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Utilização de indicadores de alteração hidrológica para caracterizar os regimes

fluviais a jusante de barragens portuguesas

Joana S. Cardoso

Universidade Técnica de Lisboa, Instituto Superior Técnico, Lisboa, Portugal

M.M. Portela, F.C. Aguiar, M.J. Martins, M.D. Bejarano

6 de Novembro de 2013

Utilização de indicadores de alteração hidrológica para caracterizar os regimes fluviais a jusante de barragens portuguesas 2 Utilização de indicadores de alteração hidrológica para caracterizar os regimes fluviais a jusante de barragens portuguesas

1. Contexto 2. Metodologia 3. Resultados 4. Principais conclusões

Índice


Regime hidrológico em Portugal continental apresenta elevada variabilidade temporal:

intra-anual (maior disponibilidade hídrica no semestre húmido, de

Outubro a Março); inter-anual.

No entanto, as necessidades de água não acompanham essa variabilidade, sendo sensivelmente constantes entre anos.

Há que garantir a satisfação das utilizações ao longo do tempo, regularizando as afluências naturais.



Para o efeito constroem-se barragens.

As barragens criam albufeiras que assumem um papel preponderante na regularização das afluências naturais.

Para além da regularização, as barragens podem ter finalidades diversas: armazenamento; produção de energia; irrigação; recreação; entre outros.



Uma barragem constitui uma perturbação no curso de água a montante (lótico lêntico) com repercurssões a jusante (alteração qualitativa e quantitativa do padrão temporal do regime natural).

Essa perturbação tem consequências no ecossistema:

estrutura composição diversidade funcionamento componentes físicas dos sistemas fluviais.

das comunidades aquáticas e ripárias;



Torna-se fundamental caracterizar a alteração induzida e perceber os seus efeitos nas espécies que co-habitam o ecossistema.

Para o efeito pode-se estabelecer uma comparação entre o regime natural e o regime modificado.

Há diversos modos para concretizar essa comparação.

O presente artigo recorre à

Aplicação de indicadores de alteração hidrológica (IHA) com base em casos de estudo em Portugal continental.



Casos de estudo

Dados de escoamento

IHA Software

IHA 7.1 Resultados

Indicators of

Hydrologic Alteration



C1. Alto Lindoso

C2. Touvedo

C3. Vilarinho das Furnas

C4. Paradela

C5. Vilar

C6. Caldeirão

C7. Fronhas

C8. Cabril

C9. Pracana

P

Casos de estudo: C( ) Trecho de rio Quilómetros


- Casos de estudo


Capacidade de regularização

9

P

Quilómetros


- Casos de estudo

Casos de estudo Trecho de rio



Albufeira de regularização

9

P

Quilómetros


- Casos de estudo

Alto Lindoso

Pracana

Cabril

Fronhas

Caldeirão

Vilar

Paradela Vilarinho das Furnas

Casos de estudo: C( ) Trecho de rio




Fio-de-água

9

P P

Quilómetros


- Casos de estudo

Touvedo



Transferência de caudais

10

P P

Quilómetros


- Casos de estudo


Utilização de indicadores de alteração hidrológica para caracterizar os regimes fluviais a jusante de barragens portuguesas 13 Utilização de indicadores de alteração hidrológica para caracterizar os regimes fluviais a jusante de barragens portuguesas 10

P

Quilómetros


Com transvase entre cursos de água

Sem transvase entre cursos de água


- Casos de estudo




Com transvase entre cursos de água:

Para uma albufeira

10

P

Quilómetros


- Casos de estudo

Fronhas

Vilarinho das Furnas





Para uma albufeira

Para outro curso de água

10

P

Quilómetros


- Casos de estudo

Caldeirão





Para uma albufeira



10

P

Quilómetros


- Casos de estudo



P

Quilómetros



Para uma albufeira


Sem transvase entre cursos de água:

Central pé-de-barragem


- Casos de estudo

Touvedo

Pracana

Cabril



P

Quilómetros



Para uma albufeira




Circuito hidráulico extenso

Com turbinamento directo


- Casos de estudo

Vilar

Alto Lindoso





Para uma albufeira




Circuito hidráulico extenso

Com turbinamento directo

Sem turbinamento directo

10

P

Quilómetros


- Casos de estudo

Paradela



Dados de escoamento médio diário obtidos a partir de:

Sistema Nacional de Informação de Recursos Hídricos (SNIRH);

Energias de Portugal (EDP).

Caudais afluentes regime natural

Caudais efluentes regime modificado

Selecção dos dados de modo a obter períodos suficientemente longos e contínuos anos com mais de 300 registos.

11


- Dados de escoamento


Caso de estudo

Regime hidrológico

1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

1 Natural 11 anos

Modificado 11 anos

2 Natural 18 anos

Modificado 11 anos

3 Natural 8 anos

Modificado 8 anos

4 Natural 11 anos

Modificado 11 anos

5 Natural 8 anos

Modificado 8 anos

6 Natural 8 anos

Modificado 8 anos

7 Natural 8 anos

Modificado 8 anos

8 Natural 8 anos

Modificado 8 anos

9 Natural 8 anos

Modificado 8 anos

12




Há que ter em conta o funcionamento e características dos aproveitamentos na seleccção dos dados de escoamento.

É necessária especial atenção no que respeita aos caudais efluentes que foram organizados segundo caudais:

turbinado – T; descarregado – D; ecológico – E; bombado – B;

É importante perceber quais devem ser considerados em cada caso para caracterizar o regime fluvial modificado.

13




Capacidade de regularização Transferência de caudais Regime

modificado

Caso de estudo


Fio-de-água ou

dispondo de uma

capacidade de regularização

muito pequena



Para uma

albufeira

Directamente para outro

curso de água

Central pé-de-

barragem

Circuito hidráulico relativamente extenso

T+D+E D+E Com

turbinamento directo para o curso de água

Sem turbinamento directo

(transferência para uma albufeira)

C1 X X X

C2 X X X

C3 X X X

C4 X X X

C5 X X X

C6 X X X

C7 X X X

C8 X X X

C9 X X X

T – turbinado; D – descarregado; E – ecológico.

14




IHA (Indicators of Hydrologic Alteration) são indicadores de alteração hidrológica propostos por Richter et al., 1996.

São 33 descritores numéricos que permitem caracterizar os regimes natural e modificado e compará-los.

Características:

magnitude;

frequência;

duração;

predictabilidade;

taxa de alteração.

15


- IHA


Grupo Características Indicador de alteração hidrológica - IHAi

1 Magnitude das

descargas mensais

Magnitude/ /predictabilidade

IHA1 to IHA12 Média* do escoamento médio diário para cada mês

2

Magnitude e duração das descargas anuais

extremas

Magnitude/ /duração

IHA13 Mínimo anual para 1 dia

IHA14 Mínimo anual para 3 dias




IHA18 Máximo anual para 1 dia

IHA19 Máximo anual para 3 dias




IHA23 Número de dias com escoamento médio diário nulo

IHA24 Índice do escoamento base

3 Data das descargas

anuais extremas Predictabilidade

IHA25 Número de ordem do dia de cada escoamento mínimo anual

IHA26 Número de ordem do dia de cada escoamento máximo anual

4 Frequência e duração

dos pulsos altos/baixos

Magnitude/ /frequência/

/duração

IHA27 Número de pulsos baixos

IHA28 Duração média* dos pulsos baixos

IHA29 Número de pulsos altos

IHA30 Duração média* dos pulsos altos

5

Taxa/frequência das mudanças no hidrograma

Frequência/ /taxa de alteração

IHA31 Média* das subidas

IHA32 Média* das descidas

IHA33 Número de variações

*média mediana no caso de análise não-paramétrica


- IHA


O programa foi desenvolvido por , estando disponível em: http://www.conservationgateway.org/.

Permite calcular os IHAs de acordo com diferentes análises:

período único ou comparação pré- vs pós-impacto; paramétrica ou não-paramétrica.

No caso de não haver dados de caudais disponíveis, o software preenche as falhas por interpolações lineares.

O software devolve, entre outros resultados, um conjunto de 33 indicadores - IHA -, tanto para o regime natural como modificado.


- Software IHA 7.1


De modo a comparar os 33 IHA obtidos para cada caso de estudo:

Razão de alteração: 𝑅𝐴 =(𝐼𝐻𝐴)𝑛𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑙

(𝐼𝐻𝐴)𝑚𝑜𝑑𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑑𝑜

A RA pode variar diversas ordens de grandeza, tanto entre casos de estudo, como entre diferentes IHAs para um certo caso.

comparação torna-se difícil

Para resolver o problema, considerou-se uma a razão de alteração modificada a que correspondem valores compreendidos no intervalo fixo [0,1].

18


- Resultados


19

Razão de alteração modificada:

Nível de alteração 0 1

Sem alteração

Alteração muito significativa

𝑚𝑅𝐴 = min

(𝐼𝐻𝐴)𝑛𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑙(𝐼𝐻𝐴) 𝑚𝑜𝑑𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑑𝑜

;(𝐼𝐻𝐴)𝑚𝑜𝑑𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑑𝑜

(𝐼𝐻𝐴)𝑛𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑙

0

𝑠𝑒 (𝐼𝐻𝐴)𝑛𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑙≠ 0

𝑠𝑒 (𝐼𝐻𝐴)𝑛𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑙= 0


- Resultados


Nível de alteração reduzido

Nível de alteração moderado

Nível de alteração elevado

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 27 28 29 30 31 32 33

C1

C2

C3

C4 - -

C5

C6

C7

C8 -

C9 - - - - - -

Cas

os

de

estu

do

IHAi

Grupo 1 Grupo 2 Grupo 5Grupo 4

26

Grupo 3

25






Análise por grupos de indicadores

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 27 28 29 30 31 32 33

C1

C2

C3

C4 - -

C5

C6

C7

C8 -

C9 - - - - - -

Cas

os

de

estu

do

IHAi


26

Grupo 3

25



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 27 28 29 30 31 32 33

C1

C2

C3

C4 - -

C5

C6

C7

C8 -

C9 - - - - - -

Cas

os

de

estu

do

IHAi


26

Grupo 3

25

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 27 28 29 30 31 32 33

C1

C2

C3

C4 - -

C5

C6

C7

C8 -

C9 - - - - - -

Cas

os

de

estu

do

IHAi


26

Grupo 3

25

21

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,001

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

1 2 3 4 5 6 7 8 9

21

Caso de estudo:

Reduzido Moderado Elevado


Regime natural


1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 27 28 29 30 31 32 33

C1

C2

C3

C4 - -

C5

C6

C7

C8 -

C9 - - - - - -

Cas

os

de

estu

do

IHAi


26

Grupo 3

25

21 21

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,0013

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Caso de estudo:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 27 28 29 30 31 32 33

C1

C2

C3

C4 - -

C5

C6

C7

C8 -

C9 - - - - - -

Cas

os

de

estu

do

IHAi


26

Grupo 3

25

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 27 28 29 30 31 32 33

C1

C2

C3

C4 - -

C5

C6

C7

C8 -

C9 - - - - - -

Cas

os

de

estu

do

IHAi


26

Grupo 3

25



Regime natural


1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 27 28 29 30 31 32 33

C1

C2

C3

C4 - -

C5

C6

C7

C8 -

C9 - - - - - -C

aso

s d

e es

tud

o

IHAi


26

Grupo 3

25

21 21

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,0025

26

27

28

2930

31

32

33

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Caso de estudo:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 27 28 29 30 31 32 33

C1

C2

C3

C4 - -

C5

C6

C7

C8 -

C9 - - - - - -

Cas

os

de

estu

do

IHAi


26

Grupo 3

25

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 27 28 29 30 31 32 33

C1

C2

C3

C4 - -

C5

C6

C7

C8 -

C9 - - - - - -

Cas

os

de

estu

do

IHAi


26

Grupo 3

25



Regime natural





Análise por tipologia de caso de estudo

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 27 28 29 30 31 32 33

C1

C2

C3

C4 - -

C5

C6

C7

C8 -

C9 - - - - - -

Cas

os

de

estu

do

IHAi


26

Grupo 3

25



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 27 28 29 30 31 32 33

C1

C2

C3

C4 - -

C5

C6

C7

C8 -

C9 - - - - - -

Cas

os

de

estu

do

IHAi


26

Grupo 3

25

22

Fio-de-água Nível de alteração reduzido





1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 27 28 29 30 31 32 33

C1

C2

C3

C4 - -

C5

C6

C7

C8 -

C9 - - - - - -

Cas

os

de

estu

do

IHAi


26

Grupo 3

25


22






1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 27 28 29 30 31 32 33

C1

C2

C3

C4 - -

C5

C6

C7

C8 -

C9 - - - - - -

Cas

os

de

estu

do

IHAi


26

Grupo 3

25

Centrais pé-de-barragem

22






1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 27 28 29 30 31 32 33

C1

C2

C3

C4 - -

C5

C6

C7

C8 -

C9 - - - - - -

Cas

os

de

estu

do

IHAi


26

Grupo 3

25

Circuito hidráulico relativamente extenso

22






Diferentes tipos de aproveitamentos (em termos de capacidade de regularização, localização da secção de jusante onde são devolvidos os caudais

e transvases) induzem diferentes níveis de alteração.

Barragens com capacidade de regularização, especialmente aquelas em que há transferência de caudais entre albufeiras, induzem alterações mais significativas no regime fluvial.

O único caso de estudo do tipo fio-de-água foi o que revelou o menor nível de alteração.

23



O número elevado de indicadores (33) em comparação com o número reduzido de casos de estudo (9), dificulta a análise.

Assim, importa proceder a uma análise posterior para identificar os indicadores mais relevantes/sensíveis para exprimir o nível de alteração.

O reduzido número de casos de estudo decorreu de limitações em termos de disponibilidade de dados; seria importante dispôr de outros casos (eventualmente com tipologias diferentes – rega).

É fundamental a existência de informação para se proceder a este tipo de análises.

24


Agradecimentos

[email protected]

6 de Novembro de 2013

Obrigada pela atenção

utilização de indicadores de alteração hidrológica para ... · capacidade de regularização...

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