Recursos Hídricos - Seminario de Energías Limpias

Projecto ODeAnA. Apresentação Geral | José M. P. Vieira | Cali-Colombia, 22.10.20151
José M. P. Vieira*
Um Ambiente Hidroinformático de
Suporte à Decisão na Gestão da Água
numa Bacia Hidrográfica
* Professor Catedrático da Universidade do Minho
Vice-Presidente Nacional da Ordem dos Engenheiros
Presidente da FEANI
SEMINARIO TECNICO DE INGENIEROS
COLOMBIA – PORTUGAL
ENERGÍAS LIMPIAS – Hídrica, Solar, Eólica
CALI, 22 - 23 DE OCTUBRE DE 2015

Sumário
 O ODeAnA na gestão da água em Alqueva
 Sistema de Informação
 Sistema de Modelação
 Sistema de Análise
 Conclusão

Sumário
 Sistemas de Modelação
 Conclusão

Processo de gestão de recursos hídricos
identificação de objectivos
identificação e avaliação de riscos na bacia
hidrográfica
instrumentos de apoio à decisão
gestão da quantidade e da qualidade da água
monitorizaçãoeaquisiçãode
dados
 Componentes do processo de gestão

 Enquadramento legislativo: a DQA
2000 2003 2004 2006 2008 2009 2010 2012 2015 2021
Entrada em vigor
Identificação de massas de água
Análise de pressões e impactos
Caracterização de massas de
água superficiais e subterrâneas
Análise económica do uso da água
Registo de áreas protegidas
Identificação de Regiões
Hidrográficas
Designação de Autoridades
Competentes
Estabelecer mecanismos
administrativos
Programas de monitorização
Esboço de Planos
de Gestão
Publicação de
Planos de Gestão
Introdução de
políticas tarifárias
Programas de Medidas
Operacionais
Objectivos ambientais
Bom estado ecológico
das águas
Final do primeiro ciclo

 Características da abordagem
Meio hídrico
Autoridade local
Sub-bacia
Bacia
Região hidrográfica
Regional
Nacional

O papel da modelação matemática
 Modelos de quantidade de água
 Hidrologia
 Hidrodinâmica
 Modelos de qualidade de água
 Químicos
 Biológicos
 Ecológicos
 Sistemas de suporte à decisão
 bases de dados + modelos + análise de sistemas + interfaces

Sistemas de suporte à decisão
Contradição!
problemas ambientais
mal definidos
não-estruturados
modelos
bem definidos
estruturados
ferramentas computacionais soluções aproximadas
SSD – instrumentos úteis para apoiar decisões

Características de um SSD
 Conjunto integrado de ferramentas informáticas que
serve de base ao processo da tomada de decisão
 Inclui dados e informação e modelos computacionais
 Metodologia consistente e estruturada
 Ajuda a responder a questões do tipo: “ o que acontecerá
se…”

Para que serve um SSD
 Um SSD serve para:
 Avaliar impactos de medidas de actuação consideradas para
diferentes cenários
 Comparar soluções alternativas na gestão integrada da água
numa bacia hidrográfica
 Um SSD não serve para:
 Preencher lacunas de conhecimento científico
 Tomar decisões

Avanços tecnológicos
 Equipamento ― computadores, comunicações
 Bases de dados globais ― satélites
 Centros de modelação ― previsões climáticas
 Acesso ― internet
 Capacidade de análise ― modelos e outras ferramentas
 Capacidades locais ― nacionais e internacionais

Objectivos de gestão da água no EFMA
 Quantidade e qualidade de água adequadas para:
 Conservação da natureza
 Abastecimento de água
 Energia eléctrica
 Irrigação
 Recreio
ALQUEVA – 250 kmALQUEVA – 250 km22
de lago artificialde lago artificial

Área objecto de estudo

Andorra
France
Portugal
España
• área de drenagem: 66.800 km2
– Espanha: 55.444 km2
(83%)
– Portugal: 11.356 km2
(17%)
• habitantes: 1,9 Mio
– Espanha: 1672.000 (88%)
– Portugal: 230.000 (12%)
• precipitação média: 550 mm
– meses húmidos: Outubro-Abril (80%)
– Espanha: 540 mm
– Portugal: 561 mm

Andorra
France
Portugal
España

Área de irrigação (2020):
115 000 ha

barragens: 15
canais: 314 km
estações elevatórias: 9
condutas: 2240 km

Um SSD para Alqueva
 Objectivos gerais:
 Controlo da qualidade da água em Alqueva
 Garantia de qualidade ecológica da água na bacia hidrográfica
 Suporte para a decisão e análise ao nível das infra-estruturas
 contribuição para o aumento de conhecimento na empresa

Um SSD para Alqueva
 ODeAnA
Operação,
Decisão
e Análise
para a
Gestão da água
em Alqueva

Um SSD para Alqueva
 Objectivos específicos:
 Organização e criação do Sistema de Informação de
Recursos Hídricos do Alqueva (SIRHAL)
 Avaliação, selecção e implementação de modelos
matemáticos para a descrição das características quantitativas
e qualitativas do sistema natural
 Integração dos modelos seleccionados num ambiente
hidroinformático de apoio à decisão para a gestão da água na
bacia

Um SSD para Alqueva
 Impactos esperados:
 Maior conhecimento do funcionamento do sistema natural
 Transferência de conhecimento para a EDIA em:
 gestão operacional das infra-estruturas
 gestão da qualidade e da quantidade da água no EFMA
 Contribuição para a gestão da água na bacia do Guadiana

Organização interna do SSD
utilizador
sistema de interpretação
bases de
modelos
dados medidas
SSD, wwwSSD, www
bases de
dados
cenários

Componentes do SSD
sistema de informação
normas
demografia
uso do solo
uso da água
AQuAinfra-estruturas
rios
albufeiras
bases de conhecimentobases de dadosSIG
sistema de modelação
consumo humano
agricultura
energia eléctrica
conservação da natureza
Albufeiras
canais
sifões
estações elevatórias
hidrologia
hidrodinâmica
qualidade da água
usos da águaInfra-estruturassistemas naturais
sistema de análise
avaliação de impactos
análise em incerteza
definição de estratégias
gestão operacional
medidas de controlo
situações de rotina
situações excepcionais
análise de casosgestão de casosdefinição de cenários
aquisição
de dados
estudos
projectos
tele-medição
amostragem
campanhas
sistema
Alqueva
Interfaces
gráficas
janelas
mapas
gráficos
utilizadores

Estrutura do SSD
Informação
SIRHAL
AQuA
Infra-
estruturas
SIG
Hidrologia
Hidrodinâmica
Qualidade
da água
Definição do
problema
Gestão de
casos
Análise de
casos
Modelação Análise

Estrutura do SSD
Organizado em 4 menus principais:
1 projecto
2 informação
3 modelação
4 análise
ambiente WEB

Vista inicial do ODeAnA

Sumário
 Conclusão

Sistema de informação
Informação
SIRHAL
AQuA
Infra-
estruturas
SIG
Hidrologia
Hidrodinâmica
Qualidade
da água
Definição do
problema
Gestão de
casos
Análise de
casos

Sistema de informação
 Principais resultados:
 Inventário de estudos anteriores
 Conteúdos temáticos do SIRHAL
 Infra-estruturas e conteúdos geo-referenciáveis
 Redes de monitorização
 Sistema de informação AQuA
 Sistema de informação geográfica das Infra-estruturas SIGI
 Geometria dos canais

Sistema de informação. Estudos anteriores

Sistema de informação. SIRHAL
SISTEMA DE INFORMAÇÃO DE RECURSOS HÍDRICOS DE ALQUEVASISTEMA DE INFORMAÇÃO DE RECURSOS HÍDRICOS DE ALQUEVA
SIRHALSIRHAL
Infra-estruturas
Hidráulicas
Redes de
Monitorização
Variáveis Biofísicas
Naturais
Variáveis Biofísicas
Antrópicas
Variáveis Sócio-
económicas
Instrumentos de
Ordenamento do
Território
Meteorológica
Recursos Hídricos
Superficiais
Recursos Hídricos
Subterrâneos

Sistema de informação. Infra-estruturas
Barragens
Albufeiras
Directriz do circuito
hidráulico
Tomadas de água
Comportas frontais
Comportas laterais
Central elevatória
Circuito de elevação
Restituições de água
Obras de entrada em sifões
Descargas de fundo
Poços de ataque
Obras de entrada em bacias
de dissipação
Bacias de dissipação de
energia
Sifões de segurança
Ventosas
Reservatórios

ALBUFEIRAS DE
ÁLAMOS (I, II e III)
ALBUFEIRA DE
ALQUEVA
ALBUFEIRA DE
LOUREIRO
ALBUFEIRA DE
MONTE NOVO
ALBUFEIRA DE
ALVITO
ALBUFEIRA DE
BARRAS
ALBUFEIRA DE
VALE DO GAIO
ALBUFEIRA DE
ODIVELAS
ALBUFEIRA DE
MARMELO
ALBUFEIRA DE
MONTE BRANCO
ALBUFEIRA DE
LAGOA VERMELHA
R1
ALBUFEIRA DE
PISÃO
ALBUFEIRA DE
PENEDRÃO
ALBUFEIRA DE
ROXO
R2
R1 R2 R3 R4
R3 R4

Sistema de informação. Redes de monitorização

Sistema de informação. AQUA

Sistema de informação. SIG

Sistema de informação. Geometria dos canais

Sumário
 Conclusão

Sistema de modelação. Tipos de modelos
Informação
SIRHAL
AQuA
Infra-
estruturas
SIG
Hidrologia
Hidrodinâmica
Qualidade
da água
Definição do
problema
Gestão de
casos
Análise de
casos

Sistema de modelação. Tipos de modelos
Modelos
Hidrologia
Hidrodinâmica
Qualidade
Degebe, Guadiana Caia – Pulo do Lobo, Guadiana – Pulo do Lobo
Canais (1D), albufeiras (0D, 1D and 2DH), secções fluviais (1D)
Canais (1D), albufeiras (1D and 2DH), secções fluviais (1DH)

Sistema de modelação
Sistema Processo Objectivos gerais
Natural – Sub bacias
hidrográficas
Hidrologia
Previsão de curto, médio e longo prazo de escoamento superficial
Natural – Linhas de
água principais
Hidrodinâmica Caracterização do escoamento nas linhas de água principais
Qualidade da água Diagnóstico da qualidade da água
Artificial – Albufeiras
Balanços hídricos
Hidrodinâmica
Previsão a médio e longo prazo da evolução do nível das albufeiras
Caracterização dos padrões de circulação
Qualidade da água
Diagnóstico da qualidade da água
Previsão da evolução de descargas acidentais
Previsão a curto e médio prazo dos impactos das operações das
barragens na qualidade da água
Artificial – Canais da
rede primária
Hidrodinâmica
Caracterização do escoamento nos canais e estruturas hidráulicas da
rede primária
Qualidade da água
Avaliação das alterações de qualidade da água ao longo do transporte
na rede primária
Previsão da evolução de descargas acidentais na rede primária

Escala
Âmbito
espacial
Modelo Software Dimensionalidade Parâmetros
Interface
Web
Bacia
hidrográfica
Bacia do
Degebe
Hidrologia
Sobek
(Sacramento)
0 D
Volumes e
escoamento
SIM
Bacia do
Guadiana –
Pulo do
Lobo Caia
Hidrologia
Sobek
(Sacramento)
0 D
Volumes e
escoamento
NÃO
Bacia do
Guadiana –
Pulo do
Lobo
Hidrologia
Sobek
(Sacramento)
0 D
Volumes e
escoamento
NÃO
EFMA Hidrodinâmica Sobek 1DH
Níveis, caudais
e velocidades
SIM
EFMA
Qualidade da
água
Sobek 1DH
Algas, OD,
CBO5
, Temp,
CT, CF, EF
SIM

Escala
Âmbito
espacial
Interface
Web
Canais da rede
primária
Adução a Álamos Hidrodinâmica Sobek 1DH
Níveis, caudais e
velocidades
SIM
Ligação Álamos-
Loureiro
Hidrodinâmica Sobek 1DH
Níveis e caudais
(velocidades)
SIM
Ligação Loureiro-
Monte Novo
Níveis e caudais
(velocidades)
SIM
Ligação Loureiro-
Alvito
Níveis e caudais
(velocidades)
SIM
Adução a Álamos Qualidade da água Sobek 1DH
OD, CBO5
, Temp
e CT
SIM
Ligação Álamos-
Loureiro
Qualidade da água Sobek 1DH
OD, CBO5
, Temp
e CT
SIM
Ligação Loureiro-
Monte Novo
OD, CBO5
, Temp
e CT
SIM
Ligação Loureiro-
Alvito
OD, CBO5
, Temp
e CT
SIM

Escala
Âmbito
espacial
Interface
Web
Albufeiras
Albufeira de
Alqueva
Balanço Hídrico Sobek 1DH Níveis e volumes SIM
Albufeira de
Álamos
Albufeira de
Loureiro
Albufeiras de
Monte Novo
Albufeira de Alvito Balanço Hídrico Sobek 1DH Níveis e volumes SIM
Albufeira de
Alqueva
Hidrodinâmica RMA2 2DH
Níveis e
velocidades
SIM
Albufeira de
Álamos
Níveis e
velocidades
SIM
Albufeira de
Loureiro
Níveis e
velocidades
SIM

Escala
Âmbito
espacial
Interface
Web
Albufeiras
Albufeira de
Monte Novo
Níveis e
velocidades
SIM
Albufeira de
Alvito
Níveis e
velocidades
SIM
Albufeira de
Alqueva
Qualidade da
água
RMA4UM 2DH CT, OD, CBO NÃO
Albufeira de
Álamos
Qualidade da
água
Albufeira de
Loureiro
Qualidade da
água
Albufeira de
Monte Novo
Qualidade da
água
Albufeira de
Alvito
Qualidade da
água

Sistema de modelação. Hidrologia
 Bacias a jusante do rio Caia

Degebe Guadiana Caia – Pulo do Lobo Guadiana – Pulo do Lobo

 Aplicação – Modelos hidrológicos  Aplicação – Trechos fluviais

 Aplicação – Balanço hídrico

Sistema de modelação. Rede primária
Código Elemento infra-estrutural
I1 Albufeira de Alqueva
I2 Sistema de adução Alqueva Álamos‑
I3 Albufeira de Álamos (III)
I4 Canal de Ligação Álamos III a Álamos I e II
I5 Albufeira de Álamos I e II
I6 Canal Ligação Álamos – Loureiro
I7 Albufeira de Loureiro
I8 Canal de Ligação Loureiro - Monte Novo
I9 Regadio – Infra-estrutura 10
I10 Albufeira de Monte Novo
I11 Túnel de Ligação Loureiro – Alvito
I12 Bloco de rega BA10
I13 Albufeira de Alvito

Sistema de modelação. Álamos

Sistema de modelação. Loureiro

Sistema de modelação. Alvito

Sistema de modelação. Monte Novo

Sistema de modelação. Alqueva
Albufeira de Alqueva
Modelo bidimensional

Sistema de modelação. Modelo global

Sistema de modelação. Redes de canais

• Planta
Constituição:
•Tomada de água (1)
•Comportas (2)
•Obra de entrada na bacia de
dissipação de energia (1)
•Bacia de dissipação de energia (1)
•Poços de ataque (3)
•Canal (1)
•Galeria (1)
•Transições de secção (2)
•Restituição de água (1)
 Adução de Loureiro a Alvito

• Perfil longitudinal
Tomada de água
Restituição de água
Bacia de diss. de
energia

- Comporta
- Tomada de água
- Restituição de água
- Circuito de elevação
- Central elevatória
- Transição de secção transversal
- Descarga de fundo
- Obra de entrada em sifões
- Ventosa
- Obra de entrada na bacia de dissipação de energia
- Bacia de dissipação de energia
- Obra de saída em sifões
- Poço de ataque
- Reservatório
- Sifão de segurança
- Canal
- Secção circular
- Galeria
Legenda:
m j
m j
m j
m j
m j
Esquema conceptual
Albufeira de Alvito
Albufeira de
Loureiro

Sumário
 Conclusão

Sistema de análise. Modelo conceptual
Informação
SIRHAL
AQuA
Infra-
estruturas
SIG
Hidrologia
Hidrodinâmica
Qualidade
da água
Definição do
problema
Gestão de
casos
Análise de
casos

definição de cenários
definição do problema objectivos de gestão
medidascenários
análise de casos
avaliação multi-critérios
avaliação dos resultados
de simulação
gestão de casos
avaliação
de impacto
pós-processamento de
resultados de simulação
SSD
bases de
modelos
bases de
dados
acções tomadas para alcançar o
objectivo estabelecido
Sistema de análise. Processo de decisão
quadro futuro determinado por alterações climáticas,
hidrológicas, económicas, ecológicas e/ou sociais
que possam vir a verificar-se na bacia hidrográfica
situações a atingir para atender a determinadas
metas (imposições legais ou outros objectivos)

Sistema de análise. Estrutura modular
bacia de drenagem: definida à escala da bacia de drenagem a
montante de Alqueva-Pedrógão e descreve a relação entre escoamento
e uso do solo
meios hídricos: inclui rios e albufeiras e considera a hidrodinâmica
(níveis da água nas albufeiras) e a qualidade da água
estruturas hidráulicas: contempla funcionamento hidráulico das
infra-estruturas e a qualidade da água nos canais de irrigação
módulos

Sistema de análise. Integração de modelos
características da
rede hidrográfica
características da
bacia hidrográfica
difusaspontuais
fontes poluidoras
uso do solo
sacramento
hidrologia
1DH, 2DH, 3D
hidrodinâmica
1DH, 2DH, 3D
qualidade da água
bacia de drenagem
meios hídricos
estruturas hidráulicas
características técnicas
das estruturas
águas residuais agricultura
floresta
cenários
medidas
funcionamento hidráulico
barragens, elevatórias, canais
qualidade da água
controlo operacional
albufeiras rios albufeiras rios

Sistema de análise. Problemas de gestão
problema de gestão âmbito espacial problema de gestão âmbito espacial
eutrofização albufeiras níveis de água albufeiras
oxigénio dissolvido rios e albufeiras caudais
rios, albufeiras e
canais
contaminação fecal albufeiras
temperatura da água
rios, albufeiras e
canais
qualidade da água quantidade de água

Sistema de análise. Modelo conceptual

Sistema de análise. Definição de cenários
cenários consequências em:
alterações climáticas precipitação, temperatura
uso da água consumo doméstico e agrícola
uso do solo cargas poluentes difusas
afluências espanholas caudais disponíveis
cenários

Sistema de análise. Temas de medidas
medida tema
1 alterações em práticas agrícolas
2 aplicação de técnicas de redução de cargas poluentes de origem difusa
3 aumento da eficiência de tratamento de águas residuais
4 alterações nos regimes de exploração de água para consumo humano
5 alterações nos regimes de exploração de água para irrigação
6 alterações nos regimes de produção de energia
temas

Sistema de análise. Medidas para os PG
problema de gestão medida problema de gestão medida
eutrofização 1 – 2 – 3 – 5 níveis de água 4 – 5 – 6
oxigénio dissolvido 3 – 5 caudais 4 – 5 – 6
contaminação fecal 2 – 3 – 4 – 5
temperatura da água 4 – 5
qualidade da água quantidade de água

Sistema de análise. Casos de gestão
Caso de gestão Cenário Medidas
Caso i
Cenário 1
Cenário 2
Cenário j
Medida 1
Medida 2
Medida k

Categoria Problema de
gestão
Âmbito espacial Caso de
gestão
Quantidade Níveis de água Albufeiras Global Caso 1
Alqueva Caso 2
Alvito Caso 3
Álamos Caso 4
Loureiro Caso 5
Monte Novo Caso 6
Canais Adução a Álamos Caso 7
Álamos-Loureiro Caso 8
Loureiro-Alvito Caso 9
Loureiro-Monte Novo Caso 10
Caudais Canais Adução a Álamos Caso 11

gestão
gestão
Qualidade Eutrofização Albufeiras Global Caso 15
Alqueva Caso 16
Alvito Caso 17
Álamos Caso 18
Loureiro Caso 19
Monte Novo Caso 20
Oxigénio Albufeiras Global Caso 21
Alqueva Caso 22
Alvito Caso 23
Álamos Caso 24
Loureiro Caso 25
Monte Novo Caso 26

gestão
gestão
Qualidade Coliformes Albufeiras Global Caso 31
Alqueva Caso 32
Alvito Caso 33
Álamos Caso 34
Loureiro Caso 35
Monte Novo Caso 36
Temperatura Albufeiras Global Caso 41
Alqueva Caso 42
Alvito Caso 43
Álamos Caso 44
Loureiro Caso 45
Monte Novo Caso 46

Sistema de análise. Concepção de interfaces
requisitos
1 menu de navegação simples
2 problema de gestão enquadrado espacialmente
3 informação completa a partir de ambientes gráficos intuitivos
4 subdivisão em interfaces parcelares sempre que tal se mostre necessário
5 estado operacional das infra-estruturas ou sistemas naturais envolvidos
6 informação sobre resultados das simulações mais relevantes
7 permissão de avaliação/comparação dos diferentes casos de gestão

Informação a disponibilizar
1 problema de gestão
2 âmbito espacial do problema
3 modelo ou conjunto de modelos envolvidos
4 cenários passíveis de análise com indicação das variáveis envolvidas
5 caracterização das medidas a adoptar com indicação das variáveis
6 listagem da informação relevante disponível nas bases de dados
7 caracterização dos perfis dos utilizadores

Um Sistema de Suporte à Decisão (SSD) para gestão do uso da água tem
por objectivo integrar bases de dados e modelos matemáticos com
interfaces amigáveis ao utilizador, permitindo assim uma adequada
descrição dos sistemas naturais para diferentes estratégias e medidas.
interfaces gráficasinterfaces gráficas
bases de dadosbases de dados modelos matemáticosmodelos matemáticos gestão de casosgestão de casos
 Interfaces com o utilizador

Sistema de análise. Interfaces WEB
Ano seco
Níveis de
albufeiras
Cenário
Medida
Alterar Bombagem
201.0
145.0
227.0
212.0
218.0
níveis em albufeiras – modelo operacional

Ano seco
Níveis de
albufeiras
Cenários
Medidas
Alterar adução Texto com informação
adicional sobre a
albufeira (ex: Volume,
área inundada)
196.4
2 mm/dia
1 mm/dia
5 m
3
/s
0 m
3
/s
2 m
3
/s
níveis – balanço hídrico - Alvito

cargas actuais
Qualidade da água
Cenário
Medida
alterar hidrodinâmica
oxigénio – canais e albufeiras
OD - 6
mg O2/L
CBO5 - 2
OD - 7
CBO5 - 2
OD - 8
CBO5 - 1
OD - 6
CBO5 - 1

cargas actuais
Cenários
Medidas
Alterar adução
Texto com informação adicional
sobre a qualidade da água da
albufeira.
196.4 m
coliformes –albufeira de Alvito
vento actual
Qualidade da água
20
NMP/100 mL

Níveis em albufeiras Balanço hídrico em albufeiras

Qualidade em canais Qualidade em albufeiras

Sumário
 Conclusão

Conclusão
 O ODeAnA é um SSD que integra:
 Modelos
 Bases de dados
 Definição de cenários
 Objectivos de gestão
 Medidas de controlo
 Interfaces amigáveis em ambiente WEB

Conclusão
 O ODeAnA permitiu obter os seguintes resultados:
 Aplicações para organização e consulta do cadastro e para a gestão
de dados de monitorização de quantidade e qualidade da água.
 Criação de um ambiente hidroinformático adequado à simulação do
funcionamento dos sistemas naturais e artificiais do EFMA.
 Base de modelos com capacidade de simulação do comportamento
das massas hídricas do EFMA.
 Plataforma de análise de casos de gestão, em ambiente Web,
apropriada ao suporte à decisão na gestão da água no EFMA.

Obrigado pela vossa atenção
José Manuel Pereira Vieira
jvieira@civil.uminho.pt

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