Exercícios: Os recursos hídricos

Que percentagem aproximada da água da Terra é salgada? Onde se concentra a maior parte da água doce?

Distingue água superficial, água subterrânea e água atmosférica, e indica um exemplo de aproveitamento humano para cada uma.

O que é um aquífero e que propriedades da rocha (porosidade, permeabilidade) o tornam possível?

O que é o ciclo hidrológico? Refere os seus processos principais e explica que energia o mobiliza.

O que é o nível freático e que fatores, como a recarga pelas chuvas ou as bombagens, fazem com que suba ou desça ao longo do ano?

Distingue aquífero livre de aquífero cativo (ou confinado). Qual dos dois pode originar poços artesianos e porquê?

O que é o escoamento superficial e que fatores do terreno (declive, vegetação, permeabilidade) o aumentam ou reduzem?

O que é uma nascente e que relação tem com um aquífero? Explica por que razão algumas nascentes apenas debitam água na época húmida.

O gráfico ilustra a distribuição da água na Terra. A água dos rios e lagos (assinalada com «?») representa $1,2\ \%$ da água doce. Calcula a percentagem que representa em relação à água total do planeta e comenta as implicações desse valor para a gestão do recurso.

Ordena as etapas de uma estação de tratamento de água (ETA): filtração, captação, decantação, cloração e coagulação-floculação. Explica o que é eliminado em cada uma delas.

Uma ETAR com tratamento secundário recorre a lamas ativadas com microrganismos. Explica em que consiste esse tratamento biológico e que parâmetro (CBO) permite comprovar a sua eficácia.

Segundo a lei de Darcy, a água subterrânea desloca-se mais rapidamente em cascalhos do que em argilas. Explica qualitativamente esta lei (gradiente hidráulico e permeabilidade) e a sua consequência prática no momento de escolher onde abrir um poço.

O que é a recarga artificial de aquíferos e que técnicas são utilizadas (bacias de infiltração, poços de injeção)? Em que situações de sobre-exploração ou de intrusão salina se revela particularmente útil?

O que é a pegada hídrica de um produto? Compara a do trigo, a do abacate e a de um quilograma de carne de bovino, e explica que debate suscita a exportação de produtos «ricos em água» a partir de regiões secas.

As centrais de dessalinização por osmose inversa abastecem grande parte do sul de Portugal. Explica o princípio deste processo e avalia os seus dois maiores custos: o consumo energético e a gestão da salmoura.

Os nitratos de origem agrícola podem levar décadas a desaparecer de um aquífero, mesmo que se reduza a fertilização. Explica o conceito de tempo de residência da água subterrânea e as suas implicações na recuperação de aquíferos poluídos.

Uma região litoral mediterrânica com agricultura intensiva de primores e turismo de massas solicita uma transferência anual de $150\ \text{hm}^3$ a partir de uma bacia atlântica cujas albufeiras se encontram a $48\ \%$ da sua capacidade. Como alternativa técnica, o Ministério propõe a construção de duas centrais dessalinizadoras por osmose inversa alimentadas por um parque solar fotovoltaico anexo.

1. a) Analisa os impactos hidrogeológicos e ecológicos que a derivação continuada de caudais provocaria no troço inferior e na foz da bacia cedente, considerando a variabilidade sazonal do regime fluvial atlântico.
2. b) Avalia a viabilidade técnica e ambiental da dessalinização como alternativa na zona recetora: prevê dois impactos ambientais específicos das dessalinizadoras (gestão da descarga de salmoura e balanço energético) e justifica por que razão o custo unitário da água dessalinizada costuma gerar rejeição entre os agricultores em comparação com a água transferida.
3. c) Refuta com argumentos ecológicos e hidrológicos a afirmação do sindicato agrícola: «A água dos rios que desagua no mar é um recurso que se perde e se desperdiça se não for transferida».

Um aquífero livre costeiro constituído por areias permeáveis abastece um município turístico e $400\ \text{ha}$ de regadio. Historicamente, o nível freático num piezómetro situado a $600\ \text{m}$ da linha de costa mantinha-se estável a $+2,5\ \text{m}$ acima do nível do mar. Após cinco anos de sobre-exploração estival, o nível no referido piezómetro desceu para $+0,5\ \text{m}$, registando-se uma condutividade de $5\,200\ \mu\text{S/cm}$ nas captações agrícolas.

1. a) Aplicando a relação de Ghyben-Herzberg ($\text{densidade da água doce} = 1\,000\ \text{kg/m}^3$ e $\text{densidade da água do mar} = 1\,025\ \text{kg/m}^3$), calcula a que profundidade teórica abaixo do nível do mar se situava a interface água doce-água salgada antes e depois da descida freática. Explica que processo hidrogeológico sofreu o cone de intrusão marinha.
2. b) Perante a salinização, uma comunidade de utilizadores propõe aprofundar as sondagens existentes em $25\ \text{m}$ adicionais para «procurar água mais limpa no fundo do aquífero». Justifica tecnicamente por que razão esta medida aceleraria a ruína do aquífero.
3. c) Delineia uma estratégia hidrológica combinada para travar a cunha salina e recuperar a qualidade da água subterrânea, avaliando a eficácia da implementação de uma barreira hidráulica mediante injeção profunda de água regenerada face à relocalização de extrações para o interior.

Uma bacia interior semiárida dispõe de recursos renováveis de $60\ \text{hm}^3/\text{ano}$, face a uma procura concessionada de $75\ \text{hm}^3/\text{ano}$, dos quais $80\ \%$ correspondem a regadio tradicional por inundação. Para conter o défice, a administração financiou a modernização integral para rega gota a gota, alcançando uma redução teórica do consumo na parcela de $30\ \%$. No entanto, após as obras, a sobre-exploração do aquífero subjacente agravou-se.

1. a) Explica o «paradoxo da eficiência» (efeito ricochete ou paradoxo de Jevons) aplicado ao regadio: justifica como a redução dos retornos de rega para o aquífero e as decisões dos agricultores (mudança para culturas mais rentáveis e ampliação da área regada) influenciam o agravamento do balanço hídrico global.
2. b) A estação de tratamento de águas residuais (ETAR) intermunicipal produz $6\ \text{hm}^3/\text{ano}$ de efluente com tratamento secundário, com uma condutividade elétrica de $2\,900\ \mu\text{S/cm}$ e $28\ \text{mg/L}$ de nitratos. Avalia os riscos agronómicos (fitotoxicidade, salinização do solo) e ambientais do seu uso direto na rega e deduz que tratamentos terciários ou critérios de mistura são obrigatórios antes da sua aplicação.
3. c) Delineia as linhas mestras de um plano de revisão de concessões e direitos de água que permita alcançar o equilíbrio quantitativo na bacia, justificando que critérios ambientais e socioeconómicos devem orientar os cortes.

Numa bacia hidrográfica de $150\ \text{km}^2$, o balanço hidrológico médio anual histórico era: precipitação $P = 750\ \text{mm/ano}$, evapotranspiração real $ETR = 450\ \text{mm/ano}$, infiltração eficaz para o aquífero $I = 150\ \text{mm/ano}$ e escoamento superficial $Es = 150\ \text{mm/ano}$. Nas últimas três décadas, $35\ \%$ da superfície da bacia foi impermeabilizada por parques industriais e urbanizações.

1. a) Apresenta a equação do balanço hídrico ($P = ETR + Es + I \pm \Delta S$) e prevê qualitativa e semiquantitativamente como se modificarão os termos $Es$ e $I$. Desenha mentalmente e explica como mudará o hidrograma de cheia do rio principal (tempo de resposta da bacia e caudal de ponta) perante um episódio de escoamento intenso de $80\ \text{mm}$ em $4\ \text{h}$.
2. b) As projeções de alterações climáticas preveem uma descida da precipitação anual de $15\ \%$ e um aumento da temperatura média de $+1,8\ ^\circ\text{C}$ (aumento da evapotranspiração potencial). Fundamenta por que razão uma redução de $15\ \%$ na precipitação não gera uma descida equivalente de $15\ \%$ nos caudais circulantes, mas sim uma quebra do escoamento disponível proporcionalmente muito superior.
3. c) Projeta duas intervenções baseadas em Sistemas de Drenagem Sustentável (SUDS) que possam ser integradas no tecido urbano da bacia para restabelecer os valores originais de infiltração e amortecer o risco de inundação.

No manto eólico e sapais de Doñana, o sistema aquífero Almonte-Marismas sustenta complexos lagunares peridunares de elevado valor ecológico e descarrega água doce para os ribeiros tributários que alimentam o sapal.

1. a) Explica o funcionamento hidrogeológico de uma lagoa peridunar (como Santa Olalla) como zona húmida de descarga ligada ao freático e prevê como responde a dinâmica hidrológica da bacia quando as bombagens massivas para a cultura de frutos vermelhos geram cones de depressão nas proximidades, mesmo que não se bombeie água diretamente da lagoa.
2. b) Na rede de monitorização hidrogeológica constata-se que vários ribeiros mudaram o seu regime de troços efluentes (ganhadores) para troços influentes (perdedores), e que antigos poços artesianos repuxantes no limite do sapal deixaram de jorrar espontaneamente. Interpreta ambos os factos em termos de gradientes hidráulicos e pressões piezométricas nos níveis confinados e semiconfinados.
3. c) Perante a degradação da zona húmida, confrontam-se duas propostas: construir um transvase de águas superficiais a partir de outra bacia para manter a área irrigada atual versus encerrar poços ilegais e adquirir herdades agrícolas para a sua renaturalização. Argumenta qual das duas soluções garante a sustentabilidade a longo prazo com base na resiliência do ecossistema e nos limites ecológicos do recurso.

Uma bacia hidrográfica mediterrânica atravessa um ciclo seco continuado ao longo de um lustro. A evolução registada pela administração da bacia é a seguinte:

• Ano 1: A precipitação diminui $30\ \%$ relativamente à média; as albufeiras estão a $65\ \%$ e a colheita de sequeiro mantém-se aceitável.

• Ano 2: Persiste a escassez de precipitação; a humidade do solo cai drasticamente e perdem-se $80\ \%$ dos cereais de sequeiro, embora o rio principal continue a fluir graças às descargas subterrâneas de um aquífero cárstico.

• Ano 3: As albufeiras descem para valores inferiores a $20\ \%$, secam fontes e nascentes, e a administração autoriza a abertura urgente de «poços de seca» nos aquíferos de cabeceira para salvar o regadio.

• Anos 4 e 5: As chuvas normalizam-se ($100\ \%$ da média), mas os níveis piezométricos não recuperam, as nascentes continuam secas e vários poços sofrem problemas de subsidência do terreno.

1. a) Identifica cronologicamente em que anos se manifestam a seca meteorológica, a seca agrícola e a seca hidrológica, justificando o desfasamento temporal e a inércia existentes entre elas.
2. b) Explica do ponto de vista hidrogeológico por que razão os aquíferos permitiram amortecer o caudal no ano 2, mas sofreram histerese e danos mecânicos (como a compactação de formações aquitardas e perda irreversível de porosidade) após a exploração intensiva do ano 3.
3. c) Desenha um protocolo técnico para a ativação de poços de seca: estabelece três indicadores quantitativos rigorosos (limiares piezométricos, condutividade elétrica da água e caudal ecológico de base) que devam ser cumpridos obrigatoriamente para suspender de forma imediata as bombagens de emergência.

Uma estação de monitorização fluvial controla a qualidade físico-química e biológica da água em quatro pontos ao longo de um rio durante o estio:

• Ponto 1 (cabeceira florestal): $\text{OD} = 9,4\ \text{mg/L}$; $\text{CBO}_5 = 1,2\ \text{mg/L}$; $\text{CQO} = 3,0\ \text{mg/L}$; $\text{NO}_3^- = 3,5\ \text{mg/L}$; Condutividade $= 180\ \mu\text{S/cm}$; Coliformes fecais $= 15\ \text{UFC}/100\ \text{mL}$.

• Ponto 2 (a jusante de uma descarga urbana sem tratamento adequado): $\text{OD} = 1,8\ \text{mg/L}$; $\text{CBO}_5 = 70\ \text{mg/L}$; $\text{CQO} = 115\ \text{mg/L}$; $\text{NO}_3^- = 14\ \text{mg/L}$; Condutividade $= 820\ \mu\text{S/cm}$; Coliformes fecais $= 95\,000\ \text{UFC}/100\ \text{mL}$.

• Ponto 3 ($20\ \text{km}$ a jusante, após um extenso campo de regadio intensivo com fertilização mineral): $\text{OD} = 6,0\ \text{mg/L}$; $\text{CBO}_5 = 6\ \text{mg/L}$; $\text{CQO} = 16\ \text{mg/L}$; $\text{NO}_3^- = 72\ \text{mg/L}$; Condutividade $= 2\,200\ \mu\text{S/cm}$; Coliformes fecais $= 350\ \text{UFC}/100\ \text{mL}$.

• Ponto 4 (a jusante de um parque petroquímico e industrial com tratamento físico-químico prévio): $\text{OD} = 4,2\ \text{mg/L}$; $\text{CBO}_5 = 10\ \text{mg/L}$; $\text{CQO} = 160\ \text{mg/L}$; $\text{NO}_3^- = 11\ \text{mg/L}$; Condutividade $= 3\,100\ \mu\text{S/cm}$; Coliformes fecais $= 200\ \text{UFC}/100\ \text{mL}$.

1. a) Interpreta a biodegradabilidade das descargas comparando o quociente $\text{CBO}_5/\text{CQO}$ nos pontos 2 e 4. Justifica a que se deve a queda crítica de oxigénio dissolvido no ponto 2 através do modelo conceptual de autodepuração fluvial.
2. b) Diagnostica a origem da poluição no ponto 3 analisando os valores de nitratos e condutividade. Avalia as consequências sobre a comunidade de macroinvertebrados aquáticos e fundamenta se esta água é própria para captação de consumo humano sem desnitrificação prévia.
3. c) Projeta as linhas de tratamento necessárias na ETAR responsável pela descarga de P2 e duas medidas corretoras estruturais nas práticas agrícolas de P3 para repor os parâmetros dentro dos limites ecológicos.

Numa bacia hidrográfica com albufeiras de regulação, as reservas armazenadas no início do ano hidrológico são de apenas $180\ \text{hm}^3$ devido a uma seca excecional. As exigências concessionais anuais em condições normais são:

• Abastecimento urbano a uma conurbação de $1\,2$ milhões de habitantes: $80\ \text{hm}^3$.

• Regadio de culturas lenhosas plurianuais (olival de regadio e citrinos): $90\ \text{hm}^3$.

• Regadio de culturas herbáceas anuais (milho e arroz): $70\ \text{hm}^3$.

• Arrefecimento de uma central térmica e indústria química: $20\ \text{hm}^3$.

• Caudal ecológico de reserva no rio principal: $40\ \text{hm}^3/\text{ano}$ ($1,27\ \text{m}^3/\text{s}$ contínuos para evitar a degradação do estuário).

1. a) A associação de regantes exige a supressão total do caudal ecológico durante a seca argumentando que «a lei coloca a agricultura à frente dos peixes e o rio pode sempre recuperar mais tarde». Contesta tecnicamente esta afirmação explicando por que razão o caudal ecológico não é mais um uso consuntivo, mas sim uma restrição prévia que condiciona todos os outros usos, de acordo com a Diretiva-Quadro da Água e a Lei da Água.
2. b) Elabora uma proposta fundamentada de repartição e restrição dos $180\ \text{hm}^3$ entre os diferentes setores, aplicando a ordem legal de prioridade de usos e justificando a percentagem de corte atribuída a cada um.
3. c) Justifica agronómica e economicamente por que razão, dentro do setor agrícola, a redução do volume de água deve ser aplicada de forma assimétrica e priorizar a rega de sobrevivência das culturas lenhosas em detrimento das culturas herbáceas anuais.