparação direta entre os caudais registados período
63
da campanha de Verão (Julho de 2013) e de Inverno (Março de 2014). Desta forma, considerou-se
admissível recorrer ao historial de caudal nos últimos anos, nomeadamente, nos anos 2011, 2012 e
2013 dos registos do caudalímetro no mês de Março de 2014, mês em que teve lugar a segunda
campanha, com o intuito de proceder a uma análise com base em dados coerentes (isto é, na mesma
base para ambos os períodos). De forma a obter os caudais em tempo seco, adotou-se o
procedimento referido em Rodrigues (2013). De uma forma resumida, recorreu-se aos registos de
precipitação dos udómetros existentes na região para o mês de Março dos três anos referidos (2011,
2012 e 2013) e selecionou-se os dias que respeitassem a condição de tempo seco.
Com base no procedimento referido, apresenta-se, na Figura 6.4, o padrão diário de tempo seco de
Inverno, relativo a Março, nos anos 2011, 2012 e 2013 na secção ALC200. Assim, é possível
observar um padrão comum aos três anos, pouco variável ao longo do dia, apesar de no ano 2011 se
registar caudais bastante superiores.
Figura 6.4: Caudais médios registados em tempo seco, ao longo do dia de Inverno, na secção ALC200, nos anos
de 2011, 2012 e 2013 (Matos et al., 2014).
Posto isto e considerando os padrões diários em tempo seco da Figura 6.4, determinou-se uma série
diária baseada na média dos registos de Março dos três anos apresentados, que respeitassem a
condição de tempo seco. Na Figura 6.5 apresenta-se a série de Inverno reconstituída com base no
procedimento referido, repetida para os três dias da campanha de Inverno, bem como a série de
caudais registados nos três dias da campanha de Verão.
Figura 6.5: Caudais de Verão (nos dias 22, 23 e 24 de Julho de 2013) e de Inverno (considerando a média dos
anos 2011, 2012 e 2013, em tempo seco) na secção de Alcântara (Matos et al. 2014).
0
400
800
1200
1600
2000
00:00 03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00 00:00
Cau
da
l to
tal (l
/s)
Hora
2011
2012
2013
12/03/2014 13/03/2014 14/03/2014 15/03/2014
0
400
800
1200
1600
22/07/2013 23/07/2013 24/07/2013 25/07/2013
Data (Inverno)
Cau
da
l to
tal (l
/s)
Data (Verão)
Verão
Inverno
64
Como seria de esperar, o regime de Inverno é caracterizado por caudais ligeiramente superiores
(cerca de 7,6 %) aos verificados em tempo de Verão. Mesmo em tempo seco, parece verificar-se, no
Inverno, uma maior variabilidade nas afluências.
6.5 Apresentação dos resultados da investigação
6.5.1 Análise da razão isotópica
6.5.1.1 Análise global
Após a realização das campanhas de amostragem e a análise laboratorial das amostras recolhidas,
obtém-se a razão isotópica 𝛿18𝑂 de cada amostra analisada, sendo que os resultados globais podem
ser observados na Figura 6.6 e consultados no Anexo III. Refira-se que, segundo o SIIAF, o erro
associado à análise isotópica em laboratório foi, neste caso, de 0.07‰.
Figura 6.6: Razão isotópica 𝛿18𝑂 de cada uma das amostras recolhidas na campanha de Verão (à esquerda) e
na campanha de Verão (à direita). Adaptado de (Matos et al., 2014).
Relembra-se que o ponto AF1 foi retirado da análise e substituído, na segunda campanha, pelo ponto
AF4, por apresentar contaminação orgânica. Desta forma, na análise da água freática da campanha
de Verão apenas se irá recorrer às recolhas feitas nos pontos AF2 e AF3. Mais ainda, da primeira
para a segunda campanha foram adicionadas mais amostras recolhidas na secção AF3, dada a sua
reduzida representatividade (em número), e foi acrescentado um ponto de medição da água potável,
AP3, com o intuito de obter valores médios mais fiáveis.
Numa primeira análise dos resultados globais, apresentados na Figura 6.6 denota-se um ligeiro
decréscimo da razão isotópica em todas as amostras recolhidas da campanha de Verão para a
campanha de Inverno, sendo que a maior diferença se aproxima dos 0,5‰. A secção AF2
-,6,0
-,5,5
-,5,0
-,4,5
-,4,0
-,3,5
22/7
/13
6:0
0
22/7
/13
12:0
0
22/7
/13
18:0
0
23/7
/13
0:0
0
23/7
/13
6:0
0
23/7
/13
12:0
0
23/7
/13
18:0
0
24/7
/13
0:0
0
24/7
/13
6:0
0
24/7
/13
12:0
0
δ1
8O
(‰
)
Data
Verão12/3
/14
0:0
0
12/3
/14
6:0
0
12/3
/14
12:0
0
12/3
/14
18:0
0
13/3
/14
0:0
0
13/3
/14
6:0
0
13/3
/14
12:0
0
13/3
/14
18:0
0
14/3
/14
0:0
0
14/3
/14
6:0
0
14/3
/14
12:0
0
14/3
/14
18:0
0
15/3
/14
0:0
0
15/3
/14
6:0
0
Data
Inverno
AF2
AF3
AF4
AP1
AP2
AP3
CANETAR
65
corresponde à origem de água que apresenta uma menor variação. No período de Verão é possível
identificar um outlier correspondente à secção CANETAR, no dia 22, pelas 9h30.
De notar que, pela análise dos resultados globais das razões isotópicas das amostras recolhidas já é
possível aferir algumas conclusões. Observando a Figura 6.6, verifica-se que, tanto no Verão como
no Inverno, os valores da razão isotópica da secção CANETAR (correspondente à água residual total)
encontram-se enquadrados nos valores da razão isotópica da água potável e água freática. Assim,
dá-se a entender que, à partida, a água estritamente residual (representada pela água potável) e a
água de infiltração (de origem subterrânea) constituem os únicos componentes do caudal total, em
tempo seco. Além disso, poder-se-á adiantar que, possivelmente e tal como esperado, a contribuição
da infiltração no período de Verão será menor que no período de Inverno. Isto porque, no Verão, as
razões isotópicas das amostras correspondentes à CANETAR apresentam valores mais próximos das
razões isotópicas das amostras de água potável, enquanto, no Inverno, os valores da secção
CANETAR encontram-se num patamar mais central, entre as razões isotópicas da água potável e da
água freática.
6.5.1.2 Análise por secção de medição
Numa primeira fase é necessário averiguar a coerência dos valores de δ18O obtidos em cada ponto
de medição, nos diferentes dias e horas. Assim, pretende-se analisar a variação temporal dos
resultados, verificando se existem padrões horários ou diários e identificando possíveis “outliers”. Os
resultados apresentam-se desde a Figura 6.7 à Figura 6.13. Refira-se que a Figura 6.9 e a Figura
6.12 apresentam apenas os resultados referentes à campanha de Inverno dado que os pontos AF4 e
AP3, respetivamente, apenas foram utilizados na campanha.
Figura 6.7: Valores de 18O medidos no ponto AF2, nas campanhas de Verão (à esquerda) e de Inverno (à
direita). Adaptado de Matos et al. (2014).
-,6,0
-,5,5
-,5,0
-,4,5
-,4,0
-,3,5
-,3,0
4:30 7:30 10:30 13:30 16:30 19:30
δ1
8O
(‰
)
Hora
AF2 - Verão
22/Jul/2013 23/Jul/2013 24/Jul/2013
04:30 07:30 10:30 13:30 16:30 19:30Hora
AF2 - Inverno
12/Mar/2014 13/Mar/2014 14/Mar/2014
66
Figura 6.8: Valores de 18O medidos no ponto AF3, nas campanhas de Verão (à esquerda) e de Inverno (à
direita). Adaptado de Matos et al. (2014).
Figura 6.9: Valores de 18O medidos no ponto AF4, nas campanhas de Verão (à esquerda) e de Inverno (à
direita). Adaptado de Matos et al. (2014).
Figura 6.10: Valores de 18O medidos no ponto AP1, nas campanhas de Verão (à esquerda) e de Inverno (à
direita). Adaptado de Matos et al. (2014).
Figura 6.11: Valores de 18O medidos no ponto AP2, nas campanhas de Verão (à esquerda) e de Inverno (à
direita). Adaptado de Matos et al. (2014).
-,6,0
-,5,5
-,5,0
-,4,5
-,4,0
-,3,5
-,3,0
4:30 7:30 10:30 13:30 16:30 19:30
δ1
8O
(‰
)
Hora
AF3 - Verão
22/Jul/2013 23/Jul/2013 24/Jul/2013
04:30 07:30 10:30 13:30 16:30 19:30Hora
AF3 - Inverno
12/Mar/2014 13/Mar/2014 14/Mar/2014
-6,0
-5,0
-4,0
-3,0
04:30 07:30 10:30 13:30 16:30 19:30
δ1
8O
(‰
)
Hora
AF4 - Inverno
12/Mar/2014
13/Mar/2014
14/Mar/2014
-,6,0
-,5,5
-,5,0
-,4,5
-,4,0
-,3,5
-,3,0
4:30 7:30 10:30 13:30 16:30 19:30
δ1
8O
(‰
)
Hora
AP1 - Verão
22/Jul/2013 23/Jul/2013 24/Jul/2013
04:30 07:30 10:30 13:30 16:30 19:30
Hora
AP1 - Inverno
12/Mar/2014 13/Mar/2014 14/Mar/2014
-,6,0
-,5,5
-,5,0
-,4,5
-,4,0
-,3,5
-,3,0
4:30 7:30 10:30 13:30 16:30 19:30
δ1
8O
(‰
)
Hora
AP2 - Verão
22/Jul/2013 23/Jul/2013 24/Jul/2013
04:30 07:30 10:30 13:30 16:30 19:30Hora
AP2 - Inverno
12/Mar/2014 13/Mar/2014 14/Mar/2014
67
Figura 6.12: Valores de 18O medidos no ponto AP3, nas campanhas de Verão (à esquerda) e de Inverno (à
direita). Adaptado de Matos et al. (2014).
Figura 6.13: Valores de 18O medidos na secção CANETAR, nas campanhas de Verão (à esquerda) e de Inverno
(à direita). Adaptado de Matos et al. (2014).
Analisando os resultados apresentados relativos à campanha de Verão, verifica-se que não existe um
padrão claro em nenhuma das secções analisadas, observando alguma coerência nos pontos
relativos à água potável a freática, com ligeiras variações entre valores do mesmo ponto. No entanto,
na secção CANETAR os resultados obtidos aproximadamente à mesma hora mas em dias diferentes,
apresentam grandes variações, sendo possível identificar um “outlier”, correspondente à primeira
medição do dia 22 de Julho de 2013, sendo este excluído da restante análise.
Relativamente aos resultados obtidos para o tempo de Inverno, estes revelam uma elevada
regularidade face aos resultados de Verão, em todos os pontos de medição.
Com base no que foi acima referido, assumiu-se que na análise da infiltração fosse usado o valor
médio da razão isotópica das origens de água potável e freática, e não propriamente valores
pontuais. Para além das vantagens práticas, esta hipótese tem fundamentação física, uma vez que se
esperava que a razão δ18O dos pontos de águas freáticas e águas potáveis fosse praticamente
constante no tempo.
6.5.1.3 Análise por origem de água
Após a análise da variação temporal das amostras, pretende-se avaliar a variação espacial dos
resultados. Desta forma, de seguida serão analisados os resultados correspondentes à água freática
-6,0
-5,5
-5,0
-4,5
-4,0
-3,5
-3,0
04:30 07:30 10:30 13:30 16:30 19:30
δ1
8O
(‰
)
Hora
AP3 - Inverno
12/Mar/2014
13/Mar/2014
14/Mar/2014
-,6,0
-,5,5
-,5,0
-,4,5
-,4,0
-,3,5
-,3,0
4:30 7:30 10:30 13:30 16:30 19:30
δ1
8O
(‰
)
Hora
CANETAR - Verão
22/Jul/2013 23/Jul/2013 24/Jul/2013
04:30 07:30 10:30 13:30 16:30 19:30
Hora
CANETAR - Inverno
12/Mar/2014 13/Mar/2014 14/Mar/2014
68
e, posteriormente, em relação à água potável. Optou-se por não apresentar os resultados referentes
à secção CANETAR, dado que não se espera que os valores obtidos se mantenham constantes, ao
contrário da água freática e potável.
Água freática
Na campanha de Verão, como mostra a Figura 6.14, as razões isotópicas nas duas origens de água
freática (AF2 e AF3) são bastante semelhantes, apesar de a água da secção AF3 ter origem numa
nascente em Belas (fora da bacia). Desta forma, considera-se razoável não distinguir as duas origens
(AF2 e AF3) e usar o valor médio de todas as medições para estimar a infiltração.
Figura 6.14: Comparação dos valores de 18O medidos nas duas origens de água freática, nos dias 22, 23 e 24
de Julho de 2013 (Matos et al., 2014).
Na campanha de Inverno foi adicionado o ponto AF4, que, como se pode ver na Figura 6.15, regista
valores enquadrados nos valores relativos a AF2 e AF3. No entanto, importa referir que, neste caso,
os valores de cada origem, apesar de homogéneos, apresentam diferenças maiores na campanha de
Verão. Apesar de apresentar uma diferença pequena (em média, 0,30‰), este aspeto pesa na
estimativa da infiltração, uma vez que a fração de infiltração (𝑏) é sensível a pequenas variações da
δ18O. Note-se que se opta por se representar os valores da Figura 6.15 por data e hora (e não em
formato horário, como na Figura 6.14), dado o maior volume de medições e de pontos, para tornar
mais fácil a respetiva leitura.
Figura 6.15: Comparação dos valores de 18O medidos nas duas origens de água freática nos dias 12,13 e 14 de
Março de 2014, e respetivo valor médio (Matos et al., 2014).
-5,5
-5,0
-4,5
-4,0
-3,5
6:00 9:00 12:00 15:00 18:00
δ1
8O
(‰
)
Tempo (hora)
Verão
AF2 (22/07)
AF2 (23/07)
AF2 (24/07)
AF3
-5,0
-4,5
-4,0
-3,5
-3,0
12/3/14 0:00 13/3/14 0:00 14/3/14 0:00 15/3/14 0:00
δ1
8O
(‰
)
Tempo (data e hora)
Inverno
AF2
AF3
AF4
Média(AF2+AF3+AF4)
69
Água potável
No período de Verão, contrariamente ao que se observou para as águas freáticas, as razões
isotópicas nos pontos AP1 e AP2 apresentam alguma variabilidade espacial. 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 (no interior da bacia) pudesse ser
semelhante. No entanto, verifica-se que os valores de δ18O no ponto AP1 foram, em todas as
medições, superiores (em média, 0.30‰) aos registados no ponto AP2 (Figura 6.16). Esta variação
poderá ser explicada pelo facto de a água de cada ponto poder ser armazenada por reservatórios
diferentes.
Refira-se que se optou por apresentar, na Figura 6.16, à semelhança da Figura 6.15, a evolução da
razão δ18O ao longo dos três dias de campanha, dado que se torna mais clara a diferença entre as
duas secções de medição.
Figura 6.16: Comparação dos valores de 18O medidos nas duas origens de água potável nos dias 22, 23 e 24
de Julho de 2013, e respetivo valor médio (Matos et al., 2014).
No período de Inverno, relembra-se que foi adicionado um ponto de amostragem (AP3). A partir da
Figura 6.17, verifica-se que os valores medidos no ponto AP1 foram superiores aos medidos no ponto
AP2 em todas as medições, à semelhança do que se verificou em tempo de Verão, havendo, no
entanto, uma diferença inferior (em média, 0.2‰). Além disso, verifica-se que os resultados obtidos
para a secção adicional (AP3) são muito semelhantes àqueles obtidos para a secção AP1.
Figura 6.17: Comparação dos valores de 18O medidos nas duas origens de água potável nos dias 12, 13 e 14
de Março de 2014, e respetivo valor médio (Matos et al., 2014).
-6,0
-5,5
-5,0
-4,5
-4,0
22/7/13 0:00 23/7/13 0:00 24/7/13 0:00 25/7/13 0:00
δ1
8O
(‰
)
Tempo (data e hora)
Verão
AP1
AP2
Média(AP1+AP2)
-6,0
-5,5
-5,0
-4,5
-4,0
12/3/14 0:00 13/3/14 0:00 14/3/14 0:00 15/3/14 0:00
δ1
8O
(‰
)
Tempo (data e hora)
Inverno
AP1
AP2
AP3
Média(AP1+AP2+AP3)
70
6.5.2 Determinação dos caudais de infiltração na secção de Alcântara
6.5.2.1 Aspetos gerais
Neste ponto serão apresentados os resultados relativos aos caudais de infiltração na secção da
CANETAR, isto é, os caudais afluentes à ETAR de Alcântara abrangidos pela Zona Alta da bacia,
baseadas nas campanhas de amostragem de Verão e de Inverno. Desta forma, os resultados serão
apresentados para os períodos referentes às campanhas de amostragem (Verão e Inverno).
A determinação dos caudais de infiltração na secção estudada segue a metodologia apresentada na
presente dissertação, nomeadamente no subcapítulo 4.5, e descrita em De Bénéditis & Bertrand-
Krajewski (2004a), denominada de método dos isótopos estáveis da água. Seguindo a abordagem do
método descrito no subcapítulo 4.5, começa-se por aplicar a equação 4.6 às razões isotópicas de
cada amostra recolhidas na secção CANETAR, de forma a obter a fração de infiltração b, expressa
em relação ao caudal total. De seguida, é necessário determinar o Δb para averiguar a aplicabilidade
do método nas amostras recolhidas. Assim, o caudal de infiltração é obtido pela multiplicação do fator
b pelos valores de caudal total registados na rede, em tempo seco.
Relembra-se que, em termos da razão isotópica δ18O, tal como foi referido no Capítulo 4, a água
freática representa a água de infiltração (δinf) e a água potável está associada a água estritamente
residual (δAR).
Posto isto, são apresentados, em seguida, os resultados da aplicação do método dos isótopos
estáveis na determinação dos caudais de infiltração.
6.5.2.2 Período de Verão
Na determinação dos caudais de infiltração relativos ao período da primeira campanha de
amostragem (período de Verão), considerou-se como valor de referência da água freática, a média
dos valores de δ18O dos pontos AF2 e AF3. Para o valor de referência da água potável considerou-se
a razão isotópica dos pontos AP1 e AP2. No Quadro 6.4 apresenta-se a nomenclatura, bem como os
pontos de recolha utilizados na determinação dos caudais de infiltração.
Quadro 6.4: Nomenclatura adotada na dissertação, na determinação dos caudais de infiltração no período de
Verão.
Origem Ponto de medição Nomenclatura
Potável AP1
δAR AP2
Freática AF2
δinf AF3
Residual CANETAR δT
Aplicando critério 𝑏
𝑏< 1, verificou-se que três das amostras recolhidas na secção CANETAR não
respeitavam este critério, pelo que se excluiu estes valores da restante análise. Esta decisão não se
baseou exclusivamente no critério de De Bénédittis e Bertrand-Krajewski (2004a), mas também na
respetiva interpretação.
71
Assim, excluindo o “outlier” (Figura 6.13) e os três casos acima referidos, obteve-se o conjunto de
dados apresentados na Figura 6.18. 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 estáveis. Relativamente aos resultados da Figura 6.18, refira-se
ainda que se verifica que durante a madrugada, os valores de δT se afastam ligeiramente dos valores
de δAR, o que resulta da redução das descargas de águas residuais domésticas, nesse período.
Figura 6.18: Valores de 18O medidos na secção CANETAR, e valores médios de referência para águas
residuais e infiltração – Período de Verão (Matos et al., 2014).
Conhecidos os valores da fração de infiltração em vários instantes, obtêm-se os caudais de infiltração
ao multiplicá-los pelo caudal total registado na secção ALC200. A Figura 6.19 mostra os caudais
totais registados na secção ALC200 e os valores estimados para o caudal de infiltração em cada
instante, ao longo dos dias 22, 23 e 24 de Julho de 2013. É possível verificar que o caudal de
infiltração não se manteve constante ao longo do tempo, variando, na secção CANETAR,
aproximadamente entre 200 e 600 l/s, sendo que, de facto, esta variabilidade não era expectável.
Figura 6.19: Caudal na secção ALC200 e caudais de infiltração medidos nos dias 22, 23 e 24 de Julho (2013) -
Período de Verão (Matos et al., 2014).
No Quadro 6.5 apresentam-se os parâmetros chave da aplicação do método dos isótopos estáveis à
secção CANETAR no período de Verão, nomeadamente os valores de δ18O obtidos em cada amostra
recolhida, o fator de infiltração, a análise do erro associado a esse fator e, por fim, o caudal de
infiltração e o caudal de água estritamente residual. Cada linha do referido quadro refere-se ao dia e
-6,0
-5,6
-5,2
-4,8
-4,4
-4,0
1
80
(‰
)
Tempo (data e hora)
Total
Águas residuais
Infiltração
T
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Cau
da
l (l
/s)
Tempo (dia hora)
Infiltração
Caudal totalmedido nasecçãoCANETAR
AR
inf
72
à hora a que foi recolhida a amostra na secção CANETAR. Excetuam-se os casos das razões
isotópicas δAR e δinf, para as quais são apresentados valores médios.
Quadro 6.5: Parâmetros utilizados e resultados obtidos na aplicação do Método dos Isótopos Estáveis à secção
CANETAR – período de Verão (Matos et al. 2014).
Data (dia e hora)
(‰) b b b/b
QT Qinf QAR
AR* inf* (l/s) (l/s) (l/s)
22/7/13 16:00 -5,34 -4,38 -5,08 0,26 0,13 0,50 1256 331 925
23/7/13 05:00 -5,34 -4,38 -5,04 0,31 0,13 0,42 1125 352 773
23/7/13 06:00 -5,34 -4,38 -5,09 0,26 0,13 0,52 1124 288 836
23/7/13 07:00 -5,34 -4,38 -5,08 0,27 0,13 0,50 1105 295 810
23/7/13 09:30 -5,34 -4,38 -5,20 0,14 0,14 0,97 1219 174 1045
23/7/13 11:00 -5,34 -4,38 -5,15 0,20 0,14 0,68 1236 246 990
23/7/13 14:00 -5,34 -4,38 -5,19 0,15 0,14 0,92 1208 182 1026
24/7/13 05:00 -5,34 -4,38 -5,02 0,33 0,13 0,39 1115 372 743
24/7/13 06:00 -5,34 -4,38 -5,15 0,20 0,14 0,68 1065 211 854
24/7/13 07:00 -5,34 -4,38 -4,83 0,53 0,13 0,24 1107 587 520
*Valor médio
Com os valores do Quadro 6.5 obteve-se o hidrograma representado na Figura 6.20, 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. Uma vez mais observa-se a
variabilidade temporal do caudal de infiltração que não era expectável.
Figura 6.20: Hidrograma do caudal total de águas residuais e separação hidrográfica dos seus componentes, na
secção CANETAR – Período de Verão (Matos et al., 2014).
O método dos isótopos garante algum rigor nos resultados, mas permite obter apenas estimativas
pontuais do caudal de infiltração. Note-se que os resultados apresentados no Quadro 6.5 e Figura
6.20 referem-se apenas ao volume de água infiltrada que atravessou a secção CANETAR no instante
em que a amostra foi recolhida. Em todo o caso, para efeitos da estimativa, optou-se por se
considerar a média dos resultados como o valor médio do caudal de infiltração.
Apresentam-se no Quadro 6.6 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, o caudal médio de infiltração. No mesmo quadro apresenta-se a fração
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
05:00 06:00 07:00 09:30 11:00 14:00 16:00
Cau
da
l (l
/s)
Tempo (h)
Águas residuais
Infiltração
73
de infiltração em relação ao caudal total, “𝑏”, e em relação ao caudal de água estritamente residual,
“𝑘”.
Quadro 6.6: Valores médios do caudal de infiltração (𝑸𝒊𝒏𝒇), caudal de águas residuais (𝑸𝑨𝑹) e frações de
infiltração (k e b) obtidos na secção CANETAR – Período de Verão (Matos et al., 2014).
𝒌 𝒃 𝑸𝐢𝐧𝐟 𝑸𝐀𝐑
(-) (-) (l/s) (l/s)
0,36 0,26 304 852
Concluiu-se que o caudal médio de infiltração, obtido através da aplicação do método dos isótopos
estáveis de oxigénio em relação aos valores das razões isotópicas medidos na campanha de 22, 23 e
24 de Julho de 2013 foi de cerca de 300 l/s. Esse valor corresponde a 36% do caudal estritamente
residual e a 26% do caudal total.
Apesar de os caudais de infiltração obtidos apresentarem valores extremos muito dispersos (174 e
587 l/s), verifica-se que a maioria dos registos se aproxima do valor médio. Desta forma, 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 admitir-se que o caudal total
infiltrado na Zona Alta da bacia de Alcântara, em tempo de Verão, assume um valor provável entre
174 e 372 l/s (com 90% de intervalo de confiança), como mostra a Figura 6.21.
Figura 6.21: 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 - Período de Verão (Matos et al., 2014).
6.5.2.3 Período de Inverno
Para o período de Inverno, os valores medidos nos pontos AP1, AP2 e AP3 são utilizados como
referência para a água estritamente residual e, para a água de infiltração utilizou-se como valor de
referência o valor medido nos pontos AF2, AF3 e AF4 (Quadro 6.7).
0
100
200
300
400
500
600
700
00:00 06:00 12:00 18:00 00:00
Cau
da
l (l
/s)
Tempo (h)
Infiltração média
Limite superior
Limite inferior
Infiltração 22/07
Infiltração 23/07
Infiltração 24/07
74
Quadro 6.7: Nomenclatura adotada na dissertação, na determinação dos caudais de infiltração no período de
Inverno.
Origem Ponto de medição Nomenclatura
Potável
AP1
δAR AP2
AP3
Freática
AF2
δinf AF3
AF4
Residual CANETAR δT
Relativamente à campanha de Inverno, o procedimento adotado para avaliação da infiltração na
secção de Alcântara foi análogo. Neste caso, não se identificaram “outliers” e todos os valores
correspondentes às medições cumprem o critério 𝑏/ 𝑏 < 1 . Na Figura 6.22 apresentam-se os
resultados obtidos.
Figura 6.22: Valores de 18O medidos na secção CANETAR, e valores médios de referência para águas
residuais e infiltração - Período de Inverno (Matos et al., 2014).
À semelhança dos valores medidos na campanha de Verão, também os valores de Inverno se
encontram compreendidos entre os valores de referência de água residual e de infiltração. Neste
caso, verifica-se que os valores de razão isotópica da água do caneiro se mantêm relativamente
constantes ao longo dos três dias e relativamente equidistantes dos valores de referência de águas
residuais e de infiltração.
Seguidamente apresenta-se na Figura 6.23 o gráfico dos caudais totais registados na secção
ALC200, utilizada para estimar a infiltração na secção CANETAR em cada instante, ao longo dos dias
12, 13 e 14 de Março, onde, à semelhança do que se observa no período de Verão, se verifica uma
variabilidade do caudal de infiltração não expectável.
-6,0
-5,5
-5,0
-4,5
-4,0
-3,5
-3,0
1
80
(‰
)
Data
Total
Águas residuais
Infiltração
T
AR
inf
75
Figura 6.23: Caudal na secção ALC200 e caudais de infiltração medidos nos dias 12, 13 e 14 de Março (2014) – Período de Inverno (Matos et al., 2014).
Contrariamente ao que tinha sido observado no Verão, os valores de infiltração de Inverno revelam
menores variações ao longo do tempo, mantendo-se no intervalo entre 400 l/s e 800 l/s. O motivo
pelo qual os valores apresentam uma maior estabilidade ao longo do tempo pode estar associado ao
facto de o nível freático estar acima daquele que se verifica no Verão, podendo as variações
deixarem de ter influência relevante no desempenho do coletor.
No Quadro 6.8 apresentam-se os parâmetros utilizados na aplicação do método dos isótopos ao
caneiro de Alcântara, relativos ao período de Inverno. Cada linha do Quadro 6.8 refere-se ao dia e à
hora a que foi recolhida uma amostra na secção CANETAR. Excetuam-se os casos das razões
isotópicas δAR e δinf, para as quais são apresentados valores médios.
Quadro 6.8: Parâmetros utilizados e resultados obtidos na aplicação do Método dos Isótopos Estáveis à secção
CANETAR – Período de Inverno (Matos et al., 2014).
Data
(dia e hora)
(‰) b b b/b
Qmedido Qinf QAR
AR* inf * (l/s) (l/s) (l/s)
12/3/14 5:00 -4,97 -3,98 -4,24 0,74 0,13 0,17 1186 875 311
12/3/14 9:00 -4,97 -3,98 -4,49 0,48 0,12 0,26 1225 592 633
12/3/14 13:00 -4,97 -3,98 -4,49 0,48 0,12 0,26 1390 672 718
12/3/14 17:00 -4,97 -3,98 -4,50 0,47 0,12 0,26 1351 636 715
12/3/14 21:03 -4,97 -3,98 -4,51 0,47 0,12 0,27 1292 603 689
13/3/14 9:00 -4,97 -3,98 -4,45 0,53 0,12 0,23 1225 647 578
13/3/14 13:05 -4,97 -3,98 -4,44 0,54 0,12 0,23 1392 752 640
13/3/14 17:00 -4,97 -3,98 -4,61 0,37 0,13 0,34 1351 497 854
14/3/14 5:00 -4,97 -3,98 -4,26 0,72 0,13 0,18 1186 853 333
14/3/14 9:00 -4,97 -3,98 -4,60 0,37 0,13 0,34 1225 456 769
14/3/14 13:00 -4,97 -3,98 -4,51 0,47 0,12 0,27 1390 651 739
14/3/14 17:00 -4,97 -3,98 -4,49 0,49 0,12 0,26 1351 656 694
14/3/14 21:00 -4,97 -3,98 -4,55 0,43 0,12 0,29 1346 575 771
*Valor médio
Os mesmos dados são também apresentados sob a forma de hidrograma na Figura 6.24. Note-se
que para cada hora se considerou a média dos valores obtidos nos diferentes dias à hora
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Ca
ud
al (l
/s)
Tempo (dia hora)
Infiltração
Caudal totalmedido nasecçãoCANETAR
76
correspondente, isto é, 05:00 (dias 12 e 14), 9:00 (dias 12, 13 e 14), 13:00 (dias 12, 13 e 14), 17:00
(dias 12, 13 e 14) e 21:00 h (dias 12 e 14)).
Uma vez mais, é possível observar a variação do caudal de infiltração ao longo do dia que não era
expectável. Esta variabilidade temporal observada tanto do período de Verão como no período de
Inverna pode ser explicada por dois motivos, isto é, devido a descargas pontuais de água subterrânea
bombeadas das caves ou devido à variação da altura do escoamento ao longo do dia, provocada pelo
padrão diário de produção de águas estritamente residuais (Figura 2.2), que origina uma variação da
carga e, portanto, da área propícia a infiltração.
Figura 6.24: Hidrograma do caudal total de águas residuais e separação hidrográfica dos seus componentes, na
secção CANETAR – Período de Inverno (Matos et al., 2014).
Importa referir que na campanha de Inverno recolha de amostras foi feita com intervalos constantes
de 4 horas, o que corrige a limitação apontada na campanha de Verão, isto é, de a média não
descrever 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, uma vez que estas foram recolhidas em
horas muito díspares.
No Quadro 6.9 apresentam-se os valores médios do caudal de infiltração e do caudal de águas
residuais domésticos (excluindo a infiltração), bem como a fração de infiltração em relação ao caudal
total (“b”) e em relação ao caudal doméstico (“k”).
Quadro 6.9: Valores médios do caudal de infiltração (𝑸𝒊𝒏𝒇), caudal de águas residuais (𝑸𝑨𝑹) e frações de
infiltração (k e b) obtidos na secção CANETAR, no Inverno (Matos et al., 2014).
𝒌 𝒃 𝑸𝐢𝐧𝐟 𝑸𝐀𝐑
(-) (-) (l/s) (l/s)
1,00 0,50 651 649
Conclui-se que o caudal médio de infiltração, obtido através da aplicação do método dos isótopos
estáveis de oxigénio em relação aos valores das razões isotópicas medidos na campanha de 12, 13 e
14 de Março de 2014 foi de cerca de 651 l/s, valor este que corresponde a cerca de 100% do caudal
da água residual (excluindo a infiltração) e a 50% do caudal total (i.e. caudal de água residual
incluindo a infiltração).
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
05:00 09:00 13:00 17:00 21:00
Ca
ud
al (l
/s)
Tempo (h)
Águas residuais
Infiltração
77
Os caudais de infiltração situam-se numa gama ainda ampla (de 457 l/s a 875 l/s), aproximando-se,
no entanto, na sua maioria do valor médio. Verifica-se que 90% dos valores medidos encontram-se
entre 456 l/s e 853 l/s (Figura 6.25).
Figura 6.25: Caudais de infiltração medidos na secção CANETAR em diversos instantes dos dias 12,13 e 14 de
Março (2014), valor médio e limite, superior e inferior – Período de Inverno (Matos et al., 2014).
6.5.2.4 Balanço anual
Tendo em consideração os caudais de infiltração (Qinf) e de água estritamente residual (QAR) para os
períodos de Verão e Inverno, determinam-se os caudais médios anuais. De forma a facilitar a
consulta e análise dos resultados obtidos, apresenta-se de seguida o Quadro 6.10, onde constam,
além dos resultados referidos anteriormente, os valores referentes ao cômputo anual.
Quadro 6.10: Síntese dos resultados da aplicação do método dos isótopos estáveis à Zona Alta da Bacia de
Alcântara.
Bacia Período
Caudais Contribuições de infiltração
Qinf QAR QT
b k (l/s) (l/s) (l/s)
Alcântara
Verão 304 852 1156 0,26 0,36
Inverno 651 649 1300 0,50 1,00
Balanço anual 478 751 1228 0,38 0,68
6.5.3 Determinação de indicadores de infiltração
Com base nos caudais de infiltração na secção CANETAR estimados no ponto anterior, estimaram-se
alguns indicadores de infiltração, para os mesmos períodos estudados, isto é, Verão de 2013 e
Inverno de 2014. Estes indicadores constituem outra alternativa de análise de caudais de infiltração e
permitem uma comparação mais correta da infiltração entre diferentes bacias. Assim, no presente
ponto estimaram-se os seguintes indicadores de infiltração, cujas designações foram atribuídas para
efeitos da presente dissertação:
Infiltração unitária - determinada de duas formas: (1) expressa em caudal de infiltração por
unidade de comprimento de rede (l/s.km) e (2) expressa em caudal de infiltração por unidade
de comprimento fictício da rede (l/s.kmfict), considerando, para além da infiltração nos
coletores, a infiltração nas câmaras de visita.
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0:00 6:00 12:00 18:00 0:00
Ca
ud
al (l
/s)
Tempo (h)
Infiltração média
Limite superior
Limite inferior
Infiltração 12/03
Infiltração 13/03
Infiltração 14/03
78
Infiltração específica - traduz o caudal de infiltração por unidade de comprimento e de
diâmetro dos coletores da rede, expressa em m3/dia.cm∅.km.
Infiltração por unidade de área impermeável (ai) da bacia em estudo - expressa em
m3/dia.haai.
De forma a obter estes valores recorreu-se a algumas características da bacia estudada,
nomeadamente a área, comprimento da rede, os diâmetros dos coletores e as dimensões das
câmaras de visita. Note-se que os valores determinados são baseados nos caudais de infiltração em
tempo seco obtidos na secção CANETAR pelo método dos isótopos (apresentados no ponto 6.5.2),
referentes ao período de 2013/2014. Refira-se que as características mencionadas, à exceção das
dimensões das câmaras de visita, foram determinados com base em informação disponível em
“AutoCAD” no caso da bacia de Alcântara exclusivamente referente ao concelho de Lisboa e em
“SIG” no caso das bacias da Falagueira e da Damaia, pertencentes ao concelho da Amadora. Deste
modo, as áreas e comprimentos correspondentes foram retirados diretamente do respetivo programa.
Note-se que, no caso da bacia de Alcântara (Lisboa), a informação disponibilizada pela PGDL (Plano
Geral de Drenagem de Lisboa) continha a totalidade da rede de Lisboa, houve a necessidade de
definir a delimitação da Zona Alta da bacia de Alcântara e selecionar a respetiva rede.
Além disso, verificou-se que os coletores da rede de drenagem apresentam diferentes secções, pelo
que, de forma a facilitar a determinação dos indicadores, estimou-se o diâmetro equivalente para as
secções não circulares, (i.e. ovais ou retangulares). Importa ainda mencionar que, para a
determinação dos indicadores de infiltração, apenas se considerou os diâmetros dos coletores
superiores a 200 mm, de forma a abranger apenas a rede de drenagem, excluindo os ramais de
ligação. Com estes dados obteve-se os elementos necessários para determinar os indicadores de
infiltração referidos anteriormente e determinados em seguida.
Infiltrações unitárias
Para a infiltração unitária, especificamente para o indicador (1) bastou recorrer ao comprimento total
da rede, apresentado no Quadro 6.15. No que respeita ao indicador (2), determinou-se o
comprimento fictício da rede de drenagem de forma a ter em conta a infiltração nas câmaras de visita,
expresso pela equação 6.1 e recorrendo às equações 6.2 e 6.3.
𝐿𝑓𝑖𝑐𝑡 = 𝐴𝐶𝑥 + 𝐴𝑐𝑜𝑙𝑒𝑡𝑜𝑟
𝜋 × 𝐷𝑐𝑜𝑙𝑒𝑡𝑜𝑟
(6.1)
𝐴𝐶𝑥 = 𝑁 (𝜋 × 𝐷𝐶𝑥 × ℎ) (6.2)
𝐴𝑐𝑜𝑙𝑒𝑡𝑜𝑟 = 𝜋 × 𝐷𝑐𝑜𝑙𝑒𝑡𝑜𝑟 × 𝐿𝐷 (6.3)
Onde: Lfict corresponde ao comprimento fictício; ACx diz respeito à área molhada da câmara de visita;
Acoletor corresponde à área molhada do coletor; Dcoletor representa o diâmetro do coletor; DCx diz
respeito ao diâmetro da câmara de visita; N representa o número de câmaras de visita; h traduz a
profundidade da câmara de visita sujeita a infiltração; LD representa o comprimento do coletor com o
diâmetro Dcoletor.
79
De forma a determinar os parâmetros que constam nas equações referidas anteriormente, foi
necessário assumir algumas considerações, resumidas no Quadro 6.11.
Quadro 6.11: Dimensões estimadas dos diâmetros das câmaras de visita e da profundidade
Característica Dimensão Condições
Diâmetro da Câmara de visita (DCx) DCx = 1m Para Dcoletor < 600 mm
DCx = Dcoletor + 0,5 m Para Dcoletor > 600 mm
Profundidade da câmara de visita
abaixo nível freático (h)
h1 = 1 m Período de Verão
h2 = 2 m Período de Inverno
Distância entre câmaras de visita 40 m -
Relativamente ao diâmetro da câmara de visita, optou-se por estimar valores aproximados das
dimensões de acordo com os diâmetros dos coletores, tal como consta no Quadro 6.11. No que
respeita à profundidade da câmara, correspondente à distância entre o nível freático e a soleira do
coletor assumiram-se duas hipóteses dependendo do período do ano, tendo-se considerado, as
profundidades de 1 m e de 2 m para, respetivamente, os períodos de Verão e de Inverno, uma vez
que, no período de Verão, o nível freático é inferior ao período de Inverno. Por fim, o número de
câmaras de visita determinou-se através do quociente entre o comprimento do coletor com diâmetro
Dcoletor e a distância entre as câmaras de visita, sendo que se considerou razoável admitir uma
distância de 40m, tendo em conta o disposto no DR 23/95 (1995), Título IV, Capítulo V, Secção I, Art.
155º, ponto 1:
“1- É obrigatória a implantação de câmaras de visita:
a) Na confluência dos coletores;
b) Nos pontos de mudança de direção, de inclinação e de diâmetro dos coletores;
c) Nos alinhamentos retos, com afastamento máximo de 60m e 100, conforme se trate,
respetivamente, de coletores não visitáveis ou visitáveis.”
Assim, tendo em conta o referido anteriormente para o indicador (2), determinou-se o comprimento
fictício da rede e, posteriormente, o caudal unitário (2) para duas profundidades, h, diferentes, sendo
que os resultados apresentam-se, em seguida, no Quadro 6.12, assim como o comprimento total da
rede e o caudal unitário (1).
Quadro 6.12: Comprimentos total e fictício da rede e caudais unitários (1) e (2) estimado para a Zona Alta da
bacia de Alcântara.
Período
Comprimento total
da rede
Comprimento fictício
da rede Caudal unitário (1) Caudal unitário (2)
km kmfict l/s.km l/s.kmfict
Verão
463
475 0,66 0,64
Inverno 487 1,41 1,34
Balanço anual 481 1,03 0,99
Analisando o Quadro 6.12 e face às hipóteses consideradas, é possível estimar a possível
contribuição das câmaras de visita no fenómeno de infiltração. De acordo com os cálculos efetuados,
80
o comprimento (fictício) dedicado às câmaras de visita corresponde a 12 km no Verão, 24 km no
Inverno e, em média, 18 km no ano, traduzindo-se em, respetivamente, 3%, 5% e 4% do
comprimento fictício total para cada período considerado. Assim e de acordo com o procedimento
adotado, estima-se que a infiltração nas câmaras de visita corresponda, aproximadamente, a 7,7 l/s
(3%), 32, 2 l/s (5%) e 17,8 l/s (4%), respetivamente, nos períodos de Verão, Inverno e o balanço
anual.
Dado que foi necessário assumir hipóteses relativas a algumas características da bacia em estudo,
considera-se relevante analisar os respetivos parâmetros. Na Figura 6.26 apresentam-se as análises
dos parâmetros relativos à distância entre câmaras de visita e à profundidade relativa do coletor,
onde é possível verificar que a infiltração unitária apresenta sensibilidade pouco significativa à
profundidade relativa do coletor, em comparação com o parâmetro relativo à distância entre câmaras.
Figura 6.26: Análise dos parâmetros da infiltração unitária (2) relativos à distância entre câmaras de visita (figura
à esquerda) e à profundidade relativa do coletor (figura à esquerda).
Infiltração específica
De modo a obter a infiltração específica, isto é, caudal de infiltração por unidade de comprimento e de
diâmetro do coletor, determinou-se o diâmetro ponderado com base no comprimento dos coletores e
do respetivo diâmetro (“∑Lcoletor×Dcoletor”). Os resultados obtidos podem ser consultados no Quadro
6.13.
Quadro 6.13: Caudal específico de infiltração estimado para a Zona Alta da bacia de Alcântara.
Período Diâmetro ponderado Caudal específico
cm Φ.km m3/(dia.cm Φ.km)
Verão
25544,8
1,03
Inverno 2,20
Balanço anual 1,62
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
20 30 40 50 60
Infiltra
çã
o u
nitá
ria
(2
) (l
/s.k
mfict)
Distância entre câmaras (m)
Análise do parâmetro: distância entre câmaras de visita
0 0,5 1 1,5 2 2,5Profundidade do coletor em relação ao
nível freático (m)
Análise do parâmetro: profundidade relativa do coletor
81
Infiltração por unidade de área impermeável
Para determinar a infiltração por unidade de área impermeável (ai), estimou-se a área impermeável
da bacia, considerando, para tal, o parâmetro C do método racional, cujo valor para a bacia em
estudo corresponde a 0,67 (ver subcapítulo 5.4). Posto isto, bastou dividir o caudal de infiltração de
cada período do ano, determinado anteriormente, por 67% da área da bacia, o que corresponde a
cerca de 1845ha. Os resultados são apresentados no Quadro 6.14.
Quadro 6.14: Caudal de infiltração por unidade de área impermeável estimado para a Zona Alta da bacia de
Alcântara.
Período Área da bacia de
drenagem
Área impermeável
da bacia
Caudal de infiltração por
unidade de ai
ha ha l/(s.haai) m3/(dia.haai)
Verão
2754 1845
0,16 14
Inverno 0,35 30
Balanço anual 0,26 22
Resumo de indicadores de infiltração
Em resumo, os indicadores estimados para a secção CANETAR apresentam-se, em seguida, no
Quadro 6.15, para os períodos estudados, isto é, o período de Verão (2013) e Inverno (2014),
apresentando ainda os valores médios anuais.
Quadro 6.15: indicadores de infiltração estimado para a Zona Alta da bacia de Alcântara.
Período Caudal unitário (1) Caudal unitário (2) Caudal específico Caudal por unidade de ai
l/s.km l/s.kmfict m3/(dia.cm Φ.km) l/(s.haai) m3/(dia.haai)
Verão 0,7 0,6 1,0 0,2 14
Inverno 1,4 1,3 2,2 0,4 30
Balanço anual 1,0 1,0 1,6 0,3 22
As tabelas com os valores utilizados para os indicadores de infiltração referidos podem ser
consultados no Anexo IV.
6.6 Análise crítica dos resultados
6.6.1 Considerações iniciais
Com base nas razões isotópicas das amostras recolhidas nas campanhas de Verão e Inverno
determinaram-se os caudais de infiltração na secção do caneiro de Alcântara, aplicando o método
dos isótopos estáveis de oxigénio. Apesar de se ter considerado que o método apresenta alguma
confiança nos resultados, procedeu-se a uma análise crítica dos mesmos, de forma a averiguar a sua
qualidade, bem como, determinar se os resultados obtidos vão de encontro a outras referências e
metodologias.
Assim, com o presente subcapítulo pretende-se comparar os resultados com o disposto no
regulamento, bem como com outras metodologias, nomeadamente, com a abordagem proposta
recentemente pela empresa do grupo AdP (Águas de Portugal). Será ainda analisado o padrão diário
dos caudais de forma a determinar o fator de águas estritamente residuais que contribui para o
82
caudal noturno que poderá ser útil para as entidades gestoras. Posteriormente serão analisadas as
incertezas associadas ao método aplicado e, por fim, será feita uma análise crítica das afluências, na
tentativa de averiguar a natureza das mesmas. Para facilitar a análise crítica, relembra-se que os
resultados da aplicação do método dos isótopos estáveis se encontram resumidos no Quadro 6.9.
6.6.2 Comparação dos resultados com valores de referência
No decorrer da dissertação foram referidos alguns valores de referência relativamente à infiltração,
tais como, valores regulamentares, valores determinados em casos de estudo realizados no
Estrangeiro, bem como os valores existentes em uma das bibliografias de referência na área do
Saneamento, isto é, em Metcalf&Eddy (2003). O presente ponto pretende comparar os resultados
obtidos no projeto de investigação com os valores de referência encontrados na bibliografia.
Em Portugal, e para efeitos de projeto, os valores a considerar para o caudal de infiltração constam
no Decreto Regulamentar nº 23/95 (1995). Segundo o Título IV, Capítulo III, Art.º 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.”
Face aos valores regulamentares apresentados, verificou-se que o caudal específico de infiltração
(por centímetro de diâmetro e por quilómetro de comprimento), estimado para a bacia de Alcântara,
se encontra dentro dos limites referidos (0,5 e 4 m3/dia.cm∅.km).
Tal como anteriormente referido, no âmbito do projeto APUSS o método dos isótopos estáveis foi
aplicado em bacias de duas cidades europeias: na bacia de Toraccia (Roma, Itália); na bacia de
Infernetto (Roma, Itália) e na bacia de Ecully (Lyon, França). A aplicação do método nas bacias
referidas pode ser consultada em Rutsch et al. (2010) e Prigiobbe & Giulianelli (2010). No Quadro
6.16 apresentam-se os resultados da aplicação do método nas bacias estudadas pelo projeto
APUSS, assim como, na bacia de Alcântara.
83
Quadro 6.16: Comparação da infiltração entre a bacia em estudo e as bacias estudadas no projeto APUSS.
Projeto Bacias
Área da
bacia
Caudal total médio em
tempo seco
Caudal de
infiltração
Taxa de
infiltração
ha l/s l/s % do caudal total
SIMTEJO Alcântara 2754 1228 478 38
APUSS
Toraccia 85 -4 -4 14
Infernetto 550 150 75 48
Ecully 245 42 17 41
Verifica-se que a contribuição média da infiltração em relação ao caudal total nas bacias referidas se
encontra no intervalo compreendido entre 14% e 50%, sendo que a contribuição de 14%,
correspondente à bacia de Toraccia, é considerada não significativa. As restantes bacias, incluindo a
bacia de Alcântara, apresentam contribuições de infiltração relativamente análogas. De notar a clara
diferença na dimensão da bacia de Alcântara em relação às restantes bacias, responsável pela
disparidade observada nos caudais médios de infiltração.
Ainda no âmbito do projeto APUSS, em Cardoso et al. (2004) foram determinados alguns indicadores
de infiltração designados de PI (do termo em inglês, Performance Indicators) para as bacias Toraccia,
Infernetto e Ecully, entre outras. Os resultados obtidos para o PII3 (caudal de infiltração em relação ao
caudal de águas estritamente residuais) e PII4 (idêntico ao caudal específico determinado na presente
dissertação) encontram-se apresentados no Quadro 6.17.
Quadro 6.17: Comparação de indicadores de infiltração entre a bacia em estudo e as bacias estudadas no
projeto APUSS. Retirado de Cardoso et al. (2004).
Projeto Bacias PII3 PII4
% m3/(dia.cm Φ.km)
SIMTEJO Alcântara 68 1,6
APUSS
Toraccia 18 0,1
Infernetto 91 -4
Ecully 77 0,3
Verifica-se que a Zona Alta da Bacia de Alcântara apresenta um valor ligeiramente inferior de PI3 em
relação às bacias Inferntto e Ecully, já para o indicador PI4 apresenta um valor bastante superior em
comparação às bacias estudadas no projeto APUSS.
Relembrando o que foi mencionado no Capítulo 2, em Metcalf&Eddy (2003) constam intervalos de
referência de caudais de infiltração específicos e por unidade de área da bacia, sendo eles,
respetivamente, 0,1 – 10,0 m3/(dia.km.cm Φ) e 0,2 – 30 m3/dia.ha. Tendo em conta os resultados
obtidos na presente dissertação, nomeadamente, os que constam do Quadro 6.15, verifica-se que o
caudal especifico de infiltração da Zona Alta da Bacia de Alcântara, assim como a infiltração por
unidade de área impermeável enquadram-se nos intervalos de referência referidos em Metfcalf&Eddy
4 Informação não disponível
84
(2003). Note-se que o intervalo de referência para a infiltração por unidade de área contante em
Metfcalf&Eddy (2003) é referente à área integral da bacia de drenagem, ao contrário do valor obtido
na presente dissertação, que apenas se refere à área impermeável.
6.6.3 Análise comparativa com outras metodologias de estimativas de infiltração
6.6.3.1 Breve comparação com os métodos convencionais
Na presente dissertação, para além de descrever a abordagem do método dos isótopos estáveis,
desenvolvido por Gujer e descrito em (De Bénéditis & Bertrand-Krajewski, 2004a) (ver Capítulo 4), foi
também efetuada uma breve descrição de alguns métodos convencionais frequentemente utilizados
(ver Capítulo 3). Refira-se, a título de exemplo, o método do caudal mínimo noturno, sendo talvez o
método mais utilizado pelas entidades gestoras para aferir o caudal de infiltração. Ao aplicar este
método na bacia em estudo, analisando, para tal, a Figura 6.5, verifica-se que o caudal de infiltração
na secção CANETAR seria, em média e em termos médios anuais, aproximadamente de 1100 l/s.
Este resultado constitui um valor extraordinariamente sobrestimado, face aos resultados obtidos da
aplicação do método dos isótopos estáveis de oxigénio. Do ponto de vista das hipóteses assumidas
nos métodos convencionais e no método dos isótopos estáveis, quando aplicável e havendo
disponibilidade de meios, é aconselhável adotar a metodologia dos isótopos estáveis, dado que se
baseia em medições de campo.
6.6.3.2 Comparação com a metodologia AdP
Recentemente foi proposta, por parte da Águas de Lisboa e Vale do Tejo, SA, do Grupo Águas de
Portugal, uma metodologia que permite quantificar os volumes de águas residuais afluentes às
infraestruturas do sistema multimunicipal, onde é sugerido uma abordagem para avaliação da
infiltração, teoricamente, aplicável a sistemas em “alta”. Para efeitos da presente dissertação, adotou-
se a designação metodologia AdP, para o método descrito em seguida. É necessário recorrer a
algumas características da rede em estudo, como, a idade dos coletores e a dimensão das câmaras
de visita.
Esta metodologia é baseada na expressão seguinte (Equação 6.4):
𝑉𝑑𝑖𝑎 = 0.2 × 0.048 × K × [L × P + N × A] (6.4)
Onde: Vdia corresponde ao volume diário de infiltração (m3/dia); o fator 0.2 (l/m2) corresponde a uma
constante; o valor 0.048 diz respeito a um fator de conversão (de l/m2 para m3/dia); K corresponde a
um fator multiplicativo, dependente da época do ano, da idade e posição do coletor em relação ao
nível freático; L é a extensão do sistema intercetor em “alta” (m); P é o perímetro molhado (m); N diz
respeito ao número de câmaras de visita em análise; A é a área molhada da câmara de visita (m3).
O procedimento completo utilizado para determinar o caudal de infiltração com base nesta
metodologia pode ser consultado no Anexo V, pelo que de seguida será apenas apresentado um
resumo dos dados necessários, bem como, dos resultados finais.
85
Dado o detalhe exigido pela metodologia e, devido à carência de dados, foi necessário admitir alguns
valores, sendo que as hipóteses assumidas constam do Quadro 6.18.
Quadro 6.18: Hipóteses consideradas para a determinação da infiltração através da metodologia AdP.
Valores assumidos
K (Verão) 4
K (Inverno) 7
Distância entre câmaras (m) 40
Profundidade das câmaras de visita no Verão (m) em relação ao nível freático 1
Profundidade das câmaras de visita no Inverno (m) em relação ao nível freático 2
Equações consideradas
P (perímetro molhado) 𝑃 = 𝜋 × 𝐷
A (área molhada) 𝐴 = 𝜋 × 𝐷 × ℎ
Os resultados obtidos constam no Quadro 6.19, assim como os resultados da aplicação do método
dos isótopos estáveis de oxigénio.
Quadro 6.19: Comparação entre os caudais de infiltração na secção CANETAR obtidos para os períodos de
Verão (2013) e Inverno (2014) através da aplicação da metodologia AdP e da aplicação do método dos isótopos
estáveis de oxigénio.
Método aplicado
Verão Inverno Balanço anual
Metodologia de AdP Vdia (m3/dia) 9599 38367 23983
Qinf (l/s) 111 444 278
Método dos isótopos estáveis Qinf (l/s) 304 651 478
Como é possível verificar, os resultados obtidos, após aplicação das duas metodologias referidas,
são bastante díspares, observando uma diferença que varia entre 150% e 300%, da metodologia de
AdP para o método dos isótopos estáveis de oxigénio. Admitindo credíveis os caudais de infiltração
obtidos pelo método dos isótopos estáveis de oxigénio, verifica-se que a metodologia proposta
subestima os caudais de infiltração, face às hipóteses assumidas.
Ao analisar a metodologia, surge um conjunto de aspetos que poderão explicar a diferença observada
nos resultados das duas metodologias. Primeiramente, destaca-se o detalhe dos dados requeridos,
relativamente às características da rede. Geralmente, em grandes meios urbanos, a rede de
drenagem urbana é antiga e com a informação cadastral limitada, o que resulta na necessidade de
admitir algumas hipóteses, aumentando o seu grau de incerteza. Mais ainda, relativamente aos
valores de K (ver Anexo V), apesar de não estar disponível a informação do procedimento adotado
para determinar os valores tabelados do coeficiente K, questiona-se os valores atribuídos para a
posição do coletor acima do nível freático, uma vez que, nessa posição, o intercetor não está, em
regra, sujeito a infiltração. Por último, seria interessante aumentar os valores de K a fim de averiguar
se se obtém um caudal de infiltração mais próximo do valor obtido pelo método dos isótopos estáveis.
Dado que a metodologia em estudo requer alguma informação da rede em estudo, que nem sempre
se encontra disponível, e tendo em conta que os resultados obtidos dependem das hipóteses e
aproximações consideradas, analisou-se, de certa forma, a sensibilidade de alguns parâmetros, cuja
86
análise pode ser consultada no Anexo V. Com esta análise, verificou-se que, no geral, a metodologia
não apresenta sensibilidade considerável a nenhum dos parâmetros estudados.
6.6.4 Análise do padrão diário em tempo seco
No presente ponto analisa-se o padrão diário em tempo seco dos caudais da rede da bacia em
estudo nos períodos considerados, isto é, nos períodos de Verão, Inverno e em termos médios
anuais, tendo ainda em conta os caudais médios de infiltração e de água estritamente residual
estimados, que constam, nomeadamente, no Quadro 6.10 (ponto 6.5.2). Relembra-se que, enquanto
o padrão diário do período de Verão foi determinado com base nos registos de caudal dos dias da
respetiva campanha (22, 23 e 24 de Julho de 2013), já no período de Inverno houve necessidade de
recorrer a registos de caudal do mês em que se realizou a segunda campanha (Março 2014) para
obter o padrão diário desse período. O procedimento adotado para obter o padrão diário do período
de Inverno foi resumidamente explicado no subcapítulo 6.4.
Desta forma, os padrões diários do caudal da rede de drenagem da Zona Alta da Bacia de Alcântara
para os período de Verão e Inverno, assim como em termos médios anuais, são apresentados,
respetivamente, na Figura 6.27 e Figura 6.28. Refira-se que o padrão diário em termos anuais foi
determinado com base nos valores médios das duas campanhas referidas.
Figura 6.27: Padrão diário na secção CANETAR, no período de Verão, em 2013 (à esquerda) e no período de
Inverno, em 2014 (à direita).
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Caudal (l/s
)
Padrão diário (Verão) Padrão diário (Inverno)
87
Figura 6.28: Padrão diário na secção CANETAR, em termos anuais, com base nos valores registados no Verão
de 2013 e Inverno de 2011, 2012 e 2013.
Analisando os gráficos apresentados anteriormente, verifica-se uma vez mais que o caudal de
infiltração apresenta uma contribuição considerável, sobretudo no período noturno, tanto no Verão,
como no Inverno e em termos médios anuais. Tal como foi observado anteriormente, nomeadamente
no ponto 6.5.2, o caudal de infiltração apresenta uma maior contribuição no período de Inverno do
que no período de Verão. É ainda possível verificar que, ao contrário do que outras metodologias
admitem, o caudal noturno não é inteiramente devido ao caudal de infiltração.
Na determinação do caudal de infiltração é comum admitir que este corresponde ao caudal mínimo
noturno, tal como foi referido no Capítulo 3. No entanto, os resultados apresentados permitem
confirmar de que essa hipótese não deve ser admissível para bacias de alguma dimensão e com
padrões de consumo de 24h.
De facto, com os resultados obtidos verifica-se que o caudal mínimo noturno em tempo seco, tal
como no período diurno, corresponde ao conjunto de água residual e do caudal de infiltração,
traduzido pela Equação 6.2, onde 𝑄𝑛𝑜𝑡𝑢𝑟𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛 representa o caudal total mínimo noturno, 𝑄𝑖𝑛𝑓 traduz o
caudal de infiltração e 𝑄𝐴𝑅 𝑛𝑜𝑡𝑢𝑟𝑛𝑜 corresponde ao caudal noturno de água estritamente residual.
𝑄𝑛𝑜𝑡𝑢𝑟𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛 = 𝑄𝑖𝑛𝑓 + 𝑄𝐴𝑅 𝑛𝑜𝑡𝑢𝑟𝑛𝑜 (6.2)
Considerando o valor médio de infiltração obtido para cada período estudado, assim como os
respetivos padrões diários (Figura 6.27 e Figura 6.28), determinou-se a fração (y) do caudal
estritamente residual que contribui para o caudal mínimo noturno, segundo a Equação 6.3,
recorrendo aos valores médios de 𝑄𝑛𝑜𝑡𝑢𝑟𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛 , 𝑄𝑖𝑛𝑓 e 𝑄𝐴𝑅 𝑛𝑜𝑡𝑢𝑟𝑛𝑜.
𝑄𝑛𝑜𝑡𝑢𝑟𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛 = 𝑄𝑖𝑛𝑓
+ y𝑄𝐴𝑅 (6.3)
Admitindo o período noturno entre as 0:00 e as 6:00 (Cardoso et al., 2002) e considerando a média
dos caudais mínimos noturnos em cada dia dos períodos estudados (campanha de Verão, campanha
de Inverno e em termos médios anuais), estimou-se o valor de y para os respetivos caudais. No
Quadro 6.20 são apresentados os valores obtidos de y para os três períodos mencionados.
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
00:00 03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00
Caudal (l/s
)
Padrão diário (ano)
Caudal médio deágua estritamenteresidualCaudal médio deinfiltração
Caudal total
Caudal totalmédio
88
Quadro 6.20: Caudais médios totais (𝑄𝑇 ), mínimos noturnos (𝑄𝑛𝑜𝑡𝑢𝑟𝑛𝑜
𝑚𝑖𝑛 ), de infiltração (𝑄𝑖𝑛𝑓 ), de água
estritamente residual (𝑄𝐴𝑅 ) e valores médios de y para os períodos de Inverno, de Verão e em termos médios
anuais.
Inverno Verão Anual
𝑸𝑻 (l/s) 1306 1206 1256
𝑸𝒏𝒐𝒕𝒖𝒓𝒏𝒐𝒎𝒊𝒏 (l/s) 1064 1044 1054
𝑸𝒊𝒏𝒇 (l/s) 651 304 478
𝑸𝑨𝑹 (l/s) 655 902 778
y 0,63 0,82 0,74
Assim, obtém-se um valor de y de, aproximadamente, 0,63, 0,82 e 0,74 do caudal médio de água
estritamente residual, respetivamente, para os períodos de Inverno, Verão e em termos médios
anuais. Tal indica que, no período noturno, circula 63%, 82% e 74% do caudal médio de água
estritamente residual, respetivamente, para os períodos de Inverno, Verão e em termos médios
anuais.
Desta forma, através dos registos de caudais totais e considerando o parâmetro y obtido, é possível
obter a separação hidrográfica do caudal, isto é, a determinação dos componentes do caudal, para
uma dada bacia de drenagem com características semelhantes à da bacia em estudo. Isto porque,
permite determinar o caudal médio de infiltração (𝑄𝑖𝑛𝑓 ) e o caudal média de água estritamente
residual (𝑄𝐴𝑅 ), através de um sistema de duas equações a duas incógnitas, segundo as equações 6.4
e 6.5, onde são conhecidos o caudal médio total (𝑄𝑇 ), o caudal médio mínimo noturno (𝑄𝑛𝑜𝑡𝑢𝑟𝑛𝑜
𝑚𝑖𝑛 ) e o
parâmetro y.
𝑄𝑇 = 𝑄𝑖𝑛𝑓
+ 𝑄𝐴𝑅 (6.4)
𝑄𝑛𝑜𝑡𝑢𝑟𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛 = 𝑄𝑖𝑛𝑓
+ y𝑄𝐴𝑅 (6.5)
Assim, com base nos resultados obtidos poder-se-á admitir um intervalo de valores de y admissíveis,
dependendo das dimensões e complexidade do sistema de drenagem em questão. Desta forma,
sugere-se o intervalo de 0 ≤ y ≤ 1, onde o extremo inferior (y=0) seria para redes de drenagem
pequenas, com aglomerados de pequena dimensão e com padrões de consumo inferiores a 24h,
enquanto o valor máximo (y=1) pode ser associado a redes de grande dimensão, com tempos de
percurso na ordem das 4h ou superior, como é o caso da Zona Alta da bacia de Alcântara.
Importa referir que o método dos isótopos estáveis permitiu avaliar os caudais de infiltração na rede
de drenagem da Zona Alta da bacia de Alcântara mas também calibrar o valor de y para que, na falta
de dados ou meios para aplicar o método dos isótopos estáveis, as entidades gestoras possam
recorrer a esta abordagem simples e com exigência de poucos dados, em vez de adotar
metodologias convencionais com um elevado grau de incerteza. Reconhece-se que esta abordagem
também possui incertezas associadas (nomeadamente, no momento de atribuição de uma valor y
para a bacia em estudo), no entanto, dado que foi estimado com base nos resultados da aplicação do
método dos isótopos estáveis, e admitindo que estes são credíveis, poderá ser uma alternativa a
metodologias convencionais.
89
6.6.5 Análise da fiabilidade dos resultados
A análise da incerteza constitui uma etapa importante no processo de avaliação de infiltração na rede
de drenagem urbana, pois permite validar os resultados obtidos e averiguar a fiabilidade dos
mesmos. Na abordagem metodológica adotada, na presente dissertação, para avaliar a infiltração
nos sistemas de drenagem urbana da Zona Alta da bacia de Alcântara é possível identificar algumas
fontes de erro.
Aquando a análise das razões isotópicas das amostras recolhidas nas duas campanhas de
amostragem realizadas, verificou-se que estes valores são muito próximos, implicando que pequenas
variações de δ18O podem conduzir a grandes variações no valor de 𝑏. Segundo o SIIAF, o erro
associado à análise isotópica em laboratório foi, neste caso, de 0.07‰. De facto, uma margem de
erro associada a cada medição de δT é suficiente para provocar uma variação de cerca de 7% no
valor do parâmetro 𝑏.
Acrescem também os erros associados ao desconhecimento que ainda existe em relação à análise
isotópica. A campanha de Verão 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 6.5) 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 4ºC, uma vez que os dias de campanha foram marcados por temperaturas exteriores
elevadas. No entanto, segundo informações do 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, o que não foi o caso. Como foi referido, o erro da análise da razão em laboratório também
influencia significativamente o cálculo do fator de infiltração. Com a campanha de Inverno, foi possível
adquirir mais experiência de trabalho de campo, ultrapassando algumas dificuldades sentidas na
primeira campanha e, possivelmente, reduzindo alguns erros associados à amostragem.
Analisando a Figura 4.7 relativa à incerteza do método dos isótopos estáveis de oxigénio, de acordo
com os resultados obtidos, admite-se que os resultados obtidos em termos de razão isotópica para
ambos os períodos estudados se situam na curva de 1‰ (da diferença entre δinf - δAR), situada a meio
do gráfico, dado que, para o período de Verão, a diferença entre os valores médios de δinf e δAR é de
0,96‰ e, no caso do período de Inverno, essa diferença corresponde a 0,99‰. Ao estimar o Δb
através da referida figura (considerando as frações de infiltração estimadas para os períodos de
Verão e Inverno, obtêm-se os valores aproximados de 13% e 12%, respetivamente para o período de
Verão e Inverno, idênticos aos valores obtidos no projeto.
Tal como já foi referido anteriormente, seria desejável, aquando as campanhas de amostragem,
efetuar recolhas horárias, de forma a obter uma maior cobertura dos caudais de infiltração. No
entanto, por questões essencialmente logísticas, tal não foi possível, havendo, de facto, alguma
irregularidade horária das recolhas, no caso da campanha de Verão, sendo que na campanha de
Inverno esse aspeto foi melhorado. Acrescenta-se ainda o facto de, em ambas os períodos
90
considerados, há horas do dia em que se conhecem dois valores de δ18O (ver, por exemplo, Anexo
III). Assim, a média dos caudais de infiltração estimados não descreve a infiltração média diária de
cada período estudado, mas apenas a média dos valores de caudal de infiltração correspondentes a
cada amostra. No entanto, admite-se que, na falta de dados que permitam uma estimativa melhor, os
valores de caudal de infiltração estimados podem ser adotados como valores de referência para a
infiltração média no respetivo período (Verão e Inverno) na secção CANETAR.
Refira-se ainda um fenómeno observado que não era expectável, isto é, a variação temporal e
espacial do caudal de infiltração. Ao admitir um valor de referência constante da razão isotópica para
a água potável (representante da água estritamente residual) e para a água freática (associada à
água de infiltração) surge um erro associado.
Outro aspeto crucial diz respeito à imprevisibilidade das descargas de caudais industriais, bem como
as afluências indevidas, como as descargas não licenciadas/não autorizadas. Além disso, tendo em
conta que o Caneiro de Alcântara era, outrora, uma ribeira natural, chegam a ele diversos cursos de
água que foram canalizados, contabilizados como caudal infiltrado.
Importa referir que, os valores utilizados referentes ao caudal total que circula na rede correspondem
a registos reais (embora não exatamente na secção do caneiro de Alcântara) de caudal, o que
diminui a incerteza associada à determinação dos caudais de infiltração face a outras metodologias
que recorrem a estimativas do caudal de águas residuais.
Em suma, apesar de se reconhecer a existência de algumas incertezas e erros associados ao
método, considera-se que apresentam uma credibilidade superior ou muito superior àquela que se
pode assumir recorrendo a valores de referência de estudos teórico-práticos levados a cabo noutras
regiões, fora de Portugal, dado que os valores apresentados se baseiam em informação local de
campo, com credibilidade superior ou muito superior.
6.6.6 Análise crítica das afluências
O método dos isótopos estáveis é aplicado em tempo seco na tentativa de garantir que apenas
circula nos coletores da rede de drenagem o caudal estritamente residual e o caudal de infiltração de
água subterrânea. No entanto, não é possível assegurar que não existe outro tipo de componente do
caudal, como descargas não licenciadas/não autorizadas ou drenos de caves de água subterrânea,
tal como foi referido.
Além disso, relativamente à variabilidade temporal e espacial dos valores das razões isotópicas da
água de infiltração, este resultado vem contrariar o que se encontra exposto em Metcalf & Eddy
(2003), onde se refere que a infiltração de águas subterrâneas deveria ser aproximadamente
constante ao longo do tempo. 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 (drenagem de caves, por exemplo), ou a outras descargas por bombagem de
origem desconhecida. Neste caso, como os valores obtidos se reportam a dias de tempo seco,
pensa-se que não terão ocorrido variações significativas na posição do nível freático. Dadas as
características geométricas do caneiro de Alcântara, também não se espera que a variação do nível
91
de água no caneiro tenha tido uma influência relevante. Não obstante, o caudal de infiltração que aflui
à secção CANETAR pode ser descarregado nos coletores em qualquer secção do sistema, pelo que
é difícil, sem proceder a um trabalho de análise detalhada, explicar essas diferenças e detetar outro
tipo de afluência. No entanto, as descargas de drenos de caves de águas subterrâneas constitui uma
justificação plausível para explicar a variação do caudal de infiltração ao longo do dia.
92
7 Conclusões e perspetivas de trabalhos futuros
A presente dissertação foi realizada com o objetivo principal de contribuir para a estimativa de
caudais de infiltração em sistemas de águas residuais, recorrendo, para tal, ao método dos isótopos
estáveis de oxigénio. Este método, descrito em De Bénéditis & Bertrand-Krajewski (2004a) utiliza
uma característica intrínseca e conservativa das origens da água residual de forma a determinar os
caudais de infiltração, sendo ela a razão isotópica δ18O. O método dos isótopos estáveis de oxigénio
foi aplicado à Zona Alta da bacia de Alcântara nos períodos de Verão 2013 e de Inverno 2014 de
forma a considerar a variação sazonal do nível freático. Pretendeu-se ainda estimar indicadores de
infiltração com base nas características da bacia de drenagem em estudo, assim como, analisar o
método dos isótopos estáveis de oxigénio, através da comparação com valores de referência e com
outras metodologias.
A aplicação do método dos isótopos exige, para além de dados de caudal e informação de
precipitação, campanhas de amostragem a fim de efetuar medições pontuais da razão isotópica em
diversos locais da bacia, ao longo de vários dias. A realização de trabalhos de campo, com recolha
de amostras, requer a disponibilidade de materiais e recursos humanos com algum grau de
especialização. Além disso, o facto de o método ser aplicado em tempo seco, torna condicionante a
seleção dos dias a realizar a campanha de amostragem, dado que esta depende das condições
climáticas e o seu grau de imprevisibilidade dificulta a logística do método. Adicionalmente, como a
análise da razão δ18O não constitui uma prática comum, foi necessário recorrer a laboratórios
especializados específicos, neste caso o SIIAF (“Stable Isotopes and Instrumental Analysis Facility”)
da Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa (FC-UL), o que também condiciona, em parte, a
logística para aplicação do método. Além disso, o método é apenas aplicável quando a origem da
água de abastecimento é distinta das massas de água subterrânea existentes na envolvência, o que
se verifica na Zona Alta da bacia de Alcântara, de acordo com a caracterização do caso de estudo.
A aplicação do método dos isótopos estáveis conduziu a estimativas de caudais médios de infiltração
na Zona Alta da bacia de Alcântara, em tempo seco, de cerca de 304 l/s (26% do caudal médio total)
durante o Verão e aproximadamente 651 l/s (50% do caudal médio total) no período de Inverno. Em
termos de balanço anual, estima-se que o caudal de infiltração corresponde a cerca de 480l/s, o que
traduz numa fração de, aproximadamente, 38% do caudal médio total. Mais ainda, acredita-se que
mesmo em anos muito secos, a proporção da infiltração relativamente ao caudal total não desça
abaixo de 30%, admitindo que em anos húmidos essa percentagem não seja superior a 50%.
Em termos dos indicadores de infiltração, estimou-se um caudal médio anual unitário de infiltração na
bacia em estudo de cerca de 1.0 l/(s.km), em que, de acordo com as estimativas realizadas, a
infiltração nas câmaras de visita representa 4% do caudal médio anual de infiltração. Relativamente
ao caudal específico, obteve-se o valor de 1,6m3/dia cm∅.km no balanço médio anual. Além disso,
obteve um valor médio anual de, aproximadamente, 0,3 l/(s.haai) para o caudal de infiltração por
unidade de área impermeável da bacia. Assim, consideram-se os valores obtidos consistentes e
93
credíveis, sobretudo quando comparados com valores de bibliografia, retirados de outros casos de
estudo, fora de Portugal.
Com os caudais de infiltração obtidos no caso de estudo da presente dissertação foi feita uma análise
comparativa com valores de referência encontrados na literatura, nomeadamente, regulamentares e
obtidos em casos de estudo no Estrangeiro. Tais caudais, referidos no parágrafo anterior,
enquadram-se no disposto no Decreto Regulamentar nº 23/95, assim como partilham alguma
concordância com os resultados obtidos nos casos de estudo do projeto europeu de investigação
APUSS (do termo original em inglês, Assessing Infiltration and Exfiltration on the Performance of
Urban Sewer Systems) onde foi aplicado o método dos isótopos estáveis.
No âmbito da análise comparativa, confrontou-se os resultados desta dissertação com outras
metodologias, nomeadamente, com o método do caudal noturno e com uma metodologia AdP. Desta
análise considera-se que o trabalho de campo constitui uma etapa essencial para a determinação dos
caudais de infiltração, o que não se verifica nos dois métodos referidos. A experiência e
conhecimentos adquiridos com o trabalho de campo vêm reduzir algumas incertezas associadas a
estimativas baseadas na literatura ou em outros casos de estudo e permitem sustentar de forma
racional opções de reabilitação e expansão das infraestruturas existentes.
Na presente dissertação, com base nos caudais de infiltração obtidos, estimou-se um fator de água
estritamente residual que contribui para o caudal mínimo noturno, tendo obtido um valor de 0,74 em
termos médios anuais. Este fator poderá constituir um contributo às Entidades Gestoras na falta de
recursos para determinar a contribuição da infiltração, sendo que se admite que poderá corresponder
a valores entre 0 e 1, para, respetivamente, para bacias de pequena e grande dimensão.
Em síntese, releva-se a falta de informação e investigação neste domínio em Portugal, sendo que
esta dissertação constitui um contributo para o efeito. Noutros países, nomeadamente na França e
Alemanha, tem sido feito um esforço no sentido de estudar a infiltração nos sistemas de drenagem
urbana. Como já foi referido, a reduzida informação na área pode implicar a recorrência a métodos
convencionais com um grau de incerteza elevado, podendo conduzir a sobrestimações dos caudais
de precipitação e, consequentemente, elevados encargos associados.
Relativamente às perspetivas de trabalho futuro, considera-se que o método dos isótopos pode ser
utilizado para calibração de outras metodologias que exijam menos recursos ou que disponham de
uma maior facilidade de acesso à informação necessária, como o método das séries temporais de
cargas de poluentes, obtendo, assim, resultados mais fiáveis. Mais ainda, em situações de reduzida
disponibilidade de recursos, admite-se que os resultados obtidos neste projeto, em termos de frações
de infiltração, poderão ser usados como valores de referência para bacias com características e
dimensões semelhantes à da Zona Alta da bacia de Alcântara. No entanto, havendo possibilidades,
sugere-se que o método em estudo seja aplicado noutros sistemas em Portugal, de forma a averiguar
a qualidade das estimativas ao nível de projeto.
94
A aplicação do método dos isótopos estáveis poderá abrir oportunidades para outras abordagens.
Seria interessante desenvolver um modelo de simulação hidráulico da bacia estudada a partir dos
caudais de infiltração obtidos, de forma a prever a magnitude da infiltração face a diversas condições,
nomeadamente, de precipitação, dimensão da bacia, características da rede, entre outras. Em
modelos de simulação complexos poder-se-á utilizar os resultados obtidos para calibração. Poderá
ser ainda estudada a possibilidade do uso de outros indicadores, para além da razão isotópica,
nomeadamente, a CQO, a condutividade ou a temperatura.
Importa ainda salientar que, após conhecidos os caudais de infiltração na bacia, se devem adotar, em
regra, medidas de forma a minimizar a infiltração nas zonas mais críticas, desenvolvendo um plano
de reabilitação das infraestruturas de drenagem, com vista a verificar o desempenho das
infraestruturas.
95
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I
ANEXO I. CALENDARIZAÇÃO DAS CAMPANHAS DE AMOSTRAGEM DE VERÃO E INVERNO
Quadro Anexo I-1: Calendarização da Campanha de Amostragem de Verão (22, 23 e 24 de Julho de 2013)
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
6:00 CANETAR
6:15 CANETAR
7:00 CANETAR
7:15 CANETAR
8:00 AF1 AF1
8:15 AF2 AF2
8:30 AF3 AP1
8:45 AP1
9:15 AP2 AP2
9:30 CANETAR CANETAR
10:00 AF1 AF1
10:15 AF2 AF2
10:30 AP1 AP1
11:00 CANETAR CANETAR
11:15 AP2 AP2
12:00 AF1 AF1
12:15 AF2 AF2
12:30 AF3 AP1
12:45 AP1 AP2 AP2
14:00 CANETAR CANETAR
14:15 AP2 AP2
15:00 AF1 AF1
15:15 AF2 AF2
15:30 AP1 AP1
16:00 CANETAR CANETAR
16:15 AP2 AP2
16:30 Trazer amostras para o IST
17:00 AF1 AF1
AF2 AF2
AP1 AP1
Trazer amostras para o IST
Água residual Água potável Água freática
II
Quadro Anexo I-2: Calendarização da Campanha de Amostragem de Inverno (12, 13 e 14 de Março de 2014).
Equipa 1 Equipa 2
Dia 1 2 3 1 2 3 Data 12-Mar 13-Mar 14-Mar 12-Mar 13-Mar 14-Mar
5:00 CANETAR CANETAR
5:20 AP2 AP2
5:40 AP3 AP3
6:00 AF3, AP1
AF3, AP1
6:15
6:30 AF2 AF2
7:00 AF1 AF1
9:00 CANETAR CANETAR CANETAR
9:20 AP2 AP2 AP2
9:40 AP3 AP3 AP3
10:00 AF3, AP1 AF3, AP1 AF3, AP1
10:15
10:30 AF2 AF2 AF2
11:00 AF1 AF1 AF1
13:00 CANETAR CANETAR CANETAR
13:20 AP2 AP2 AP2
13:40 AP3 AP3 AP3
14:00 AF3, AP1 AF3, AP1 AF3, AP1
14:15
14:30 AF2 AF2 AF2
15:00 AF1 AF1 AF1
17:00 CANETAR CANETAR CANETAR
17:20 AP2 AP2
17:40 AP3 AP3
18:00 AF3, AP1
AF3, AP1
18:15
18:30 AF2 AF2
19:00 AF1 AF1
21:00 CANETAR CANETAR CANETAR
21:20 Trazer amostras para o IST Trazer amostras para o IST
Água residual
Água potável
Água freática
III
ANEXO II. PROCEDIMENTO DE RECOLHA DE AMOSTRAS PARA ANÁLISE DA RAZÃO
ISOTÓPICA δ18O DA ÁGUA
Quadro Anexo II-1: Procedimentos a adotar na recolha de amostras, em cada local. Adaptado de Matos et al.
(2014)
Origem de água Locais Procedimentos
Águas Residuais CANETAR
1. Retirar um certo volume de água.
2. 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).
5. 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 aproximadamente 4 ºC.
Água Freática AF1
(Verão),
AF2, AF3,
AF4
(Inverno)
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 a massa líquida.
Encher e esvaziar o balde três vezes antes de recolher a massa
líquida para amostra.
Água potável
AP1, AP2,
AP3
(Inverno)
O procedimento a adotar é o mesmo que nos casos anteriores.
No caso de a recolha ser feita em torneira, deve deixar-se correr água
durante alguns minutos (idealmente 15 min) antes de retirar para
amostragem.
IV
ANEXO III. MEDIÇÕES E RESULTADOS DAS CAMPANHAS DE AMOSTRAGEM PARA ANÁLISE
DA RAZÃO ISOTÓPICA δ18O DA ÁGUA
Quadro Anexo III-1: Medições in situ e em laboratório (CQO e razão isotópica δ18O) da Campanha de Amostragem de Verão (22, 23 e 24 de Julho de 2013).
Data
Medições in situ Laboratório
T pH Condutividade OD ORP CQO
(ºC) (-) (mS/cm) (%) (mgO2/L) (mV) (mg(O2)/l) (‰)
CANETAR
22/07/2013 9:30 23,17 7,58 898 2,5 0,21 - 720 -3,80
22/07/2013 11:00 23,14 7,36 866 4,0 0,31 - 610 -5,40
22/07/2013 14:00 23,38 7,25 893 5,4 0,48 -126,40 740 -5,30
22/07/2013 16:00 23,37 7,13 877 2,8 0,24 -172,70 - -5,10
23/07/2013 5:00 22,39 7,23 851 10,0 0,87 -65,10 - -5,00
23/07/2013 6:00 22,28 7,23 784 14,0 1,24 -59,70 - -5,10
23/07/2013 7:00 22,20 7,26 782 6,2 2,28 -66,00 - -5,10
23/07/2013 9:30 23,08 7,56 899 2,5 0,21 -201,90 - -5,20
23/07/2013 11:00 23,34 7,54 920 1,9 0,16 -201,80 - -5,10
23/07/2013 14:00 23,26 7,19 870 5,5 0,48 -180,60 - -5,20
23/07/2013 16:00 23,31 7,23 884 2,1 0,18 -208,80 - -5,30
24/07/2013 5:00 22,52 7,32 797 10,8 0,91 -81,50 - -5,00
24/07/2013 6:00 22,47 7,22 767 2,5 0,22 -115,60 - -5,10
24/07/2013 7:00 22,32 7,33 756 17,4 1,50 -110,00 - -4,80
AF1
22/07/2013 9:55 21,36 7,75 573 40,9 3,59 -210,20 270 -5,30
22/07/2013 11:40 20,09 8,20 537 48,5 4,36 -248,70 573 -5,30
22/07/2013 14:13 20,25 7,96 505 38,1 3,42 -240,30 749 -5,50
22/07/2013 15:50 19,66 8,32 644 40,6 3,67 -227,40 - -5,20
23/07/2013 8:20 20,62 78,48 621 44,1 3,95 -227,70 460 -5,50
23/07/2013 9:40 20,58 8,51 496 47,9 4,29 -234,20 345 -5,60
23/07/2013 11:38 20,24 7,62 370 39,4 3,54 -220,10 518 -5,40
23/07/2013 14:30 19,93 8,25 509 41,2 3,74 -252,20 - -5,50
23/07/2013 16:07 19,89 7,89 410 46,3 4,26 -223,80 - -5,60
24/07/2013 8:45 20,01 8,44 687 43,5 3,93 -219,90 - -5,70
AF2
22/07/2013 10:40 19,65 7,87 709 93,7 8,47 -183,70 < 5 -4,30
22/07/2013 12:00 19,51 7,87 723 94,7 8,64 -179,40 <5 -4,20
22/07/2013 13:57 18,96 7,83 726 94,8 8,78 -208,50 5 -4,30
22/07/2013 16:15 18,95 7,74 719 86,3 8,04 -165,10 - -4,30
23/07/2013 8:46 18,86 7,77 701 94,2 8,74 -167,70 6 -4,50
23/07/2013 10:05 18,84 7,83 710 91,7 2,51 -175,40 7 -4,40
23/07/2013 12:05 18,83 7,77 716 92,1 8,55 -164,70 - -4,30
23/07/2013 14:50 18,86 7,75 723 89,2 8,27 -133,00 - -4,60
23/07/2013 16:30 18,95 7,72 725 93,4 8,65 -157,30 10 -4,50
V
Quadro Anexo III-1: Medições in situ e em laboratório (CQO e razão isotópica δ18O) da Campanha de Amostragem de Verão (22, 23 e 24 de Julho de 2013).
Data
Medições in situ Laboratório
T pH Condutividade OD ORP CQO
(ºC) (-) (mS/cm) (%) (mgO2/L) (mV) (mg(O2)/l) (‰)
24/07/2013 9:05 18,90 7,45 705 90,3 8,37 -157,40 - -4,40
AF3 22/07/2013 10:10 18,23 6,67 784 81,7 7,68 -131,60 - -4,40
22/07/2013 15:30 19,73 7,51 839 71,1 6,48 -176,40 - -4,30
AP1
22/07/2013 10:25 22,58 7,75 159 88,3 7,61 -191,20 - -5,30
22/07/2013 11:47 23,25 7,71 163 85,8 7,32 -184,40 - -5,50
22/07/2013 14:22 23,59 7,79 167 87,9 7,43 -215,50 - -5,50
22/07/2013 16:00 24,21 7,89 171 87,4 7,32 -197,70 - -5,40
23/07/2013 8:30 22,38 7,75 163 90,6 7,79 -190,40 - -5,40
23/07/2013 9:50 23,00 7,80 166 88,3 7,58 -192,60 - -5,60
23/07/2013 11:50 23,14 7,71 165 89,5 7,65 -184,60 - -5,60
23/07/2013 14:38 24,23 7,76 170 95,3 7,99 -210,80 - -5,50
23/07/2013 16:15 24,40 7,77 171 90,1 7,52 -194,00 - -5,50
24/07/2013 8:55 22,95 7,72 165 89,8 7,70 -194,60 - -5,70
AP2
22/07/2013 9:15 - - - - - - - -5,00
22/07/2013 11:00 24,78 7,25 350 47,9 3,98 - - -5,00
22/07/2013 12:45 25,25 7,74 344 81,6 6,69 - - -5,00
22/07/2013 14:00 25,03 7,69 346 82,0 6,80 -206,00 - -5,10
22/07/2013 16:00 24,90 7,74 344 85,5 7,00 -291,00 - -5,00
23/07/2013 9:30 24,54 7,75 344 31,0 6,70 -83,20 - -5,30
23/07/2013 11:00 24,57 7,73 340 86,0 7,06 -168,00 - -5,50
23/07/2013 12:45 24,70 7,77 342 86,4 7,02 -126,00 - -5,20
23/07/2013 14:00 24,80 7,74 345 92,0 7,50 -226,00 - -5,30
23/07/2013 16:00 25,05 7,77 349 88,0 7,22 -303,20 - -5,10
Quadro Anexo III-2: Medições in situ e em laboratório (razão isotópica δ18O) da Campanha de Amostragem de Inverno (12, 13 e 14 de Julho de 2014).
Data
Medições in situ Laboratório
T pH Condutividade OD ORP δ18O
(ºC) (-) (mS/cm) (%) (mgO2/L) (mV) (‰)
CANETAR
12/03/2014 05:00 16,99 7,58 - 54,80 5,29 48,00 -4,24
12/03/2014 09:00 18,73 8,01 - 20,40 1,90 37,60 -4,49
12/03/2014 13:00 18,73 7,30 - 15,50 1,44 -158,30 -4,49
12/03/2014 17:00 - 7,45 1,083 32,50 3,04 11,80 -4,5
12/03/2014 21:00 - 7,65 1,004 29,00 2,74 27,50 -4,51
13/03/2014 09:00 18,80 7,96 0,996 20,30 1,88 27,65 -4,45
13/03/2014 13:00 15,27 7,60 - - 10,12 136,70 -4,44
13/03/2014 17:00 18,76 7,49 1,017 35,60 3,31 50,10 -4,61
14/03/2014 05:00 17,99 7,64 0,976 57,60 5,45 59,60 -4,26
14/03/2014 09:00 18,75 8,05 0,978 17,70 1,65 82,90 -4,6
14/03/2014 13:00 18,88 7,71 0,969 30,35 2,81 69,95 -4,51
14/03/2014 17:00 18,88 7,58 1,007 38,70 3,40 56,40 -4,49
14/03/2014 21:00 18,34 7,72 1,059 27,85 2,58 82,60 -4,55
AF2
12/03/2014 06:30 17,55 7,69 - - 15,88 1,00 -4,2
12/03/2014 10:32 18,02 7,96 - - 17,25 -2,40 -4,14
12/03/2014 14:50 18,33 7,69 0,765 - - -47,00 -4,15
12/03/2014 18:30 18,20 7,76 0,762 - - -7,00 -4,22
VI
Quadro Anexo III-2: Medições in situ e em laboratório (razão isotópica δ18O) da Campanha de Amostragem de Inverno (12, 13 e 14 de Julho de 2014).
Data
Medições in situ Laboratório
T pH Condutividade OD ORP δ18O
(ºC) (-) (mS/cm) (%) (mgO2/L) (mV) (‰)
13/03/2014 10:41 18,38 7,79 0,77 82,50 7,52 -46,50 -4,18
13/03/2014 14:30 18,49 7,67 0,773 76,10 7,07 -21,50 -4,22
14/03/2014 06:20 17,52 7,87 0,861 - 12,23 -4,60 -4,11
14/03/2014 10:00 17,97 7,98 0,875 - 17,64 -18,00 -4,14
14/03/2014 14:30 18,37 7,76 0,771 81,70 7,53 -19,60 -4,07
14/03/2014 18:30 18,13 7,70 0,76 77,00 7,12 -2,40 -4,21
AF3
12/03/2014 06:15 14,71 7,35 - - 9,34 6,70 -3,91
12/03/2014 10:10 17,35 7,48 - - 12,70 -1,30 -3,95
12/03/2014 14:30 15,70 7,62 0,851 - - -49,90 -3,77
12/03/2014 18:13 15,63 7,73 0,79 - - -4,00 -3,85
13/03/2014 10:21 17,49 7,53 0,85 73,50 6,96 -34,00 -3,75
13/03/2014 14:11 17,73 7,57 0,862 70,10 6,66 -34,90 -3,64
14/03/2014 06:15 16,90 7,51 0,954 - 11,77 8,50 -3,81
14/03/2014 09:30 17,21 7,53 0,97 - 13,56 6,90 -3,69
14/03/2014 14:15 16,89 7,49 0,803 93,00 8,51 2,70 -3,75
14/03/2014 18:15 16,93 7,57 0,84 71,60 6,88 -1,30 -3,82
AF4
12/03/2014 07:00 16,50 7,55 - - 7,87 -16,60 -4,19
12/03/2014 11:00 16,76 7,87 - - 11,11 -37,80 -3,88
12/03/2014 15:05 17,26 7,58 1,035 - - -48,00 -4,15
12/03/2014 18:50 16,75 7,73 1,017 - - -3,90 -3,98
13/03/2014 10:55 16,96 7,75 1,03 74,00 6,82 -52,30 -4,08
13/03/2014 14:52 17,55 7,69 1,048 63,70 6,07 -44,70 -4,01
14/03/2014 06:30 16,29 7,81 1,187 - 17,61 1,00 -3,87
14/03/2014 10:30 16,50 7,76 1,194 - 14,82 -6,20 -3,8
14/03/2014 15:00 17,30 7,54 1,038 90,00 8,30 -22,80 -4
14/03/2014 19:00 16,33 7,65 1,011 62,20 6,07 -21,70 -3,93
AP2
12/03/2014 05:00 20,30 8,07 - - 8,65 83,30 -4,85
12/03/2014 09:00 20,36 8,13 - - 7,90 160,00 -4,89
12/03/2014 13:00 20,5 8,10 - - 7,30 - -4,87
12/03/2014 17:15 - - - - - - -4,96
13/03/2014 09:00 19,79 8,12 0,474 85,00 7,76 203,50 -4,78
13/03/2014 13:15 17,71 8,14 0,518 79,20 7,51 230,00 -4,87
14/03/2014 05:00 20,34 8,17 0,52 86,35 7,80 234,50 -4,78
14/03/2014 09:00 19,29 8,15 0,52 85,10 7,91 257,50 -4,83
14/03/2014 13:20 16,93 8,09 0,515 84,15 8,14 346,15 -4,76
14/03/2014 17:20 18,55 8,13 0,516 76,50 7,22 270,30 -4,73
AP3
12/03/2014 05:40 13,86 8,10 - - 157,00 -42,70 -5,17
12/03/2014 09:40 14,42 8,25 - - 18,60 2,20 -5,12
12/03/2014 13:48 14,60 7,90 0,103 - - -31,00 -4,99
12/03/2014 17:40 16,82 8,02 0,108 - - -21,40 -5,08
13/03/2014 09:50 14,29 8,22 0,106 99,60 9,94 -48,50 -5,07
13/03/2014 13:36 14,89 7,91 0,106 - 10,30 -47,50 -4,98
14/03/2014 05:30 12,77 8,57 0,143 - 16,37 -16,10 -5,07
14/03/2014 09:20 14,28 8,37 0,142 - 19,42 -16,10 -4,93
14/03/2014 13:40 14,62 8,10 0,104 100,00 10,04 -13,60 -4,99
14/03/2014 17:40 21,10 7,76 0,12 96,70 8,32 -3,30 -5,03
VII
Quadro Anexo III-3: Valores médios das razões isotópicas das amostras de água potável (δAR) e água freática
(δinf); razões isotópicas de cada amostra de água residual total (δT), coeficiente b, respetivo erro relativo Δb e
critério Δb/b, para a 1ª e 2ª Campanhas de amostragem. Adaptado de Matos et al. (2014)
1ª Campanha (Verão 2013)
2ª Campanha (Inverno 2014)
Data δ18O (‰) b Δb Δb/b
Data δ18O (‰) b Δb Δb/b
δAR δinf δT (-) (-) (-)
δAR δinf δT (-) (-) (-)
22/7/2013 16:00 -5,34 -4,38 -5,08 0,26 0,13 0,50
12/3/2014 5:00 -4,97 -3,98 -4,24 0,74 0,13 0,17
23/7/2013 5:00 -5,34 -4,38 -5,04 0,31 0,13 0,42
12/3/2014 9:00 -4,97 -3,98 -4,49 0,48 0,12 0,26
23/7/2013 6:00 -5,34 -4,38 -5,09 0,26 0,13 0,52
12/3/2014 13:00 -4,97 -3,98 -4,49 0,48 0,12 0,26
23/7/2013 7:00 -5,34 -4,38 -5,08 0,27 0,13 0,50
12/3/2014 17:00 -4,97 -3,98 -4,50 0,47 0,12 0,26
23/7/2013 9:30 -5,34 -4,38 -5,20 0,14 0,14 0,97
12/3/2014 21:03 -4,97 -3,98 -4,51 0,47 0,12 0,27
23/7/2013 11:00 -5,34 -4,38 -5,15 0,20 0,14 0,68
13/3/2014 9:00 -4,97 -3,98 -4,45 0,53 0,12 0,23
23/7/2013 14:00 -5,34 -4,38 -5,19 0,15 0,14 0,92
13/3/2014 13:05 -4,97 -3,98 -4,44 0,54 0,12 0,23
24/7/2013 5:00 -5,34 -4,38 -5,02 0,33 0,13 0,39
13/3/2014 17:00 -4,97 -3,98 -4,61 0,37 0,13 0,34
24/7/2013 6:00 -5,34 -4,38 -5,15 0,20 0,14 0,68
14/3/2014 5:00 -4,97 -3,98 -4,26 0,72 0,13 0,18
24/7/2013 7:00 -5,34 -4,38 -4,83 0,53 0,13 0,24
14/3/2014 9:00 -4,97 -3,98 -4,60 0,37 0,13 0,34
14/3/2014 13:00 -4,97 -3,98 -4,51 0,47 0,12 0,27
14/3/2014 17:00 -4,97 -3,98 -4,49 0,49 0,12 0,26
14/3/2014 21:00 -4,97 -3,98 -4,55 0,43 0,12 0,29
VIII
Resultados das razões isotópicas por dia
Figura Anexa III-1: Razões isótópicas das amostras recolhidas na Campanha de Amostragem de Verão, nos dias 22 (à esquerda), 23 (no meio) e 24 (à direita) de Julho de
2013). Adaptado de Matos et al. (2014).
Figura Anexa III-2: Razões isótópicas das amostras recolhidas na Campanha Amostragen de Inverno, nos dias 12 (à esquerda), 13 (no meio) e 14 (à direita) de Março de
2014. Adaptado de Matos et al. (2014)
-6,0
-5,6
-5,2
-4,8
-4,4
-4,0
8:30 11:30 14:30 17:30
1
8O
(‰
)
Hora
22 de Julho, 2013
AP1 AP2 AF2 AF3 AR-ETAR
4:30 7:30 10:30 13:30 16:30Hora
23 de Julho, 2013
AP1 AP2 AF2 AR-ETAR
4:30 7:30 10:30Hora
24 de Julho, 2013
AP1 AF2 AR-ETAR
-5,5
-5,0
-4,5
-4,0
-3,5
3:00 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00
1
8O
(‰
)
Hora
12 de Março, 2014
7:00 10:00 13:00 16:00 19:00
Hora
13 de Março, 2014
3:00 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00
Hora
14 de Março, 2014
AP1
AP2
AP3
AF2
AF3
AF4
AR-ETAR
IX
Quadro Anexo III-1: Características cadastrais da rede de drenagem da Zona Alta da Bacia de Alcântara
(Concelho de Lisboa) e determinação do diâmetro equivalente e do diâmetro ponderado.
(continuação).
ANEXO IV. ELEMENTOS UTILIZADOS NA DETERMINAÇÃO DOS CAUDAIS DE INFILTRAÇÃO
UNITÁRIOS E ESPECÍFICOS
Quadro Anexo IV-1: Características cadastrais da rede de drenagem da Zona Alta da Bacia de Alcântara (Concelho de Lisboa) e determinação do diâmetro equivalente e do diâmetro ponderado.
Secção1 Secção2 Área da secção
Diâmetro equivalente
Diâmetro equivalente
Comprimento Comprimento D x C
mm mm mm2 mm cm m km cm x km
Secçõ
es c
ircu
lare
s
200 0 31415,93 200 20 31387,97 31,39 627,76
250 0 49087,39 250 25 13542,37 13,54 338,56
300 0 70685,83 300 30 22338,74 22,34 670,16
350 0 96211,28 350 35 1743,11 1,74 61,01
400 0 125663,7 400 40 34101,31 34,1 1364,05
450 0 159043,1 450 45 521,23 0,52 23,46
500 0 196349,5 500 50 12661,94 12,66 633,1
550 0 237582,9 550 55 73,88 0,07 4,06
600 0 282743,3 600 60 9994,77 9,99 599,69
700 0 384845,1 700 70 291,55 0,29 20,41
750 0 441786,5 750 75 1950,94 1,95 146,32
800 0 502654,8 800 80 2891,79 2,89 231,34
900 0 636172,5 900 90 608,65 0,61 54,78
1000 0 785398,2 1000 100 3401,56 3,4 340,16
1100 0 950331,8 1100 110 1083,54 1,08 119,19
1200 0 1130973 1200 120 1057,28 1,06 126,87
1300 0 1327323 1300 130 624,64 0,62 81,2
1500 0 1767146 1500 150 537,78 0,54 80,67
1600 0 2010619 1600 160 520,56 0,52 83,29
1700 0 2269801 1700 170 364,29 0,36 61,93
1800 0 2544690 1800 180 301,42 0,3 54,26
2000 0 3141593 2000 200 152,57 0,15 30,51
2500 0 4908739 2500 250 90,75 0,09 22,69
2900 0 6605199 2900 290 435,13 0,44 126,19
Oval/
ov
oid
e
300 400 94247,78 346,41 34,64 30,85 0,03 1,07
350 550 151189,2 438,75 43,87 90,02 0,09 3,95
400 500 157079,6 447,21 44,72 194,85 0,19 8,71
400 600 188495,6 489,9 48,99 457,5 0,46 22,41
400 750 235619,5 547,72 54,77 24,75 0,02 1,36
500 700 274889,4 591,61 59,16 135,31 0,14 8
500 1050 412334 724,57 72,46 20,91 0,02 1,52
550 800 345575,2 663,32 66,33 654,58 0,65 43,42
550 1000 431969 741,62 74,16 54,79 0,05 4,06
500 750 294524,3 612,37 61,24 1744,34 1,74 106,82
600 1000 471238,9 774,6 77,46 450,04 0,45 34,86
X
Quadro Anexo IV-1: Características cadastrais da rede de drenagem da Zona Alta da Bacia de Alcântara (Concelho de Lisboa) e determinação do diâmetro equivalente e do diâmetro ponderado.
Secção1 Secção2 Área da secção
Diâmetro equivalente
Diâmetro equivalente
Comprimento Comprimento D x C
mm mm mm2 mm cm m km cm x km
600 1200 565486,7 848,53 84,85 188,92 0,19 16,03
600 1400 659734,5 916,52 91,65 540,32 0,54 49,52
600 1100 518362,8 812,4 81,24 298,8 0,3 24,27
650 1000 510508,8 806,23 80,62 1551,27 1,55 125,07
650 1100 561559,7 845,58 84,56 101,79 0,1 8,61
650 1200 612610,6 883,18 88,32 419,08 0,42 37,01
600 550 259181,4 574,46 57,45 66,55 0,07 3,82
600 900 424115 734,85 73,48 5900,42 5,9 433,59
600 1150 541924,7 830,66 83,07 29,21 0,03 2,43
700 1000 549778,7 836,66 83,67 356,97 0,36 29,87
700 1050 577267,7 857,32 85,73 2207,3 2,21 189,24
700 1200 659734,5 916,52 91,65 4,49 0 0,41
750 1050 618501,1 887,41 88,74 797,58 0,8 70,78
750 1100 647953,5 908,3 90,83 388,8 0,39 35,31
750 1150 677405,9 928,71 92,87 238,59 0,24 22,16
700 1050 577267,7 857,32 85,73 586,62 0,59 50,29
800 1100 691150,4 938,08 93,81 127,67 0,13 11,98
800 1250 785398,2 1000 100 172,14 0,17 17,21
800 1400 879645,9 1058,3 105,83 801,71 0,8 84,85
800 1800 1130973 1200 120 80 0,08 9,6
800 1200 753982,2 979,8 97,98 8373,22 8,37 820,4
900 1300 918915,9 1081,67 108,17 105,97 0,11 11,46
900 1400 989601,7 1122,5 112,25 138,13 0,14 15,51
950 1300 969966,7 1111,31 111,13 24,88 0,02 2,77
900 1350 954258,8 1102,27 110,23 1329,59 1,33 146,56
1000 1200 942477,8 1095,45 109,54 95,55 0,1 10,47
1050 1450 1195769 1233,9 123,39 39,26 0,04 4,84
1050 1600 1319469 1296,15 129,61 64,31 0,06 8,34
1000 1050 824668,1 1024,7 102,47 51,3 0,05 5,26
1000 1350 1060288 1161,9 116,19 92,04 0,09 10,69
1000 1400 1099557 1183,22 118,32 230,97 0,23 27,33
1000 1450 1138827 1204,16 120,42 69,84 0,07 8,41
1000 1500 1178097 1224,74 122,47 10020,96 10,02 1227,31
1150 1650 1490293 1377,5 137,75 45,87 0,05 6,32
1150 1750 1580614 1418,63 141,86 103,44 0,1 14,67
1100 1650 1425498 1347,22 134,72 903,45 0,9 121,71
1200 1700 1602212 1428,29 142,83 76,17 0,08 10,88
1200 1800 1696460 1469,69 146,97 12246,89 12,25 1799,92
1200 1350 1272345 1272,79 127,28 58,86 0,06 7,49
1300 1950 1990984 1592,17 159,22 528,77 0,53 84,19
1300 2000 2042035 1612,45 161,25 256,63 0,26 41,38
1300 2100 2144137 1652,27 165,23 84,84 0,08 14,02
1350 2100 2226604 1683,75 168,37 61,7 0,06 10,39
1300 1200 1225221 1249 124,9 94,63 0,09 11,82
1500 1900 2238385 1688,19 168,82 69,63 0,07 11,75
XI
Quadro Anexo IV-1: Características cadastrais da rede de drenagem da Zona Alta da Bacia de Alcântara (Concelho de Lisboa) e determinação do diâmetro equivalente e do diâmetro ponderado.
Secção1 Secção2 Área da secção
Diâmetro equivalente
Diâmetro equivalente
Comprimento Comprimento D x C
mm mm mm2 mm cm m km cm x km
1500 1950 2297290 1710,26 171,03 115,12 0,12 19,69
1500 1800 2120575 1643,17 164,32 370,07 0,37 60,81
1500 1850 2179480 1665,83 166,58 21,8 0,02 3,63
1650 2150 2786200 1883,48 188,35 109,32 0,11 20,59
1700 1400 1869248 1542,72 154,27 117,58 0,12 18,14
1700 2000 2670354 1843,91 184,39 282,3 0,28 52,05
1700 2350 3137666 1998,75 199,87 115,62 0,12 23,11
1800 2400 3392920 2078,46 207,85 749,41 0,75 155,76
1850 2100 3051272 1971,04 197,1 131,89 0,13 26
1800 2000 2827433 1897,37 189,74 621,52 0,62 117,92
1800 2150 3039491 1967,23 196,72 74,76 0,07 14,71
1800 2250 3180863 2012,46 201,25 36,13 0,04 7,27
1800 2300 3251548 2034,7 203,47 141,98 0,14 28,89
1800 2450 3463606 2100 210 68,15 0,07 14,31
1800 2700 3817035 2204,54 220,45 93,89 0,09 20,7
1900 2100 3133739 1997,5 199,75 197,46 0,2 39,44
2050 2150 3461642 2099,4 209,94 72,4 0,07 15,2
2050 2200 3542146 2123,68 212,37 173,21 0,17 36,78
2050 2300 3703152 2171,41 217,14 317,86 0,32 69,02
2000 2150 3377212 2073,64 207,36 115,18 0,12 23,89
2000 2250 3534292 2121,32 212,13 628,41 0,63 133,31
2200 1600 2764602 1876,17 187,62 20,18 0,02 3,79
2300 2500 4516039 2397,92 239,79 321,74 0,32 77,15
2700 2950 6255696 2822,23 282,22 155,94 0,16 44,01
2700 3000 6361725 2846,05 284,6 172,06 0,17 48,97
2800 3100 6817256 2946,18 294,62 312,82 0,31 92,16
2800 3700 8136725 3218,7 321,87 49,6 0,05 15,96
2950 2150 4981388 2518,43 251,84 38,16 0,04 9,61
3400 3700 9880309 3546,83 354,68 667,62 0,67 236,79
Can
o a
ba
tid
o
1500 2650 3121958 1993,74 199,37 171,5 0,17 34,19
1850 1100 1598285 1426,53 142,65 80,07 0,08 11,42
2300 1450 2619303 1826,2 182,62 140,86 0,14 25,72
3000 1700 4005531 2258,32 225,83 76,55 0,08 17,29
3350 2300 6051493 2775,79 277,58 293,58 0,29 81,49
3700 2400 6974336 2979,93 297,99 80,35 0,08 23,94
3700 2500 7264933 3041,38 304,14 355,68 0,36 108,18
3800 2400 7162831 3019,93 301,99 447,9 0,45 135,26
4100 2600 8372344 3264,97 326,5 206,67 0,21 67,48
Cascõ
es
250 300 75000 309,02 30,9 150,81 0,15 4,66
350 350 122500 394,93 39,49 16,4 0,02 0,65
300 400 120000 390,88 39,09 179,76 0,18 7,03
400 400 160000 451,35 45,14 84,39 0,08 3,81
450 450 202500 507,77 50,78 65,39 0,07 3,32
450 600 270000 586,32 58,63 98,99 0,1 5,8
400 600 240000 552,79 55,28 123,86 0,12 6,85
XII
Quadro Anexo IV-1: Características cadastrais da rede de drenagem da Zona Alta da Bacia de Alcântara (Concelho de Lisboa) e determinação do diâmetro equivalente e do diâmetro ponderado.
Secção1 Secção2 Área da secção
Diâmetro equivalente
Diâmetro equivalente
Comprimento Comprimento D x C
mm mm mm2 mm cm m km cm x km
500 500 250000 564,19 56,42 133,7 0,13 7,54
500 600 300000 618,04 61,8 149,9 0,15 9,26
500 700 350000 667,56 66,76 46,9 0,05 3,13
650 1100 715000 954,13 95,41 77,58 0,08 7,4
700 700 490000 789,87 78,99 149,42 0,15 11,8
700 1050 735000 967,38 96,74 31,35 0,03 3,03
1250 1150 1437500 1352,88 135,29 67,14 0,07 9,08
Recta
ng
ula
r 800 2000 1600000 1427,3 142,73 219,83 0,22 31,38
1550 2050 3177500 2011,4 201,14 97,15 0,1 19,54
3750 2250 8437500 3277,65 327,76 405,28 0,41 132,84
4450 3000 13350000 4122,83 412,28 249,49 0,25 102,86
Can
eir
o
4000 0 12566371 4000 400 6714,47 6,71 2685,79
XIII
Quadro Anexo IV-2: Características cadastrais da rede de drenagem da Zona Alta da Bacia de Alcântara (Concelho de Amadora, Falagueira) e determinação do diâmetro equivalente e do diâmetro ponderado.
Secção1 Secção2 Área da secção
Diâmetro equivalente
Diâmetro equivalente
Comprimento Comprimento D x C
mm mm mm2 mm cm m km cm x km
Cir
cu
lar
200 0 31415,93 200 20 96568,2 96,57 1931,36
250 0 49087,39 250 25 6665,9 6,67 166,65
300 0 70685,83 300 30 23443,9 23,44 703,32
315 0 77931,13 315 31,5 431,9 0,43 13,60
350 0 96211,28 350 35 600,3 0,60 21,01
400 0 125663,71 400 40 7495,5 7,50 299,82
500 0 196349,54 500 50 8825,2 8,83 441,26
600 0 282743,34 600 60 1920,6 1,92 115,24
700 0 384845,1 700 70 2272,5 2,27 159,08
800 0 502654,82 800 80 1229,9 1,23 98,39
900 0 636172,51 900 90 1559,8 1,56 140,38
1000 0 785398,16 1000 100 2668,5 2,67 266,85
1100 0 950331,78 1100 110 669,2 0,67 73,61
1200 0 1130973,36 1200 120 1235,4 1,24 148,25
1300 0 1327322,9 1300 130 166,3 0,17 21,62
1500 0 1767145,87 1500 150 624,6 0,62 93,69
1600 0 2010619,3 1600 160 24,1 0,02 3,86
1700 0 2269800,69 1700 170 533,5 0,53 90,70
1800 0 2544690,05 1800 180 763,6 0,76 137,45
1900 0 2835287,37 1900 190 418,1 0,42 79,44
2500 0 4908738,52 2500 250 7,7 0,01 1,93
Oval/
ov
oid
e
800 1200 753982,24 979,8 97,98 156,4 0,16 15,32
Recta
ng
ula
r
800 800 640000 902,7 90,27 42,7 0,04 3,85
800 1000 800000 1009,25 100,93 104,1 0,10 10,51
800 1800 1440000 1354,06 135,41 13,9 0,01 1,88
1000 1000 1000000 1128,38 112,84 79,1 0,08 8,93
1300 1500 1950000 1575,7 157,57 101 0,10 15,91
2000 2000 4000000 2256,76 225,68 20,9 0,02 4,72
XIV
Quadro Anexo IV-3: Características cadastrais da rede de drenagem da Zona Alta da Bacia de Alcântara
(Concelho de Amadora, Damaia) e determinação do diâmetro equivalente e do diâmetro ponderado.
Secção1 Secção2
Área da secção
Diâmetro equivalente
Diâmetro equivalente
Comprimento Comprimento D x C
mm mm mm2 mm cm m km cm x km
Cir
cu
lar
200 0 31415,93 200 20 44146,7 44,15 882,93
250 0 49087,39 250 25 503,7 0,5 12,59
300 0 70685,83 300 30 8066,1 8,07 241,98
400 0 125663,71 400 40 2726,4 2,73 109,06
500 0 196349,54 500 50 2932,1 2,93 146,61
600 0 282743,34 600 60 1528,5 1,53 91,71
700 0 384845,1 700 70 1697,5 1,7 118,83
800 0 502654,82 800 80 785,2 0,79 62,82
900 0 636172,51 900 90 64,6 0,06 5,81
1000 0 785398,16 1000 100 1550,6 1,55 155,06
1200 0 1130973,4 1200 120 605 0,61 72,6
1500 0 1767145,9 1500 150 1009,6 1,01 151,44
1800 0 2544690,1 1800 180 1137,9 1,14 204,82
2000 0 3141592,7 2000 200 31,4 0,03 6,28
Oval/
ov
oid
e
2000 1500 2356194,5 1732,05 173,21 53,3 0,05 9,23
Recta
ng
ula
r 1000 1000 1000000 1128,38 112,84 179,9 0,18 20,3
2000 1300 2600000 1819,46 181,95 83,3 0,08 15,16
2000 1000 2000000 1595,77 159,58 60,9 0,06 9,72
1800 1200 2160000 1658,37 165,84 44,5 0,04 7,38
XV
ANEXO V. DETERMINAÇÃO DOS CAUDAIS DE INFILTRAÇÃO ATRAVÉS DA METODOLOGIA
ADP.
A metodologia que se segue foi proposta por Águas de Lisboa e Vale do Tejo, SA, e permite
quantificar os volumes de águas residuais afluentes às infraestruturas do sistema multimunicipal.
Importa referir que, para estimar o caudal de infiltração a partir desta metodologia, recorreu-se ao
inventário de comprimentos dos troços e respetivos diâmetros realizado quando a determinação da
infiltração específica e unitária (Anexo IV).
Esta metodologia é baseada na expressão seguinte (Equação V.1):
𝑉𝑑𝑖𝑎 = 0.2 × 0.048 × K × [L × P + N × A] (V.1)
Onde: Vdia corresponde ao volume diário de infiltração (m3/dia); o parâmetro 0.2 (l/m2) corresponde a
uma constante; o valor 0.048 diz respeito a um fator de conversão (de l/m2 para m3/dia); K
corresponde a uma constante, dependente da idade e posição do coletor em relação ao nível freático;
L é a extensão do sistema intercetor em “alta” (m); P é o perímetro molhado; N diz respeito ao
número de câmaras de visita em análise e A é a área molhada da câmara de visita (m3).
Os valores da constante K propostos pela metodologia podem ser consultados em seguida, no
Quadro Anexo V-1.
Quadro Anexo V-1: Valores de K de acordo com o período do ano, idade das infraestruturas e posição das
mesmas face ao nível freático (Águas de Lisboa e Vale do Tejo, SA).
Posição dos Intercetores e
Emissários
Período entre Novembro e Abril
(Inverno)
Período entre Maio e Outubro
(Verão)
Idade da infraestrutura Idade da infraestrutura
Até 15 anos Mais de 15 anos Até 15 anos Mais de 15 anos
Submerso 8 8 8 8
Influenciado pelo nível freático 5 7 4 6
Acima do nível freático 2 4 1 2
Desta forma, para o valor de K admitiu-se que toda a rede possuía mais de 15 anos e assumiu-se
percentagens dos troços para cada posição em relação ao nível freático, apresentados em seguida,
no Quadro Anexo V-2. Tendo em conta estas contribuições, obteve-se um valor de K de 4 para o
período de Verão e 7 para o período de Inverno.
XVI
Quadro Anexo V-2: Determinação do K ponderado, para os períodos de Verão e Inverno.
Posição Verão Inverno
Peso K Kpond Kfinal Peso k kpos Kfinal
Submerso 0,2 8 1,6
4
0,6 8 4,8
7 Influenciado pelo nível freático 0,2 6 1,2 0,2 7 1,4
Acima do nível freático 0,6 2 1,2 0,2 4 0,8
Foi necessário assumir a distância entre câmaras de visita. No DR 23/95 consta que a distância
máxima entre câmaras de visita, para coletores não visitáveis (<1,5m), corresponde a 60m. No
entanto, dado que o Regulamento também afirma que sempre que há mudança de direção, ou
inclinação, ou queda, ou confluência de coletores é necessário colocar uma câmara de visita, optou-
se por admitir, assim, para efeitos de estimativa da infiltração através desta metodologia, uma
distância média de 40m. Refira-se que o número de câmaras de visita foi determinado através do
quociente entre o comprimento total da rede e a distância entre câmaras.
O perímetro molhado do troço com diâmetro Dcoletor e a área molhada da câmara de visita com
diâmetro DCx e com profundidade entre o nível freático e a soleira do coletor, h, foram determinados a
partir das equações V.2 e V.3. De referir que admitiu-se o valor médio de h de 1m para o período de
Verão e de 2m para o período de Inverno.
𝑃 = 𝜋 × 𝐷𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑡𝑎 (V.2)
𝐴 = 𝜋 × 𝐷𝐶𝑥 × ℎ (V.3)
De forma a ter em conta a posição dos troços face ao nível freático, na determinação do perímetro
molhado ponderado (L × P) determinou-se o perímetro total (correspondente a posição submersa) e
metade do perímetro (quando o troço é influenciado pelo nível freático) e associou-se as frações que
constam no Quadro anterior. Assim, assumiram-se as equações V.4 e V.5.
𝑃𝑒𝑟í𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑚𝑜𝑙ℎ𝑎𝑑𝑜 𝑝𝑜𝑛𝑑𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜 (𝑉𝑒𝑟ã𝑜) = [𝑃 × 𝐿𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑡𝑎 × 0,2] + [𝑃
2× 𝐿𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑡𝑎 × 0,2] (V.4)
𝑃𝑒𝑟í𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑚𝑜𝑙ℎ𝑎𝑑𝑜 𝑝𝑜𝑛𝑑𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜 (𝐼𝑛𝑣𝑒𝑟𝑛𝑜) = [𝑃 × 𝐿𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑡𝑎 × 0,6] + [𝑃
2× 𝐿𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑡𝑎 × 0,2] (V.5)
Os resultados obtidos encontram-se apresentados no Quadro Anexo V-3.
Quadro Anexo V-3: Resultados da aplicação da metodologia AdP
Verão Inverno Balanço anual
Metodologia AdP Vdia (m3/dia) 9599 38367 23983
Qinf (l/s) 111 444 278
Dado o considerado número de hipóteses assumidas, procederam-se a análises de sensibilidade a
alguns parâmetros utilizados, nomeadamente, ao valor K, às distâncias entre câmaras de visita e
profundidade média do coletor em relação ao nível freático. Refira-se que na análise de cada
parâmetro manteve-se as restantes hipóteses, referidas no Quadro 6.18 do ponto 6.6.3.2.
XVII
Relativamente à análise do parâmetro K (Figura Anexa V-1), determinou-se os caudais de infiltração
para diferentes valores de K, Note-se que os valores de K foram estimados arbitrando % dos troços
para cada posição dos mesmos em relação ao nível freático, cujos valores podem ser consultados no
Quadro Anexo V-4 e no Quadro Anexo V-5
Quadro Anexo V-4: Atribuição das posições dos coletores em relação ao nível freática e, consequentemente, do
respetivo valor do parâmetro K no período de Verão, para o estudo deste parâmetro.
Posição da coletor K Qinf (l/s)
Submerso Influenciado pelo nível freático Acima do nível freático
0,00 0,00 1,00 2 8
0,00 0,10 0,90 2,4 19
0,10 0,15 0,75 3,2 57
0,10 0,20 0,70 3,4 68
0,20 0,20 0,60 4 111
0,20 0,30 0,50 4,4 140
0,30 0,30 0,40 5 198
0,30 0,40 0,30 5,4 235
0,00 1,00 0,00 6 261
Quadro Anexo V-5: Atribuição das posições dos coletores em relação ao nível freática e, consequentemente, do
respetivo valor do parâmetro K no período de Inverno, para o estudo deste parâmetro.
Posição da coletor K Qinf (l/s)
Submerso Influenciado pelo nível freático Acima do nível freático
0,4 0,2 0,4 6,2 295
0,4 0,3 0,3 6,5 335
0,4 0,4 0,2 6,8 378
0,6 0,2 0,2 7 444
0,7 0,2 0,1 7,4 528
0,8 0,2 0 7,8 618
1 0 0 8 697
Figura Anexa V-1: Caudal de infiltração em função dos valores de K.
Como se pode verificar, o caudal de Inverno aparenta ser mais sensível aos valores de K. De notar
que, face às restantes hipóteses assumidas e aos valores tabelados de K, o caudal de infiltração no
período de Verão apenas se assemelha ao valor obtido (nesses período) pelo método dos isótopos
0
100
200
300
400
500
600
700
800
2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8
Cau
da
l d
e in
filtra
çã
o (
l/s)
K
Análise do parâmetro: K
Verão
Inverno
XVIII
estáveis, para o valor máximo de K para esse período (K=6), o que significa que toda a rede teria de
estar abaixo do nível freático, o que, em regra, não se verifica no período de Verão. Por outro lado, no
período de Inverno, o caudal de infiltração assemelha-se ao valor obtido pelo método dos isótopos
estáveis, para K próximos do valor máximo, indicando que perto de 100% da rede teria de estar
submersa, o que constitui uma hipótese mais credível, em relação ao período de Verão.
No que toca à distância entre câmaras de visita, estudaram-se distâncias entre 20 e 60 m, sendo que
os respetivos caudais encontram-se representados na Figura Anexa V-2. Como se pode verificar, a
sensibilidade do caudal de infiltração à distância entre câmaras é maior no período de Inverno do que
no período de Verão. No entanto, considera-se que, no geral, o caudal não apresenta uma
sensibilidade significativa à variação da distância entre câmaras.
Figura Anexa V-2: Caudal de infiltração em função da distância entre câmaras de visita.
Por último, analisou-se a sensibilidade do caudal à variação da profundidade do coletor em relação
ao nível freático, para dois cenários em cada um dos períodos. No período de Verão, admitiram-se as
profundidades 0,5 e 1, enquanto no período de Inverno consideraram-se as profundidades 1,5 e 2m.
Observando a Figura Anexa V-3, verifica-se que, tanto no Verão, como no Inverno, o caudal de
infiltração apresenta uma sensibilidade pouco significativa à variação da profundidade do coletor em
relação ao nível freático.
Figura Anexa V-3: Caudal de infiltração em função da profunidade relativa dos coletores.
Tendo em conta todos os parâmetros analisados, considera-se que o caudal de infiltração apresenta
uma maior sensibilidade ao parâmetro K, sendo pouco sensível aos restantes parâmetros.
0
100
200
300
400
500
600
20 30 40 50 60
Cau
da
l d
e in
filtra
çã
o (
l/s)
Distância entre câmaras (m)
Análise do parâmetro: distância entre câmaras de visita
Verão
Inverno
Balanço anual
0
100
200
300
400
500
0,5 1 1,5 2Ca
ud
al d
e in
filtra
çã
o (
l/s)
Profundidade do coletor em relação ao nível freático (m)
Análise do parâmetro: profundidade relativa do coletor
Verão
Inverno
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