Balanços Hídrico e Energético em Aproveitamentos ... · The proposed methodology to calculate...

Balanços Hídrico e Energético em AproveitamentosHidroagrícolas

Uma nova abordagem para sistemas mistos

Henrique Machado Correia da Cunha

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Hidráulica e Recursos Hídricos

Mestrado integrado em Engenharia Civil

Orientadores:Prof.a Dídia Isabel Cameira Covas

Dr.a Dália Susana dos Santos da Cruz Loureiro

Júri

Presidente: Prof. Rodrigo de Almada Cardoso Proença de OliveiraOrientador: Prof.a Dídia Isabel Cameira Covas

Vogais: Dr.a Maria Helena Veríssimo Colaço AlegreProf.a Maria Madalena Vitório Moreira Vasconcelos

Maio 2018

Declaro que o presente documento é um trabalho original da minha autoria e que cumpre todos os

requisitos do Código de Conduta e Boas Práticas da Universidade de Lisboa.

ii

Agradecimentos

À minha mãe, ao meu pai e à minha irmã, por me proporcionarem todas as condições para conclusão

desta etapa, por todos os incentivos que me deram em continuar este percurso, por estarem sempre

presentes e por todo o suporte que me deram.

À Doutora Dália Loureiro, por todo o acompanhamento que me deu durante a realização da disser-

tação, pela disponibilidade que demonstrou para me ajudar e por me fazer ir mais longe.

À Professora Dídia Covas, por todo o apoio e ajuda que me deu ao longo do trabalho, especialmente

os contributos e sugestões que me deu na fase final.

À Engenheira Aisha Mamade, por todo o interesse que demonstrou em perceber um pouco mais do

trabalho desenvolvido, por todos os esclarecimentos que deu e por toda a bibliografia que me sugeriu.

Ao Engenheiro Gonçalo Sousa, pela total disponibilidade para me esclarecer dúvidas, pela partilha

de conhecimentos e por me fazer entender o funcionamento do Aproveitamento Hidroagrícola do Vale

do Sorraia.

À professora Madalena Moreira, por todas as sessões de trabalho em que esteve presente, por

todos os contributos e por toda a ajuda que me deu.

A toda a equipa do projeto AGIR, no qual participo como bolseiro, por ter proporcionado todas as

condições em termos de dados para a realização da presente dissertação.

Aos meus amigos que estiveram sempre presentes, por todos os momentos que já passámos, por

saber que posso contar com eles e por todos os incentivos que me deram durante o meu percurso

académico.

A todos com quem partilhei longas noites e dias de estudo e de trabalho, em especial a quem me

acompanhou nos últimos meses e que me motivou e contribuiu para concluir esta etapa.

iv

Resumo

A presente dissertação tem como objetivo principal o desenvolvimento e a aplicação de uma proposta

de metodologia para avaliação sistemática do uso da água e da energia em aproveitamentos hidroagrí-

colas. O trabalho apresentado vem colmatar lacunas existentes no diagnóstico de perdas de água e de

ineficiências energéticas nestes sistemas.

As abordagens existentes para aproveitamentos hidroagrícolas centram-se na avaliação da eficiên-

cia do uso dos recursos hídricos nas diferentes componentes do sistema, não existindo uma abordagem

com visão global de sistema. A metodologia proposta para cálculo do balanço hídrico resulta da adapta-

ção das abordagens existentes nos sistemas urbanos de abastecimento de água aos aproveitamentos

hidroagrícolas. À semelhança do balanço hídrico proposto por Alegre et al. (2004), a água entrada

divide-se em consumo autorizado e perdas de água. Na componente de água entrada surge a ne-

cessidade de considerar as sub-componentes relacionadas com a entrada de água por precipitação,

por escoamento superficial e proveniente do armazenamento em reservatórios intermédios. Nos sis-

temas de transporte e distribuição com superfície livre, é contabilizada uma nova sub-componente de

consumo autorizado relacionada com volumes necessários para a operação dos canais. As perdas

de água incluem as perdas aparentes, as perdas por evaporação e as perdas reais entre as quais se

destacam os repassos e as descargas em canais.

Na aplicação da metodologia ao caso de estudo procurou-se sempre validar os resultados obtidos

com a experiência dos intervenientes, tendo analisado metodologias alternativas para estimativa de

algumas sub-componentes. A aplicação do balanço energético simplificado desenvolvido para os siste-

mas urbanos aos aproveitamentos hidroagrícolas levou à necessidade de contabilizar uma componente

adicional no balanço energético original relativa à variação de volume dos reservatórios intermédios.

Palavras-chave: Balanço hídrico, balanço energético, sistemas de abastecimento de água, aproveita-

mentos hidroagrícolas.

vi

Abstract

The main purpose of the current thesis is the development and application of a methodology to perform

systematic evaluation of water and energy use in collective irrigation systems including pressurized

pipelines and open canals. The work presented addresses the current gaps in the diagnosis of water

losses and energy inefficiencies in these systems. Existing approaches to collective irrigation systems

focus on assessing the water resources use efficiency in different components of the system, without a

system-wide approach.

The proposed methodology to calculate the water balance outcomes from the adaptation of the

existing approaches developed for urban water supply systems to collective irrigation systems. Similar

to the water balance proposed by Alegre et al. (2004), the system input volume is divided into authorized

consumption and water losses. Additional sub-components are considered in the input volume, related

to the entry of water by precipitation, by runoff and from storage in intermediate reservoirs. In open

canal conveyance and distribution systems, a new sub-component of authorized consumption, related

to volumes required for the canals operation, is taken into account. Water losses include apparent

losses, evaporation losses and real losses.

The methodology was applied to a case study. Obtained results were validated with the experience

of all the stakeholders, having reviewed alternative methodologies to estimate some sub-components.

The application of the simplified energy balance developed for urban systems to collective irrigation

systems led to the need to account for an additional component related with the volume variation in the

intermediate reservoir.

Keywords: Water balance, energy balance, water supply systems, collective irrigation systems.

viii

Conteúdo

Agradecimentos iv

Resumo vi

Abstract viii

Lista de Figuras xiii

Lista de Tabelas xv

Lista de Abreviaturas xvi

Lista de Símbolos xviii

1 Introdução 1

1.1 Âmbito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.2 Objetivo e metodologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.3 Estrutura da dissertação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

2 Estado de arte 3

2.1 Nota introdutória . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2.2 Sistemas urbanos de abastecimento de água . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2.2.1 Abordagem para cálculo do balanço hídrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2.2.2 Abordagem para cálculo do balanço energético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.2.3 Indicadores de desempenho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.3 Aproveitamentos hidroagrícolas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.3.1 Tipologias de regadio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.3.2 Rede de canais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2.3.3 Métodos de distribuição de água . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.3.4 Regimes de escoamento em canais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2.3.5 Controlo de canais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

2.3.6 Estruturas de controlo de altura de água . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

2.3.7 Tomadas de água . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

2.3.8 Reservatórios intermédios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

2.3.9 Estações elevatórias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

2.4 Abordagens existentes para aproveitamentos hidroagrícolas . . . . . . . . . . . . . . . . 26

2.4.1 Abordagens para cálculo de balanços hídricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

2.4.2 Ferramentas para melhoria de eficiência hídrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

2.5 Síntese do capítulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

3 Metodologia 31

x


3.2 Proposta para cálculo do balanço hídrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

3.2.1 Estrutura do balanço proposto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

3.2.2 Água entrada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

3.2.3 Consumo autorizado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

3.2.4 Perdas de água . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

3.3 Procedimentos de cálculo das novas componentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

3.3.1 Água entrada por precipitação em canais e reservatórios . . . . . . . . . . . . . . 36

3.3.2 Água entrada por escoamento superficial em canais e reservatórios . . . . . . . . 38

3.3.3 Contribuição de reservatórios intermédios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

3.3.4 Volume mínimo de operação em canais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

3.3.5 Perdas por evaporação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

3.3.6 Perdas aparentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

3.3.7 Perdas reais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

3.4 Ferramenta de cálculo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45


4 Caso de estudo 52


4.2 Aproveitamento Hidroagrícola do Vale do Sorraia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

4.2.1 Caracterização preliminar do AH do Vale do Sorraia . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

4.2.2 Aplicação da metodologia para cálculo do balanço hídrico . . . . . . . . . . . . . . 59

4.2.3 Cálculo do balanço energético simplificado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

4.3 Discussão da contribuição dos reservatórios intermédios . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76


5 Conclusões e recomendações 79

5.1 Principais conclusões do trabalho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

5.2 Recomendações para o caso de estudo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

5.3 Recomendações de trabalhos futuros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

Bibliografia 81

Apêndice A 84

Apêndice B 88

Apêndice C 90

Apêndice D 93

Apêndice E 94

Apêndice F 95

xi

Lista de Figuras

Figura 2.1 Principais componentes de um sistema de abastecimento de água (ERSAR, 2017b) 3

Figura 2.2 Processamento da solicitação por acordo prévio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

Figura 2.3 Curvas de regolfo em canais de declive fraco (adaptado de Montañés, 2006) . . . 19

Figura 2.4 Curvas de regolfo em canais de declive forte (adaptado de Montañés, 2006) . . . 20

Figura 2.5 Controlo da altura de água a jusante do trecho (Rijo, 2010) . . . . . . . . . . . . . 21

Figura 2.6 Controlo da altura de água de montante (Rijo, 2010) . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Figura 2.7 Representação esquemática da comporta AMP (Rijo, 2010) . . . . . . . . . . . . 22

Figura 2.8 Representação esquemática da comporta AVIO (Rijo, 2010) . . . . . . . . . . . . 23

Figura 2.9 Representação esquemática de um módulo Neyrpic (Kraatz e Mahajan, 1975) . . 24

Figura 2.10 Balanço hídrico de uma rede de rega, adaptado de Fernando et al. (2005) . . . . . 26

Figura 2.11 Esquema de funcionamento do sistema SCADA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

Figura 3.1 Sub-componentes da água entrada no sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

Figura 3.2 Drenagem superficial em canais (Rijo, 2010) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

Figura 3.3 Sub-componentes do consumo autorizado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

Figura 3.4 Representação esquemática do volume mínimo de operação em canais num tre-

cho de canal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

Figura 3.5 Secções transversais mais correntes: (a) retangular; (b) trapezoidal . . . . . . . . 37

Figura 3.6 (a) armazenamento de água no reservatório; (b) fornecimento de água ao sistema 41

Figura 3.7 Representação esquemática da 1ª via de cálculo da altura de jusante . . . . . . . 41

Figura 3.8 Representação esquemática da 2ª via de cálculo da altura de jusante . . . . . . . 42

Figura 3.9 Representação esquemática das hipóteses de cálculo para a evaporação . . . . . 44

Figura 3.10 Organização dos separadores na ferramenta de cálculo . . . . . . . . . . . . . . . 46

Figura 3.11 Introdução de dados no separador das estações meteorológicas . . . . . . . . . . 46

Figura 3.12 Introdução de dados no separador das captações . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

Figura 3.13 Dados de saída no separador das captações . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

Figura 3.14 Introdução de dados no separador de água importada e exportada . . . . . . . . . 48

Figura 3.15 Introdução de dados no separador das estações elevatórias intermédias . . . . . . 49

Figura 3.16 Introdução de dados no separador dos reservatórios intermédios . . . . . . . . . . 50

Figura 3.17 Introdução de dados no separador de água faturada . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

Figura 4.1 Representação esquemática das obras de rega do AHVS . . . . . . . . . . . . . . 53

Figura 4.2 Rede de transporte e de distribuição em canal do AHVS . . . . . . . . . . . . . . . 54

Figura 4.3 Estações agrometeorológicas do AHVS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

Figura 4.4 Reservatórios de água do AHVS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

Figura 4.5 Representação esquemática do nó do Peso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

Figura 4.6 Descargas no açude do Furadouro: (a) canal do Furadouro; (b) ribeira de Raia . . 57

Figura 4.7 Estações elevatórias de rega no AHVS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

Figura 4.8 Estação remota no açude do Furadouro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

xii

Figura 4.9 Curva de vazão experimental do descarregador de superfície do açude . . . . . . 58

Figura 4.10 Estação remota no nó do Peso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

Figura 4.11 Rede hidrográfica do Vale do Sorraia (adaptado de Simões e Oliveira, 2014) . . . 61

Figura 4.12 Sub-sistema do AH a montante do Furadouro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

Figura 4.13 Canal Peso-Barrosa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

Figura 4.14 Fugas através de duas comportas AMP fechadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

Figura 4.15 Representação esquemática do reservatório do nó do Peso . . . . . . . . . . . . . 76

Figura E.1 Planta do reservatório do nó do Peso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

Figura F.1 Listagem de componentes do balanço hídrico de 2016 do AHVS . . . . . . . . . . 96

Figura F.2 Listagem de componentes do balanço hídrico de 2017 do AHVS . . . . . . . . . . 98

xiii

Lista de Tabelas

Tabela 2.1 Componentes do balanço hídrico de acordo com IWA (Alegre et al., 2006) . . . . 5

Tabela 2.2 Componentes do balanço energético (Mamade et al., 2017) . . . . . . . . . . . . . 9

Tabela 2.3 Distribuição dos regadios em Portugal (DGADR, 2014) . . . . . . . . . . . . . . . 15

Tabela 2.4 Métodos de distribuição de rega . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

Tabela 2.5 Classificação de declives em canais prismáticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

Tabela 3.1 Componentes do balanço hídrico para os aproveitamentos hidroagrícolas . . . . . 32

Tabela 3.2 Análise de sensibilidade ao cálculo do volume mínimo de operação . . . . . . . . 42

Tabela 3.3 Módulos Neyrpic considerados na ferramenta e respetivas cargas nominais . . . . 48

Tabela 4.1 Área beneficiada do AHVS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

Tabela 4.2 Áreas regadas no AHVS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

Tabela 4.3 Dados meteorológicos registados durante o período de referência de 2016 . . . . 55

Tabela 4.4 Dados meteorológicos registados durante o período de referência de 2017 . . . . 55

Tabela 4.5 Produção anual de energia elétrica nas centrais hidroelétricas . . . . . . . . . . . 55

Tabela 4.6 Principais características dos açudes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

Tabela 4.7 Classificação das estações elevatórias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

Tabela 4.8 Volumes de água entrada no sistema (m3) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

Tabela 4.9 Volumes de água captada (m3) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

Tabela 4.10 Volumes de água entrada por precipitação em canais e reservatórios intermédios

(m3) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

Tabela 4.11 Escoamento médio anual em regime natural na RH5 (APA, 2016) . . . . . . . . . 62

Tabela 4.12 Volumes considerados no sub-sistema a montante do Furadouro (m3) . . . . . . . 63

Tabela 4.13 Análise de sensibilidade ao volume de escoamento superficial (m3) . . . . . . . . 64

Tabela 4.14 Volumes de consumo autorizado faturado (m3) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

Tabela 4.15 Volume mínimo de operação na rede de canais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

Tabela 4.16 Volumes de perdas de água (m3) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

Tabela 4.17 Volumes das componentes de perdas de água (m3) . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

Tabela 4.18 Volume de perdas por evaporação em canais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

Tabela 4.19 Volumes de perdas por evaporação (m3) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

Tabela 4.20 Volume de perdas aparentes (m3) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

Tabela 4.21 Volumes de perdas reais (m3) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

Tabela 4.22 Estimativa da área molhada no canal Furadouro-Divor . . . . . . . . . . . . . . . . 69

Tabela 4.23 Estimativa da área molhada na rede de canais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

Tabela 4.24 Análise de sensibilidade ao volume de perdas por repassos em canais (m3) . . . 70

Tabela 4.25 Volumes de descargas em canais (m3) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

Tabela 4.26 Indicadores de desempenho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

Tabela 4.27 Cálculo da energia fornecida por bombeamento nas estações elevatórias de en-

trada para 2016 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

xiv

Tabela 4.28 Energia fornecida por bombeamento nas estações elevatórias intermédias para

2016 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

Tabela 4.29 Níveis de água nas albufeiras (m) (http://www.arbvs.pt/albufeiras) . . . . . . . . . 72

Tabela 4.30 Cálculo da energia fornecida pelos reservatórios de entrada para 2016 . . . . . . 72

Tabela 4.31 Cálculo da energia mínima em cada bloco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

Tabela 4.32 Energia recuperada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

Tabela 4.33 Cálculo da energia dissipada no bombeamento nas estações elevatórias . . . . . 74

Tabela 4.34 Cálculo da energia dissipada nas centrais hidroelétricas . . . . . . . . . . . . . . . 75

Tabela 4.35 Balanço energético simplificado aplicado ao A.H. do Vale do Sorraia no ano de 2016 75

Tabela 4.36 Indicadores de eficiência energética . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

Tabela 4.37 Volumes associados ao reservatório do nó do Peso - enchimento . . . . . . . . . 77

Tabela 4.38 Balanço energético do reservatório do nó do Peso com armazenamento de água . 77

Tabela 4.39 Volumes associados ao reservatório do nó do Peso - esvaziamento . . . . . . . . 77

Tabela 4.40 Balanço energético do reservatório do nó do Peso com armazenamento de água . 77

Tabela 4.41 Proposta de balanço energético para aplicação em aproveitamentos hidroagrícolas 78

Tabela A.1 Características do canal Furadouro-Couço . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

Tabela A.2 Características do distribuidor da Franzina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

Tabela A.3 Cálculo do volume precipitado no canal Furadouro-Couço na campanha de 2016 . 85

Tabela A.4 Cálculo do volume mínimo de operação no canal Furadouro-Couço (hj = hu) . . . 85

Tabela A.5 Cálculo do volume mínimo de operação no canal Furadouro-Couço (hj = h) . . . 85

Tabela A.6 Cálculo do volume mínimo de operação no distribuidor da Franzina (hj = hu) . . . 86

Tabela A.7 Cálculo do volume mínimo de operação no distribuidor da Franzina (hj = h) . . . 86

Tabela A.8 Cálculo do volume evaporado no canal Furadouro-Couço na campanha de 2016 . 87

Tabela A.9 Cálculo do volume evaporado no distribuidor da Franzina na campanha de 2016 . 87

Tabela B.1 Dados meteorológicos das estações de Montargil, Maranhão e Couço em 2016 . 88

Tabela B.2 Dados meteorológicos das estações de Magos, Coruche e Barrosa em 2016 . . . 88

Tabela B.3 Dados meteorológicos das estações de Montargil, Maranhão e Couço em 2017 . 89

Tabela B.4 Dados meteorológicos das estações de Magos, Coruche e Barrosa em 2017 . . . 89

Tabela C.1 Balanço hidrológico sequencial mensal de 2016 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

Tabela C.2 Balanço hidrológico sequencial mensal de 2017 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

Tabela D.1 Cálculo do fator de correção . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

Tabela F.1 Balanço hídrico aplicado ao A.H. do Vale do Sorraia no ano de 2016 . . . . . . . . 95

Tabela F.2 Balanço hídrico aplicado ao A.H. do Vale do Sorraia no ano de 2017 . . . . . . . . 97

xv

Lista de Abreviaturas

AGIR - Projeto colaborativo intitulado ”Avaliação da Eficiência do Uso da Água e da Energia em

Aproveitamentos Hidroagrícolas”

AH - Aproveitamento Hidroagrícola

AHVS - Aproveitamento Hidroagrícola do Vale do Sorraia

APA - Agência Portuguesa do Ambiente

APRH - Associação Portuguesa de Recursos Hídricos

ARBVS - Associação de Regantes e Beneficiários do Vale do Sorraia

BABE - Burst and Background Estimates

DGADR - Direção-Geral de Agricultura e Desenvolvimento Rural

ERSAR - Entidade Reguladora dos Serviços de Águas e Resíduos

ETA - Estação de Tratamento de Água

iPerdas - Projeto colaborativo intitulado ”Iniciativa Nacional para a Gestão Eficiente de Perdas”

IWA - International Water Association

LNEC - Laboratório Nacional de Engenharia Civil

NPA - Nível de Pleno Armazenamento

PGRH - Plano de Gestão de Região Hidrográfica

PNA - Plano Nacional da Água

PNUEA - Programa Nacional para o Uso Eficiente da Água

SIGIMAP - Sistema Global para a Inovação e Modernização da Agricultura Portuguesa

SCADA - Supervisory Control And Data Acquisition

xvi

Lista de Símbolos

Letras gregas

γ - peso específico da água (kN/m3)

η - rendimento (-)

Letras romanas

A - área (m2)

B - largura (m)

E - energia (kWh)

h - altura (m)

H - nível de água (m)

L - comprimento (m)

p - pressão (m.c.a)

P - precipitação (mm)

V - volume de água (m3)

U - velocidade média (m/s)

z - cota geométrica (m)

xviii

Capítulo 1

Introdução

1.1 Âmbito

O acesso universal à água para satisfação das necessidades básicas, sem a criação de fatores de

exclusão, é um dos princípios sociais pelo qual a gestão deste recurso hídrico se rege. A gestão da

água deve também estar centrada no seu uso eficiente, de modo a promover uma utilização que seja o

mais sustentável possível, dada a disponibilidade limitada do recurso. Apesar dos recursos hídricos em

Portugal continental apresentarem uma abundância relativamente elevada, com valores de precipitação

média anual na ordem dos 950 mm, tem-se verificado nos últimos tempos períodos de escassez, dada

a variabilidade na distribuição temporal e espacial da precipitação, que vieram evidenciar fragilidades

ao nível do armazenamento e gestão das disponibilidade hídricas.

O primeiro Plano Nacional da Água (PNA) foi desenvolvido em 2002 (revisto em 2015), constituindo

um instrumento de política setorial de âmbito nacional tendo como objetivo a adoção de práticas de

gestão dos recursos hídricos equilibradas e racionais. Entre os vários objetivos específicos destaca-se

a promoção do uso sustentável da água, de modo a assegurar a sustentabilidade de todas as atividades

ligadas ao setor através da proteção a longo prazo dos recursos hídricos disponíveis (APA, 2015). A

partir do PNA, e com o intuito de promover o uso eficiente da água no setor agrícola, o setor com maior

consumo de água (cerca de 80% dos consumos), surge, em 2012, o Programa Nacional para o Uso

Eficiente da Água (PNUEA). O PNUEA estabelece como objetivo para 2020 eficiências do uso da água

no setor agrícola na ordem dos 65% (APA, 2012). O cumprimento desta meta depende das eficiências

no transporte e na distribuição, no armazenamento e no uso dentro da exploração agrícola. Salienta-

se então a necessidade de ter uma visão global do sistema, alertando todos os intervenientes para a

necessidade de reduzir as ineficiências nestes sistemas.

Mais recentemente, surge um documento intitulado de ”Estratégia para o Regadio Público 2014-

2020” no qual são abordadas as problemáticas do uso eficiente da água no regadio público. No docu-

mento estimam-se valores de eficiência global no regadio da ordem de 60-65%, explicados em parte

por dotações de rega excessivas, pelo grau de degradação em que os perímetros de rega mais antigos

se encontram e pela exigência em termos de mão-de-obra que os sistemas de transporte e de distri-

buição apresentam. São estabelecidos princípios orientadores no sentido de promover um uso mais

eficiente da água e da energia nos aproveitamentos hidroagrícolas através da reabilitação e moderniza-

ção infraestrutural e da melhoria da gestão destes sistemas (DGADR, 2014). Com o ”envelhecimento”

das infraestruturas de transporte e distribuição, tendem a aumentar as perdas de água, o que leva a

um aumento dos volumes a captar e a bombear, que indiretamente se reflete num maior consumo ener-

gético (Mamade et al., 2017). As recentes crises energéticas em conjugação com a necessidade de

1

reduzir as emissões de gases de efeito estufa para cumprir com as metas ambientais, levaram a uma

crescente motivação para minimizar as necessidades energéticas nos diversos setores. Recentemente,

na primeira edição da ”Iniciativa Nacional para a Gestão Eficiente de Perdas” (iPerdas) um conjunto de

sistemas urbanos de abastecimento de água evidencia que 23% da energia total consumida está asso-

ciada a perdas de água (Mamade et al., 2016). Cabrera et al. (2013) referem que em sistemas urbanos

de abastecimento de água as margens de poupança energética são superiores a 30%, sendo que, em

sistemas de rega, este valor pode ascender aos 50%.

A presente dissertação surge no âmbito do projeto de investigação ”Avaliação da Eficiência do Uso

da Água e da Energia em Aproveitamentos Hidroagrícolas” (AGIR), que tem como objetivo principal a

criação de um sistema de avaliação de desempenho de aproveitamentos hidroagrícolas, em termos de

perdas de água e de eficiência energética.

1.2 Objetivo e metodologia

O principal objetivo desta dissertação é o desenvolvimento e aplicação de uma metodologia para ava-

liação sistemática do uso da água e da energia em aproveitamentos hidroagrícolas incorporando uma

visão global do sistema. Tem-se por base os balanços hídrico e energético desenvolvidos para os

sistemas urbanos de abastecimento de água, procurando adaptá-los às especificidades dos aproveita-

mentos hidroagrícolas. Os balanços adaptados e com componentes novas são aplicados a um caso de

estudo real e os resultados obtidos são analisados e discutidos em pormenor.

A metodologia adotada na tese é constituída por quatro fases. Numa primeira fase, efetua-se o

levantamento do estado de arte incluindo os conceitos que estão subjacentes ao cálculo dos balanços

hídrico e energético nos sistemas urbanos de abastecimento de água.

Numa segunda fase, procede-se à adaptação do balanço hídrico aos AH. Incluem-se novas compo-

nentes no balanço hídrico e analisam-se diferentes métodos para efetuar a sua estimativa.

Numa terceira fase, aplica-se a metodologia proposta para o cálculo do balanço hídrico adaptado

e do balanço energético simplificado a um caso de estudo. Para operacionalizar o cálculo dos balan-

ços hídrico e energético é desenvolvida uma aplicação computacional em MS Excel que se pretende

constituir como uma ferramenta intuitiva e de fácil utilização para as entidades gestoras dos AH.

Finalmente, apresenta-se uma síntese do trabalho desenvolvido e as recomendações para trabalhos

futuros.

1.3 Estrutura da dissertação

O conteúdo apresentado na dissertação encontra-se organizado em cinco capítulos, constituindo a

presente introdução o Capítulo 1.

O Capítulo 2 inclui o levantamento do estado de arte que resulta da revisão bibliográfica relacionada

com os temas abordados na presente dissertação, nomeadamente sobre o cálculo dos balanços hídrico

e energético em sistemas urbanos de abastecimento de água e sobre o funcionamento dos AH.

No Capítulo 3, é apresentada a metodologia proposta para cálculo de balanço hídrico em AH.

No Capítulo 4, a metodologia proposta é aplicada ao caso de estudo de um AH com um sistema

predominantemente em canal. É descrita em detalhe a aplicação da metodologia e são apresentados

e discutidos os resultados obtidos.

No Capítulo 5 apresentam-se as principais conclusões e recomendações de trabalhos futuros.

A tese inclui ainda um Anexo com dados que foram utilizados na recolha de informação ou obtidos

a partir de cálculos efetuados.

2

Capítulo 2

Estado de arte

2.1 Nota introdutória

Este capítulo contextualiza o conhecimento existente e que serve de base para o desenvolvimento da

presente dissertação. Como enquadramento é feita uma breve descrição sobre o funcionamento dos

sistemas de abastecimento de água no setor urbano. Esta informação é importante para descrever as

metodologias existentes para cálculo dos balanços hídrico e energético em sistemas de abastecimento

de água, as quais serão adaptadas para os aproveitamentos hidroagrícolas. De seguida, são descritos

os sistemas em canal dos aproveitamentos hidroagrícolas e apresentam-se as abordagens já existentes

para diagnóstico de eficiência hídrica nestes sistemas.

2.2 Sistemas urbanos de abastecimento de água

2.2.1 Abordagem para cálculo do balanço hídrico

2.2.1.1 Fronteira do sistema e período de referência

Um sistema de abastecimento de água urbano integra tipicamente um conjunto de componentes que

incluem a captação, o tratamento, a adução, a elevação, o armazenamento e a distribuição, conforme

é apresentado na Figura 2.1.

Figura 2.1: Principais componentes de um sistema de abastecimento de água (ERSAR, 2017b)

3

Nos sistemas urbanos, a água é captada através de captações, superficiais ou subterrâneas. Caso

as condições de qualidade da água não sejam satisfatórias para consumo humano, é realizado o trata-

mento da água bruta em estações de tratamento de água (ETA), tornado-a apropriada para consumo.

Finalizado o processo de tratamento, a água tratada é transportada para zonas mais próximas dos

consumidores através do sistema adutor. Sempre que haja necessidade de recorrer ao bombeamento,

existem estações elevatórias que permitem vencer desníveis topográficos e asseguram a pressurização

do escoamento. O fornecimento de água aos consumidores é feito em pressão, através de ramais de

ligação entre a rede de distribuição e as instalações a abastecer. Existem ainda reservatórios de água

destinados, na sua maioria, ao armazenamento de água tendo em vista a alimentação das redes de dis-

tribuição e compensar flutuações no consumo (Sousa, 2001). O fornecimento de água e a gestão dos

sistemas de abastecimento de água são da responsabilidade das entidades gestoras (e.g., municípios,

empresas municipais, multimunicipais e privadas).

Um dos principais problemas destes sistemas de abastecimento de água, em particular na compo-

nente de distribuição, é o elevado nível de perdas, cujo impacto económico, infraestrutural e ambiental

pode ser muito significativo.

Como forma de avaliar as perdas de água que ocorrem é realizado um balanço hídrico, tipicamente

anual, onde se procura descriminar todas as entradas e saídas de água do sistema desde a captação

até ao ponto de entrega no utilizador final. Este período de tempo é designado de período de referência

e deve coincidir com o período de prestação do serviço do sistema de abastecimento de água (Alegre et

al., 2004). O período de referência recomendado na metodologia desenvolvida pela IWA (International

Water Association) é o ano, pois há em geral uma menor disponibilidade de dados fiáveis em períodos

mais curtos.

Nos aproveitamentos hidroagrícolas, cujo serviço pode ser prestado apenas durante as campanhas

de rega com duração menor do que um ano, o período de funcionamento pode ser mais curto.

A contabilização dos fluxos de água nas fronteiras do sistema durante o período de referência deve

ser preferencialmente realizada através de medidores de caudal devidamente calibrados, de modo a

obter dados fiáveis e com menor incerteza associada. Componentes que não tenham sido alvo de

medição, devem ser estimadas com base nos melhores dados disponíveis ou através de técnicas de

extrapolação que se considerem mais adequadas (Alegre et al., 2004).

Para obtenção de valores de volumes medidos podem ser consultados os registos existentes nos

sistemas de telegestão, de faturação ou de monitorização de caudais na rede (Coelho et al., 2007).

Apesar do elevado volume de dados armazenado, no que se refere aos dados de telegestão e de mo-

nitorização, verifica-se, nalguns casos, a ocorrência de valores anómalos devido a uma parametrização

errada e a falhas de registos (Coelho et al., 2007). Aconselha-se, assim, a realização de uma revisão

cuidada dos dados produzidos por estes sistemas, de modo aferir a qualidade dos dados armazenados

e garantindo, desse modo, registos históricos com níveis de fiabilidade elevados e utilizáveis para o

cálculo do balanço hídrico.

É expetável que os primeiros balanços hídricos realizados por uma entidade gestora não apresentem

o grau de confiança desejado, uma vez que podem existir componentes cujo valor não foi medido ou

dados obtidos que não foram validados.

O cálculo do balanço inicia-se com a estimativa da água entrada no sistema, seguida da aferição

das componentes de consumo autorizado. As perdas de água resultam da diferença entre a água

entrada e o consumo autorizado, procedendo-se à estimativa das perdas aparentes e, por último, das

perdas reais. Na Tabela 2.1 apresentam-se as principais componentes do balanço hídrico em sistemas

urbanos de abastecimento de água.

4

Tabela 2.1: Componentes do balanço hídrico de acordo com IWA (Alegre et al., 2006)

Água entradano sistema(m3/ano)

Consumoautorizado(m3/ano)

Consumoautorizadofaturado(m3/ano)

Consumo faturadomedido (incluindoágua exportada)

(m3/ano) Águafaturada(m3/ano)

Consumo faturadonão medido

(m3/ano)

Consumoautorizado

não faturado(m3/ano)

Consumo nãofaturado medido

(m3/ano)

Água nãofaturada(m3/ano)

Consumo não faturadonão medido

(m3/ano)

Perdas deágua

(m3/ano)

Perdasaparentes(m3/ano)

Uso não autorizado(m3/ano)

Erros de medição(m3/ano)

Perdas reais(m3/ano)

Fugas nas condutas deadução e/ou distribuição

(m3/ano)Fugas e extravasamentos

nos reservatórios deadução e/oudistribuição(m3/ano)

Fugas nos ramais(m3/ano)

Perdas reais nas condutasde água bruta e nas estações

de tratamento de água(m3/ano)

2.2.1.2 Componentes de água entrada

A primeira componente a ser calculada é a água entrada no sistema. Esta componente é passível de

ser dividida em sub-componentes de modo a obter uma caracterização mais detalhada da proveniência

dos volumes de água entrada.

São consideradas como sub-componentes a água proveniente de captações próprias (e.g., albu-

feira, rio ou furo) e a água importada de outros sistemas. A soma destas duas sub-componentes

corresponde ao volume de água entrado no sistema de abastecimento durante o período de referência

(Alegre et al., 2004). Para o cálculo das sub-componentes da água entrada no sistema devem ser reco-

lhidos os registos de medição nos locais de captação e importação de água. Caso não se disponha de

medidores de caudal nesses locais, devem ser realizadas estimativas desses volumes recorrendo às

técnicas complementares que se julguem mais adequadas, como por exemplo (Thornton et al., 2008):

• estimativa com base em locais com características semelhantes;

• realização de campanhas de medição de caudal;

• medição do caudal através da variações volumétricas em reservatórios;

• registos efetuados em estações elevatórias de captação de água.

2.2.1.3 Componentes do consumo autorizado

O volume de água entrado no sistema é dividido em consumo autorizado e em perdas de água. O

consumo autorizado, por sua vez, divide-se em consumo faturado e não faturado. A componente do

consumo autorizado inclui todos os consumos de água associados a utilizadores de água autorizados

5

(e.g., domésticos, não domésticos, consumos da própria entidade para rega ou limpeza da rede). A

contabilização destes volumes deve ser feita durante o período de referência, procurando quantificar

consumos faturados ou não faturados, medidos ou não medidos. Uma vez que existem consumos

de água para diversas finalidades, a divisão do consumo pelo tipo de utilização é aconselhável. Na

determinação da componente de consumo autorizado procura-se associar a um determinado tipo de

consumidor uma categoria (e.g., consumo doméstico, comercial ou industrial).

O consumo autorizado faturado medido resulta do somatório dos valores obtidos por leitura de me-

didores instalados nos pontos de entrega de água aos clientes, podendo ser necessário realizar inter-

polações caso as datas de leitura não coincidam com o período de referência (Alegre et al., 2004).

O consumo autorizado faturado não medido é um volume de água entregue a clientes que não

dispõem de um dispositivo de medição instalado, procurando a entidade gestora quantificar estes con-

sumos através das melhores estimativas disponíveis (Alegre et al., 2004). De forma a validar as estima-

tivas efetuadas, os consumidores que não são alvo de medição devem ser monitorizados durante um

certo período de tempo, instalando medidores de caudal no ponto de entrega a cada consumidor ou

monitorizando uma determinada área onde existam consumidores sem medidores de caudal instalados.

Deve-se procurar medir em períodos semelhantes (e.g., dia de semana, mês do ano) de modo a que

as medições possam ser extrapoláveis. Salienta-se a importância de procurar que os consumidores

mantenham os seus padrões de consumo inalterados durante o período de medição de forma a que as

medições efetuadas traduzam um consumo o mais próximo do real (Thornton et al., 2008).

Com a finalidade de obter o consumo autorizado faturado deve ser consultado o sistema de fatura-

ção da entidade gestora onde se devem encontrar registados todos os volumes medidos ou estimados

que tenham sido alvo de cobrança aos respetivos consumidores.

O consumo autorizado não faturado divide-se também em medido e não medido. Esta componente

do balanço hídrico inclui todos os volumes que a entidade gestora permite que sejam consumidos,

sem que, para o efeito, haja faturação dos mesmos. A obtenção da parcela de consumo autorizado

não faturado medido é em tudo semelhante ao processo descrito para o consumo autorizado faturado

medido, tratando-se agora de um volume que, em termos de faturação, surgirá como não faturado.

Em situações onde existe registo de consumo autorizado não faturado não medido, deve ser rea-

lizada a identificação da finalidade com que ocorre cada consumo, procurando agrupar os usos iden-

tificados em sub-componentes de consumo autorizado não faturado não medido. São exemplos de

consumos autorizados não faturados, os volumes utilizados em lavagem de condutas, lavagem de

ruas, rega de espaços verdes, combate a incêndios e abastecimento de fontanários públicos, podendo

a estimativa de cada sub-componente ser realizada com a colaboração da entidade responsável pelo

consumo (Alegre et al., 2004).

2.2.1.4 Componentes de perdas de água

Na construção do balanço hídrico, as perdas de água resultam da diferença entre a água entrada no

sistema e o consumo autorizado. As perdas de água dividem-se em perdas de água aparentes e perdas

de água reais (Alegre et al., 2004).

Tendo em vista uma caracterização mais detalhada das sub-componentes das perdas de água, deve

ser realizada, em paralelo, uma análise das sub-componentes das perdas de água aparentes e reais

de modo a produzir estimativas que se aproximem mais da realidade (Thornton et al., 2008).

Começa-se por estimar as perdas de água aparentes, uma vez correspondem a volumes de água

consumidos que, por diversas razões, não foram alvo de medição ou registo, introduzindo desvios

relativamente ao valor de consumo autorizado. Dentro das perdas aparentes destacam-se os consumos

não autorizados e os erros de medição sistemáticos.

6

Os usos não autorizados são consumos que existem no sistema de abastecimento sem que a en-

tidade gestora os tenha autorizado (usos ilícitos ou roubos). Estes consumos podem acontecer sob a

forma de furtos de água ou por violação do equipamento de medição associado ao consumo autorizado

(Alegre et al., 2004). Os furtos de água podem ocorrer por uso indevido de bocas de incêndio ou por

via de ligações à rede de distribuição que a entidade gestora não tenha conhecimento, só sendo dete-

tadas tais ligações através de campanhas de inspeções periódicas efetuadas à rede, em locais onde

se possa suspeitar de tais ocorrências. O mesmo acontece quando o equipamento de medição é alvo

de violação ou é construído um by-pass ao medidor instalado.

As perdas de água por erros de medição resultam do facto dos registos do consumo autorizado

medido diferirem dos valores que efetivamente são entregues ao consumidor. Estes erros de medição

podem ser devidos ao tipo de equipamento, idade, condições de instalação e ao perfil de consumo

do utilizador. Uma forma de avaliar estes erros passa por testar uma amostra de contadores para

estimativa de curvas de erro em função do caudal. O erro resultante do ensaio deve ser ponderado

pelo consumo para cálculo de um valor global.

A instalação de tipos de medidores que não são os mais adequados, por estarem a funcionar com

caudais fora da gama de funcionamento recomendada pelos fabricantes, medidores defeituosos ou

mal instalados (e.g., não respeitando as distâncias mínimas a montante e a jusante) são algumas das

causas apontadas que contribuem para o aumento dos erros de medição (Thornton et al., 2008).

O volume de perdas de água reais resulta da soma de todos os volumes de água perdida por

perdas físicas desde a sua entrada no sistema de abastecimento até ao contador do consumidor. São

exemplos de perdas reais eventuais ruturas, fugas e extravasamentos que ocorram ao longo do sistema

de abastecimento, sendo muitas vezes percetíveis pelos consumidores por pressões de funcionamento

abaixo do normal ou interrupções no abastecimento. Caso se registem eventuais ocorrências visíveis

à superfície do terreno, as mesmas são tipicamente reportadas à entidade gestora num curto espaço

de tempo desde o momento em que estas ocorrem até serem detetadas. De modo a minimizar as

perdas de água reais, devem-se tomar cuidados desde logo na fase de projeto procurando efetuar um

dimensionamento de acordo com as solicitações a que o sistema terá de responder e ao mesmo tempo

procurar orientar a escolha de componentes adequados à utilização prevista.

Durante a fase de construção existe a possibilidade de componentes do sistema não serem instala-

dos de forma correta e de serem danificados durante o seu manuseamento. Na fase de operação do

sistema, situações de pressões excessivas, variações bruscas e fenómenos de corrosão são suscetí-

veis de acontecer. Tais fenómenos, aliados à falta de manutenção, provocam um desgaste excessivo

dos materiais, reduzindo o período de vida útil dos componentes do sistema, o que aumentará a sua

propensão para um maior número de fugas ou ruturas (Thornton et al., 2008).

Métodos de deteção de fugas

Face à relevância das perdas reais no volume de água não faturado, representado cerca de 60% do seu

valor (ERSAR, 2017b), apresenta-se a metodologia denominada de BABE (Burst and Background Esti-

mates) que tem como objetivo estimar o volume de água associado a perdas reais. Nesta metodologia,

caracterizam-se as sub-componentes das perdas de água reais através de variáveis como o número

de fugas, o caudal e a duração associadas a cada evento registado (Thornton et al., 2008). Ao efetuar

a recolha de tal informação, eventos que se considerem semelhantes são agrupados por categorias,

sendo possível estimar o volume de perdas reais que a entidade gestora conseguiu registar em virtude

da política corrente de controlo de fugas (Thornton et al., 2008). No entanto, existem sempre fugas que

não são do conhecimento da entidade gestora que podem ser estimadas subtraindo às perdas de água

reais resultantes do balanço hídrico as perdas de água reais conhecidas.

7

Nas situações em que eventuais ruturas ou fugas não são percecionadas pelos consumidores, o

tempo desde a sua ocorrência até à sua reparação é superior, sendo apenas detetadas fugas com

valores de caudal que possibilitem a sua deteção recorrendo a técnicas de deteção específicas, como

por exemplo a instalação de sensores acústicos (Thornton et al., 2008). A estratégia de controlo de

perdas de água reais é denominada de controlo ativo de fugas, na qual a monitorização da rede permite

a deteção e a reparação de fugas ou ruturas que não são participadas à entidade gestora (Alegre et

al., 2004). De entre as diferentes técnicas de deteção de fugas atualmente utilizadas destacam-se as

seguintes (Thornton et al., 2008):

• inspeção visual;

• utilização de equipamentos acústicos;

• análise de caudais noturnos;

• fecho sequencial de válvulas.

A inspeção visual de fugas é a técnica mais antiga de deteção, consistindo num batimento do terreno

onde se encontra instalada a rede de abastecimento de água em busca de fugas que se manifestem

de alguma forma à superfície. Todavia, apesar de não ser a técnica mais sofisticada, as entidades

gestoras não devem subestimar a sua importância, principalmente em sistemas onde a manutenção da

rede não é feita atempada ou da forma mais correta (Thornton et al., 2008).

As técnicas acústicas consistem no posicionamento de geofones ao longo da rede de abastecimento

com a finalidade de escutar ruídos que eventuais fugas ou ruturas possam estar a produzir (EPAL,

2017). Com os resultados das sondagens, é possível efetuar um mapeamento dos níveis de ruído

detetados que juntamente com a realização de futuras sondagens permitirá aferir a evolução dos níveis

de ruído no tempo (EPAL, 2017). Dessa forma, não só é possível identificar onde ocorrem as eventuais

fugas ou ruturas, mas também identificar zonas da rede de abastecimento que ainda não tenham sido

rastreadas.

A análise de caudais noturnos consiste numa análise realizada aos registos de caudais durante o

período noturno, situação caracterizada por um consumo autorizado mínimo que geralmente ocorre en-

tre as 2:00 e 4:00 da manhã (Thornton et al., 2008). Nessas condições as fugas, em termos percentuais

de caudal total, atingem o seu valor máximo. Na análise aos caudais noturnos devem ser deduzidos os

consumos autorizados que possam ocorrem durante esse período, de modo a obter apenas volumes

verdadeiramente associados a perdas de água físicas.

O fechamento sequencial de válvulas consiste numa forma de estimar o valor das perdas ”ocultas”,

procurando-se isolar parte do sistema de abastecimento de água onde exista a possibilidade de medir

o volume entrado no mesmo (Thornton et al., 2008). A técnica pressupõe uma análise setorial da rede

de abastecimento, onde vão sendo fechadas sequencialmente válvulas de seccionamento de modo a

identificar em que zona da rede ocorrem as principais fugas ou ruturas.

2.2.2 Abordagem para cálculo do balanço energético

2.2.2.1 Fronteira do sistema e período de referência

A análise dos consumos energéticos e a avaliação das eficiências de bombeamento realizadas pelas

entidades gestoras não são, por si só, suficientes para uma correta avaliação do sistema em termos

de consumo energético. Nestes sistemas, a energia também pode ser dissipada por perdas de água,

perdas de carga na rede, práticas de operação menos adequadas ou traçado da rede menos favoráveis

e que não atendem a preocupações de consumo de energia. Nesse sentido, o balanço energético vem

permitir a realização de diagnósticos preliminares e identificar áreas da rede com eficiências energéticas

baixas (Mamade et al., 2014).

8

O balanço energético envolve a contabilização de energia fornecida ao sistema por gravidade e

por bombeamento, assim como a energia mínima para assegurar o consumo, a energia dissipada

em válvulas, condutas e bombas, a energia recuperada e a energia supérflua. Este balanço permite

também estimar a energia dissipada associada a perdas de água.

O cálculo de balanços energéticos permite também às entidades gestoras analisarem os efeitos

que a implementação de determinadas medidas têm ao nível dos consumos energéticos. Na Tabela

2.2 apresentam-se as componentes do balanço energético em sistemas urbanos de abastecimento de

água desenvolvido por Mamade et al., (2017).

Tabela 2.2: Componentes do balanço energético (Mamade et al., 2017)

Energia fornecidaao

sistema

Energia associadaa

consumo autorizado

Energia entregueaos consumidores

Energia mínimaEnergia supérflua

Energia dissipadaassociada a

consumo

... nas condutas... nas válvulas... nas bombas... nas turbinas

Energiarecuperada

... associada aconsumo

Energia associadaa

perdas de água

... associada aperdas

Energia dissipadaassociada a

perdas

... nos pontos ondeocorrem as perdas... nas condutas... nas válvulas... nas bombas... nas turbinas

componentes estimadas através de modelação hidráulica

Para a realização de uma análise completa ao balanço energético é necessário um maior detalhe

sobre consumo de energia associado a cada componente que só é possível com a construção de

um modelo hidráulico do sistema. As componentes do balanço energético que requerem modelação

hidráulica encontram-se assinaladas a cinzento, não sendo analisadas no presente trabalho. Com o

objetivo de tornar o cálculo do balanço energético o mais expedito possível, pode ser realizada uma

análise simplificada ao balanço energético na qual apenas são consideradas as componentes que não

requerem modelação hidráulica.

O período de referência e as fronteiras do sistema em análise no balanço energético devem coin-

cidir com o período e fronteiras definidos no balanço hídrico, uma vez que os volumes utilizados no

cálculo do balanço hídrico devem ser considerados como dados de base para o cálculo das componen-

tes do balanço energético. Com a definição da fronteira do sistema torna-se possível a identificação

de elementos externos e elementos internos. Os elementos externos são, por norma, os responsáveis

pelo fornecimento de energia ao sistema e estão associados à água entrada. São considerados como

elementos externos reservatórios e estações elevatórias. Os reservatórios externos são uma fonte de

energia potencial gravítica, encontrando-se o valor da energia fornecida pelo mesmo dependente do

nível de água no seu interior. As estações elevatórias constituem-se como um elemento externo, impli-

cando o seu estudo em separado para aferição da energia de pressão fornecida ao sistema (Cabrera et

al., 2010). Os elementos internos desempenham apenas funções de armazenamento ou de dissipação

de energia. Na realidade os reservatórios no interior do sistema apresentam duas realidades distintas:

em situações de entrada de água fornecem energia ao sistema, mas em situações de armazenamento

intermédio comportam-se de forma análoga à entrega de água a um consumidor com a respetiva ener-

gia associada. Como ao longo do ano as variações de nível nestes reservatórios é aproximadamente

nula, não se considera a energia de compensação nestes reservatórios (Cabrera et al., 2010).

9

A energia total fornecida ao sistema, Etot, resulta da soma da energia potencial gravítica, EG, com

a energia de pressão para bombeamento, EB . A energia potencial gravítica está associada a reserva-

tórios e pontos de entrada de água no sistema, sendo necessário conhecer as cotas, as pressões e os

volumes de água entrados nesses pontos (Mamade et al., 2016). Para o cálculo da energia de pres-

são para bombeamento é necessário conhecer consumos energéticos, volumes de água bombeados e

alturas de elevação das estações elevatórias presentes no sistema em análise.

A energia associada a consumo autorizado é constituída por três parcelas: a entregue aos consu-

midores, a dissipada e a recuperada.

A energia entregue aos consumidores é composta por duas componentes denominadas de ener-

gia mínima e energia supérflua. A energia mínima é um valor teórico que procura traduzir a energia

necessária para abastecer sem a consideração de perdas de carga ao longo do sistema (Mamade et

al., 2016). A energia supérflua é o excesso de energia que é entregue aos consumidores, isto é, a

diferença entre as pressões nos pontos de consumo e as pressões mínimas, também perante uma

situação sem consideração de perdas de carga e de água (Mamade et al., 2016). A energia dissipada

associada ao consumo autorizado contabiliza tanto perdas de carga contínuas pelo atrito que se gera

pelo escoamento nas condutas, como as perdas de carga localizadas que ocorrem nas válvulas, bom-

bas e turbinas. A energia recuperada associada ao consumo autorizado quantifica toda a energia que

é recuperada no sistema a partir do consumo autorizado. A energia dissipada e a energia recuperada

associadas a perdas de águas são equivalentes à energia dissipada e à energia recuperada associadas

a consumo autorizado, respetivamente.

Seguidamente explicitam-se as componentes do balanço energético, incidindo sobre o cálculo do

balanço energético simplificado.

2.2.2.2 Energia fornecida

Para o cálculo do balanço energético começa-se por identificar a cota de referência do sistema, isto é,

o valor mínimo entre a cota do ponto de abastecimento mais baixo e a cota no nível dinâmico mínimo

das captações (Mamade et al., 2017). Estabelecida a cota de referência, procede-se ao cálculo do

valor total de energia fornecido ao sistema. Em relação à proveniência da energia, esta pode ter origem

gravítica (energia potencial gravítica) ou pode estar associada ao bombeamento (energia de pressão

para bombeamento).

O cálculo da energia gravítica, EG (kWh), é dado pela equação (2.1)

EG =γ

3600

nr∑r=1

Vr(Hr − z0) (2.1)

sendo

γ: o peso específico da água (kN/m3);

nr: o número de reservatórios de entrada;

Vr: o volume de água fornecido ao sistema pelo reservatório r (m3);

Hr: o nível médio do reservatório r (m);

z0: cota de referência do sistema (m).

Para aferição da energia de pressão para bombeamento devem ser consideradas todas as estações

elevatórias do sistema independentemente da sua localização. São classificadas como estações eleva-

tórias de entrada as estações elevatórias que se localizam na fronteira do sistema, constituindo pontos

de entrada de água no sistema. O cálculo da energia de pressão para bombeamento das estações

elevatórias de entrada difere do cálculo para estações elevatórias intermédias, uma vez que é tida em

consideração uma parcela relativa à energia potencial associada à cota da estação em relação à cota

10

de referência. Nas equações (2.2) e (2.3) são apresentadas as fórmulas de cálculo da energia de pres-

são fornecida por bombeamento, EB (kWh), em estações elevatórias de entrada e estações elevatórias

intermédias, respetivamente.

EB,entrada =

nb∑b=1

Efatura,b +γ

3600Vbomb,b(Hb − z0) (2.2)

EB,intermedia =

nb∑b=1

Efatura,b (2.3)

sendo

nb: o número de bombas à entrada do sistema;

Efatura: a fatura energética (kWh);

Vbomb,b: o volume bombeado pela bomba b (m3);

Hb: a carga hidráulica a montante da bomba b (m).

Seguindo um raciocínio de cálculo análogo ao do balanço hídrico, é possível dividir a energia for-

necida ao sistema em energia associada a consumo autorizado, ECA, e energia associada às perdas

de água, EPA (Mamade et al., 2016). Na abordagem de cálculo do balanço energético, considera-se

que a energia associada a consumo autorizado e a energia associada a perdas de água é proporcional

à percentagem de consumo autorizado e de perdas relativamente à água entrada. Assim, o cálculo

da energia associada a consumo autorizado dado pela equação (2.4) e o valor da energia associada a

perdas de água obtido com a equação (2.5).

ECA = EtotVCA

Vtot(2.4)

EPA = Etot − ECA (2.5)

2.2.2.3 Energia entregue aos consumidores

Para a determinação da energia mínima num sistema é necessário dividir o sistema em áreas de análise

homogéneas em termos de consumos e pressões mínimas requeridas (Mamade et al., 2017). De

seguida, dentro de cada área de análise é determinada a cota do centro de gravidade dos consumos. Na

determinação da cota, deve-se procurar que a mesma se encontre o mais próximo da cota topográfica

média. Ao não verificar tal proximidade, a área de análise não é homogénea, sugerindo-se a divisão da

área de análise em sub-áreas homogéneas. Os dados a conhecer em cada área de análise resumem-

se ao consumo autorizado, à pressão mínima requerida e à cota do centro de gravidade dos consumos.

Não existindo informação com o nível de detalhe suficiente para o cálculo do centro de gravidade dos

consumos, considera-se a cota topográfica média da área de análise. O cálculo da energia mínima,

Emin (kWh), é finalizado com o somatório das energias mínimas de todas as áreas de análise, como

ilustrado na equação (2.6)

Emin =γ

3600

na∑a=1

VCA,a(zCG,a + pmin,a − z0) (2.6)

sendo

na: o número de áreas de análise;

zCG,a: a cota do centro de gravidade de consumos da área a (m);

pmin,a: a pressão mínima requerida na área de análise a (m).

11

A energia supérflua é calculada através da modelação hidráulica, aconselhando-se a consulta do

trabalho desenvolvido por Mamade et al. (2017) para mais detalhes de cálculo das componentes esti-

madas através de modelação matemática.

2.2.2.4 Energia dissipada em grupos elevatórios

A energia dissipada no bombeamento é dada pelo somatório da multiplicação da energia de pressão

para bombeamento na bomba b multiplicada pelo complementar do rendimento da respetiva bomba.

A energia dissipada no bombeamento está também associada parte a consumo autorizado e parte a

perdas de água. Na equação (2.7) apresenta-se a fórmula para o cálculo da energia dissipada em

grupos eletrobomba associada a consumo autorizado, constando a fórmula da energia dissipada nos

mesmos associada a perdas de água na equação (2.8)

Ediss,BCA=

nb∑b=1

EB,b(1 − ηb)VCA

Vtot(2.7)

Ediss,BPA=

nb∑b=1

EB,b(1 − ηb)VPA

Vtot(2.8)

sendo

ηb: o rendimento da bomba b.

2.2.2.5 Energia recuperada e dissipada em turbinas

A obtenção do valor da energia recuperada, Erec, está dependente da instalação de equipamentos de

recuperação de energia (e.g., turbinas), devendo a sua obtenção ser feita por consulta das faturas de

venda de energia. Existindo uma componente de energia recuperada associada a consumo autorizado,

ECA, e a perdas de água, EPA, para a sua determinação aplicam-se as equações (2.9) e (2.10),

respetivamente.

Erec,CA = ErecVCA

Vtot(2.9)

Erec,PA = Erec − Erec,CA (2.10)

A energia dissipada nas turbinas associada a consumo autorizado e a perdas de água é dada pelas

equações (2.11) e (2.12), respetivamente.

Ediss,TCA=

ni∑i=1

Erec,iηiVCA

Vtot(2.11)

Ediss,TPA=

ni∑i=1

Erec,iηi − Ediss,TCA(2.12)

sendo

ηi: o rendimento da turbina i.

12

2.2.3 Indicadores de desempenho

Perdas de água

O indicador de qualidade de serviço é uma medida de avaliação quantitativa da eficiência ou eficácia

de um elemento do serviço prestado pela entidade gestora (ERSAR, 2017a). A criação de um sistema

de indicadores de desempenho tem o objetivo de facilitar o processo de avaliação dos sistemas de

abastecimento a partir de métricas quantificáveis que permitam comparações entre os mesmos. Tendo

em conta a possibilidade de existirem períodos de referência com durações inferiores ao ano, o sistema

de indicadores prevê esta situação recorrendo a indicadores expressos em termos de tempo (Alegre

et al., 2004). Salienta-se que para períodos inferiores ao ano, é necessário ter especial cuidado com

análises comparativas entre sistemas, uma vez que nestas condições existem variáveis que ao longo

do ano apresentam comportamentos diferentes.

Atualmente a Entidade Reguladora dos Serviços de Águas e Resíduos (ERSAR) define um sis-

tema de indicadores de avaliação da qualidade do serviço estruturado com base em indicadores que

traduzem a:

• Adequação da interface com o utilizador;

• Sustentabilidade da gestão do serviço;

• Sustentabilidade ambiental.

Apresentam-se de seguida apenas alguns dos indicadores de desempenho, com variáveis sempre

expressas no mesmo período de referência, destacados por Alegre et al. (2004) no âmbito do controlo

de perdas de água em sistemas de distribuição:

• WR1 (%) - Ineficiência na utilização dos recursos hídricos: Perdas reais / água entrada x 100;

• Op24 (m3/(km.dia)) - Perdas de água por comprimento de conduta: Perdas de água / (compri-

mento de condutas x nº de dias do período de referência);

• Op26 (%) - Perdas aparentes por volume de água entrada: Perdas aparentes / água entrada x

100;

• Op28 (l/(km.dia)) - Perdas reais por comprimento de conduta: Perdas reais x 1 000 / (compri-

mento de condutas x nº de horas em pressão durante o período de referência/ 24);

• Fi46 (%) - Água não faturada em termos de volume: Água não faturada / água entrada no sistema

x 100;

• Fi47 (%) - Água não faturada em termos de custo: Valor dos componentes de água sem proveito

/ custos correntes durante o período de referência.

Eficiência energética

O consumo específico de energia (kWh/m3) é o rácio entre o consumo de energia total no sistema

em análise e um volume de água de referência. Este volume de água não se encontra estabelecido

podendo se expresso em termos de volume de água entrada, de consumo autorizado ou de consumo

faturado. Numa primeira aproximação, este indicador apresenta uma estimativa global para os custos

energéticos por volume de água bombeado, não permitindo análises do sistema a menores escalas.

Alegre et al. (2004) apresenta os seguintes indicadores relacionados com a eficiência energética:

• Ph5 (kWh/(m3.100m)) - Consumo de energia normalizado: Energia total consumida nas estações

elevatórias /∑

(Volume bombeado x altura manométrica/ 100);

• Ph7 (%) - Recuperação de energia: Energia recuperada por turbinas ou dombas de eixo reversível

/ energia total consumida nas estações elevatórias x 100;

13

• Fi10 (%) - Custos de energia elétrica: Custo total de energia elétrica / custos correntes x 100.

Para além dos indicadores apresentados, Duarte et al. (2004) apresenta três novos indicadores

de desempenho energético baseados nos conceitos de energia mínima e supérflua, permitindo dessa

forma identificar sistemas com maior potencial de melhoria. Os indicadores são apresentados nas

equações (2.13), (2.14) e (2.15).

E1 =Eexc

Vtot=Etot − Emin − Erec

Vtot(2.13)

O indicador E1 permite avaliar impacto de medidas de gestão de energia, não sendo, no entanto,

adequado para avaliar efeitos de medidas de controlo de perdas na eficiência energética e comparar

sistemas com diferentes níveis de perdas (Duarte et al., 2008). Este indicador representa o potencial

teórico de redução de energia por volume de água entrado (Mamade et al., 2016).

E2 =Eexc

VCA=Etot − Emin − Erec

VCA(2.14)

O indicador E2 reflete o impacto de medidas de redução de perdas, não refletindo diretamente

medidas que levem a redução de dissipação de energia, a não ser que se diminua a carga hidráulica

na origem (Duarte et al., 2008).

E3 =Eexc

Emin=Etot − Emin − Erec

Emin(2.15)

Por último, o indicador E3 é um rácio entre a energia total em excesso e a energia mínima. Este

indicador é o único que é sempre superior à unidade, uma vez que a energia a fornecer ao sistema tem

sempre que cobrir a energia mínima e as perdas de carga.

2.3 Aproveitamentos hidroagrícolas

2.3.1 Tipologias de regadio

Entende-se por regadio a produção agrícola através da prática de uma agricultura que carece de água,

pressupondo no geral a existência de infraestruturas de captação, armazenamento, transporte e distri-

buição de água aos utilizadores. Os aproveitamentos hidroagrícolas são obras de aproveitamento de

água do domínio público, tendo como finalidade o fomento da atividade agrícola por regadio. Entre as

classificações do regadio é possível distinguir regadios individuais e regadios coletivos.

Nos regadios individuais, as fronteiras do regadio coincidem com as fronteiras físicas das explora-

ções agrícolas, tendo todas as componentes do regadio uma gestão do uso da água privada (Fernando

et al., 2005). Os regadios individuais apresentam uma grande diversidade de situações, não sendo

possível delimitar a sua existência por análise de questões relacionadas com a dimensão da parcela e

de avanço tecnológico nos sistemas de aplicação de água na parcela (Fernando et al., 2005).

Os regadios coletivos são estruturas coletivas de captação, armazenamento, transporte e distribui-

ção de água de gestão coletiva, tendo subjacente uma gestão particular das componentes de regadio

relativas à parcela, ou seja, das culturas regadas e do sistema de aplicação de água na parcela (Fer-

nando et al., 2005). A gestão privada que ocorre dentro das parcelas, encontra-se subjugada à gestão

coletiva das restantes componentes do sistema. Na Tabela 2.3 apresentam-se as áreas equipadas para

regadio de acordo com a classificação dos mesmos, sendo que, em termos de área, predominam os

regadios individuais (56%), seguidos dos regadios coletivos públicos (36%) e privados (9%).

14

Tabela 2.3: Distribuição dos regadios em Portugal (DGADR, 2014)

Regadios Área equipada (ha) Área equipada (%)Coletivos públicos 194 000 35 %Coletivos privados 51 000 9 %

Individuais 313 000 56 %

Salienta-se que cerca de 41% dos regadios coletivos públicos foram construídos há mais de 40 anos,

carecendo de intervenções urgentes, tendo em vista a redução de perdas de água nesses sistemas

(DGADR, 2014).

De acordo com o nível de interesse e impacte que a obra de regadio tenha na região, estas

encontram-se classificadas em grupos numerados de I a IV. Denota-se que as obras de regadio que se

incluam nos grupos I e II são de iniciativa estatal, sendo ainda possível existirem obras do grupo III de

iniciativa estatal caso as mesmas se revistam de elevado interesse económico-social.

Uma obra de regadio do grupo I conduz a uma profunda transformação de uma vasta região, tendo

interesse ao nível nacional. É exemplo de uma obra de regadio do grupo I o Empreendimento de Fins

Múltiplos do Alqueva. Os regadios do grupo II caracterizam-se por serem obras de interesse regional

com elevada utilidade para o desenvolvimento agrícola da região (Fernando et al., 2005).

A área regada corresponde à área das culturas, prados e pastagens que no período de referência

efetivamente foram regadas pelo menos uma vez (IHERA, 2001). A área regada a partir das infraes-

truturas dos aproveitamentos hidroagrícolas do grupo II totaliza 132 562 ha, o que corresponde a 68%

da área total dos regadios coletivos públicos (DGADR, 2013). A elevada representatividade dos apro-

veitamentos hidroagrícolas do grupo II evidencia a importância que estas infraestruturas têm a nível

regional.

Os regadios do grupo III e IV são obras de interesse local e de interesse particular, respetivamente

(DL nº 269, 1982).

A concessão de exploração e conservação das infraestruturas do aproveitamento hidroagrícola fica

a cargo da associação de beneficiários. Os beneficiários da obra encontram-se sujeitos ao pagamento

de uma taxa de beneficiação anual, bem como de uma taxa de exploração e conservação. A taxa de

beneficiação é cobrada pelo Estado aos beneficiários e aplica-se aos aproveitamentos hidroagrícolas

dos grupos I e II com o objetivo de reembolsar integralmente o custo não participado a fundo perdido.

Por sua vez, a taxa de exploração e conservação, tal como o próprio nome indica, visa cobrir as despe-

sas de exploração e conservação derivadas do funcionamento do sistema (DL nº 269, 1982). A taxa de

exploração e conservação incide sobre volumes de água consumidos, áreas regadas, tipos de solos e

culturas cultivadas, variando o seu valor entre aproveitamentos hidroagrícolas.

Quando são os regantes os responsáveis pelo financiamento e gestão do sistema, os regadios são

denominados de regadios coletivos privados. Nesse caso não existe financiamento direto por parte do

Estado, sendo a constituição de fundos para a realização da obra responsabilidade dos agricultores

interessados e/ou das autarquias.

Num sistema de regadio é possível identificar as seguintes componentes (Fernando et al., 2005):

• Sistema de captação e armazenamento de água;

• Sistema de transporte e distribuição de água;

• Sistema de aplicação de água à parcela;

• Parcelas com as culturas regadas.

O sistema de captação e armazenamento de água é responsável pela admissão de volumes de

água captada e pelo seu aprovisionamento na rede de transporte e distribuição (Fernando et al., 2005).

As infraestruturas responsáveis pelo armazenamento intercalar de água no interior do sistema são

os reservatórios (e.g., albufeiras de pequena dimensão, reservatórios confinados). A existência destes

15

reservatórios permite reduzir tempos de resposta a jusante e, ao encaixar volumes do fecho de tomadas

de água a montante, amortecem as oscilações de caudal e das alturas de água no interior dos canais

(Rijo, 2010).

O sistema de transporte e distribuição compreende todas as infraestruturas responsáveis por garan-

tir o transporte e distribuição da água desde o local de captação até ao local onde a mesma é entregue

ao beneficiário, sendo de elevada importância o seu modo de funcionamento para que se consiga

garantir um serviço de acordo com as exigências dos mesmos. Dentro deste sistema encontram-se

elementos como canais, condutas, estruturas de controlo, de regulação e de segurança (Fernando et

al., 2005). Embora, em Portugal, os sistemas de transporte sejam tipicamente com superfície livre, já

existem sistemas em que a rede de transporte é em pressão (e.g., Aproveitamento Hidroagrícola da

Vigia).

No sistema de aplicação de água à parcela, ou vulgarmente designado de sistema de rega, procura-

se atingir uma distribuição de água pelas culturas o mais uniforme possível (Fernando et al., 2005),

para que não existam zonas de acumulação de água, o que leva a perdas de água, e zonas onde exista

escassez da mesma, que ao não chegar à cultura se traduz numa menor eficácia do sistema de rega.

As parcelas com as culturas regadas são a componente responsável pela quantificação das neces-

sidades de água, não só em termos de quantidade de água, mas também em termos da distribuição

temporal dessas exigências. A determinação da procura de água em cada parcela é função da cultura,

do escoamento da água no sub-solo, do sistema de rega e do seu funcionamento, isto é, encontra-se

dependente das restrições associadas ao método de rega e dos horários de rega definidos (Fernando

et al., 2005).

As parcelas de rega agrupadas e servidas pelo mesmo canal constituem blocos de rega. Ao conjunto

de blocos de rega abastecidos pelo mesmo canal denomina-se de subsector de rega, à semelhança

do que acontece para o conjunto de subsectores de rega abastecidos pelo mesmo canal denomina-se

de sector de rega (Labye et al., 1988). O último grau na hierarquia das áreas a regar é o perímetro de

rega, no qual se incluem todos os conjuntos de sectores de rega.

2.3.2 Rede de canais

Rede de abastecimento de água

A implantação de um sistema de adução em canal, em virtude dos valores de caudal exigidos pelo

regadio, poderá ser a solução economicamente mais viável em detrimento de um sistema em pressão

(Burt, 1995). Ao contrário do que acontece nos sistemas de abastecimento urbanos, onde se procura

garantir o fornecimento de água por via de um sistema malhado, os sistemas de transporte e de distri-

buição em canal, por razões económicas e por não apresentarem a mesma exigência de garantia de

fornecimento, são geralmente ramificados (Rijo, 2010).

Os canais primários destinam-se ao transporte de água entre as origens de água e os canais secun-

dários, não tendo, por regra, tomadas de água que sirvam diretamente os beneficiários (Labye et al.,

1988). Os canais secundários (ou de distribuição) são alimentados pelos canais primários e destinam-

se a garantir o fornecimento de água aos beneficiários.

À rede de canais primários é atribuída a designação de rede de transporte, sendo os restantes

canais de ordem superior englobados na rede de distribuição. Na proximidade do sistema de adução

em canal, existe uma rede de drenagem superficial, mas que não será objeto de estudo na presente

dissertação.

16

Aspetos a atender no dimensionamento de canais

O dimensionamento da secção transversal do canal depende do caudal de dimensionamento e do

declive do troço. Na ótica de projeto, procura-se que a secção transversal seja a menor possível,

com o objetivo de diminuir as superfícies a revestir e os volumes de aterro e escavação. A altura

do canal também deve ser mínima para que não se dificulte a execução das operações de limpeza e

manutenção (Rijo, 2010). Relativamente ao estabelecimento do declive do canal, deve atender-se ao

caudal de dimensionamento, à secção transversal e ao tipo de revestimento para que as velocidades

do escoamento não excedam os valores limites. A definição de limites superiores deve ser feita com

o objetivo de evitar a erosão e desgaste do canal, enquanto que para a definição de limites inferiores

procura-se minimizar a deposição de sedimentos.

Geometria da secção transversal dos canais

As geometrias das secções transversais mais usuais são trapezoidais, retangulares ou semicirculares

(APRH, 2012). Do ponto vista geométrico, a secção hidraulicamente ótima é aquela que garante o esco-

amento do caudal de dimensionamento para um valor de perímetro molhado mínimo (Montañés, 2006).

Verifica-se que entre as secções transversais mais usuais, a secção semicircular é a que apresenta um

perímetro molhado mínimo.

A secção trapezoidal hidraulicamente mais favorável obriga à construção de taludes com baixa es-

tabilidade e de difícil construção. Por razões construtivas, de manutenção e de estabilidade, a secção

mais usada em canais abertos semienterrados é a secção trapezoidal isósceles (Rijo, 2010).

A secção retangular surge em zonas de difícil escavação, nas passagens superiores, nas passagens

inferiores, em quedas graduais ou em pequenos canais (Rijo, 2010). É uma secção pouco utilizada em

canais semienterrados, uma vez que para suportar os impulsos de terra o betão terá de ser armado.

A secção semicircular, por problemas de estabilidade e por dificultar operações de manutenção e

limpeza, raramente é utilizada na rede de transporte e distribuição, surgindo principalmente nas mar-

gens dos canais como caleiras.

As caleiras são uma componente do sistema de drenagem responsáveis pela interceção das es-

corrências superficiais. Ao impedir a entrada destas escorrências superficiais no canal, diminui-se a

quantidade de detritos e sedimentos no interior do mesmo, estando-se dessa forma a contribuir para a

preservação da infraestrutura.

2.3.3 Métodos de distribuição de água

Os métodos de distribuição de água são um aspeto que é atendido na fase de projeto e durante a

sua operação, estando assente na definição de três parâmetros característicos: caudal, frequência e

duração. Os métodos de distribuição podem ser classificados com base nos parâmetros acima referidos

ou no nível de decisão no qual as decisões relativas à distribuição são tomadas. Identificam-se três tipos

de controlo no nível de decisão: local, intermédio ou central (Rijo, 2010).

O controlo local é caracterizado por uma autonomia na decisão por parte do beneficiário, contras-

tando com o controlo central onde todas as tomadas de decisão se encontram centradas no gestor do

sistema. No controlo intermédio, as decisões são tomadas por ambas as partes, gestor e beneficiários,

através da constituição de acordos prévios. Na Tabela 2.4 são apresentados alguns dos métodos de

distribuição mais conhecidos para cada tipo de controlo (Rijo, 2010).

Rijo (2010) identificou como os métodos de distribuição mais típicos (assinalados a negrito) o pedido

com caudal limitado, o acordo prévio com caudal limitado, designados, daqui por diante, simplesmente

por ”pedido” e ”acordo prévio”, e a ”rotação”.

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Tabela 2.4: Métodos de distribuição de rega

Controlo local Controlo intermédio Controlo central

PedidoPedido com Q limitadoPedido com F acordada

Acordo prévioAcordo prévio com Q limitadoAcordo prévio com V constanteAcordo prévio com Q impostoD imposta com Q constante

Sistema centralVolume imposto

RotaçãoRotação com Q contínuoRotação com V variável

Rotação com calendário variável

No método de distribuição a pedido, as restrições incidem apenas sobre o caudal, que é limitado pelo

tipo de tomada de água instalada. Relativamente aos outros parâmetros, não são impostas quaisquer

restrições, admitindo-se que a água se encontra disponível sempre que o beneficiário assim o exija. É

o método de distribuição usado nas redes em pressão de abastecimento urbano e nos aproveitamentos

hidroagrícolas com redes de rega em pressão. Caracteriza-se por ser o método de distribuição mais

flexível e ao mesmo tempo mais imprevisível. Em redes em canal, a distribuição a pedido é dispendiosa

e dificultaria a operação e controlo dos canais (Rijo, 2010).

No método de distribuição por acordo prévio a duração e a frequência são acordados entre o gestor

e o beneficiário em função da capacidade de transporte do canal e das necessidades de água do

beneficiário, estando o caudal limitado pelo equipamento instalado nas tomadas de água. Os volumes

de água a distribuir são fixados de acordo com a área a regar (Rijo, 2010). Na Figura 2.2 representam-

se as ligações que são estabelecidas entre os intervenientes na distribuição por acordo prévio.

Figura 2.2: Processamento da solicitação por acordo prévio

O beneficiário entra em contacto com o cantoneiro para efetivar a solicitação, sendo o cantoneiro

responsável por transmitir o conjunto de solicitações que lhe foram feitas ao gestor do sistema. Por

sua vez, o gestor procura operar o canal para dar resposta à solicitações que foram feitas, tendo em

consideração a capacidade de transporte dos canais. Tomada a decisão, o beneficiário é informado de

qual o seu turno. Devido aos ajustamentos hidráulicos frequentes levarem a maiores perdas de água,

este método de distribuição revela baixas eficiências de transporte e distribuição (Rijo, 2010).

Entende-se por rotação, a circulação nos canais de um caudal constante que o beneficiário seja

capaz de utilizar sem perdas excessivas de água, denominado de módulo de rega, que, por sua vez,

alimenta as tomadas de água existentes em cada canal. A duração é definida de acordo com a área

das parcelas e as culturas a regar. Decorrido o período de tempo estabelecido, também conhecido por

turno de rega, a tomada de água é obturada, procedendo-se à abertura da tomada de água seguinte

(Montañés, 2006). Este é o método de distribuição para o qual os aproveitamentos hidroagrícolas em

canal são projetados, permitindo grandes economias no dimensionamento dos canais (Rijo, 2010). Em

contrapartida, a operação dos canais é exigente em termos de mão-de-obra e em termos do uso da

água na parcela do beneficiário, conduz a baixas eficiências uma vez que o módulo de rega é definido

para o período de ponta, o que nem sempre se verifica (Rijo, 2010).

A rotação é o método de distribuição operacionalmente mais eficiente, dadas as baixas variações de

caudal nos canais de transporte, garantindo ao mesmo tempo igualdade de condições de distribuição

entres os beneficiários (Rijo, 2010). Entre os métodos de distribuição apresentados é o único método

rígido, sendo o caudal, a duração e a frequência fixados pelo gestor do sistema. Na adoção de métodos

de distribuição rígidos são estabelecidos, exclusivamente pelo gestor, horários de distribuição que im-

18

plicará rega em períodos noturnos, feriados e fins-de-semana (Rijo, 2007). Estas condicionantes levam

a que este método de distribuição nunca tenha sido posto em prática a nível nacional.

2.3.4 Regimes de escoamento em canais

Quando parte do contorno do escoamento está em contacto com a atmosfera, designa-se o escoamento

de escoamento com superfície livre ou em canal (Quintela, 2011). Entre as tipologias de escoamento

existem escoamentos uniformes, permanentes ou variáveis.

Nos escoamentos uniformes, o perfil da superfície livre, a linha de energia e o perfil longitudinal

do rasto do canal são retilíneos e paralelos (Quintela, 2011). O escoamento uniforme caracteriza-se

por ao longo do desenvolvimento do canal, grandezas como a altura de água, a velocidade média do

escoamento e o caudal permanecerem constantes.

Quando a velocidade média em cada secção permanece constante no tempo, o escoamento designa-

se por permanente.O regime permanente, ao longo do percurso, pode ser gradualmente ou rapidamente

variado. O escoamento gradualmente variado é designado por regolfo e o perfil longitudinal da respetiva

superfície livre por curva de regolfo (Quintela, 2011).

A análise das curvas de regolfo com caudal constante exige a classificação do declive do canal de

acordo com os critérios apresentados na Tabela 2.5.

Tabela 2.5: Classificação de declives em canais prismáticos

Declive Regime de escoamento uniforme Altura de escoamentoFraco Lento hu > hc

Crítico Crítico hu = hc

Forte Rápido hu < hc

A altura do escoamento em canais de declive fraco apresenta um comportamento semelhante ao

ilustrado na curva M1, crescendo a altura de água para jusante até à singularidade e a montante

tendendo assimtoticamente para a altura uniforme. Caso a jusante se encontre uma queda ou um troço

de canal de declive forte, a curva de regolfo apresenta um comportamento de acordo com a curva M2.

A curva de M3 é característica do regime rápido a montante do local de formação do ressalto hidráulico.

Na Figura 2.3 apresentam-se as curvas de regolfo para canais de declive fraco.

Figura 2.3: Curvas de regolfo em canais de declive fraco (adaptado de Montañés, 2006)

Os canais de declive forte são menos frequentes (Montañés, 2006). A curva S1 ilustra o compor-

tamento da superfície livre quando a altura de escoamento é superior à altura crítica, ocorrendo na

prática na aproximação do escoamento a uma comporta. Para alturas de escoamento compreendidas

entre a altura crítica e altura uniforme, a altura do escoamento tende a diminuir para jusante até atingir

a altura uniforme, sendo a curva de regolfo dada pela curva S2. Quando o escoamento se dá com uma

altura inferior à uniforme, por exemplo a montante do ressalto hidráulico, tenderá a jusante para a altura

uniforme de acordo com a curva de regolfo S3. Na Figura 2.4 apresentam-se as curvas de regolfo em

canais de declive forte.

19

Figura 2.4: Curvas de regolfo em canais de declive forte (adaptado de Montañés, 2006)

Os escoamentos permanentes rapidamente variados ocorrem em singularidades, sendo o ressalto

hidráulico um exemplo deste tipo de escoamento. O ressalto acontece nas transições de regime rápido

para regime lento.

O escoamento em regime rápido caracteriza-se por uma altura de escoamento uniforme inferior à

altura crítica (hu < hc). Neste caso, as perturbações só se repercutem para jusante, uma vez que

a velocidade relativa para montante é inferior à velocidade do escoamento. Como as perturbações a

jusante não influenciam o escoamento a montante, diz-se que este regime é controlado por montante.

Em regime lento, a altura de escoamento uniforme é superior à altura crítica e o escoamento designa-se

de controlado por jusante. Nestas condições as perturbações têm repercussões não só para jusante,

mas também para montante. Estes regimes dizem-se controlados por jsuante.

Nos escoamentos variáveis, a altura e a velocidade média do escoamento variam ao longo do per-

curso e do tempo. Na operação de canais, este tipo de escoamento é de curta duração e ocorre nas

transições entre dois regimes permanentes (Rijo, 2010).

A operação dos canais dá-se através da abertura ou fechamento de comportas à entrada dos mes-

mos, controlando-se dessa forma a adução de volumes de água à rede de canais. A regulação de

caudais por via de comportas origina ondas que se propagam de montante para jusante, dada a exis-

tência de um regime lento.

Um aumento do caudal para jusante por abertura de uma comporta de montante irá refletir-se num

incremento das alturas e das velocidades do escoamento ao longo do canal. A velocidade relativa da

onda, em valor absoluto, é superior à velocidade média do escoamento não perturbado em regime

lento, nunca tomando um valor constante devido à presença de estruturas de controlo que dão origem

a sucessivas curvas de regolfo (Rijo, 2010).

Sendo as manobras de abertura e fechamento das comportas relativamente graduais, não se dá a

formação de uma frente de onda abrupta. Dá-se então uma variação de regime gradual ao longo do

canal, à qual está associada uma velocidade de propagação de variação de regime hidráulico ou de

caudal (Rijo, 2010).

Conhecida a velocidade de propagação e a distância entre duas secções, é possível obter-se um

intervalo de tempo, denominado de tempo de propagação, que traduziria o tempo que demora uma

dada perturbação na secção de montante a chegar à secção de jusante. Nas situações mais comuns

a perturbação do escoamento propagar-se-á com uma velocidade não constante, uma vez que a varia-

ção de caudal é progressiva. O novo regime permanente pretendido só se estabelecerá decorrido um

intervalo de tempo suplementar relativamente ao tempo de propagação (Rijo, 2010). Em termos ope-

racionais, é o tempo necessário desde o início da perturbação na secção de montante até se atingir o

regime permanente final na secção de jusante que garanta as condições de abastecimento às tomadas

de água aí localizadas.

A existência de trechos de canal controlados, isto é, comprimentos de canal entre estruturas de

20

controlo consecutivas, faz com que as alturas de água ao longo do canal aumentem, reduzindo as

variações de volumes devidas às variações de caudal a montante, efeitos que se irão refletir em tempos

de resposta inferiores (Rijo, 2010). A capacidade de resposta às variações de caudal é função do

sistema de controlo e da capacidade de armazenamento de água em reservatórios intermédios.

2.3.5 Controlo de canais

O sistema de controlo de canais é composto por um conjunto de equipamentos e por um algoritmo de

controlo. Neste sistema são consideradas três tipos de variáveis: medidas, controladas e de controlo.

As variáveis de entrada no algoritmo de controlo são as variáveis medidas. Estas são obtidas através

dos equipamentos instalados no canais, sendo as alturas de água, os caudais e os volumes de água

acumulados no trecho as possíveis variáveis medidas. Refere-se que esta última variável não é alvo de

medição direta, sendo obtida a partir da geometria dos canais e da medição das alturas de água.

As variáveis controladas são as variáveis às quais o gestor do sistema atribui valores de referência

a cumprir (Rijo, 2010). As alturas de água são a variável mais facilmente medida, sendo importante

o seu controlo para garantir a alimentação de tomadas de água, a estabilidade dos canais e evitar

extravasamentos (Rijo, 2010).

As variáveis de controlo são as saídas do algoritmo de controlo, sendo os respetivos valores en-

viados para o atuadores das estruturas de controlo de modo a fazer a convergência dos valores das

variáveis controladas para os valores de referência (Rijo, 2010).

A nível nacional, o controlo de canais por montante é o controlo que equipa todos os aproveitamentos

hidroagrícolas com rede em canal, encontrado-se instalado em mais de 90% dos canais de rega a nível

mundial (Rijo, 2007). Na Figura 2.5 apresenta-se um esquema de um trecho controlado por montante,

no qual a variável controlada é a altura de água a montante do controlador, ou seja a jusante do trecho

(hj).

Figura 2.5: Controlo da altura de água a jusante do trecho (Rijo, 2010)

Uma vez que a superfície livre para o caudal máximo é paralela ao rasto do canal, o controlo da

altura de água a jusante do trecho possibilita a construção de canais de altura constante (Rijo, 2010).

Todavia o controlo por montante é pouco eficiente no uso da água e exigente em termos de mão-de-obra

e gestão dos canais (Rijo, 2007). A capacidade de resposta de canais com este tipo de controlo não é

capaz de satisfazer pedidos imprevistos, sendo que os caudais que não são consumidos no trecho em

questão, transitam para o trecho seguinte. Entre as justificações para o controlo de canais por montante

ser amplamente aplicado, indica-se o dimensionamento otimizado dos canais e a simplicidade, aliada

ao baixo custo económico, dos equipamentos de controlo (Rijo et al., 2016).

Quando a variável controlada é a altura de água a jusante do controlador, ou seja a montante do

trecho, hmo, o controlo denomina-se de controlo por jusante. Como se ilustra na Figura 2.6, o controlo

da altura de água de montante permite ao sistema dar resposta imediata a pedidos imprevistos dado o

21

armazenamento de volumes de água nos trechos de canal controlados (Rijo, 2010).

Figura 2.6: Controlo da altura de água de montante (Rijo, 2010)

Tirando partido do volume de reserva no trecho, este tipo de controlo adapta-se a métodos de distri-

buição flexíveis e apresenta, teoricamente, perdas operacionais nulas (Rijo, 2010). Em contrapartida, a

instalação de tomadas de água que exijam cargas constantes deve ser feita o mais a montante possível

do trecho, onde as variações das alturas de água são menores.

Para além do controlo das alturas de água de montante e de jusante, é possível também o controlo

das alturas de água a meio do trecho e do volume de água armazenado no trecho. Estes tipos de

controlo não serão abordados, uma vez que face aos tipos de controlo apresentado têm expressão

reduzida.

2.3.6 Estruturas de controlo de altura de água

A comporta AMP, também designada de comporta AMIL, é um órgão de controlo de altura de água que

permite manter a cota da superfície livre a montante da comporta constante. Como se verifica na Figura

2.7, a altura de água a montante imposta pela comporta, h1, coincide com a cota de assentamento do

eixo de rotação da mesma.

Figura 2.7: Representação esquemática da comporta AMP (Rijo, 2010)

Para fazer face às variações de caudal em circulação no canal, a comporta ajusta a sua abertura,

mantendo constante o nível da superfície livre a montante da mesma (Rijo et al., 2016). Numa posição

quase fechada, a comporta permite a passagem de baixos caudais para jusante, sendo que à medida

que o caudal aumenta, a comporta aumenta a sua abertura. Este funcionamento pode ser explicado

22

através de um equilíbrio de momentos provocados pelas forças de impulsão aplicadas nos flutuadores,

I, e das forças exercidas pelos contrapesos.

Acontece que os momentos provocados por estas forças anulam-se quando o nível de água a mon-

tante coincide com a cota do eixo de rotação (SOREFAME, 1953). Quando existe um incremento de

caudal a montante, o nível de água sobe, fazendo com que o momento provocado pela resultante da

força de impulsão seja superior ao momento provocado pelos contrapesos. Se pelo contrário, existe

uma diminuição do caudal a montante, o nível de água desce, resultando num momento provocado

pelos contrapesos superior ao momento devido à resultante da força de impulsão. Estes desequilíbrios

fazem com que a comporta abra ou feche, até estabilizar numa posição que garanta o equilíbrio de

momentos, isto é, quando a cota da superfície livre coincide com a cota do eixo de rotação.

A utilização de comportas AMP num canal como estrutura de controlo de altura de água apresenta

as seguintes vantagens (SOREFAME, 1953):

• Colocação das tomadas de água às cotas mais altas que o canal possibilita, permitindo dominar

graviticamente maiores áreas;

• Derivação de um caudal fixo para jusante a partir de caudais variáveis;

• Proteção do canal por manutenção do nível de água constante;

• Redução do risco de deposição de sedimentos, devido ao escoamento acontecer junto sobre o

rasto;

A comporta AVIO, por sua vez, encontra-se instalada a jusante de um orifício sujeito a uma carga a

montante. Este tipo de comporta apresenta sempre submersão por jusante, coincidindo a cota do nível

de água de jusante com a cota do eixo de rotação da comporta (Rijo, 2010). Na Figura 2.8 apresenta-se

um esquema da comporta AVIO.

Figura 2.8: Representação esquemática da comporta AVIO (Rijo, 2010)

O funcionamento da comporta AVIO, à semelhança do funcionamento da comporta AMP, rege-se,

também, por um equilíbrio de momentos. Ao contrário da comporta AMP, onde o nível de montante

é responsável pela auto-regulação da comporta, na comporta AVIO é o nível de jusante que dita a

abertura ou fecho da comporta. Se o nível de jusante sobe, a comporta fecha, uma vez que o momento

provocado pelas forças de impulsão é superior ao momento devido ao peso do conjunto. Caso o nível

de jusante desça, a comporta abre, estabilizando quando a cota do nível de jusante coincida com a cota

do eixo de rotação.

A comporta AVIO pode ser instalada em canais controlados por jusante, ou nas tomadas de água.

Caso o canal principal apresente variações de nível, a instalação da comporta AVIO deve ser feita com

23

a instalação de um módulo Neyrpic a jusante de forma a permitir a regulação de caudais constantes

para jusante (SOREFAME, 1953). Se o canal principal apresentar níveis quase constantes, a tomada de

água pode ser constituída só com recurso à comporta AVIO, uma vez que se torna possível a regulação

de caudais constantes.

2.3.7 Tomadas de água

As estruturas responsáveis pela derivação de caudais na rede de transporte e de distribuição em su-

perfície livre para abastecimento de água ao utilizador final são as tomadas de água.

As tomadas de água na maioria dos aproveitamentos hidroagrícolas com sistema em canal em

Portugal encontram-se equipadas com módulos Neyrpic (Rijo, 2010). Como se encontra ilustrado na

Figura 2.9, o módulo é constituído por um conjunto de obturadores que apenas podem ser totalmente

abertos ou totalmente fechados, não permitindo aberturas intermédias.

Figura 2.9: Representação esquemática de um módulo Neyrpic (Kraatz e Mahajan, 1975)

A operação destes módulos é relativamente fácil e segura, uma vez que o mecanismo de abertura e

fechamento é simples e a posição do obturador é fixada com cadeado. Os módulos têm a vantagem de

distribuir um caudal praticamente constante para uma dada gama de valores da carga a montante do

mesmo. Sendo a sua operação manual, apresentam como desvantagem a exigência de mão-de-obra

no local (Kraatz e Mahajan, 1975).

A cada módulo está associado um determinado caudal derivado que é conseguido por abertura dos

obturadores. Denota-se que os módulos têm um nível de referência, denominada de carga nominal,

para o qual é conhecido o caudal evacuado.

Os módulos encontram-se normalizados em classes, sendo a escolha de uma determinada classe

feita com base no caudal a derivar, na carga a montante, na largura de soleira disponível e na variação

de caudal e carga admissíveis (Rijo, 2010). Os módulos Neyrpic são aplicados em tomadas de água

situadas a montante de comportas AMP ou a jusante de comportas AVIO (SOREFAME, 1953).

2.3.8 Reservatórios intermédios

As infraestruturas responsáveis pelo armazenamento de água no interior do sistema são designados

por reservatórios intermédios, podendo ser classificados em reservatórios de equilíbrio, reservatórios

de distribuição/de regularização de transporte ou reservatórios de compensação e controlo.

Os reservatórios de equilíbrio podem estar localizados no início da rede (reservatório de entrada) ou

contidos no seu interior (reservatórios intermédios). São classificados de reservatórios de equilíbrio os

reservatórios que se destinam a manter uma determinada cota piezométrica na rede (APRH, 2012).

24

Os reservatórios de distribuição / de regularização de transporte, tal como acontece nos sistemas

urbanos, constituem a ligação entre a rede de transporte e a rede de distribuição.

Os reservatórios de compensação têm como função dar resposta à procura, a jusante do mesmo,

que supere a capacidade de transporte do canal, podendo também constituir-se como fronteira entre

sistemas com períodos de funcionamento diferentes (Rijo, 2010).

Quando o reservatório define a fronteira entre sistemas que funcionam em regimes de escoamento

diferentes (e.g. regime permanente e regime variável), o reservatório denomina-se de reservatório de

controlo, pois não permite a transmissão de perturbações de um sistema para outro (Rijo, 2010).

Caso o reservatório constitua a fronteira entre um sistema em canal e outro sistema em pressão

ou entre sistemas com lógicas de controlo diferentes, o reservatório é designado de reservatório de

compensação e controlo (Rijo, 2010).

2.3.9 Estações elevatórias

As estações elevatórias dos aproveitamentos hidroagrícolas, também designadas de estações de bom-

bagem, podem ser classificadas quanto à utilização a que se destinam e quanto ao seu desempenho.

Caso a estação elevatória desempenhe meramente uma função de elevação de volumes de água de

uma cota para outra cota superior, a mesma é denominada de estação de bombagem de elevação

(APRH, 2012). Caso a estação elevatória tenha como função a pressurização do escoamento dando-se

o mesmo a jusante da estação em conduta fechada, denomina-se de estação elevatória de pressuriza-

ção (APRH, 2012).

Relativamente à utilização a que se destinam, as estações elevatórias podem destinar-se à rega, à

drenagem ou, se desempenharem as duas funções, a ambas (APRH, 2012). As estações elevatórias

de rega podem ser classificadas de acordo com a função que desempenham dentro do sistema, sendo

possível identificar as seguintes:

• Adução;

• Captação;

• Derivação;

• Distribuição.

As estações elevatórias de adução localizam-se na rede de transporte, garantindo o acesso à água

a pontos que dominem áreas que se encontrem a cotas mais elevadas do que a cota da estação (APRH,

2012). Denota-se que não constitui função destas estações garantir caudais e pressões a jusante da

mesma.

As estações elevatórias de captação encontram-se nas captações dos aproveitamentos hidroagrí-

colas sejam captações subterrâneas ou em albufeira (APRH, 2012).

As estações elevatórias de derivação não se encontram associadas a qualquer estrutura de reten-

ção, ou então associadas a uma estrutura de retenção limitada (e.g. açude), o que se traduzirá num

funcionamento dependente da variabilidade dos níveis de água na linha de água onde tem lugar a ex-

tração de água (APRH, 2012). A localização destas estações não se restringe aos locais onde existam

canais para os quais seja necessário reforçar caudais, podendo a estação de derivação constituir o

início de uma rede de transporte e distribuição.

Por último, as estações elevatórias de distribuição alimentam a rede de distribuição em pressão,

garantindo níveis de caudal e pressão nas bocas de rega abastecidas pela rede para a qual o bombea-

mento acontece (APRH, 2012).

25

2.4 Abordagens existentes para aproveitamentos hidroagrícolas

2.4.1 Abordagens para cálculo de balanços hídricos

2.4.1.1 Balanço hídrico em redes de rega

A eficiência global de um sistema resulta do produto das eficiências em cada uma das componentes que

o compõem, sendo definidos sub-sistemas para cada componente. A eficiência obtida em cada sub-

sistema traduz-se como uma razão entre o volume de água entregue aos consumidores abastecidos

por esse sub-sistema e o volume de água admitido ao mesmo (Fernando et al., 2005).

Num sistema de transporte e distribuição de água para fins agrícolas, Fernando et al. (2005) pro-

põem dois tipos de perdas: as perdas operacionais e as perdas estruturais.

As perdas operacionais são perdas que resultam da operação e controlo durante o período de fun-

cionamento do sistema. São consideradas como perdas operacionais extravasamentos, descargas de

segurança ou descargas para a rede de drenagem que decorrem durante o período de funcionamento

do sistema, sendo possível reduzir as mesmas através de uma melhor operação, gestão e monitori-

zação da rede (Fernando et al., 2005). Inserem-se também nas perdas operacionais as descargas de

caudais em excesso, mas também as descargas que sejam resultantes do mau funcionamento hidráu-

lico do sistema que possa ser provocado por uma excessiva acumulação de sedimentos e de infestantes

aquáticos (Fernando et al., 2005).

As perdas estruturais estão relacionadas com o tipo e condição de infraestruturas que compõem

a rede entre as quais fazem parte as perdas por evaporação, por infiltração e fugas (Fernando et al.,

2005).

O balanço hídrico de uma rede de rega pode ser representado esquematicamente como se ilustra na

Figura 2.10 onde se começa por contabilizar a água captada sendo que se vai detalhando os diversos

usos e perdas que ocorram até se obter a água fornecida às explorações regadas.

Figura 2.10: Balanço hídrico de uma rede de rega, adaptado de Fernando et al. (2005)

O balanço hídrico apresentado consiste no cálculo da diferença entre o somatório dos volumes de

água entrados e o somatório dos volumes de água saídos durante determinado período de análise. Este

balanço hídrico é dado por uma variação de volume de água armazenado nos reservatórios intermédios

e canais (∆V ) conforme se apresenta na equação (2.16)

∆V =∑

Vin −∑

Vout (2.16)

sendo

Vin: volumes de água entrados na rede durante o período de análise (m3);

Vout: volumes de água saídos durante o período de análise (m3).

26

A variável Vout deve contemplar como possíveis saídas de água da rede de rega os seguintes volu-

mes (Fernando et al., 2005):

• Volumes fornecidos;

• Volumes exportados;

• Volumes evaporados;

• Volumes perdidos por infiltração/percolação e fugas;

• Volumes descarregados em dispositivos de segurança e extravasamentos;

• Volumes usados sem autorização;

• Volumes usados para manutenção e limpeza da rede.

Devido a incertezas associadas aos equipamentos de medição, é necessário ter em consideração

os efeitos na correta determinação dos volumes fornecidos medidos. Esta consideração é tida em conta

na equação (2.17)

∆V = Vin + Verro − Vforn − Vperd (2.17)

sendo

Verro: volume de água associado aos erros de medição (m3);

Vforn: volume de água fornecido durante o período de análise (m3);

Vperd: volume de água perdido durante o período de análise (m3).

A partir do cálculo do balanço hídrico do sistema é possível calcular a eficiência da rede de rega. De

seguida, são apresentados um conjunto de indicadores de desempenho referentes às perdas de água.

O indicador de eficiência estrutural, eest, apresentado na equação (2.18) procura traduzir o peso das

perdas estruturais

eest =(Vin − ∆V ) − (Vevap + Vperc)

Vin − ∆V(2.18)

sendo

Vevap: o volume de água perdido por evaporação durante o intervalo de tempo considerado (m3);

Vperc: o volume de água perdido por infiltração/percolação e fugas durante o intervalo de tempo

considerado (m3).

O indicador de eficiência operacional, eoper, apresentado na equação (2.19), ao contrário do que o

próprio nome indica, não considera apenas as perdas operacionais (e.g., descargas), mas também tem

em conta as perdas estruturais.

eoper =Vforn

Vin − ∆V(2.19)

2.4.1.2 Balanço hídrico em reservatórios

Ao nível dos reservatórios intermédios e dos canais da rede de transporte e distribuição, o balanço

hídrico surge sob a forma da equação (2.20)

∆V = (Vin + Vp) − (Vforn + Vevap + Vperc + Vd) (2.20)

sendo

27

Vp: o volume de água precipitado diretamente no reservatório ou canal durante o período de

análise (m3);

Vd: o volume de descargas em descarregadores de segurança (m3).

Uma vez que o volume evaporado depende da área superficial, na fase de conceção deve ser tido

em conta o seu valor no sentido de procurar diminuir as perdas de água no reservatório devidas à

evaporação.

Caso o volume de água perdido por percolação/infiltração e fugas tenha pouca expressão, tal que

não seja percetível pelo gestor do reservatório, o volume associado a tais perdas só é possível de aferir

recorrendo a equipamentos de monitorização. A correta manutenção com reparações atempadas e a

existência de um revestimento que aumente a estanquidade do reservatório são ações que têm em

vista a diminuição dos volumes de água perdidos por esta via.

O volume de descargas em descarregadores de segurança em reservatórios pode ser minimizado

se existir uma melhor gestão dos volumes armazenados nos reservatórios, ou seja, um melhor controlo

dos volumes admitidos e fornecidos a partir dos mesmos.

Surge também um indicador de eficiência do armazenamento, earm, dado pela equação (2.21).

earm =Vforn

(Vin + Vp) + ∆V(2.21)

2.4.1.3 Balanço hídrico em redes de transporte e distribuição

Nas redes de transporte e de distribuição, os elementos a considerar para o cálculo do balanço hídrico

são os canais e condutas que garantem a ligação entre a captação e o beneficiário. Para o cálculo

do indicador de eficiência operacional de transporte, a rede a considerar deve compreender todos os

canais e/ou condutas classificados como rede de transporte, isto é, desde a captação de água até às

tomadas de água que alimentam a rede de distribuição. Por sua vez, a rede de distribuição compreende

todos os canais e/ou condutas desde as tomadas de água da rede de transporte até à boca de rega

dos beneficiários. A variação de volume armazenado nos canais é dado pela equação (2.22).

∆V = (Vin) − (Vevap + Vperc + Vd + Vforn) (2.22)

Os indicadores de eficiência operacional de transporte e de distribuição são dados pelas equações

(2.23) e (2.24), respetivamente,

etrans =Vfornd

+ V2

Vc + V1(2.23)

edist =Vfornb

+ V3

Vfornd

(2.24)

sendo

Vfornd: o volume de água fornecido à rede de distribuição (m3);

Vc: o volume entrado à cabeça do canal (m3);

Vfornb: o volume de água fornecido às bocas de rega (m3)

V1: o volume de água entrado ao longo do canal (m3);

V2: o volume de água fornecido para usos não agrícolas a partir da rede de transporte (m3);

V3: o volume de água fornecido para usos não agrícolas a partir da rede de distribuição (m3).

28

2.4.2 Ferramentas para melhoria de eficiência hídrica

O sistema SCADA

A operação manual dos canais de transporte e distribuição conduz, em geral, a uma qualidade de

serviço insatisfatória, refletindo-se em eficiências de transporte e distribuição que podem atingir 30%

(Rijo e Almeida, 1993). Com o objetivo de melhorar as eficiências do uso da água nas redes trans-

porte e distribuição são instalados sistemas denominados de Supervisory Control And Data Acquisition

(SCADA). Os sistemas SCADA são sistemas que permitem a monitorização, o telecomando e o controlo

automático dos canais de transporte e distribuição.

A monitorização hidráulica do sistema por via de um conjunto de sensores, associados a um soft-

ware, permite a visualização à distância e em tempo real das variáveis monitorizadas (Rijo, 2007). Os

sistemas SCADA constituem-se como uma ferramenta de auxílio à tomada de decisão, disponibilizando

informações ao gestor do sistema que permitem um melhor controlo dos caudais admitidos a montante

da rede de canais.

Para além da monitorização do sistema, o sistema SCADA tem também uma função de telecomando

que permite o ajustamento dos órgãos hidráulicos. Esta função é também designada de controlo ma-

nual, uma vez que o ajustamento à distância é feito pelo gestor do sistema com base na informação

proveniente da monitorização do sistema. Os sistemas SCADA permitem também o controlo automá-

tico do sistema hidráulico. A aplicação de um software que, em função dos parâmetros de entrada,

determina os ajustamentos a serem realizados nos órgãos hidráulicos, permitindo a convergência para

os valores de referência (Rijo, 2007).

Na Figura 2.11 apresenta-se um esquema de funcionamento das componentes que, basicamente,

constituem um sistema SCADA.

Figura 2.11: Esquema de funcionamento do sistema SCADA

No posto central são reunidos todos os dados recolhidos pelas estações remotas para a monitoriza-

ção e controlo do sistema (Rijo, 2017). O posto central recebe informações transmitidas pelo sistema de

comunicações sobre o estado de funcionamento hidráulico do sistema, enviando ordens de comando

para as estações remotas. As ordens provenientes do posto central prevalecem sobre todas as ordens

de controlo geradas localmente (Rijo, 2010).

O sistema de comunicações assegura então a transmissão de informações entre o posto central

e as estações remotas, sendo suportadas por um protocolo. O estabelecimento deste protocolo leva

a que a transmissão de dados apenas aconteça perante a ocorrência de determinados eventos (e.g.,

alarmes) ou a pedido do posto central (Rijo, 2017).

As estações remotas convertem os sinais produzidos pelos sensores em variáveis com significado

físico, ficando armazenadas numa base de dados (Rijo, 2010). Posteriormente esses dados são en-

viados para o posto central, estando disponíveis para consulta e análise à distância. Caso a estação

remota possua atuadores de equipamentos, ou seja, autómatos programados para o controlo automá-

tico, a estação remota, por via do algoritmo de controlo, é responsável pelo comando dos órgãos de

controlo associados (Rijo, 2010).

A instalação de sistema SCADA é uma das opções mais económicas e eficientes para a moderniza-

ção dos canais de rega, contribuindo para a redução das perdas de água operacionais e reduzindo as

29

necessidades de mão-de-obra na operação da rede (Rijo et al., 2016). A utilização de sistemas SCADA

facilita o processo de formação de novos gestores, uma vez que ao apresentar um conjunto de infor-

mações sobre o funcionamento hidráulico do sistema, o gestor tem conhecimento das consequências

das suas decisões permitindo ações corretivas e a definição de orientações claras para os operadores

do sistema (Rijo, 2007).

O projeto SIGIMAP

Atualmente o Sistema Global para a Inovação e Modernização da Agricultura Portuguesa (SIGIMAP) é

um projeto que se encontra em fase de desenvolvimento, pelo que ao momento da escrita da presente

dissertação não é possível a divulgação de informação detalhada sobre o mesmo. Todavia, opta-se por

fazer referência à ferramenta dado elevado potencial de utilização que a mesma apresenta.

O sistema procura constituir-se como uma ferramenta de apoio à decisão para otimizar a gestão dos

aproveitamentos hidroagrícolas. A recolha e organização da informação é feita numa plataforma em

ambiente web, sendo a submissão de dados da responsabilidade de cada aproveitamento hidroagrícola.

O sistema procura que seja feita a comparação entre aproveitamentos hidroagrícolas, através do cálculo

de um conjunto de indicadores de desempenho e ao mesmo tempo ser flexível ao ponto de permitir

também análises dentro do próprio aproveitamento hidroagrícola (Perdigão et al., 2015).

2.5 Síntese do capítulo

No presente capítulo foram apresentadas as principais características de funcionamento dos sistemas

de abastecimento urbanos e dos aproveitamentos hidroagrícolas, bem como as respetivas componen-

tes. Para os sistemas urbanos de abastecimento de água apresentaram-se os principais conceitos e

componentes de cálculo e ainda algumas metodologias para estimativa de perdas de água. Apresentou-

se também o balanço energético simplificado desenvolvido por Mamade et al. (2017). Foram ainda

apresentados os indicadores de desempenho mais usuais nos sistemas urbanos de abastecimento

de água, alguns dos quais são obtidos através dos balanços hídrico e energético. Em relação aos

aproveitamentos hidroagrícolas descreveu-se o seu funcionamento e principais componentes, dadas

as diferenças que estes sistemas apresentam face aos sistemas urbanos.

Com o levantamento efetuado neste capítulo foi possível identificar as principais lacunas no conhe-

cimento neste domínio, nomeadamente:

• a inexistência de uma metodologia robusta e estruturada para cálculo dos balanços hídrico e ener-

gético em aproveitamentos hidroagrícolas que tenham em conta o sistema na sua globalidade;

• a inexistência de indicadores de desempenho associados às perdas de água e energia específicas

de aproveitamentos hidroagrícolas.

30

Capítulo 3

Metodologia


No presente capítulo é apresentada uma proposta de metodologia para avaliação da eficiência hídrica

e energética em aproveitamentos hidroagrícolas. A avaliação da eficiência hídrica é realizada através

do cálculo do balanço hídrico para aproveitamentos hidroagrícolas, adaptado às especificidades destes

sistemas e tendo por base o conhecimento existente para sistemas urbanos de água. O balanço hí-

drico proposto foi adaptado às características destes aproveitamentos para diagnóstico sistemático de

consumos e de perdas de água que ocorrem nestes sistemas. A avaliação da eficiência energética tem

por base o balanço energético dos sistemas urbanos de abastecimento de água. No âmbito desta tese

foi também desenvolvida uma ferramenta de cálculo onde são contabilizadas as componentes interve-

nientes no cálculo dos dois balanços. Esta ferramenta permite também a determinação de um conjunto

de indicadores de desempenho relativos a perdas de água e a ineficiências energéticas.

3.2 Proposta para cálculo do balanço hídrico

3.2.1 Estrutura do balanço proposto

Antes de iniciar a definição das componentes do balanço hídrico é essencial definir quais os limites

físicos do sistema em análise e estabelecer qual o período de referência a que a análise se deve

reportar. O sistema deve conter o conjunto de infraestruturas e equipamentos que asseguram o serviço

prestado e sobre os quais se pretende melhorar o desempenho em termos de perdas de água.

Em relação ao período de referência, este deve ser coincidir com o período de funcionamento do

sistema em estudo. Uma vez que nestes sistemas o período de funcionamento rege-se pelo início e

término da campanha de rega, que, por sua vez, está dependente das necessidades de água em cada

ano, torna-se necessário definir um período de referência consoante o aproveitamento hidroagrícola e

o ano em análise. Assim, recomenda-se que o período de referência corresponda aos meses da cam-

panha de rega durante o ano em análise, sendo que, por norma, fora desse período o funcionamento

dos sistemas é interrompido.

Apresenta-se na Tabela 3.1 o balanço hídrico proposto para aplicação nos aproveitamentos hidroa-

grícolas, encontrado-se assinaladas a cinzento as novas componentes relativamente ao balanço hídrico

de sistemas urbanos de abastecimento de água apresentado na secçção 2.2.1. Assinalam-se, também,

as componentes com sub-componentes muito distintas das dos sistemas urbanos.

31

Tabela 3.1: Componentes do balanço hídrico para os aproveitamentos hidroagrícolas

Água entradano sistema (*)

(m3)

Consumoautorizado

(m3)

Consumoautorizadofaturado

(m3)

Consumo faturadomedido

(m3) Águafaturada

(m3)Consumo faturado

não medido(m3)

Consumoautorizado

não faturado(m3)


(m3)

Água nãofaturada

(m3)

Consumo não faturadonão medido (*)

(m3)

Perdas deágua(m3)

Perdas porevaporação

(m3)

Perdas por evaporaçãoem canal

(m3)Perdas por evaporação

em reservatórios intermédios(m3)

Perdasaparentes

(m3)

Usos não autorizados(m3)

Erros de medição(m3)

Perdas reais(m3)

Fugas em condutas(m3)

Repassos em canais(m3)

Repassos emreservatórios intemédios

(m3)Descargas em canais

(m3)Descargas em

reservatórios intermédios(m3)

novas componentes(*) componentes muito distintas dos sistemas urbanos

3.2.2 Água entrada

O primeiro passo na construção do balanço hídrico é identificar quais as sub-componentes de água

entrada e estimar, para cada sub-componente, o volume de água entrado no sistema. Para além das

sub-componentes de água entrada do balanço hídrico dos sistemas de abastecimento urbanos - água

captada e importada (apresentadas no Capítulo 2), o balanço hídrico em aproveitamentos hidroagrí-

colas contempla ainda: água entrada por precipitação em canais e reservatórios intermédios, água

entrada por escoamento superficial afluente a canais e reservatórios intermédios e a contribuição de

volume dos reservatórios intermédios. Apresentam-se, na Figura 3.1, todas as sub-componentes de

água entrada no sistema, sendo o cálculo das novas sub-componentes apresentado na secção 3.3.

32

Figura 3.1: Sub-componentes da água entrada no sistema

Na sub-componente de água captada procura-se contabilizar todos os volumes provenientes de

captações da própria entidade e que são admitidos ao sistema de transporte e de distribuição. Para a

sua correta contabilização deve-se recorrer a dados provenientes de medidores de caudal instalados

nos locais de captação. Para a quantificação do volume total captado, a fronteira do sistema em aná-

lise deve encontrar-se previamente definida. Nesse sentido é importante identificar todas as estações

elevatórias que se encontram na fronteira do sistema, denominadas de estações elevatórias de entrada.

Relativamente à entrada de água importada de outros aproveitamentos hidroagrícolas, deve ser

feita a distinção entre volumes de água faturados e não faturados. A quantificação do volume de água

importado faturado deve constar no sistema de faturação da entidade exploradora do aproveitamento

hidroagrícola, aconselhando-se a consulta do mesmo para obtenção de tais valores. Caso o volume de

água importado, faturado ou não faturado, que dá entrada no sistema não seja medido, deve-se pro-

ceder à estimativa do mesmo com base nas informações relativas a tais transações que se encontrem

disponíveis.

Para o cálculo do volume de água entrado por precipitação em canais e reservatórios deve-se dispor

de dados pluviométricos referentes aos meses do período em análise. Para o efeito, recomenda-se o

levantamento dos postos udométricos presentes na área de influência do aproveitamento hidroagrícola

e a verificação daqueles que dispõem de registos de precipitação acumulada referentes ao período em

análise.

Considerando a existência de aproveitamentos hidroagrícolas com sistemas de transporte e de dis-

tribuição em canal natural e reservatórios intermédios, as afluências por escoamento superficial a ca-

nais e reservatórios poderão tornar-se uma componente com alguma relevância na água entrada no

sistema. Tal como se ilustra na Figura 3.2, a entrada de água por escoamento superficial afluente a

canais seria só é considerada quando os mesmos se encontram em escavação. Acontece que quando

os canais se encontram semienterrados existem banquetas nas suas margens para facilitar as opera-

ções de limpeza e manutenção no canal. Nestas banquetas existem caleiras que integram o sistema

de drenagem superficial do canal ao intercetar as escorrências superficiais. Estas caleiras acabam por

escoar as escorrências para o sistema de drenagem, impedindo a entrada de sedimentos para o canal

(Rijo, 2010). Na metodologia proposta não são consideradas as afluências por escoamento superficial

a canais.

Figura 3.2: Drenagem superficial em canais (Rijo, 2010)

33

Caso existam reservatórios intermédios no aproveitamento hidroagrícola em estudo, para o cálculo

do volume de água entrado deve ser tida em consideração a variação de volume associada a tais

infraestruturas. Para o efeito, se existir histórico dos registos de nível, o mesmo deve ser consultado,

estando associada a essa variação de nível registada durante o período de referência, uma variação de

volume armazenado no reservatório.

No desenvolvimento da presente metodologia considerou-se uma sub-componente de água entrada

associada à entrada de água nos canais por infiltração. Este escoamento dá-se em situações em que

existe uma diferença de carga hidráulica do exterior do canal para o seu interior. A obtenção diferença

pode ser calculada pela equação (3.1).

grad(H) =

(p

γ+ z +

U2

2g

)solo

−(p

γ+ z +

U2

2g

)canal

(3.1)

Denota-se que no cálculo da carga hidráulica no solo o termo cinético é desprezável, uma vez

que se trata de um escoamento subterrâneo onde as velocidades de escoamento são muito reduzidas

(Quintela, 2011). Nesse caso, existindo escoamento dentro do canal, a carga hidráulica para níveis de

água iguais, entenda-se cotas piezométricas iguais, é superior no interior do canal, o que significa um

gradiente no sentido contrário. Nestas circunstâncias, significa que a existir a entrada de água para o

canal por infiltração acontecerá em situações onde a carga hidráulica do solo é superior à do canal, ou

seja quando o canal se encontre vazio, situação que só acontece fora do período de funcionamento do

mesmo. Por estas razões, a sub-componente associada à entrada de água por infiltração no canal, não

integra as sub-componentes de água entrada consideradas na metodologia proposta.

3.2.3 Consumo autorizado

O cálculo da parcela do consumo autorizado, à semelhança do cálculo efetuado nos sistemas urbanos,

também é realizado distinguindo-se consumo autorizado faturado de consumo autorizado não faturado.

Apresentam-se na Figura 3.3 quais as sub-componentes do consumo autorizado a considerar. Salienta-

se que, aquando da contabilização dos volumes associados a cada sub-componente, deve ser feita a

distinção entre os valores provenientes de medição e os valores calculados por estimativa, ou seja,

medidos e não medidos, respetivamente.

Figura 3.3: Sub-componentes do consumo autorizado

Em relação à componente de consumo autorizado faturado, a obtenção dos valores de volume medi-

34

dos e não medidos é em tudo semelhante à metodologia descrita na secção 2.2.1, diferindo apenas no

tipo de consumidor final. Na metodologia apresentada optou-se por distinguir os beneficiários agrícolas

dos beneficiários não agrícolas para um melhor conhecimento sobre a importância destes consumos

no cálculo do balanço hídrico.

Caso no sistema em análise tenha ocorrido a exportação de volumes de água para outros sis-

temas durante o período de referência, o mesmo volume ao ser faturado deve ser contabilizado na

sub-componente de água exportada faturada.

Na componente de consumo autorizado não faturado devem ser contabilizados volumes exportados,

quer para outros sistemas da mesma entidade, quer para outras entidades gestoras, que não tenham

sido faturados. Como consumos autorizados não faturados são ainda considerados os volumes reti-

rados do sistema para combate a incêndios, todos os consumos de água associados a consumos da

própria entidade gestora e volumes envolvidos em operações de manutenção e limpeza da rede.

Ao contrário dos sistemas em pressão, o abastecimento por via de canais não permite abastecer

consumidores logo a partir do momento em que se inicia o enchimento dos mesmos. Para começar a

abastecer é necessário que junto às tomadas de água a altura do escoamento no canal seja superior às

cotas das soleiras das tomadas de água responsáveis pela derivação de caudais para abastecimento.

A este volume admitido ao canal até o mesmo começar a abastecer adota-se a designação de volume

mínimo de operação em canais, constituindo-se uma nova sub-componente do consumo autorizado não

faturado. Na Figura 3.4 encontra-se uma representação esquemática do volume mínimo de operação

em canais.

Figura 3.4: Representação esquemática do volume mínimo de operação em canais num trecho de canal

No final da campanha de rega, e admitindo que os órgãos controladores de altura vedam corre-

tamente, o volume mínimo de operação permanece no interior dos canais. Partindo do princípio que

tomará lugar a limpeza e manutenção dos canais, é necessário descarregar este volume dos trechos

de canal. Em aproveitamentos hidroagrícolas o que poderá acontecer é tirar-se proveito dos volumes

mínimos de operação em cada trecho de forma a promover uma primeira limpeza dos canais através

do arrastamento de sedimentos e detritos. Todavia, estes volumes não devem ser contabilizados como

consumos para manutenção e limpeza da rede, uma vez que não surgem com esse propósito, sendo

sim decorrentes da infraestrutura de transporte e distribuição ser em canal.

Existindo a possibilidade do aproveitamento hidroagrícola efetuar descargas de água para linhas

de água com a finalidade de assegurar caudais ecológicos, os volumes devidos a tais descargas não

devem estar associados, do ponto de vista das componentes do balanço hídrico, a perdas de água.

Sugere-se então que a contabilização destes volumes seja feita na sub-componente de consumo auto-

rizada designada por ”outros consumos não faturados”.

35

3.2.4 Perdas de água

Numa primeira aproximação o valor total das perdas de água é dado pela diferença entre a água en-

trada e o consumo autorizado, não sendo possível por esta via obter uma discretização do volume de

perdas de água mais detalhada. Todavia, no presente capítulo procurar-se-á estimar volumes de água

associados a cada componente de perdas de água de forma a produzir um balanço hídrico com um

maior nível de detalhe.

Existindo a possibilidade de nestes sistemas, parte ou a totalidade dos mesmos, se encontrar com

superfície livre sujeita às condições climatéricas, é imperativo a consideração de uma componente de

perdas de água relacionadas com a evaporação. Esta componente surge no balanço hídrico proposto

como perdas de água por evaporação, fazendo-se ainda a distinção entre perdas de água por evapo-

ração em canal e perdas de água por evaporação em reservatórios intermédios. Opta-se por fazer a

distinção entre as perdas por evaporação e as perdas reais uma vez que a consideração, ou não, da

evaporação é inerente ao tipo de sistema que se encontra implantado. Em sistemas onde o abasteci-

mento se dê em condutas fechadas e sem reservatórios intermédios a céu aberto, a componente de

perdas por evaporação não é considerada. Nos restantes casos, existindo alguma infraestrutura susce-

tível à ocorrência do fenómeno (reservatório intermédio ou canal a céu aberto), deve ser tida em conta

a respetiva sub-componente.

À semelhança do balanço hídrico desenvolvido para sistemas urbanos, as perdas de água aparen-

tes são uma componente integrante do balanço hídrico proposto, uma vez que os usos não autorizados

e os erros de medição são também acontecimentos suscetíveis de ocorrem em aproveitamentos hidro-

agrícolas.

Na componente de perdas de água reais são tidas em conta eventuais perdas de água físicas que

possam ocorrer no sistema, exceção feita às perdas de água por evaporação que já são consideradas

na respetiva componente do balanço hídrico. Estabelecendo um paralelismo com o balanço hídrico

aplicável a sistemas urbanos de abastecimento, o balanço hídrico proposto considera também as fugas

em condutas e os extravasamentos em reservatórios de adução ou distribuição, denominando esta

última componente por descargas em reservatórios intermédios. Surge uma nova sub-componente de

perdas de água reais associada a descargas de volumes para fora do sistema durante o período de

referências que ocorram nos canais. Perdas de água derivadas do escoamento através da fronteira

material que constitui a componente do sistema (i.e., canal ou reservatório intermédio), são designadas

de repassos em canais e repassos em reservatórios intermédios.

3.3 Procedimentos de cálculo das novas componentes

3.3.1 Água entrada por precipitação em canais e reservatórios

Na metodologia proposta, é feita a associação de cada canal (elemento de obra) ou reservatório inter-

médio ao posto udométrico que se encontra mais próximo, por simplificação, fazendo corresponder a

altura de água precipitada sobre o mesmo à altura de água precipitada registada no posto udométrico

correspondente.

O cálculo subsequente pressupõe o conhecimento da área sujeita a precipitação nos canais e re-

servatórios, bem como da localização e delimitação exata destas infraestruturas. De forma a estimar a

contribuição, em termos volumétricos, que a precipitação sobre os canais e reservatórios intermédios

têm na água entrada é aplicada a equação (3.2)

36

Vp = P ×A× 10−3 (3.2)

sendo

Vp: o volume de água entrado por precipitação no período de referência (m3);

P : a altura de água precipitada sobre o trecho de canal ou reservatório intermédio no período de

referência (mm);

A: a área superficial do trecho de canal ou do reservatório intermédio (m2).

No cálculo da área superficial sujeita a precipitação em canais, as variáveis intervenientes são o

comprimento, L, e a largura superficial, B, do trecho em análise. Em canais retangulares, a largura

superficial coincide com a largura da superfície líquida em contacto com a atmosfera. Em canais trape-

zoidais, a largura da superfície líquida em contacto com a atmosfera está dependente da altura de água

no canal. Na Figura 3.5 ilustram-se as diferenças na largura superficial para os canais retangulares

e para os canais trapezoidais. Tomando apenas como exemplo meramente ilustrativo, observa-se a

diferença entre um canal retangular e outro canal trapezoidal com a inclinação das espaldas de 1:1,

ambos com igual largura de rasto, b, e altura, h.

Salienta-se então a importância da secção transversal da infraestrutura em estudo, uma vez que

a diferença entre considerar um canal retangular ou trapezoidal neste caso representa uma variação

na área sujeita a precipitação que terá repercussões na estimativa do volume de água entrado por

precipitação em canais.

(a) (b)

Figura 3.5: Secções transversais mais correntes: (a) retangular; (b) trapezoidal

Na metodologia apresentada, considera-se para ambas as situações a largura superficial do canal

admitindo dessa forma que em canais trapezoidais toda a água que precipita nas espaldas do canal

que se encontram em contacto com a atmosfera acabará por afluir ao escoamento, não sendo perdida

por fenómenos de evaporação ou infiltração. A mesma hipótese é assumida caso os canais sejam de

secção transversal triangular ou semicircular.

Para estimativa do volume precipitado diretamente na superfície líquida de um reservatório intermé-

dio, deve ser conhecida a área superficial que corresponde ao nível de pleno armazenamento (NPA)

do reservatório. À semelhança do que acontece nos canais trapezoidais, caso o nível de água no re-

servatório intermédio se situe a baixo do NPA, não são consideradas eventuais perdas que ocorram

na superfície do reservatório. Nos reservatórios intermédios artificiais, a geometria do reservatório

encontra-se definida em dados de projeto onde poderá constar a equação que relaciona o nível de

água no reservatório com a área inundada a esse nível. Não sendo possível este nível de precisão em

reservatórios intermédios naturais, a estimativa da área inundada ao NPA é feita caso existam dados

de projeto onde a mesma área tenha sido calculada. Caso não se disponham destes dados, deve ser

realizada uma estimativa da área superficial do reservatório com base em cartas topográficas, mapas,

fotografias aéreas ou outras fontes de informação que permitam o seu cálculo.

37

3.3.2 Água entrada por escoamento superficial em canais e reservatórios

Na eventualidade de existirem canais ou reservatórios intermédios que permitam a entrada de água

por escoamento superficial, recomenda-se que tais afluências sejam estimadas com base no balanço

hidrológico sequencial mensal. O cálculo do balanço hidrológico procura estimar as entradas e saídas

de água do sistema em estudo durante o período de referência estabelecido. Este balanço procura

constituir uma aproximação ao valor do escoamento superficial afluente a uma determinada secção de

referência, sendo que na sua estimativa estão subjacentes simplificações dos fenómenos hidrológicos

que ocorrem. A complexidade dos processos físicos que têm lugar na bacia, bem como a heterogenei-

dade da mesma são aspetos aos quais o cálculo não atende.

Antes de iniciar o balanço é necessário efetuar um levantamento de dados das estações meteoroló-

gicas, tais como precipitação e evapotranspiração potencial, e também de dados relativos ao solo, neste

caso a capacidade do solo utilizável, Nu. O balanço hidrológico sequencial apresentado foi proposto

por Thornthwaite e Mather (Thornthwaite e Mather, 1957), no qual os processos físicos que ocorrem na

bacia em análise se refletem em variáveis intervenientes no balanço, relacionando-se de acordo com a

equação (3.3)

P − (ETe + ∆SSO) = R+ ∆SS +G+ ∆SSSO (3.3)

sendo

P : a altura de água precipitada (mm ou m3);

ETe: a evapotranspiração efetiva (mm ou m3);

∆SSO: a variação de armazenamento de água no solo arável (mm ou m3);

R: o escoamento superficial (mm ou m3);

∆SS : a variação de armazenamento de água à superfície (mm ou m3);

G: o escoamento subterrâneo (mm ou m3);

∆SSSO: a variação de armazenamento de água no subsolo (mm ou m3).

Recomenda-se que o passo de cálculo adotado seja o mês, uma vez que o funcionamento dos

aproveitamentos hidroagrícolas poderá não ser o ano inteiro e dados com periodicidades inferiores,

para além de poderem não estar disponíveis, irão tornar o cálculo menos expedito. Apresenta-se ,

de seguida, a metodologia para construção do balanço hidrológico sequencial mensal onde todas as

variáveis intervenientes devem ser expressas nas mesmas unidades. Para o efeito, devem assim ser

obtidos dados de temperatura média mensal, Tm, de precipitação mensal, P , e de evapotraspiração

potencial mensal, ETp.

A obtenção dos dados de temperatura média mensal e de precipitação mensal pode ser feita por

consulta dos registos disponibilizados pelo Sistema Nacional de Informação de Recursos Hídricos

(SNIRH), mas estes poderão apresentar extensos períodos sem registos ou estações para as quais

não exista histórico durante o período de referência. Em todo o caso, deve-se procurar obter a informa-

ção em questão através de outras estações meteorológicas presentes na bacia hidrográfica em estudo,

como por exemplo estações meteorológicas do próprio aproveitamento hidroagrícola.

Uma vez obtidos os valores de temperatura média mensal e de precipitação mensal, o passo se-

guinte é estimar a evapotranspiração potencial. Esta variável por sua vez pode ser quantificada através

de registos baseados em medições volumétricas, ou recorrendo a fórmulas empíricas. Na metodolo-

gia desenvolvida e na ausência de registos, sugere-se a utilização da fórmula empírica proposta por

Thornthwaite, uma vez que esta depende de uma só variável: a temperatura (Rodrigues, 2009). Assim,

a evapotranspiração potencial mensal pode ser calculada através da equação (3.4)

38

ETp = 16Nm

(10Tm

Ia

)a

(3.4)

sendo

Nm: fator de correção em função da latitude do local e da época do ano;

Ia: o índice térmico anual;

a: função polinomial do índice térmico anual.

O fator de correção, Nm, depende do número de dias do mês, Nd, e do número médio de horas

diárias de exposição solar, nd, que, por sua vez, varia de acordo com a latitude do local e o mês do ano.

O cálculo deste fator é feito de acordo com a equação (3.5).

Nm =

(nd12

Nd

30

)(3.5)

O índice térmico anual é dado pela soma dos índices térmicos mensais, im, procedendo-se ao seu

cálculo conforme a equação (3.6) o demonstra.

Ia =

12∑m=1

im =

12∑m=1

(Tm

5

)1.514

(3.6)

Realizado o cálculo descrito e conhecida a capacidade utilizável do solo pelas plantas, encontram-se

reunidas as condições necessárias para iniciar o balanço hidrológico sequencial. O balanço é iniciado

pelo cálculo da diferença P − ETp e pela contabilização dos valores acumulados destas diferenças, L,

que sendo negativas representam uma perda potencial de água. É com base nesta diferença que é

feita a identificação dos períodos húmidos, onde a água precipitada supera a água que evapotranspira

(P −ETp > 0), e dos períodos secos, onde a componente da evapotranspiração excede a componente

de água precipitada (P − ETp < 0).

O início do cálculo do balanço hidrológico está intrinsecamente ligado ao período de referência do

balanço hídrico, no entanto é aconselhável iniciar o balanço em Outubro do ano anterior ao qual o

balanço hídrico reporta. O estabelecimento do mês de início de cálculo ser Outubro prende-se com o

início do ano hidrológico, para o qual se assume que as reservas hídricas atingem níveis mínimos de

armazenamento.

Assim, no mês de Outubro o armazenamento de água no solo será igual à diferença P −ETp, nunca

podendo ultrapassar o limite máximo dado pela capacidade utilizável.

Em períodos húmidos, o armazenamento de água no solo é dado pela soma entre o armazenamento

de água no mês anterior e a variação de armazenamento. Durante um período seco o armazenamento

de água no solo é dado pela equação (3.7).

SSO = nueL/nu (3.7)

O passo seguinte consiste na estimativa da evapotranspiração efetiva que, em períodos onde a

variação do armazenamento de água no solo é negativa, é obtida pela diferença entre a precipitação e

o valor absoluto dessa mesma variação de armazenamento, ∆SSO.

Nos períodos húmidos, onde a variação do armazenamento de água no solo é positiva ou nula,

considera-se a evapotranspiração potencial igual à evapotranspiração efetiva, uma vez que não existem

limitações de água para o fenómeno (Lencastre e Franco, 1984).

Por último, são obtidos os valores de défice hídrico, DH, para períodos secos e de excesso hídrico,

SH, para períodos húmidos recorrendo, respetivamente, às equações (3.8) e (3.9).

39

DH = ETp − ETe (3.8)

SH = P − (ETp + ∆SSO) (3.9)

O passo seguinte consiste na determinação dos valores do escoamento superficial a partir dos da-

dos obtidos por aplicação do balanço hidrológico sequencial mensal. Neste cálculo, o excesso hídrico

estimado é considerado como sendo um valor máximo para o escoamento superficial, estando-se a

desprezar eventuais perdas de precipitação e contribuições externas. Assume-se, também, que o es-

coamento subterrâneo para fora da bacia tem pouca relevância, podendo exprimir-se o escoamento

superficial em cada mês como metade da soma do excesso hídrico no presente mês com o armaze-

namento de água à superfície e no subsolo, ficando a outra metade armazenada à superfície ou no

subsolo até ao mês seguinte (Lencastre e Franco, 1984).

Estes pressupostos resultam na aplicação da equação (3.10) para obtenção de uma estimativa do

escoamento superficial no mês de ordem i.

R(i) =1

2

(SH(i) + SS+SO(i− 1)

)(3.10)

Nos meses de défice hídrico (SH = 0), o escoamento superficial é metade do armazenamento de

água à superfície ou no subsolo do mês anterior.

Refere-se como alternativa a este método, a criação de uma regressão estatística que relacione a

precipitação com o escoamento superficial. Esta regressão pode ser obtida através de medições de

escoamento e precipitação noutra secção da mesma bacia ou numa secção de uma bacia vizinha. À

regressão obtida é ainda possível introduzir uma outra variável através da qual se procura exprimir uma

correlação entre o escoamento e precipitação com as características fisiográficas da bacia.

3.3.3 Contribuição de reservatórios intermédios

Caso o acesso ao histórico de registos de nível do reservatório intermédio em análise não seja possível,

deve-se procurar estimar a variação do volume armazenado recorrendo a um balanço entre os volumes

entrados e saídos do reservatório. Para o cálculo da variação de volume no reservatório devem ser in-

cluídas as afluências por escoamento superficial ao reservatório, Ves e as perdas de água por repassos,

Vrep. A variação de volume nos reservatórios intermédios é calculada pela equação (3.11).

∆V = (Vin + Vp + Ves) − (Vout + Vevap + Vrep + Vd) (3.11)

Supondo que o somatório das entradas de água no reservatório ultrapassam o total de saídas de

água, naturalmente existirá um acréscimo do volume armazenado. No cálculo do balanço hídrico uma

variação de volume no reservatório intermédio positiva é contabilizada com sinal negativo, uma vez

que a situação descrita representa água que efetivamente entrou no sistema e ficou armazenada no

reservatórios intermédio. Caso contrário, quando existe uma diminuição do volume armazenado no

reservatório intermédio, significa que o volume de água saído do reservatório é superior ao volume de

água entrado. Dessa forma no cálculo do balanço hídrico essa variação de volume é uma variação

positiva, pois trata-se de um volume de água que dá entrada no sistema de abastecimento de água.

Apresenta-se na Figura 3.6 o esquema de um reservatório no qual a linha a tracejado representa o nível

de água no início do período de referência para o cálculo do balanço hídrico e a linha a traço contínuo

o nível no fim do mesmo período. Na Figura 3.6a, a variação de volume é positiva pelo que se regista

um aumento do volume armazenado, enquanto que na Figura 3.6b se verifica o contrário.

40

(a) (b)

Figura 3.6: (a) armazenamento de água no reservatório; (b) fornecimento de água ao sistema

Na situação em que o reservatório apresenta uma variação de nível negativa (∆V < 0), existe

uma procura de água à qual é necessário recorrer ao reservatório para satisfazer as necessidades de

jusante. Tal variação no cálculo do balanço hídrico do sistema é interpretada como um fornecimento

de água para o sistema, pelo que surgirá na componente de água entrada do balanço hídrico como

uma variação de volume positiva. Pelo contrário, se a variação de nível no reservatório for positiva

(∆V > 0), regista-se um volume de água entrado no reservatório superior ao volume de água saído.

Neste caso a variação de volume é negativa, dando-se o armazenamento de volume de água no interior

do reservatório durante o período de referência.

3.3.4 Volume mínimo de operação em canais

Para o cálculo do volume mínimo de operação em canais, a cota da soleira da tomada de água a

considerar será a que estiver localizada mais a jusante do trecho de canal para o qual se procura

estimar este mesmo volume. Uma vez que o cálculo do volume mínimo de operação é realizado tendo

em conta uma situação de não abastecimento, ou seja de caudal nulo, considera-se o plano de água

ao longo do canal horizontal. Encontrando-se o trecho de canal limitado por órgãos controladores de

altura de água, a altura de água a jusante do trecho pode ser obtida por três vias que se explicam de

seguida:

• A primeira via, ilustrada na Figura 3.7, consiste em realizar o levantamento das cotas da soleira da

tomada de água mais a jusante, zsol, e do rasto, zras. A diferença de cotas corresponde à altura

de água a jusante do trecho para cálculo do volume mínimo de operação em canais, hj,min.

Figura 3.7: Representação esquemática da 1ª via de cálculo da altura de jusante

• Na segunda via, apresentada na Figura 3.8, parte-se do princípio que é conhecida a altura de

água a jusante imposta pela estrutura de controlo de altura de água aí localizada (tipicamente

corresponde ao eixo de rotação da comporta AMP), hj , sendo necessário deduzir a essa altura a

carga nominal da tomada de água mais a jusante do trecho, Htomada.

41

Figura 3.8: Representação esquemática da 2ª via de cálculo da altura de jusante

• A terceira via, é idêntica à segunda via, sendo utilizada a altura uniforme (hu) no cálculo me vez

da altura de água imposta pela estrutura de controlo.

O volume mínimo de operação em canais encontra-se delimitado pelo rasto do canal e pela linha da

superfície livre horizontal definida de acordo com a altura de jusante do trecho calculada por uma das

vias acima descritas. A obtenção do volume mínimo de operação é realizada trecho a trecho, sendo

calculada a média da secção transversal de montante,Am,min, e de jusante,Aj,min, que multiplicada

pelo comprimento do trecho resulta no volume mínimo de operação do trecho. A equação (3.12) traduz

o cálculo do volume mínimo de operação em cada trecho.

Vmin =Am,min +Aj,min

2Ltrecho (3.12)

Enquanto que o cálculo pela primeira via apresentada obriga ao conhecimento das cotas das so-

leiras, na segunda via é necessário conhecer a altura de água imediatamente a montante da estrutura

de controlo de altura de água. Pode acontecer que tais informações não se encontrem disponíveis de

forma expedita, pelo que se procurou encontrar uma alternativa de cálculo que conduzisse a estimativas

viáveis do volume mínimo de operação em canais.

Uma vez que os canais são dimensionados para o caudal de dimensionamento, ao qual corresponde

uma determinada altura de escoamento designada de altura de água de regime uniforme, procurou-

se verificar se a adoção desta altura, ao invés da altura medida a montante da comporta, conduz a

estimativas aceitáveis. Esta verificação foi realizada para um dos casos de estudo encontrando-se os

resultados do cálculo na Tabela 3.2. Os cálculo efetuados para cada trecho dos dois elementos de obra

considerados podem ser consultados nas Tabelas A.4 a A.7 do Anexo A.

Tabela 3.2: Análise de sensibilidade ao cálculo do volume mínimo de operação

CanalFuradouro-Couço

Distribuidorda Franzina

2ª via: Vmin (h = hj) 57 606 m3 901 m3

3ª via: Vmin (h = hu) 45 518 m3 719 m3

∆ -21 % -20%

Verifica-se para os dois elementos de obra considerados nesta análise que, ao adotar a altura de

jusante igual à altura uniforme, se estará a cometer um erro de cerca de 20% face à estimativa obtida

para a altura de água a jusante igual à altura da soleira da tomada de água mais próxima. Face a este

resultados, na metodologia apresentada opta-se por calcular o volume mínimo de operação a partir da

altura de água medida a montante da estrutura de controlo deduzida da carga nominal na tomada de

água mais próxima, ou seja seguindo a segunda via.

42

3.3.5 Perdas por evaporação

Para o cálculo do volume de perdas por evaporação no período de referência é necessário calcular

o valor da evaporação durante esse mesmo período. Para o efeito, deve-se recorrer à fórmula de

Thornthwaite apresentada na equação (3.4). A fórmula de Thornthwaite apresentada é aplicada para

estimar a evapotranspiração, no entanto, a estimativa que se procura obter é apenas para a evapora-

ção sendo necessário avaliar se a utilização da fórmula de Thornthwaite para cálculo da evaporação

mensal é adequada e se constitui uma boa aproximação ou não. É nesse sentido que se consultou um

trabalho desenvolvido com o objetivo de analisar a dependência entre a evapotranspiração potencial

e a evaporação (Martins, 2016). Nesse trabalho o autor conclui então que em Portugal continental a

evaporação da tina de classe A e a evapotranspiração calculada pela fórmula de Thornthwaite apresen-

tam um coeficiente de correlação bastante significativo. Considera-se, assim, que a hipótese adotada

é razoável.

Rodrigues (2009) desenvolveu um estudo cujo objetivo foi a análise das metodologias mais robustas

e de maior portabilidade na estimativa da evaporação em lagos. Para o efeito, foram selecionadas

nove albufeiras localizadas no sul de Portugal, procedendo-se à estimativa da evaporação durante um

período de quatro anos. Para a estimativa da evaporação foram testadas diversas metodologias, sendo

avaliado o desempenho de cada metodologia através da comparação dos resultados obtidos com os

resultados decorrentes da aplicação do balanço energético ao reservatório. Entre as metodologias

estudadas encontra-se a fórmula de Thornthwaite, metodologia essa que em sete das nove albufeiras

demonstrou produzir estimativas de valores de evaporação mensal de qualidade, considerada pelo

autor, excelente.

Com base na pesquisa realizada, considera-se razoável a estimativa da componente de perdas de

água por evaporação através da fórmula de Thornthwaite. Tendo os valores de evaporação durante

o período de referência para todas as componentes do sistema suscetíveis ao fenómeno, os volumes

evaporados são dados pela equação (3.13)

Vevap = Evap×Aevap × 10−3 (3.13)

sendo:

Vevap: o volume de água perdido por evaporação (m3);

Evap: a altura de água evaporada (mm);

Aevap: a área do espelho de água (m2).

Ao contrário do cálculo do volume precipitado, no qual a área a considerar é a área superficial da

infraestrutura em questão, no cálculo do volume de água evaporado a área considerada é a correspon-

dente à da superfície livre no troço de canal em estudo.

Em canais de secção transversal retangular, a área superficial coincide com a área sujeita a evapo-

ração. O mesmo não acontece em canais de secção transversal trapezoidal, nos quais a área sujeita a

evaporação depende das alturas de escoamento.

Uma via possível para o cálculo da área sujeita a evaporação em canais trapezoidais, seria a de-

terminação da curva de regolfo do escoamento para cada trecho. Para o efeito seria necessário es-

tabelecer um passo de cálculo, ou seja intervalos de distâncias para o qual seriam determinadas as

alturas de água nesses locais do trecho em estudo. Consequentemente são calculadas as larguras

superficiais correspondentes às alturas de água determinadas, procedendo-se o cálculo da área sujeita

a evaporação através de um somatório das áreas parciais.

Por ser um cálculo exigente e moroso, procurou-se estimar o valor desta área por outras vias mais

simples. Uma das soluções apresentadas consiste em calcular a área sujeita a evaporação tendo

43

por base uma altura de escoamento constante e dada pela altura de água em regime uniforme. Outra

solução, na qual se assume uma altura ao longo do trecho constante, é a de considerar a altura de água

de jusante do trecho imposta pela estrutura de controlo de altura de água. Na Figura 3.9 ilustram-se as

diferentes hipóteses para a estimativa a área sujeita a evaporação.

Figura 3.9: Representação esquemática das hipóteses de cálculo para a evaporação

Salienta-se que na primeira hipótese, h = hu, é evidente que existirá uma subestimação da área su-

jeita a evaporação em virtude de se assumir uma altura de água inferior à que realmente se verifica. Na

segunda hipótese, h = hj , onde ao assumir a altura de água a montante do trecho igual à altura de ju-

sante dada pelo órgão controlador de altura, se estará a sobrestimar a área sujeita a evaporação. Surge

ainda uma terceira hipótese, assinalada na figura a traço contínuo, na qual se considera a montante

do trecho a altura de água em regime uniforme e a jusante a altura de água imposta pelo controla-

dor de altura ai localizado. Esta hipótese de cálculo intermédia é a hipótese adotada na metodologia

apresentada por se considerar ser a solução de melhor compromisso.

Nos reservatórios intermédios a área de cálculo para a evaporação é a do espelho de água. Exis-

tindo registos mensais da área do espelho de água, o cálculo da evaporação poderá ser feito men-

salmente. O mesmo acontece se se dispor de dados que relacionem a área inundada em função dos

níveis de água ou volumes armazenados.

Caso tal informação não se encontre disponível, a forma mais expedita de se proceder à estimativa

de volumes evaporados passa por considerar como área do espelho de água a área inundada ao nível

de pleno armazenamento. Acontece que nos reservatórios o nível de água na maior parte das vezes

será inferior ao nível de pleno armazenamento (NPA). Ao recorrer ao valor da área inundada ao NPA

estar-se-á a sobrestimar a área do espelho de água face ao valor real.

3.3.6 Perdas aparentes

Sendo o abastecimento de água realizado por via das tomadas de água, os volumes descarregados

nas mesmas são calculados tendo por base um determinado nível de água na tomada e por aplicação

da lei de vazão associada à tomada de água em questão.

Acontece que com o envelhecimento da estrutura, a soleira da tomada de água apresentará um

grau de desgaste devido à erosão provocada pelo escoamento. A degradação física da infraestrutura

traduz-se numa alteração do valor do coeficiente de vazão, C, o que se refletirá numa diferença entre o

volume obtido por via da lei de vazão e volume efetivamente descarregado. Estando a ser cometido um

erro na medição deste volume, o desvio face ao valor real deverá ser considerado na componente de

perdas aparentes. No caso das tomadas de água em pressão, utilizam-se contadores mecânicos como

medidores de caudal, cujo erro depende da idade, condições de instalação e do perfil de consumos.

Estes fatores são importantes na medida em que se deve avaliar a adequação do equipamento às

44

condições de uso.

Para uma correta aferição da componente de perdas por erros de medição é necessário realizar

um levantamento do inventário dos dispositivos de medição. Os equipamentos devem ser depois agru-

pados em categorias representativas de acordo com o tipo e idade do mesmo. De seguida, deverão

ser realizados ensaios de medição a cada grupo de medidores de modo a aferir erros de medição que

possam ser associados a cada categoria definida.

3.3.7 Perdas reais

As perdas de água por infiltração em canais de betão ocorrem maioritariamente através de fissuras

que se formam devido a diferenças de pressões hidrostáticas, a assentamentos ou deslocamentos do

terreno confinante (Morgado et al., 2011). Uma vez que os aproveitamentos hidroagrícolas podem ter

períodos de funcionamento inferiores ao ano, no fim do período de campanha dá-se o esvaziamento dos

canais. Nessas situações, há a possibilidade de se gerarem no solo pressões hidrostáticas superiores

relativamente às pressões no interior dos canais, o que leva ao aparecimento de fissuras longitudinais

(Morgado et al., 2011).

A par das fissuras é também possível que parte dos problemas de falta de estanquidade dos canais

se dê devido a juntas mal vedadas. A má vedação de juntas pode ser devido a tensões provocadas

pelo escoamento ou pela má aderência do material vedante (Morgado et al., 2011).

Perdas de água ao longo do desenvolvimento do canal são mais raras, ocorrendo quando existe uma

degradação da superfície do betão devido à erosão que o escoamento da água e sólidos suspensos

possa provocar (Morgado et al., 2011).

Uma das formas de estimar esta componente de perdas de água seria a realização de ensaios de

estanquidade nos troços representativos do canal. Ao realizar o teste de estanquidade, é fulcral garantir

o controlo dos volumes entrados e saídos durante o intervalo de tempo do ensaio. Pelo controlo de tais

entradas e saídas apresentar dificuldade acrescida, principalmente devido ao facto de as comportas

não vedarem totalmente a secção transversal, tais ensaios tornam-se inexequíveis. Na bibliografia

consultada admite-se que canais em boas condições de funcionamento apresentam valores de perdas

por percolação/infiltração entre 25 a 50 L/(m2.dia) (Montañés, 2006). A determinação deste valor

depende não só do estado de conservação do canal, mas também da permeabilidade do solo onde o

canal se encontra e do revestimento, quando aplicado, do mesmo. Uma maior profundidade do canal

não só leva a um aumento da área da secção líquida transversal, mas também a um aumento da

pressão hidrostática no fundo do canal. Ambos os efeitos contribuem para o aumento dos repassos em

canais.

Para obtenção dos volume de água descarregados em canais e reservatórios intermédios torna-

se necessário recorrer a equipamentos de medição nos pontos onde descargas para fora do sistema

possam ocorrer.

3.4 Ferramenta de cálculo

Com o objetivo de calcular todas as variáveis relevantes para o cálculo do balanço hídrico (e também

energético) foi implementada uma ferramenta de cálculo em MS Excel. Nesta secção descreve-se o

funcionamento da mesma e a forma como a introdução de dados é efetuada. A ferramenta encontra-se

organizada em separadores para introdução de dados relativos a volumes de água e à caracterização

das infraestruturas. Existem também separadores onde são apresentados os resultados. Procurando

uma maior discretização de cada componente, a ferramenta produz uma listagem das componentes

do balanço hídrico na qual cada componente é desagregada em sub-componentes e é apresentado ao

45

utilizador o balanço hídrico calculado com base na informação introduzida nos separadores de cálculo.

Apresenta-se na Figura 3.10 um esquema ilustrativo da organização dos separadores na ferramenta de

cálculo.

Figura 3.10: Organização dos separadores na ferramenta de cálculo

Estações meteorológicas

Com o objetivo de estimar entradas e saídas de água nas infraestruturas onde a superfície livre está

em contacto com a atmosfera, é introduzida informação recolhida a partir das estações meteorológicas

que se encontrem o mais próximo do aproveitamento hidroagrícola.

Conhecidas as estações meteorológicas com registos passíveis de serem utilizados, é realizada

a identificação de cada estação e introduzidos os valores das variáveis meteorológicas mensais. As

variáveis meteorológicas a serem preenchidas são a temperatura média mensal, em oC, e a precipita-

ção mensal, em mm. Na Figura 3.11 apresentam-se quais os dados de entrada que são pedidos ao

utilizador para cada estação meteorológica.

Figura 3.11: Introdução de dados no separador das estações meteorológicas

Em cada estação meteorológica é calculada a evapotranspiração potencial de Thornthwaite se-

guindo a metodologia de cálculo apresentada na secção 3.3. O cálculo do fator de correção é apresen-

tado no Anexo D. Com a introdução dos dados de entrada são apresentados os valores de precipitação

e de evapotranspiração potencial, em cada estação, relativos ao período de referência estabelecido.

Captações e estações elevatórias de entrada

Neste separador pretende-se caracterizar a sub-componente de água entrada designada de água cap-

tada. A introdução de dados inicia-se com a identificação da captação a que o valor de volume captado

reporta, bem como o tipo de captação de que se trata. De entre os tipos de captação previstos na

ferramenta de cálculo encontram-se as captações superficiais a partir de albufeiras ou a partir de linha

de água e as captações subterrâneas.

Introduzido o volume de água captado deve ser identificada a metodologia associada à sua obten-

ção, isto é, se o valor apresentado é obtido com base em medições ou estimativas. Na Figura 3.12

é apresentada esquematicamente a organização dos dados no separador, bem como quais as hipó-

teses de preenchimento que são dadas ao utilizador para os campos de preenchimento por seleção.

Com a introdução desta informação são contabilizadas as captações de acordo com o tipo de captação

46

procurando-se desta forma quantificar o volume de água captado em cada captação durante o período

de funcionamento do sistema. Importa salientar que devem ser consideradas neste separador todas as

captações, nas quais se incluem as estações elevatórias de entrada. Quando a captação de água se

dá por estações elevatórias de entrada são pedidos os dados em falta necessários para o cálculo do

balanço energético, sendo estes as alturas de elevação, as cotas dos eixos das bombas e o consumo

de energia.

Figura 3.12: Introdução de dados no separador das captações

Introduzidos os dados de entrada relativos a captações, é apresentado ao utilizador o valor total

de água captada no presente separador que será tido em conta para a obtenção do volume de água

entrado. Para avaliação da eficiência energética nas estações elevatórias de entrada são apresentados

um conjunto de indicadores de desempenho, sendo calculadas as seguintes componentes do balanço

energético: energia de pressão para bombeamento e energia dissipada no bombeamento. Na Figura

3.13 apresentam-se os dados de saída calculados pela ferramenta.

Figura 3.13: Dados de saída no separador das captações

Água importada e exportada

Quanto à importação de água a partir de outros sistemas da própria entidade ou de outras entidades é

em primeiro lugar necessário identificar o tipo de transação que se trata, bem como a entidade envolvida

na transação. A ferramenta permite ao utilizador o preenchimento do campo relativo ao tipo de tran-

sação apenas com os termos ”importação” ou ”exportação”. Ainda relativamente ao tipo de transação,

deve ser especificado se se trata de um volume faturado ou não faturado.

Com a finalidade de concluir a descrição da transação, o utilizador deve introduzir o volume de água

a que a transação refere e se este foi alvo de medição ou estimativa. Apresenta-se na Figura 3.14

a forma como a ferramenta de cálculo agrega informação relativa a volumes de água importados e

exportados.

47

Figura 3.14: Introdução de dados no separador de água importada e exportada

Canais

O separador ”Canais” foi construído com o objetivo de realizar um levantamento de características

físicas das redes de transporte e de distribuição. Para o efeito, é realizada a identificação de cada

elemento de obra que constitui o sistema de transporte e distribuição através da sua designação e,

se aplicável, do código de identificação a que está associado. Dentro de cada elemento de obra, são

identificados os trechos sendo especificadas as distâncias à origem do início e do final de cada trecho.

São identificadas as características dos mesmos, tais como o tipo de secção, o declive longitudinal e as

dimensões transversais do canal. Ao nível do tipo de secção, a ferramenta permite a seleção de canais

retangulares e trapezoidais, sendo o valor das restantes grandezas indicados pelo utilizador.

Caso o trecho em questão não possibilite a entrada de volumes provenientes da precipitação ou a

saída de volumes devido à evaporação, deve ser indicada na secção para que os mesmos não sejam

calculados. São exemplos dessas situações os troços de canal em galeria ou túnel, sendo dada a

possibilidade ao utilizador de mencionar tais situações a quando da identificação do tipo de secção. De

entre as secções hidraulicamente mais favoráveis não se encontram contempladas na ferramenta as

secções triangulares e as secções semi-circulares, sendo também perfis que raramente são utilizados

(Rijo, 2010). Existe ainda a possibilidade de identificar eventuais sifões que existam no desenvolvimento

dos elementos de obra, não sendo efetuado qualquer cálculo de volumes mínimos de operação, de

volumes evaporados e de volumes precipitados. Para além da introdução das cotas do rasto do canal,

é introduzida a cota do plano de água a jusante do trecho, que é dada pelo controlo da altura de água

de jusante, sendo identificada o tipo de tomada de água localizada o mais a jusante do trecho. Na

Tabela 3.3 apresentam-se os módulos Neyrpic que a ferramenta permite introduzir e a carga nominal

associada a cada um.

Tabela 3.3: Módulos Neyrpic considerados na ferramenta e respetivas cargas nominais

Módulo Carga nominal (cm)X 17

XX 27L 50

Com a introdução da informação de caracterização da rede de canais, a ferramenta efetua o cál-

culo, trecho a trecho, de volumes entrados por precipitação, volumes mínimos de operação e volumes

evaporados.

No cálculo dos volumes mínimos de operação em cada trecho, e com base na identificação da

tomada de água mais próxima do órgão de controlo de jusante, é deduzida à cota do plano água de ju-

sante do trecho a carga nominal correspondente ao tipo de tomada de água mencionada. Determinada

a cota do plano de água, as alturas de água de montante e jusante são dadas pela diferença entre a

cota do rasto e a cota do plano de água horizontal. Determinadas as alturas a montante e a jusante do

trecho, são calculadas as larguras superficiais correspondentes. Para o cálculo da largura é necessário

conhecer o tipo de secção de que se trata. Nas secções retangulares a largura é constante, o que

48

não acontece nas secções trapezoidais. Admite-se que nas secções trapezoidais as inclinações das

espaldas são 1:1, sendo calculada a largura superficial pela equação (3.14).

Bmin = b+hmin

hcanal× (B − b) (3.14)

No caso de se tratar de uma transição de secções, na secção de montante da transição a ferramenta

adota o valor de largura superficial de jusante do trecho anterior, enquanto que na secção de jusante

da transição é adotado o valor de largura superficial de montante do trecho seguinte. De seguida,

calculam-se as áreas transversais de montante e de jusante com os valores de altura de água e largura

superficial previamente obtidos para cada uma das secções. O cálculo do volume mínimo de operação

é dado pela média das duas áreas transversais calculadas multiplicada pelo comprimento do trecho em

questão. Salienta-se que no trecho de jusante dos elementos de obra, o cálculo do volume mínimo não

é feito, dado que para tal é necessário conhecer as condições do elemento de obra a jusante. O mesmo

se aplica para os trechos iniciais de elementos de obra intermédios, isto é elemento de obra que estão

na continuação de outros.

Para obtenção de uma estimativa da área superficial em condições de funcionamento, estimaram-

se as alturas de água nas secções de jusante de cada trecho, subtraindo às cotas do plano de água

as cotas do rasto nas respetivas secções. Para efeitos de cálculo, e de acordo com a metodologia

apresentada, assumiu-se que a altura de água a montante de cada trecho é dada pela altura uniforme.

Estimadas as alturas de água, estimam-se as larguras superficiais seguindo o mesmo procedimento de

cálculo que foi adotado no cálculo das larguras superficiais para determinação do volume mínimo de

operação. A estimativa da área do espelho de água é obtida pela média das larguras superficiais de

montante e de jusante multiplicada pelo comprimento do trecho. O volume de água evaporado é dado

pela equação (3.13). Para o cálculo do volume de água precipitado é calculada a área superficial a que

corresponde a largura do canal. O volume é obtido por aplicação da equação (3.2).

Estações elevatórias intermédias

Tendo em consideração a existência de estações elevatórias intermédias é criado um separador onde

o utilizador deve introduzir informação relativa às mesmas. Neste caso, o volume elevado é um volume

que já foi previamente contabilizado a quando da sua entrada no sistema, não constituindo um volume

de água entrado. No entanto, a existência deste separador é justificada pela necessidade de cálculo de

componentes do balanço energético. Na Figura 3.15 ilustra-se a informação que deve ser introduzida

para cada estação elevatória.

Figura 3.15: Introdução de dados no separador das estações elevatórias intermédias

Os dados de saída apresentados no separador das estações elevatórias intermédias são idênticos

aos das estações elevatórias de entrada, ilustrados na Figura 3.13.

49

Reservatórios intermédios

No separador ”Reservatórios intermédios” são identificados e caracterizados todos os reservatórios

intermédios presentes no sistema em análise. Importa que para cada reservatório identificado se es-

pecifique se o mesmo é um reservatório confinado ou não confinado, ou seja, se permite a entrada de

água por escoamento superficial ou não. Caso o reservatório não seja confinado, deve ser introduzido

o valor da área da bacia de drenagem associada ao mesmo para que a estimativa do volume afluente

por escoamento superficial possa ter lugar. Em qualquer um dos casos, deve ser indicada a área da su-

perfície inundada. Com o objetivo de calcular a sub-componente designada por variação de volume nos

reservatórios intermédios, devem ser introduzidos o valores de volumes de água entrados e saídos de e

para a rede transporte e distribuição. Existindo estações meteorológicas na proximidade do reservató-

rio intermédios em estudo, deve ser identificada a estação que se encontra mais próxima atribuindo-se

os valores de precipitação registados na estação e as estimativas de evaporação ao reservatório. Na

Figura 3.16 apresentam-se os dados a serem introduzidos pelo utilizador.

Figura 3.16: Introdução de dados no separador dos reservatórios intermédios

Com a introdução desta informação, e com base na área da superfície inundada, a ferramenta

apresenta as estimativas para os volumes de água entrada por precipitação e volumes de água perdidos

por evaporação em cada reservatório intermédio identificado.

Volumes de água

Na Figura 3.17 apresenta-se um esquema de como é realizada a introdução dos dados para cálculo da

sub-componente de consumos agrícolas e não agrícolas.

Figura 3.17: Introdução de dados no separador de água faturada

Inicialmente deve ser feita a identificação do tipo de cliente e a metodologia associada à obtenção

do valor introduzido. Na identificação do tipo de cliente apenas é dada a hipótese de escolha entre

agrícola ou não agrícola. Em relação à metodologia associada ao valor do volume de água faturado

é possível distinguir entre valores medidos ou valores estimados. Preenchidos os campos relativos à

água faturada, é calculado o consumo autorizado faturado medido e não medido.

50

Para o cálculo do consumo autorizado não faturado medido e não medido, à semelhança dos dados

de entrada para o cálculo da água faturada, o utilizador deve procurar identificar o cliente e a metodolo-

gia associados ao valor do volume de água não faturada reportado. Para a estimativa da componente

de perdas de água aparentes, a ferramenta não efetua qualquer cálculo, sendo da responsabilidade do

utilizador adotar as metodologias apropriadas para a sua obtenção. Caso o utilizador tenha, de alguma

forma, conhecimento de usos de água não autorizados, a ferramenta permite a contabilização das es-

timativas de volumes relativos a tais usos. Na introdução dos valores de volumes estimados, deve ser

mencionado o tipo de uso não autorizado identificado e a metodologia adotada para a sua obtenção,

sendo ambos os campos de preenchimento livre por parte do utilizador. O mesmo acontece para a

componente dos erros de medição, onde se identifica a metodologia utilizada na estimativa do valor de

volume introduzido. O separador de volumes de água não apresenta dados diretamente ao utilizador,

constando mais tarde na listagem de componentes do balanço hídrico.

Dados para o balanço energético

Para o cálculo do balanço energético existem cálculos efetuados em separadores anteriores, devendo

ser feita a agregação no separador relativo ao balanço energético dos valores previamente obtidos.

Para o efeito são apresentados os seguintes valores já calculados:

• Água entrada;

• Consumo autorizado;

• Perdas de água.

Estes dados permitem o cálculo da relação VCA/Vtot e VPA/Vtot para posterior aferição do valor

de energia associada a consumo autorizado e associada a perdas de água. É neste separador que

é identificada a cota mínima do sistema, estabelecendo-se a mesma como cota de referência para

o balanço energético. De modo a efetuar o cálculo da energia fornecida ao sistema, é calculada a

energia fornecida por bombeamento através dos valores previamente calculados. Resta apenas aferir

a parcela da energia fornecida graviticamente. A ferramenta prevê como fonte de energia gravítica os

reservatórios e os pontos de entrega, sendo apenas necessário introduzir volumes fornecidos e níveis

médios durante o período de referência. Caso existam equipamentos para recuperação de energia,

devem ser indicados os volumes envolvidos e a queda útil média no período de referência tendo em

vista o cálculo da componente de energia recuperada. O cálculo da energia mínima é realizado com

a introdução das áreas de análise e respetivas características (e.g., cota média, pressão mínima e

consumo autorizado). Por último, é apresentado ao utilizador o balanço energético simplificado.


Neste capítulo apresentaram-se as novas sub-componentes do balanço hídrico que surgem na adapta-

ção aos aproveitamentos hidroagrícolas, bem como as metodologias de cálculo propostas para de-

terminação das mesmas. Apresentam-se novas componentes de água entrada (água entrada por

precipitação em canais e reservatórios, por escoamento superficial e a contribuição de reservatórios

intermédios), de consumo autorizado não faturado (volume mínimo de operação em canais) e de per-

das de água (repassos e descargas em canais). Justifica-se o porquê de certas sub-componentes de

água entrada não terem sido consideradas e todas as hipóteses de cálculo admitidas para estimativa

das novas sub-componentes. Por último, descreve-se o processo de entrada de dados e de cálculos

complementares para a realização dos balanços hídrico e energético através da ferramenta de cálculo

desenvolvida.

51

Capítulo 4

Caso de estudo


No presente capítulo aplica-se a metodologia proposta no Capítulo 3 a um caso de estudo, ao Apro-

veitamento Hidroagrícola do Vale do Sorraia (AHVS). Começa-se por apresentar uma caracterização

preliminar do aproveitamento hidroagrícola em questão, seguido do cálculo do balanço hídrico e do

balanço energético simplificado, sendo apresentados os resultados para todas componentes e sub-

componentes dos balanços. São calculados balanços hídricos para dois períodos de referência rela-

tivos às campanhas de rega realizadas em 2016 e em 2017. Por último, é apresentado um conjunto

de indicadores de desempenho de perdas de água e de ineficiência energética obtidos a partir dos

resultados dos balanços hídrico e energético.

4.2 Aproveitamento Hidroagrícola do Vale do Sorraia

4.2.1 Caracterização preliminar do AH do Vale do Sorraia

O Aproveitamento Hidroagrícola do Vale do Sorraia insere-se bacia hidrográfica do rio Tejo (região

hidrográfica RH5). Desenvolve-se ao longo do rio Sorraia e dos seus afluentes: as ribeiras de Sôr e de

Raia. A área beneficiada pelo AHVS é de 16 351 ha, sendo constituída pelas obras de rega do Paúl de

Magos e do Vale do Sorraia e pelas obras de defesa dos Campos de Salvaterra de Magos e dos Foros

do Paúl de Coruche. Na Tabela 4.1 apresentam-se as áreas beneficiadas em cada obra.

Tabela 4.1: Área beneficiada do AHVS

Área beneficiada(ha)

Vale do Sorraia 15 365Paúl de Magos 535Campos de Salvaterra de Magos 427Foros do Paúl de Coruche 24Total 16 351

Este aproveitamento hidroagrícola entra em funcionamento durante as campanhas de rega que, ha-

bitualmente, decorrem entre os meses de Abril e Outubro. Nos últimos anos tem-se verificado uma

antecipação do início da campanha de rega para os meses de Fevereiro e Março, explicado em grande

parte pelo aumento das áreas de culturas hortícolas regadas que apresentam necessidades de água

nesse período. Fora do período de funcionamento dá-se o esvaziamento da rede de canais para se pro-

52

ceder a operações de manutenção e limpeza. Salienta-se que, nos anos de 2016 e 2017, os períodos

de funcionamento do aproveitamento hidroagrícola foram de Março a Outubro e de Fevereiro a Outubro,

respetivamente. Nas obras de rega, as áreas regadas nas campanhas realizadas em 2016 e em 2017

são apresentadas na Tabela 4.2. Recorda-se que se entende por área beneficiada a área equipada

com infraestruturas do aproveitamento hidroagrícola e por área regada todas as áreas de culturas que

regaram pelo menos uma vez durante o período de referência.

Tabela 4.2: Áreas regadas no AHVS

Área regada(ha)

2016 2017Vale do Sorraia 14 369.6 16 218.1Paúl de Magos 452.3 442.5Total 14 821.9 16 660.6

Na obra de rega do Vale do Sorraia, as albufeiras do Maranhão e de Montargil são responsáveis pela

admissão de volumes de água ao sistema. A água captada da barragem do Maranhão é transportada

através da ribeira de Raia (canal natural), na qual se localizam os açudes do Gameiro e do Furadouro.

No açude do Furadouro dá-se a admissão de água para o canal de transporte do Furadouro. Na

barragem de Montargil, a água captada é admitida ao canal de transporte de Montargil, confluindo os

dois canais no nó de Santa Justa. A montante do nó do Peso foi construído em 2014 um reservatório

intermédio para armazenamento de volumes excedentes no canal de transporte. No nó do Peso, dá-se

a bifurcação do canal nos canais de Salvaterra de Magos e da Barrosa. Ao longo do canal de transporte

existem estações elevatórias que captam da linha-de-água para os canais.

A obra de rega do Paúl de Magos encontra-se hidraulicamente separada da obra de rega do Vale

do Sorraia, sendo a captação de água realizada através da barragem de Magos e de uma estação

elevatória. Na Figura 4.1 apresenta-se uma representação esquemática das obras de rega do AHVS.

Figura 4.1: Representação esquemática das obras de rega do AHVS

Na operação do sistema, o método de distribuição colocado em prática é o ”acordo prévio”, devendo

o pedido de água ser efetuado junto do cantoneiro com pelo menos 24 horas de antecedência. Os

cantoneiros são responsáveis por regular o fornecimento de água às parcelas e transmitirem os pedidos

de água e as leituras dos contadores aos fiscais de rega. Os fiscais, por sua vez, transmitem os pedidos

ao gestor do sistema que é o responsável pelo controlo a montante.

53

Rede de transporte e distribuição

A rede de canais do AHVS tem como função o transporte de água derivada das barragens e a sua

posterior distribuição. A rede de canais divide-se em redes de transporte e de distribuição.

Com base na informação recolhida através da ferramenta de cálculo desenvolvida no âmbito deste

trabalho (apresentada na secção 3.4), a rede de canais construídos no AHVS apresenta uma extensão

total de 230 km, dos quais ca. 120 km constituem a rede de transporte e os restantes ca. 110 km a

rede de distribuição. A montante do Furadouro, o transporte de água descarregada na barragem do

Maranhão é feito através da ribeira de Raia, tendo-se estimado uma extensão de aproximadamente 32.6

km. No AHVS existe ainda uma rede de condutas que assegura o abastecimento a alguns beneficiários.

Esta rede apresenta uma extensão total de ca. 93 km. A extensão total da rede de transporte e

distribuição do AHVS é de cerca de 355.6 km. Os valores apresentados resultaram do cálculo efetuado

na ferramenta, tendo-se estimado a extensão do canal natural através da medição do curso na carta

topográfica. Na Figura 4.2 apresenta-se um esquema da rede de transporte e de distribuição em canal.

Figura 4.2: Rede de transporte e de distribuição em canal do AHVS

Estações agrometeorológicas

A ARBVS possui uma rede de estações agrometeorológicas automáticas, em seis locais, que moni-

torização diariamente parâmetros como precipitação, temperatura, radiação solar, humidade relativa e

velocidade do vento. Na Figura 4.3 apresenta-se um esquema da distribuição espacial das estações

agrometeorológicas ao longo do aproveitamento hidroagrícola.

Figura 4.3: Estações agrometeorológicas do AHVS

54

Apresentam-se nas Tabelas 4.3 e 4.4 os dados meteorológicos referentes aos períodos de referência

do ano de 2016 e de 2017, respetivamente. No Anexo B encontram-se os dados meteorológicos para

cada estação utilizados na obtenção dos valores apresentados.

Tabela 4.3: Dados meteorológicos registados durante o período de referência de 2016

2016 Montargil Maranhão Couço Magos Coruche Barrosa MédiaP (mm) 346 276 274 291 355 272 302ETp (mm) 771 761 750 702 718 704 734

Tabela 4.4: Dados meteorológicos registados durante o período de referência de 2017

2017 Montargil Maranhão Couço Magos Coruche Barrosa MédiaP (mm) 242 190 174 190 207 159 194ETp (mm) 835 827 811 764 771 763 795

Reservatórios

O armazenamento de água acontece em quatro infraestruturas criadas para o efeito: a barragem do

Maranhão, a barragem de Montargil, a barragem de Magos e o reservatório do Nó do Peso. Na Figura

4.4 ilustram-se as localizações destes reservatórios.

Figura 4.4: Reservatórios de água do AHVS

Nas barragens de Montargil e Maranhão, encontram-se instaladas e em funcionamento duas cen-

trais hidroelétricas que permitem a produção de energia elétrica, em simultâneo com o fornecimento de

volumes de água para rega. A energia produzida nas centrais tem um peso financeiro significativo nas

contas do AH, tendo em 2016 representado 37% dos proveitos da ARBVS. Na Tabela 4.5 apresentam-

se os valores de energia elétrica produzida nas centrais hidroelétricas de cada barragem nos anos de

2016 e de 2017.

Tabela 4.5: Produção anual de energia elétrica nas centrais hidroelétricas

2016 2017Central de Montargil 6.9 GWh 3.3 GWhCentral do Maranhão 7.3 GWh 2.3 GWh

O reservatórios do Nó do Peso é um reservatório de compensação e controlo de caudais da rede

de transporte localizado na margem esquerda do canal Divor-Peso. O reservatório permite o arma-

zenamento de caudais em excesso, reduzindo os volumes descarregados a jusante do mesmo, local

55

designado por descarga do nó do Peso. O armazenamento de água no reservatório permite dar res-

posta aos pedidos de água efetuados a jusante, reduzindo os tempos de resposta do sistema a tais

solicitações. Na Figura 4.5 apresenta-se um esquema do sistema no nó do Peso.

Figura 4.5: Representação esquemática do nó do Peso

A derivação de água para o reservatório dá-se por abertura de uma comporta de descarga de fundo

localizada na margem do canal. A captação de água do reservatório para o canal é efetuada através

de uma estação elevatória incorporada no reservatório. A descarga de segurança do reservatório é

realizada para a linha-de-água não existindo medição dos volumes descarregados.

Açudes

Não sendo consideradas estruturas de armazenamento, existem na ribeira da Raia dois açudes: o

açude do Gameiro e o açude do Furadouro, localizado a jusante do primeiro. Na Tabela 4.6 encontram-

se sintetizadas as principais características dos dois açudes.

Tabela 4.6: Principais características dos açudes

Açude do Gameiro Açude do FuradouroÁrea da bacia hidrográfica (km2) 3 255 3 374

Área inundada ao NPA (m2) 72 000 36 000

O açude do Gameiro foi construído em 1960 com o intuito de elevar o plano de água na ribeira,

permitindo o funcionamento de uma central hidroelétrica e a alimentação a duas estações elevatórias

(Barroca e Moita) que elevam água do açude para os canais de distribuição. Os volumes turbinados

na central hidroelétrica são devolvidos à linha-de-água que se constitui como canal de transporte nesta

zona do sistema. A central hidroelétrica encontrava-se desativada desde 2001, tendo retomado a pro-

dução de energia no ano de 2016. A produção de energia em 2016 foi de cerca 141.8 MWh, tendo

produzido cerca de 443.8 MWh no ano de 2017.

O açude do Furadouro foi concluído em 1959, tendo como função a elevação do plano de água na

ribeira com o objetivo de garantir a admissão de volumes de água ao canal do Furadouro. Na Figura

4.6 apresentam-se as principais descargas de água: descarga para o canal (Figura 4.6a) e descarga

para a linha-de-água (Figura 4.6b).

56

(a) (b)

Figura 4.6: Descargas no açude do Furadouro: (a) canal do Furadouro; (b) ribeira de Raia

Estações elevatórias

As estações elevatórias que captam da linha-de-água para o canal de transporte são classificadas de

estações elevatórias de entrada, uma vez que são responsáveis pela entrada de volumes de água no

sistema. Na Figura 4.7 apresenta-se um esquema da localização das estações elevatórias de rega exis-

tentes no AHVS, sendo a identificação das estações elevatórias de entrada e intermédias apresentada

na Tabela 4.7.

Figura 4.7: Estações elevatórias de rega no AHVS

Tabela 4.7: Classificação das estações elevatórias

Estações elevatórias de entrada Estações elevatórias intermédias

ZambaninhaBorralhoBilrete

MontalvoPorto Seixo

Magos

EngalFormosa

PesoMoita

BarrocaMoraPaço

57

Sistema SCADA

Ao longo do aproveitamento hidroagrícola encontram-se instaladas 25 estações remotas para monito-

rização, sendo que atualmente apenas 3 estão ativas (Furadouro, nó do Peso e reservatório do nó do

Peso).

A estação remota localizada no açude do Furadouro permite a determinação dos volumes descarre-

gados no açude e os volumes admitidos ao canal do Sorraia. Na Figura 4.8 ilustram-se as descargas

monitorizadas no açude do Furadouro através de um esquema retirado do sistema de televigilância do

AH.

Figura 4.8: Estação remota no açude do Furadouro

O volume admitido ao canal é controlado por manobra da comporta que se localiza à entrada do

mesmo, sendo a medição de volume efetuada através de um sensor de nível e caudal instalado a

jusante da comporta. A descarga do açude é estimada através de um sensor de nível que se localiza

no vão mais próximo da entrada para o canal. Suspeitando que, de acordo com a curva de vazão

do descarregador se estariam a obter volumes descarregados significativamente diferentes dos reais,

a ARBVS procurou ajustar tais valores com base na experiência do gestor do sistema. Na operação

do sistema tendo a admissão para o canal obturada, o açude encontrava-se a descarregar com um

determinado nível sobre a crista. Admitindo um certo caudal afluente ao canal, verificou-se que o açude

deixava de descarregar, fazendo corresponder a altura de água que se verificava antes da admissão de

água ao canal, ao caudal admitido ao canal. Na Figura 4.9 ilustra-se a curva de vazão obtida pela via

experimental acima descrita.

Figura 4.9: Curva de vazão experimental do descarregador de superfície do açude

58

No nó do Peso, a estação remota monitoriza não só os volumes admitidos aos canais de Salvaterra

de Magos e da Barrosa, como também os volumes descarregados nos sifões de segurança que existem

no início de cada canal. Na Figura 4.10 apresenta-se um esquema retirado do sistema de televigilância

da descarga no nó do Peso.

Figura 4.10: Estação remota no nó do Peso

A estação remota localizada à entrada do reservatório do nó Peso monitoriza os volumes derivados

para o reservatório por um orifício submerso localizado numa das espaldas do canal e controlado pela

abertura de uma comporta de seccionamento.

4.2.2 Aplicação da metodologia para cálculo do balanço hídrico

4.2.2.1 Água entrada

Como referido na metodologia de cálculo do balanço hídrico, o primeiro passo é a definição da fronteira

do sistema em análise. No caso de estudo apresentado, considera-se como parte do sistema todas

as infraestruturas sob tutela do aproveitamento hidroagrícola destinadas ao fornecimento de água aos

beneficiários e sobre as quais se pretende melhorar o seu comportamento face a perdas de água.

Incluem-se no sistema a rede de transporte e de distribuição, os reservatórios e as estações elevató-

rias. Na Tabela 4.8 é apresentada a estimativa da componente da água entrada no sistema durante

as campanhas de rega de 2016 e de 2017, bem como as estimativas das sub-componentes de água

entrada. Durante os períodos de referência estudados, a ARBVS não importou água a outros aprovei-

tamentos, sendo indicada na Tabela 4.8 esta sub-componente como não aplicável (n.a.) em ambos os

períodos.

59

Tabela 4.8: Volumes de água entrada no sistema (m3)

2016 2017Água entrada 184 607 065 189 902 746

Água captada 166 254 168 185 062 270Água importada n.a. n.a.Água entrada por precipitação em canaise reservatórios intermédios

265 709 171 230

Água entrada por escoamento superficialem canais e reservatórios intermédios

18 087 188 4 669 247

Contribuição dos reservatóriosintermédios

n.d. n.d.

A sub-componente de água captada contabiliza todos os volumes de água captados a partir das

origens de água que existem no AHVS, verificando-se que cerca de 90% da água entrada no sistema é

proveniente de captações do aproveitamento hidroagrícola. Entre as captações em albufeira existem as

barragens do Maranhão, de Montargil e de Magos, sendo estas infraestruturas responsáveis por mais

de 90% do volume de água captado. O restante volume de água captado entra no sistema através das

estações elevatórias de entrada que captam a partir da linha de água. Na Tabela 4.9 encontram-se os

volumes de água captados nas barragens e nas estações elevatórias de entrada nos dois períodos de

referência.

Tabela 4.9: Volumes de água captada (m3)

2016 2017Água captada 166 254 168 185 062 270

Barragem do Maranhão 76 367 784 73 293 576Barragem de Montargil 80 527 248 98 674 032Barragem de Magos 2 575 800 2 395 347EE Zambaninha 754 704 1 062 720EE Borralho 342 900 651 600EE Bilrete 336 600 587 200EE Montalvo 1 229 760 3 253 860EE Porto Seixo 673 200 1 507 500EE Magos 3 446 171 3 636 435

Em 2017 verificou-se um aumento dos volumes de água captados em todas as estações elevatórias

e nas barragens de Montargil e de Magos. A barragem do Maranhão foi a única captação que apresen-

tou uma diminuição do volume de água captado, correspondendo a uma redução de cerca de 4% face

ao valor do ano anterior. Os volumes de água captados durante os períodos de referência foram obtidos

através de uma folha de recolha de dados enviada à ARBVS. Foi indicado que os volumes captados nas

barragens foram medidos, enquanto que os volumes captados por estações elevatórias foram estima-

dos. A estimativa destes volumes foi realizada por consulta dos registos dos tempos de funcionamento

das estações elevatórias, durante a campanha de rega, multiplicadas pelos caudais nominais.

Para o cálculo do volume de água precipitado em canais e reservatórios intermédios foi necessário

recolher dados meteorológicos das estações agrometeorológicas distribuídas ao longo do AHVS. Foi

determinada a média dos valores de precipitação registados em todas as estações durante os dois

períodos de referência. O cálculo foi feito para todos os elementos de obra que constituem a rede de

canais do AHVS, apresentado-se a título de exemplo o cálculo para o canal Furadouro-Couço na Tabela

A.3 do Anexo A.

Optou-se por associar a cada reservatório intermédio a precipitação registada na estação meteoro-

lógica que se encontra mais próxima de cada um. Considerou-se a precipitação no reservatório do nó

do Peso igual à precipitação registada na estação agrometeorológica da Barrosa, adotando-se para o

açude do Gameiro e para o açude do Furadouro as precipitações registadas nas estações agrometeo-

rológicas do Maranhão e de Montargil, respetivamente.

60

Na Tabela 4.10 são apresentados os volumes de água entrada por precipitação em canais e reser-

vatórios intermédios durante os dois períodos de referência.

Tabela 4.10: Volumes de água entrada por precipitação em canais e reservatórios intermédios (m3)

2016 2017Água precipitada em canais e reservatórios 265 709 171 230

Canais 227 628 145 471Reservatório do nó do Peso 5 742 3 352Açude do Gameiro 19 894 13 695Açude do Furadouro 12 445 8 712

Em consequência de 2017 ter sido um ano onde se registou um menor volume de precipitação, o

volume de água entrado por precipitação em canais e reservatórios intermédios diminui cerca de 35%

em relação ao volume estimado para 2016. Contudo, a contribuição desta componente para o volume

de água entrada é bastante reduzida representando cerca de 0,1% do valor de água entrada nos dois

períodos de referência. Verifica-se que a rede de canais é a infraestrutura responsável pela entrada no

sistema da maior parte da água precipitada (cerca de 85% da água entrada por precipitação).

A estimativa da sub-componente de água entrada por escoamento superficial afluente a canais e

reservatórios revelou-se necessária, dado que tais afluências ao açude do Furadouro entram no sistema

por via da ribeira de Raia. Encontrando-se o açude do Gameiro contido na bacia hidrográfica do açude

do Furadouro, é apenas necessário a estimativa das afluências por escoamento superficial ao açude

localizada mais a jusante. Para a estimativa dos volume afluentes por escoamento superficial ao açude

do Furadouro foram recolhidos dados de precipitação e temperatura média mensal registados durante

os dois anos. A estação agrometeorológica consultada foi a estação do Maranhão por estar contida na

bacia hidrográfica considerada.

O cálculo da área da bacia hidrográfica implicou em primeiro a sua delimitação, tendo em atenção

que a bacia hidrográfica associada à barragem do Maranhão deveria ser excluída. Na Figura 4.11

encontra-se o traçado da bacia hidrográfica considerada para o cálculo do volume de escoamento

superficial afluente ao açude do Furadouro.

Figura 4.11: Rede hidrográfica do Vale do Sorraia (adaptado de Simões e Oliveira, 2014)

61

A área da bacia hidrográfica traçada foi estimada em aproximadamente 1 000 km2, recomendando-

se um traçado mais exato a partir de cartas topográficas. O balanço hidrológico foi calculado tendo por

base uma capacidade de campo utilizável de 100 mm, valor que foi retirado dos relatórios agromete-

orológicos produzidos pela ARBVS em 2016 e 2017. Para uma aferição mais rigorosa do valor deste

parâmetro na área da bacia hidrográfica seria necessário um conhecimento mais aprofundado dos so-

los ai existentes. Os balanços hidrológicos sequenciais mensais calculados encontram-se no Anexo

C.

Obtidos os valores de escoamento superficial pelo balanço hidrológico sequencial mensal, procurou-

se validar os mesmos tendo sido analisados os valores de escoamento médio anual na bacia hidrográ-

fica do Sorraia. Para o efeito consultou-se o Plano de Gestão de Região Hidrográfica (PGRH) no qual foi

estudada a bacia hidrográfica do Sorraia. As alturas de escoamento apresentadas na Tabela 4.11 resul-

taram da divisão dos volumes de escoamento médio anual reportados pela área da bacia hidrográfica

do Sorraia. O valor da área indicado na bibliografia consultada é de 7 520 km2.

Tabela 4.11: Escoamento médio anual em regime natural na RH5 (APA, 2016)

Escoamento médio anual (mm)Ano húmido 265Ano médio 141Ano seco 30

Com o cálculo dos balanços hidrológicos sequenciais mensais, estimaram-se para os anos hidro-

lógicos 2015/2016 e 2016/2017 escoamentos de 224 mm e de 51 mm, respetivamente. Confirma-se

que os valores se encontram dentro da gama de valores de escoamento característicos da bacia hidro-

gráfica, sendo que 2016 foi um ano mais próximo de um ano húmido e 2017 um ano considerado de

seca.

Face à elevada expressividade dos valores calculados, a ARBVS indicou que valores tão elevados

de afluências seriam percetíveis na operação do sistema, o que não ocorreu. Não sendo estimadas

as afluências ao açude do Furadouro, a ARBVS calcula uma relação entre os volumes armazenados

na barragem do Maranhão durante o período fora da campanha e o volume total precipitado na ba-

cia hidrográfica associada ao reservatório durante o mesmo período. A razão estimada aponta para

relações entre o volume afluente por escoamento superficial, Ves, e o volume total precipitado, Vp, de

8% e 3% para os intervalos temporais fora do período de campanha de 2016 e 2017, respetivamente.

Salienta-se que esta estimativa poderá conduzir a um valor sobrestimado do volume de escoamento

superficial, uma vez que é expectável que os solos durante o período de campanha apresentem um

nível de saturação inferior, o que se refletirá num menor volume de escoamento superficial. No cálculo

da estimativa do volume afluente por escoamento superficial ao açude do Furadouro considerou-se a

área da bacia hidrográfica acima estimada e a precipitação registada na estação agrometeorológica do

Maranhão durante os períodos de referência.

De forma a tornar a análise mais completa realizou-se um balanço de volumes ao sub-sistema que

se localiza a montante do açude do Furadouro. O sub-sistema apresentado na Figura 4.12 contém todas

as infraestruturas do aproveitamento hidroagrícola compreendidas entre a barragem do Maranhão e o

açude do Furadouro.

62

Figura 4.12: Sub-sistema do AH a montante do Furadouro

É realizada uma análise aos volumes entrados e saídos a montante deste sub-sistema com o obje-

tivo de aferir o volume afluente por escoamento superficial ao açude do Furadouro. Na contabilização

dos volumes saídos são desprezados os volumes de água saídos por evaporação, infiltração e preci-

pitação. São considerados como volumes de água entrados no sistema os volumes descarregados na

barragem do Maranhão, VMaranhao, e o volume de escoamento superficial, Vescoamento, sendo os volu-

mes admitidos ao canal do Sorraia, Vcanal, os volumes descarregados no Furadouro, VFuradouro, e os

volumes faturados, Vfaturado, considerados como volumes de água saídos. O volume de água faturado

no sub-sistema foi obtido por consulta dos volumes de água faturados nos blocos I, II e III deduzidos

dos volumes diretamente retirados da albufeira do Maranhão. Salienta-se que existe um pequeno distri-

buidor na margem direita do açude no qual não é feita qualquer medição de volume à entrada do canal,

não sendo considerado para efeitos de cálculo. O cálculo descrito acima é traduzido na equação 4.1,

na qual ∆V = 0, uma vez que não se admite armazenamento de água no interior deste sub-sistema.

∆V = VMaranhao + Vescoamento − Vfaturado − Vcanal − VFuradouro (4.1)

O volume de escoamento superficial obtido por esta via é apresentado na Tabela 4.12, encontrando-

se na mesma tabela a contabilização de todos os volumes considerados. Salienta-se que o cálculo foi

apenas realizado para 2017 dada a ausência dos registos de descargas no Furadouro para o ano de

2016.

Tabela 4.12: Volumes considerados no sub-sistema a montante do Furadouro (m3)

2017VMaranhao 73 293 576Vcanal 57 011 463VFuradouro 6 309 027Vfaturado 14 642 333Vescoamento 4 669 247

Por último, apresenta-se o volume de água faturado no início da campanha de rega sem recurso a

descargas do Maranhão, sendo que perante tal situação as únicas afluências ao açude do Furadouro

são provenientes do escoamento superficial. Esta estimativa conduz a um valor mínimo da água entrada

63

por escoamento superficial, uma vez que durante a campanha de rega, já com a barragem do Maranhão

a realizar descargas, as afluências por escoamento superficial tornam-se menos expressivas

Na Tabela 4.13 apresentam-se as diferentes hipóteses de cálculo consideradas para o volume de es-

coamento superficial afluente ao açude do Furadouro. Com base nos resultados apresentados verifica-

se de imediato uma elevada disparidade entre o volume de escoamento superficial estimado por apli-

cação do balanço hidrológico sequencial mensal e as restantes hipóteses. Esta diferença pode ser

explicada, em parte, devido a uma má calibração da capacidade utilizável do solo ou à existência de

estruturas que impeçam a afluência em regime natural à secção de jusante da bacia considerada. Os

volumes estimados pela relação Ves/Vp são os valores que se encontram mais próximos da estimativa

por via do balanço de volumes.

Tabela 4.13: Análise de sensibilidade ao volume de escoamento superficial (m3)

2016 2017Balanço hidrológico sequencial mensal 110 000 000 48 000 000Ves/Vp 22 080 000 5 700 000Balanço hídrico a montante do Furadouro 18 087 188 (*) 4 669 247S/ recurso a descargas do Maranhão 3 936 600 1 049 670Volume de escoamento superficial 18 087 188 (*) 4 669 247

(*) valor extrapolado

No cálculo do balanço hídrico de 2017 considera-se o valor dado pelo balanço de volumes a mon-

tante do Furadouro, uma vez que das estimativas apresentadas foi a única em que a sua obtenção

resultou de variáveis efetivamente medidas. Para 2016, não existindo registos de medição que permi-

tam a estimativa pelo balanço de volumes, procurou-se estimar um valor admitindo uma razão constante

em ambos os períodos entre o valor calculado pela relação Ves/Vp e a estimativa do balanço hídrico. A

estimativa do volume de escoamento superficial em 2016 é apresentada na equação (4.2).

Ves,2016 =4 669 247

5 700 000× 22 080 000 = 18 087 188 m3 (4.2)

Relativamente à sub-componente de contribuição do reservatório intermédio, dado que não existem

dados que permitam calcular o volume associado ao armazenamento ou fornecimento de água, admitiu-

se, à semelhança do que acontece nos sistemas urbanos de abastecimento de água, que a contribuição

do reservatório do nó do Peso durante os dois períodos de referência foi nula.

4.2.2.2 Consumo autorizado

Em 2016 e 2017, não ocorreu a exportação de água para outros sistemas, nem foram registados volu-

mes de água utilizados para combate a incêndios. De facto, o consumo autorizado faturado em ambos

os períodos deveu-se exclusivamente a consumos agrícolas e não agrícolas. Apresenta-se na Tabela

4.14 os volumes de consumo autorizado faturados medidos e não medidos, sendo feita a distinção

entre consumo agrícola e não agrícola no Anexo F.

Tabela 4.14: Volumes de consumo autorizado faturado (m3)

2016 2017Consumo autorizado faturado 109 939 576 123 717 098

Medido 102 893 005 118 140 907Não medido 7 046 571 5 576 191

A ARBVS indicou que não abastece consumidores que não sejam faturados nem consumiu qualquer

volume do aproveitamento hidroagrícola, não sendo aplicáveis no cálculo do balanço hídrico as respe-

tivas sub-componentes. Salienta-se que existiram descargas e consumos de água para operações de

64

manutenção e limpeza da rede, não tendo sido registados ou estimados tais volumes. Em 2016 o vo-

lume faturado não medido representava cerca de 6,4% do volume total faturado, verificando-se que em

2017 representou menos de 5%. A redução da componente de volume faturado não medido contribui

para o cálculo de um balanço hídrico com maior fiabilidade.

O consumo autorizado não faturado permaneceu inalterado, uma vez que a única sub-componente

a contabilizada é o volume mínimo de operação. Mantendo-se inalterada a rede de canais, o volume

mínimo de operação é igual nos dois períodos. Para o efeito, recorreu-se à ferramenta de cálculo para

a determinação dos volumes mínimos num elemento de obra da rede de transporte e noutro elemento

de obra da rede de distribuição. Nas Tabela A.1 e A.2 do Anexo A encontram-se os dados de cálculo

necessários para cada elemento de obra considerado, sendo apresentado nas Tabelas A.4 e A.6 o

cálculo do volume mínimo considerando a altura uniforme e nas Tabelas A.5 e A.7 considerando a

altura de jusante segundo a metodologia apresentada. Denota-se que não foi realizado o cálculo para

todos os elementos de obra dada a necessidade em fazer a associação entre elementos de acordo com

a sua disposição no sistema.

O volume mínimo para o canal Furadouro-Couço e para o distribuidor da Franzina resultaram em

57 606 m3 e 901 m3, respetivamente. Consideraram-se estes dois elementos representativos da rede

de transporte e de distribuição tendo sido extrapolado o volume mínimo de operação na rede de canais

a partir do valor calculado para o canal de transporte e para o canal de distribuição. Este cálculo

encontra-se sintetizado na Tabela 4.15.

Tabela 4.15: Volume mínimo de operação na rede de canais

Comprimento(m)

Vminimo

(m3)Rede de transporte 120 490 647 476Rede de distribuição 109 510 29 899Total 230 000 677 376

Com base na estimativa de volume mínimo de operação calculada, verifica-se que esta componente

representa apenas cerca de 0,4% do volume de água entrada no sistema.

4.2.2.3 Perdas de água

A estimativa do volume de perdas de água foi inicialmente realizada pela diferença entre o volume de

água entrado e o volume de consumo autorizado. Tendo por base as hipóteses assumidas no cálculo

das sub-componentes da água entrada e do consumo autorizado, o valor calculado é tido como um

limite superior do volume de perdas de água.

Tabela 4.16: Volumes de perdas de água (m3)

2016 2017Água entrada 184 031 054 189 902 746Consumo autorizado 110 616 952 124 394 474Perdas de água 73 990 113 65 508 272

Na Tabela 4.17 apresentam-se os volumes de perdas por evaporação, aparentes e reais obtidos

através da estimativa das respetivas sub-componentes.

Tabela 4.17: Volumes das componentes de perdas de água (m3)

2016 2017Perdas de água 73 990 113 65 508 272

Perdas por evaporação 750 430 813 049Perdas aparentes 14 719 870 16 371 757Perdas reais 58 519 813 48 323 466

65

Para a estimativa do volume de água evaporado em canais determinou-se a média dos valores

de ETp estimados para todas as estações agrometeorológicas em cada período de referência. Com

base nesse valor médio e com a informação do canal Furadouro-Couço e do distribuidor da Franzina

introduzida na ferramenta de cálculo, foram estimados os volumes de água perdidos por evaporação

neste dois elementos de obra. Nas Tabelas A.8 e A.9 do Anexo A apresenta-se o processo de cálculo

do volume evaporado para cada um dos canais considerados durante o período de referência de 2016.

A estimativa para 2017 é em tudo semelhante, diferindo apenas no valor da evaporação estimado.

Os volumes evaporados no canal Furadouro-Couço e no distribuidor da Franzina em 2016 foram

estimados em cerca de 50 556 m3 e 2 555 m3, respetivamente. O cálculo do volume evaporado na

rede de canais, à semelhança da hipótese adotada no cálculo do volume mínimo de operação em

canais, resultou da extrapolação destes valores para a rede de canais, apresentando-se os resultados

na Tabela 4.18. Para obtenção do volume evaporado em 2017 altera-se apenas o valor da evaporação

que se estimou ser 795 mm. Com as equações (4.3) e (4.4) pretende-se demonstrar de que forma

foram obtidas as estimativas para 2017 para a rede de transporte e para a rede de distribuição.

Vevap,transporte2017 =795

734× 568 236 = 615 460 m3 (4.3)

Vevap,distribuicao2017 =795

734× 84 787 = 91 833 m3 (4.4)

Tabela 4.18: Volume de perdas por evaporação em canais

Comprimento(m)

Vevap 2016

(m3)Vevap 2017

(m3)Rede de transporte 120 490 568 236 615 460Rede de distribuição 109 510 84 787 91 833Total 230 000 653 023 707 293

Com base na estimativa de volume evaporado em canais calculada, verifica-se que esta componente

representa cerca de 0,4% do volume de água entrada no sistema.

Nos reservatórios intermédios, à semelhança da hipótese adotada no cálculo do volume entrado por

precipitação, foram estimados volumes evaporados recorrendo aos valores de ETp calculados para as

estações agrometeorológicas associadas a cada infraestrutura. Na Tabela 4.19 são apresentados os

valores calculados para os volumes de água evaporados nas infraestruturas do sistema.

Tabela 4.19: Volumes de perdas por evaporação (m3)

2016 2017Perdas por evaporação 750 430 813 049

Canais 653 023 707 293Reservatório do nó do Peso 14 883 16 127Açude do Gameiro 54 780 59 556Açude do Furadouro 27 744 30 073

Para o cálculo das perdas aparentes foram estimadas as componentes do balanço hídrico relativas

a usos não autorizados e a erros de medição, apresentando-se os resultados na Tabela 4.20.

Tabela 4.20: Volume de perdas aparentes (m3)

2016 2017Perdas de água aparentes 14 719 870 16 371 757

Usos não autorizados 4 430 570 4 557 666Erros de medição 10 289 301 11 814 091

66

Quando questionada, a ARBVS não tinha conhecimento de algum uso ilícito ou roubo ocorridos du-

rante os dois períodos de referência analisados. Sendo a rede de transporte e de distribuição percorrida

diariamente por cerca de trinta cantoneiros que asseguram a correta operação do sistema, contribuindo

para uma diminuição da probabilidade de usos de água não autorizados. Apesar da elevada incerteza,

inerente à própria natureza da componente, procurou-se estimar um valor tendo por base estimativas

feitas para um sistema de abastecimento de água urbano. Para o efeito, consultaram-se os resultados

do projeto iPerdas, tendo adotado o valor mais alto entre as entidades gestoras participantes. O valor

que os usos não autorizados representavam na entidade gestora consultada correspondia a cerca de

12% da água entrada no sistema, sendo que para o caso de estudo em específico reduziu-se o valor

em questão em 80% dado o varrimento diário levado a cabo pelos cantoneiros de rega. Admitiu-se,

assim um valor estimado para os usos não autorizados de 2,4% do valor de água entrada.

Em relação aos erros de medição, considerou-se um erro de 10%, por sub-medição, do consumo au-

torizado faturado medido. A percentagem indicada foi obtida através de uma análise à entidade gestora

participante no projeto iPerdas que apresentou a maior percentagem de erro de medição. Apesar da

medição do consumo autorizado faturado ser feita através de contadores mecânicos e de conta-horas

instalados em módulos Neyrpic, diferindo dos equipamentos utilizados para medição de consumos em

sistemas urbanos, manteve-se o valor considerado como primeira aproximação.

Na Tabela 4.21 são apresentadas as estimativas para as várias componentes de perdas reais. De-

vido ao sistema de recolha de informação das estações remotas não permitir o armazenamento dos

registos com mais de um ano, os valores de descargas referentes ao período de referência de 2016 já

não se encontram disponíveis. Encontrando-se as descargas em canais e reservatórios dependentes

do funcionamento hidráulico do sistema, e não sendo possível a sua estimativa para o período em falta,

optou-se por assumir um volume descarregado do reservatório igual ao valor adotado em 2017. O valor

de descargas em canais em 2016 resulta da diferença entre o volume de perdas reais e a soma das

restantes componentes estimadas. Dado que o reservatório do nó do Peso é relativamente recente, e

que se encontra impermeabilizado, consideram-se nulas as perdas de água por repassos no mesmo.

Tabela 4.21: Volumes de perdas reais (m3)

2016 2017Perdas reais 58 519 813 48 323 466

Fugas em condutas 111 600 125 550Repassos em canais 12 140 364 13 657 908Repassos nos reservatórios intermédios 0 0Descargas em canais 46 034 320 34 306 479Descargas em reservatórios intermédios 233 529 (*) 233 529


Para estimativa da sub-componente de fugas em condutas procurou-se averiguar durante as duas

campanhas de rega quais os volumes de perdas de água associados às ocorrências que foram regis-

tadas. A informação transmitida pela ARBVS foi de que durante os dois anos foi necessário proceder

a operações de reparação de fugas em condutas, mas não foi feito qualquer registo das intervenções

efetuadas. Com o objetivo de obter uma estimativa para esta sub-componente decidiu-se atribuir um

valor de referência dos sistemas urbanos de abastecimento de água. Para estimativa das fugas em

condutas adotou-se o valor de referência de 5 m3/(km.dia) (ERSAR, 2017a), que corresponde uma

qualidade de serviço insatisfatória das redes de distribuição dos sistemas urbanos, refletindo-se num

cenário mais desfavorável em termos de fugas em condutas.

Encontrando-se o valor de perdas de água por repassos em canais dependente do estado de con-

servação dos canais, a estimativa de um valor de referência para os repassos em canais exigiria a

realização de ensaios de estanquidade nos trechos representativos do aproveitamento hidroagrícola,

67

permitindo aferir um valor com maior fiabilidade do que os indicados pela bibliografia consultada. Não

tendo sido realizados ensaios de estanquidade, a primeira estimativa apresentada corresponde a ca-

nais em boas condições de funcionamento, na qual se considerou um valor mínimo de perdas de água

por repassos em canais de 25 L/(m2.dia) (Montañés, 2006). Dado o envelhecimento da infraestrutura,

parte da rede de canais apresenta-se em condições insatisfatórias de funcionamento, levando a ARBVS

a realizar trabalhos de conservação e limpeza em alguns troços fora do período de funcionamento do

sistema. Na Figura 4.13 apresenta-se uma zona do Canal Peso-Barrosa imediatamente a jusante do

reservatórios do nó do Peso. Encontrando-se o canal vazio é visível o estado de degradação em que

o mesmo se apresenta, sendo patologias como as apresentadas na figura as principais responsáveis

pelas perdas de água por repassos na rede de canais.

Figura 4.13: Canal Peso-Barrosa

Sabendo que a situação ilustrada é recorrente nalguns trechos, desconhece-se o quão representa-

tiva é da rede de canais tendo-se procurado obter uma estimativa do valor para as perdas de água por

repassos junto da ARBVS. De acordo com a Associação, com o enchimento do canal Furadouro-Divor

nos meses de Janeiro e Fevereiro do presente ano (meses sem precipitação), verificou-se o enchimento

dos poços na vizinhança dos canais. Esta situação veio reforçar a importância de estimar as perdas

por repassos em canais. A estimativa indicada corresponde à admissão de um caudal de 150 L/s

no canal Furadouro-Divor com as comportas ao longo do canal fechadas, não sendo possível atingir

alturas de escoamento que permitam a derivação de caudais nas tomadas de água aí localizadas. No

entanto, como se encontra ilustrado na Figura 4.14, verificou-se que as comportas AMP perante esta

situação não vendam totalmente o escoamento. Não existindo medições de caudal a jusante das com-

portas admitiu-se um valor de 20 L/s para o caudal tendo apenas por base a diferença a olho nu entre

as observações feitas a montante, onde se é feita a admissão, e a jusante do canal, onde se dá o

escoamento pelas juntas da comporta.

68

Figura 4.14: Fugas através de duas comportas AMP fechadas

O caudal associado a perdas de água por repassos considerado no canal Furadouro-Couço foi de

130 L/s. Consultando a informação da rede de canais presente na ferramenta de cálculo, estimou-

se um valor médio da área molhada, ponderado pelos comprimentos dos troços. No cálculo da área

molhada na rede de canais estimaram-se os valores médios da largura de rasto e os comprimentos

de espaldas submersas, ponderados pelos comprimentos dos troços. Uma simplificação no cálculo

do comprimento das espaldas foi assumir canais trapezoidais, sendo o perímetro molhado obtido pela

equação (4.5).

Pmolhado =(brasto,medio +

√2 × h2

u,media

)× L (4.5)

Foram calculadas as áreas molhadas no canal Furadouro-Couço e no canal Couço-Divor tendo

adotado como altura de água a altura uniforme. O cálculo realizado para estes dois elementos de obra

encontra-se sintetizado na Tabela 4.22.

Tabela 4.22: Estimativa da área molhada no canal Furadouro-Divor

Pmolhado

(m)L

(m)Amolhada

(m2)Furadouro-Couço 8,31 14 639 121 650Couço-Divor 8,42 10 720 90 262Furadouro-Divor - 25 359 211 912

Conhecida a área molhada e o caudal associado a perdas de água por repassos considerado, o

cálculo da taxa de perdas de água por repassos é dado pela equação (4.6).

Perdasrepassos =130 × 3600 × 24

211912= 53L/(m2.dia) (4.6)

Na Tabela 4.23 apresenta-se o cálculo da área molhada para a rede de canais adotando larguras

de rasto e alturas de água ponderadas pelos comprimentos dos trechos onde as mesmas se verificam.

Obteve-se um valor de largura de rasto média de 1,05 m e de altura de água média de 1,06 m a que

corresponde um comprimento de espalda molhada de 1,50 m. O perímetro molhado médio é dado pela

soma da largura de rasto média com o comprimento molhado das duas espaldas.

Tabela 4.23: Estimativa da área molhada na rede de canais

Pmolhado

(m)L

(m)Amolhada

(m2)4,05 235 662 954 431

69

De seguida procurou-se realizar uma análise de sensibilidade ao valor de perdas de água por re-

passos considerando um cenário de perdas de água por repassos de 25 L/(m2.dia) e outro com o

valor estimado de 53 L/(m2.dia). Na Tabela 4.24 apresentam-se as estimativas de volumes de água

perdidos por repassos para os dois períodos de referência. Para o cálculo do balanço hídrico optou-se

por adotar o valor estimado dado o estado de degradação em que alguns troços de canal se encontram.

Tabela 4.24: Análise de sensibilidade ao volume de perdas por repassos em canais (m3)

2016 201725 L/(m2.dia) 5 726 586 6 442 40953 L/(m2.dia) 12 140 364 13 657 908Perdas de água por repassos em canais 12 140 364 13 657 908

Devido ao facto de o acesso ao histórico dos volumes de descargas em canais de 2016 já não

estar acessível, o primeiro cálculo efetuado foi para o período de referência de 2017. A estimativa dos

volumes descarregados nas restantes descargas resulta da diferença entre o volume de descargas em

canais estimado e os volumes medidos nas descargas do Furadouro e do nó do Peso. Na Tabela 4.25

os volumes de descargas apresentados para 2016 são percentagens da estimativa do volume total de

descargas em canais, na mesma proporção que estes surgem em 2017.

Tabela 4.25: Volumes de descargas em canais (m3)

2016 2017Descargas em canais 46 034 320 34 306 479

Furadouro 8 470 315 (*) 6 309 027Outras 37 333 833 (*) 27 821 579Nó do Peso 230 172 (*) 175 873


A descarga no reservatório intermédio do nó do Peso, foi obtida a partir da diferença entre o volume

derivado para o canal e o volume captado para o canal, partindo do pressuposto que não existe variação

de nível no reservatório. Com base na hipótese assumida, as descargas no reservatório intermédio são

dadas pela equação (4.7).

Vd = Vin − Vout

= 1 635 158 − 1 404 629

= 233 529 m3

(4.7)

Balanço hídrico

Com a obtenção das componentes acima apresentadas dá-se por terminado o cálculo do balanço hí-

drico, sendo apresentados na Tabela F.1 e na Tabela F.2 do Anexo F os balanços hídricos das cam-

panhas de rega de 2016 e de 2017, respetivamente. A listagem completa das componentes pode ser

consultado no mesmo Anexo.

A obtenção do balanço hídrico nos dois períodos de referência permitiu o cálculos de alguns in-

dicadores de desempenho pela primeira vez em aproveitamentos hidroagrícolas. Na Tabela 4.26

apresentam-se os indicadores calculados para os períodos de referência analisados.

70

Tabela 4.26: Indicadores de desempenho

2016 2017Água não faturada(%)

40.4 34.9

Perdas reais(%)

31.7 25.4

Perdas de água(m3/(km.dia))

867 682

Perdas reais de água(m3/(km.dia))

686 503

De acordo com os valores de referência definidos pela ERSAR para sistemas em baixa, a percen-

tagem de água que entra no sistema que não é faturada no AHVS enquadra-se numa qualidade de

serviço insatisfatória (>30%). Como se verificou, grande parte da água não faturada é devido a per-

das reais, que em 2016 e 2017 representaram cerca de 32% e 25% da água entrada nos respetivos

períodos de referência.

Por último apresentam-se os indicadores de perdas de água e perdas reais por comprimento de rede

por dia. Os valores obtidos ilustram a magnitude que as perdas de água reais poderão apresentar em

aproveitamentos hidroagrícolas com sistemas em canal, tendo-se obtido valores bastante superiores

aos valores de referência indicados pela ERSAR.

4.2.3 Cálculo do balanço energético simplificado

4.2.3.1 Energia fornecida ao sistema

Com o objetivo de iniciar o cálculo do balanço energético foi necessário determinar a cota de referên-

cia do sistema. Para o efeito, considerou-se apenas as cotas da rede de transporte e distribuição e

das estações elevatórias, dado que não é possível obter a cota mínima de abastecimento devido ao

desconhecimento das cotas das bocas de rega. Por consulta do separador ”Canais” da ferramenta de

cálculo constatou-se que a tomada localizada no ponto de cota mais baixa encontra-se no Distribuidor

IB de Magos, mais especificamente, a 2 424,4 m do início do mesmo. A cota de referência corresponde

à cota da soleira da tomada de água ai localizada, uma vez que é a partir dessa cota que se dá o

abastecimento. A cota de referência do sistema é apresentada na equação (4.8)

z0 = 1, 67 m (4.8)

Para o cálculo da energia fornecida por bombeamento estimou-se a energia fornecida por bombea-

mento nas estações elevatórias de entrada e nas estações elevatórias intermédias, apresentando-se o

cálculo sintetizado nas Tabelas 4.27 e 4.28, respetivamente.

Tabela 4.27: Cálculo da energia fornecida por bombeamento nas estações elevatórias de entrada para 2016

Velevado

(m3)ZEE

(m)Efatura

(kWh)Epotencial

(kWh)EB,entrada

(kWh)EE Zambaninha 754 704,0 13,0 59 186 23 277 82 463EE Borralho 342 900,0 10,0 17 989 7 776 25 765EE Bilrete 336 600,0 10,0 20 820 7 633 28 453EE Montalvo 1 229 760,0 4,0 27 983 7 800 35 783EE Porto Seixo 673 200,0 4,5 10 679 5 186 15 865EE Magos 3 446 171,9 4,0 99 846 21 858 121 704Total - - - - 310 033

71

Tabela 4.28: Energia fornecida por bombeamento nas estações elevatórias intermédias para 2016

EB,intermedia

(kWh)EE Engal 94 688EE Formosa 202 441EE Peso 14 614EE Moita 38 233EE Barroca 238 840EE Mora 265 819EE Paço 160 116Total 1 014 751

Nas estações elevatórias de entrada é necessário conhecer os volumes elevados, a cota do eixo

das bombas e o consumo energético das estações elevatórias durante o período de referência. Não

sendo possível obter as cotas dos eixos das bombas, foram estimadas as cotas do terreno das estações

elevatórias a partir da informação topográfica disponível. A energia fornecida ao sistema pelas estações

elevatórias intermédias é igual ao valor do consumo energético durante a campanha nestas estações,

o pode qual englobar também os consumos que ocorram na estação, como por exemplo consumos de

energia para iluminação e operação de válvulas. No entanto, neste estudo não foi possível separar o

consumo de energia devido a bombeamento dos restantes consumos.

Na fronteira do sistema encontram-se os reservatórios previamente identificados, procedendo-se

ao cálculo da energia fornecida ao sistema pelos mesmos. Para o efeito, e para além dos volumes

fornecidos ao sistema pelos mesmos, foi necessário consultar os registos do nível de água médio em

cada reservatório. Esta informação encontra-se na Tabela 4.29, tendo sido calculado um nível médio

de água durante o período de referência.

Tabela 4.29: Níveis de água nas albufeiras (m) (http://www.arbvs.pt/albufeiras)

Barragem do Maranhão Barragem de Montargil Barragem de Magosmar/16 128,56 79,43 15,43abr/16 129,07 79,48 16,02mai/16 129,47 79,68 16,88jun/16 129,54 79,79 16,63jul/16 128,47 79,3 16,14ago/16 126,88 78,19 15,21set/16 124,97 76,8 14,35out/16 123,47 75,8 13,72Valor médio 127,55 78,56 15,55

Na Tabela 4.30 sumariza-se o cálculo da energia gravítica fornecida ao sistema pelos reservatórios

de entrada.

Tabela 4.30: Cálculo da energia fornecida pelos reservatórios de entrada para 2016

Vr (m3) Hr,medio (m) EG (kWh)Barragem do Maranhão 76 367 784 127,55 26 169 983Barragem de Montargil 80 527 248 78,56 16 855 018Barragem de Magos 2 575 800 15,55 97 308Total - - 43 122 309

O valor da energia total fornecida ao sistema é a soma da energia fornecida pelas estações eleva-

tórias e pelos reservatórios de entrada, apresentando-se na equação (4.9) o cálculo.

Etot = EB,entrada + EB,intermedia + EG

= 44 447 093 kWh(4.9)

72

A energia associada a consumo autorizado e associada a perdas de água é apresentada nas equa-

ções (4.10) e (4.11), respetivamente.

ECA = 44 447 093 × 59.9% = 26 632 794 kWh (4.10)

EPA = 44 447 093 × 40.1% = 17 814 299 kWh (4.11)

Energia mínima

Para o cálculo da energia mínima do sistema procurou-se constituir áreas de análise que fossem homo-

géneas em termos de consumo e pressões. Não sendo possível uma maior caracterização do consumo

autorizado do que a existente, adotaram-se como áreas de análise os blocos de rega. Admitiu-se que

as pressões em cada bloco eram homogéneas e de igual valor entre blocos, considerando um valor

de pressão mínima requerida de 2.5 m.c.a., por indicação da ARBVS, dado que não existem dados de

pressões nos pontos de consumo. A associação identifica dez blocos de rega, numerados de I a X, a

quando da apresentação dos volumes de água faturados nos relatórios de contas anuais. Aos valores

de volumes faturados apresentados no relatório de contas foi necessário retirar os volumes retirados

diretamente das albufeiras, uma vez que os consumidores a montante dos reservatórios não são incluí-

dos no sistema em análise. De seguida, estimaram-se as cotas médias do terreno de cada bloco por

sobreposição das áreas dos blocos em cartas topográficas. Salienta-se que os valores de cotas mé-

dias apresentados na Tabela 4.31 foram obtidos meramente por observação dada a falta de informação

relativa à localização dos pontos de entrega.

Tabela 4.31: Cálculo da energia mínima em cada bloco

Zmed

(m)pmin,req

(m.c.a)Vfaturado

(m3)Emin

(kWh)I 90

2,5

2 326 469 575241II 85 1 397 744 332 935II 60 5 133 997 873 493IV 45 3 997 515 516 901V 50 2 648 398 378 500VI 30 15 661 205 1 385 582VII 15 25 009 159 1 191 409VIII 5 28 141 122 574 548IX 4 13 022 821 230 432X 4 3 101 004 50 650

Energia recuperada

O cálculo da energia recuperada passou pela consulta da energia turbinada durante o período de refe-

rência do ano de 2016. Para o efeito foram fornecidos pela ARBVS os registos de volumes turbinados

e da energia produzida em cada mês. A produção de energia durante a campanha de rega teve lugar

nas centrais hidroelétricas localizadas no açude do Gameiro e nas barragens de Maranhão e Montargil.

Na Tabela 4.32 apresentam-se os valores de energia recuperada total e em cada central hidroelétrica.

Energia dissipada

Para além da via de cálculo apresentada na secção 2.2.2, a energia dissipada nas bombas pode ser

obtida pela diferença entre o consumo de energia e a energia útil. Conhecido já o consumo de energia,

o cálculo da energia útil é dado pela equação (4.12).

73

Tabela 4.32: Energia recuperada

Erec

(kWh)Açude do Gameiro 141 456Barragem do Maranhão 7 320 911Barragem de Montargil 6 777 052Total 14 239 419

Eu,B =γ∑nb

b=1 Vbomb,bHt,b

3600 × 1000(4.12)

sendo:

Ht: a altura de elevação da bomba b (m).

A energia dissipada nas turbinas é dada pela diferença entre a fatura de venda de energia e a

energia útil fornecida à turbina que é dada pela equação (4.13)

Eu,T =γ∑nt

t=1 Vturb,tHu,t

3600 × 1000(4.13)

sendo:

Hu: a queda útil da turbina t (m)

Apresentam-se sob a forma de tabela os cálculos da energia dissipada nas bombas (Tabela 4.33) e

nas turbinas (Tabela 4.34).

Tabela 4.33: Cálculo da energia dissipada no bombeamento nas estações elevatórias

Velevado

(m3)Ht

(m)Eu

(kWh)Efatura

(kWh)Ediss

(kWh)η

(%)EE Zambaninha 754 704 20,0 41 089 59 186 18 097 69EE Borralho 342 900 12,0 11 201 17 989 6 788 62EE Bilrete 336 600 11,0 10 079 20 820 10 741 48EE Montalvo 1 229 760 9,0 30 129 27 983 11 875 (*) 108EE Porto Seixo 673 200 8,0 14 661 10 679 11 875 (*) 137EE Magos 3 446 172 11,9 111 637 99 846 11 875 (*) 112EE Engal 1 362 042 15,0 55 617 94 688 39 071 59EE Formosa 3 335 472 15,7 142 554 202 441 59 887 70EE Peso 291 114 6,0 4 755 14 614 9 859 33EE Moita 1 215 936 10,0 33 101 38 233 5 133 87EE Barroca 2 170 130 23,5 138 828 238 840 100 012 58EE Mora 3 102 426 11,5 97 118 265 819 168 701 37EE Paço 1 665 468 21,0 95 209 160 116 64 907 59Total - - - - 518 820 -

(*) valor estimado

Na Tabela 4.33 é calculada a eficiência global de todos os grupos instalados na estação elevatória

em questão, incluindo outros consumos energéticos que ocorram na estação elevatória. Dado que nas

estações elevatórias de Montalvo, Porto Seixo e Magos se obteve valores de eficiência (Eu ÷ Efatura)

superiores a 100%, assinalados a vermelho, optou-se por adotar como valor de energia dissipada

nestas três estações o valor médio da energia dissipada nas restantes estações elevatórias de entrada.

Dado que os volumes elevados em todas as estações elevatórias de entrada são estimados com base

no tempo e potência de funcionamento, estar-se-ão a cometer erros na determinação do valor estimado.

74

Tabela 4.34: Cálculo da energia dissipada nas centrais hidroelétricas

Hu

(m)Vturb

(m3)EN

(kWh)Eproduzida

(kWh)Ediss

(kWh)η

(%)Gameiro 6 10 440 000 170 520 141 456 29 064 83Maranhão 33,4 115 480 000 10 483 980 7 320 911 3 163 069 70Montargil 23,3 145 060 000 9 181 089 6 777 052 2 404 037 74Total - - - - 5 596 170 -

Na Tabela 4.34 apresenta-se o cálculo da energia dissipada nas centrais hidroelétricas, tendo por

base a energia de escoamento potencial (EN ) e a energia produzida central (Eproduzida), sendo apre-

sentados os rendimentos associados a cada uma.

Balanço energético

Com a estimativa das componentes do balanço energético simplificado, conclui-se o cálculo do balanço,

sendo apresentado na Tabela 4.35.

Tabela 4.35: Balanço energético simplificado aplicado ao A.H. do Vale do Sorraia no ano de 2016

Energia fornecidaao

sistema44 447 093

kWh

Energia associada aconsumo autorizado

26 632 794kWh


Energia mínima6 109 689 kWh (13.7%)

Energia supérflua

Energia dissipadaassociada a consumo

... nas condutas... nas válvulas... nas bombas

310 878 kWh (0.7%)... nas turbinas

3 353 237 kWh (7.5%)

Energia recuperada

... associada a consumo8 349 995 kWh (18.8%)

Energia associada aperdas de água

17 814 299kWh

... associada a perdas5 889 424 kWh (13.3%)

Energia dissipadaassociada a perdas

... nos pontos ondeocorrem as perdas... nas condutas... nas válvulas... nas bombas

207 942 kWh (0.5%)... nas turbinas

2 242 933 kWh (5.0%)

O cálculo do balanço energético permitiu obter um conjunto de indicadores de desempenho relativos

à eficiência energética, sendo apresentados na Tabela 4.36.

Tabela 4.36: Indicadores de eficiência energética

2016Consumo de energia normalizado(kWh/(m3.100m))

0.43

E1 0.13E2 0.21E3 3.94

Tendo em consideração os valores de referência definidos pela ERSAR para a eficiência energé-

tica das estações elevatórias (Ph5), verifica-se as mesmas apresentaram um valor que se enquadra

numa qualidade de serviço mediana (entre 0.40 e 0.54 kWh/(m3.100m)). Com base no indicador E3,

constata-se que a energia fornecida em excesso ao sistema é 3.94 vezes superior à energia mínima

requerida.

75

4.3 Discussão da contribuição dos reservatórios intermédios

Ao considerar nula a contribuição do reservatório intermédio, a sub-componente não tem implicações

no cálculo do balanço hídrico e do balanço energético. Todavia, procurou-se averiguar qual a influên-

cia que a consideração desta sub-componente teria ao nível do balanço energético. Dessa forma,

apresentam-se dois cenários possíveis para o balanço hídrico no reservatório durante a campanha de

rega: fornecimento de água a partir do reservatório ou acumulação de água no reservatório. Quando

existe um fornecimento de água por parte do reservatório ao sistema de transporte e distribuição, a

variação de volume no reservatório é negativa. No entanto, do ponto de vista do sistema trata-se de um

volume de água fornecido, sendo deduzida a variação do valor total da água entrada no sistema.

Analisando o reservatório do nó do Peso, são conhecidos os volumes transferidos do reservatório

para o canal e os volume derivados do canal para o reservatório durante o período de referência de

2017. Com o objetivo de determinar a cota do nível de água do canal foi consultada a cota do rasto do

canal obtida pelo sensor que se encontra instalado à entrada para o reservatório tendo obtido o valor

de 12.73 m. Admitiu-se uma altura média de escoamento de 1.50 m tendo-se estimado uma cota para

o nível no canal de 14.23 m. Adotou-se como cota média do reservatório 12 m, dado que a cota mínima

é cerca de 9 m e a cota do nível de máxima cheia é de 15.0 m. No sub-sistema considerado, a ener-

gia é fornecida graviticamente dada a derivação gravítica do canal para o reservatório e fornecida por

bombeamento devido à elevação de volumes de água na estação elevatória intermédia do reservatório

para o canal. O volume captado do reservatório representa um consumo de água a partir do reserva-

tório, sendo contabilizado como uma energia entregue a consumidores. À entrada do canal, dada a

diferença de níveis de água, existe a dissipação de energia e no seu interior existem perdas de energia

associadas às descargas para fora do sistema. Na Figura 4.15 ilustram-se os volumes derivados, Vin,

os volumes captados, Vout, e os volumes descarregados, Vd, sendo apresentados os respetivos valores

na Tabela 4.37.

Figura 4.15: Representação esquemática do reservatório do nó do Peso

Admite-se como primeiro cenário o reservatório vazio no início do período de referência e cheio no

final. Sabendo que a capacidade útil do reservatório é de 100 000 m3, a sub-componente da água

entrada relativa à contribuição dos reservatórios intermédios será deduzida ao volume de água entrada

no valor da capacidade útil do mesmo. O valor remanescente é atribuído à componente de perdas

por descargas em reservatórios intermédios. Na Tabela 4.37 apresentam-se os valores dos volumes

envolvidos no balanço e na Tabela 4.38 apresenta-se o balanço energético do reservatório do nó do

Peso admitindo que se dá o enchimento do reservatório durante o período de referência.

76

Tabela 4.37: Volumes associados ao reservatório do nó do Peso - enchimento

Vin 1 635 158 m3

Vout 1 401 629 m3

Vd 133 529 m3

∆V 100 000 m3

Tabela 4.38: Balanço energético do reservatório do nó do Peso com armazenamento de água

Energia gravítica23 280 kWh

Energia fornecida45 356 kWh

Energia entregue a consumidores34 340 kWh

Energia por bombeamento22 893 kWh

Energia dissipada9 926 kWh

Energia associada àcontribuição do reservatório intermédio

-817 kWh

Energia associada a perdas de água1 090 kWh

Se pelo contrário, o reservatório se encontrar cheio no início do período de referência e vazio no

fim, o reservatório forneceu água ao sistema devendo ser contabilizada na água entrada. Nesse caso,

o valor dos volumes descarregados é superior, dado o volume armazenado corresponde à capacidade

de armazenamento do reservatório. Na Tabela 4.39 encontram-se os volumes envolvidos no balanço

para este cenário, sendo apresentado na Tabela 4.40 o balanço energético.

Tabela 4.39: Volumes associados ao reservatório do nó do Peso - esvaziamento

Vin 1 635 158 m3

Vout 1 401 629 m3

Vd 333 529 m3

∆V -100 000 m3

Tabela 4.40: Balanço energético do reservatório do nó do Peso com armazenamento de água

Energia gravítica23 280 kWh

Energia fornecida46 990 kWh

Energia entregue a consumidores34 340 kWh

Energia por bombeamento22 893 kWh

Energia dissipada9 926 kWh

Energia associada àcontribuição do reservatório intermédio

817 kWh

Energia associada a perdas de água2 724 kWh

Os balanços energéticos calculados são equilibrados, provando-se assim que existe uma compo-

nente de energia associada à contribuição do reservatório intermédio que não deve ser desprezada.

Com base na discussão realizada, apresenta-se na Tabela 4.41 uma proposta de cálculo do balanço

energético quando a variação de volume nos reservatórios intercalares é diferente de zero.

77

Tabela 4.41: Proposta de balanço energético para aplicação em aproveitamentos hidroagrícolas

Energia fornecidaao sistema

Energia associadaa consumo autorizado


Energia mínimaEnergia supérflua

Energia dissipadaassociada a consumo

... nos canaise condutas (*)

... nas comportase válvulas (*)

... nas bombas

... nas turbinas

Energia recuperada... associada a consumo

Energia associadaa perdas de água

... associada a perdas

Energia dissipadaassociada a perdas

... nos pontos ondeocorrem perdas (*)

... nos canaise condutas (*)

Energia associadaà contribuição dos

reservatórios intermédios

... nas comportase válvulas (*)

... nas bombas

... nas turbinas(*) componentes muito distintas dos sistemas urbanos


No presente capítulo começou-se por apresentar o caso de estudo através de uma caracterização pre-

liminar. Foram descritos os processos de cálculo na obtenção dos balanços hídricos e energéticos,

tendo sido dada maior ênfase ao cálculo do balanço hídrico adaptado a aproveitamentos hidroagrí-

colas. Verificou-se que a estimativa da sub-componente de água entrada por escoamento superficial

apresentava uma elevada incerteza, tendo consequências gravosas ao nível da água não faturada, o

que levou à analisar outras vias de cálculo. Com base nas hipóteses de cálculo assumidas, verificou-se

que entre as componentes de água não faturada, a componente de perdas reais é a mais significa-

tiva. Os volumes estimados de descargas em canais são a componente de perdas reais com maior

representatividade, fruto da natureza da operação da rede de canais. Dada a falta de informação que

permitisse o cálculo da variação de volume no reservatório intermédio, procurou-se fazer uma análise

de sensibilidade tendo em vista o efeito que tal variação teria ao nível do balanço energético. Verificou-

se que quando a variação de volume em reservatórios intermédios no período de referência adotado

não é desprezável, deve ser tida em consideração uma nova componente no balanço energético relativa

à contribuição que os reservatórios tenham para o sistema.

78

Capítulo 5

Conclusões e recomendações

5.1 Principais conclusões do trabalho

Com a realização do presente trabalho foi possível desenvolver uma metodologia de cálculo dos balan-

ços hídrico e energético nestes sistemas, destacando-se os seguintes pontos:

• Abordagem sistemática para cálculo do balanço hídrico: desenvolveu-se uma metodologia de

cálculo do balanço hídrico em aproveitamentos hidroagrícolas com base no conhecimento exis-

tente dos sistemas urbanos de água. O balanço hídrico proposto constitui um procedimento para

diagnóstico de perdas de água adaptado às características dos aproveitamentos hidroagrícolas,

sendo aplicável a sistemas em pressão e com superfície livre. Consideram-se novas componen-

tes de água entrada (água entrada por precipitação, por escoamento superficial e a contribuição

de reservatórios intermédios), de consumo autorizado (volume mínimo de operação em canais) e

de perdas de água (perdas por evaporação, por repassos e por descargas em canais).

• Abordagem para cálculo do balanço energético: verificou-se a necessidade de contabilizar

a contribuição energética para o sistema de reservatórios intermédios. Com a aplicação do ba-

lanço energético simplificado ao caso de estudo, procurou-se verificar qual a influência que o

reservatório intermédio tem no cálculo do balanço energético. Verificou-se que a contribuição não

deve ser desprezada, propondo-se uma nova abordagem de cálculo do balanço energético em

aproveitamentos hidroagrícolas.

• Análises de sensibilidade aos métodos de cálculo das novas componentes do balanço hí-

drico: de entre as quatro vias de cálculo da água entrada por escoamento superficial, recomenda-

se a estimativa desta componente através do cálculo do balanço hídrico na rede de canais ou no

reservatório intermédio, consoante o caso. Em relação ao cálculo do volume mínimo de operação

em canais, verificou-se que, a aproximação da altura de jusante pela altura uniforme apresenta um

desvio, que tendo em conta a expressividade desta componente do balanço hídrico se considera

relativamente baixo.

Em relação ao resultados decorrentes da aplicação da metodologia proposta ao caso de estudo

destacam-se as seguintes conclusões:

• Sistema dependente das necessidades de água: as diferenças entre os dois períodos de re-

ferência são assinaláveis. Com a diminuição da precipitação, verifica-se uma diminuição das

componentes de água entrada por precipitação e por escoamento superficial. O menor volume

de água precipitado levou a um aumento das áreas regadas pelo AH e do consumo faturado

79

(+12.5%), acompanhado por um aumento do volume de água captada (+10%) para fazer face às

necessidades dos beneficiários.

• Principais componentes de água entrada: o volume captado nos dois períodos de referência

constitui mais de 90% do volume de água entrada. Todavia, em anos de maior precipitação, será

expectável uma maior contribuição da componente de água afluente por escoamento superficial.

• Principais componentes de água não faturada: nos dois períodos de referência analisados,

estima-se que a água não faturada varie entre 35 e 40% da água entrada. As perdas reais são

a componente com maior peso na água não faturada (mais de 70%), sendo que se estima que

mais de 50% da água não faturada se deva a descargas em canais.

5.2 Recomendações para o caso de estudo

Indicam-se ainda as seguintes sugestões de melhoria decorrentes da aplicação da metodologia pro-

posta ao caso de estudo:

• Calibração do balanço hidrológico sequencial mensal para correta estimativa do volume de esco-

amento superficial.

• Realizar testes de calibração para aferição da componente de erros de medição.

• Realização de testes para aferição de valores das componentes de perdas reais, mais concreta-

mente, testes de estanquidade para estimativa de repassos em canais e fugas em condutas.

• Necessidade de medir e registar os volumes de água de descargas em canais para uma melhor

estimativa das perdas de água por descargas em canais.

• O registo das intervenções que são feitas na rede (e.g., para limpeza, manutenção ou reparação)

deve ser realizado de modo a permitir estimativas dos volumes envolvidos em cada intervenção.

• Redução das perdas de água por repassos passa pela reabilitação dos canais em estado de

degradação mais avançado.

• Redução das descargas em canais passa pela monitorização das alturas de água nos canais

e pela construção de reservatórios intermédios que possibilitem o armazenamento de parte dos

volumes associados a tais descargas.

• Aferição das pressões mínimas em cada bloco de rega para correta estimativa da energia mínima.

5.3 Recomendações de trabalhos futuros

Com a realização da presente dissertação, identificaram-se as seguintes oportunidades de desenvolvi-

mento de trabalhos futuros:

• Testar a robustez e aplicabilidade da metodologia proposta em outros aproveitamentos hidroagrí-

colas.

• Consolidação do cálculo do balanço energético considerando as novas componentes à seme-

lhança do balanço hídrico proposto.

• Criação de um painel de indicadores de desempenho hídrico e energético para aproveitamentos

hidroagrícolas.

80

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83

Apêndice A

Tabela A.1: Características do canal Furadouro-CouçoElemento

deobra

Xm

(m)Xj

(m)Comprimento

(m)

Módulode

jusante

Tipode

secção

Declive(m/m)

Lboca

(m)Lrasto

(m)hagua(m)

hcanal(m)

Zagua,m

(m)Zagua,j

(m)Zm

(m)Zj

(m)

Can

alF

urad

ouro

-Cou

ço

0,00 125,28 125,28 Retangular 0,0005 4,75 4,75 2,20 2,70 42,00 41,94 39,800 39,737125,28 130,28 5,00 Transição 0,0000 — — 41,94 41,94 39,737 39,737130,28 1872,00 1741,72 Tipo X Trapezoidal 0,0005 7,87 2,47 2,20 2,70 41,94 41,32 39,737 38,866

1872,00 5674,00 3802,00 Tipo X Trapezoidal 0,0005 7,87 2,47 2,20 2,70 41,07 39,42 38,866 36,9655674,00 7856,51 2182,51 Trapezoidal 0,0005 7,87 2,47 2,20 2,70 39,17 38,07 36,965 35,8747856,51 7859,01 2,50 Transição 0,0136 — — 38,07 37,93 35,874 35,8407859,01 7905,97 46,96 Trapezoidal 0,0010 6,91 1,73 2,09 2,50 37,93 37,88 35,840 35,7937905,97 7908,47 2,50 Transição 0,0440 — — 37,88 37,88 35,793 35,6837908,47 9800,00 1891,53 Tipo X Trapezoidal 0,0005 7,87 2,47 2,20 2,70 37,88 37,19 35,683 34,7379800,00 10720,70 920,70 Trapezoidal 0,0005 7,87 2,47 2,20 2,70 36,94 36,48 34,737 34,276

Tabela A.2: Características do distribuidor da FranzinaElemento

deobra

Xm

(m)Xj

(m)Comprimento

(m)

Módulode

jusante

Tipode

secção

Declive(m/m)

Lboca

(m)Lrasto

(m)hagua(m)

hcanal(m)

Zagua,m

(m)Zagua,j

(m)Zm

(m)Zj

(m)

Dis

trib

uido

rda

Fra

nzin

a

0,00 219,58 219,58 - Trapezoidal 0,0002 1,90 0,40 0,61 0,75 42,00 41,96 41,390 41,346219,58 219,58 0,00 - Transição - - - - 0,00 41,96 41,96 41,346 41,426219,58 342,48 122,90 - Retangular 0,0005 0,85 0,85 0,53 0,70 41,96 41,90 41,426 41,365342,48 342,48 0,00 - Transição - - - - 0,00 41,90 41,90 41,365 41,285342,48 536,50 194,02 Tipo X Trapezoidal 0,0002 0,40 0,40 0,61 0,75 41,90 41,92 41,285 41,246536,50 1106,40 569,90 - Trapezoidal 0,0002 0,40 0,40 0,61 0,75 41,86 41,74 41,246 41,1321106,40 1106,40 0,00 - Transição - - - - 0,00 41,74 41,74 41,132 41,0821106,40 1341,15 234,75 - Retangular 0,0002 0,95 0,95 0,66 0,80 41,74 41,70 41,082 41,0351341,15 1341,15 0,00 - Transição - - - - 0,00 41,70 41,70 41,035 41,1651341,15 1370,13 28,98 - Retangular 0,0005 0,85 0,85 0,53 0,70 41,70 41,68 41,165 41,1511370,13 1370,13 0,00 - Transição - - - - 0,00 41,68 41,68 41,151 41,0211370,13 1755,00 384,87 Tipo X Retangular 0,0002 0,95 0,95 0,66 0,80 41,68 41,68 41,021 40,9441755,00 1899,25 144,25 - Retangular 0,0002 0,95 0,95 0,66 0,80 41,60 41,58 40,944 40,9151899,25 1899,25 0,00 - Transição - - - - 0,00 41,58 41,58 40,915 41,0651899,25 2163,03 263,78 - Trapezoidal 0,0002 1,70 0,40 0,51 0,65 41,58 41,52 41,065 41,0122163,03 2163,03 0,00 - Transição - - - 0,00 41,52 41,52 41,012 41,0722163,03 2212,80 49,77 - Retangular 0,0005 0,75 0,75 0,45 0,62 41,52 41,50 41,072 41,0472212,80 2212,80 0,00 - Transição - - - - 0,00 41,50 41,50 41,047 40,9872212,80 2516,50 303,70 Tipo X Trapezoidal 0,0002 1,70 0,40 0,51 0,65 41,50 41,50 40,987 40,9262516,50 3261,50 745,00 Tipo X Trapezoidal 0,0002 1,70 0,40 0,51 0,65 41,44 41,35 40,926 40,7783261,50 3299,31 37,81 - Trapezoidal 0,0002 1,70 0,40 0,51 0,65 41,29 41,28 40,778 40,770

84

Tabela A.3: Cálculo do volume precipitado no canal Furadouro-Couço na campanha de 2016

Elementode

obra

Xm

(m)Xj

(m)Bm

(m)Bj

(m)Asup

(m2)P

(mm)Vp

(m3)

Can

alF

urad

ouro

-Cou

ço

0 125,28 4,75 4,75 595,08

302,00

179,71125,28 130,28 4,75 7,87 31,55 9,53130,28 1872 7,87 7,87 13707,34 4139,621872 5674 7,87 7,87 29921,74 9036,375674 7856,51 7,87 7,87 17176,35 5187,26

7856,51 7859,01 7,87 6,91 18,48 5,587859,01 7905,97 6,91 6,91 324,49 98,007905,97 7908,47 6,91 7,87 18,48 5,587908,47 9800 7,87 7,87 14886,34 4495,68

9800 10720,7 7,87 7,87 7245,91 2188,26

Tabela A.4: Cálculo do volume mínimo de operação no canal Furadouro-Couço (hj = hu)

Elementode

obra

Xm

(m)Xj

(m)Zagua,j

(m)hmin,m

(m)hmin,j

(m)Bmin,m

(m)Bmin,j

(m)Asec,m

(m2)Asec,j

(m2)Vmin

(m3)

Can

alF

urad

ouro

-Cou

ço

0 125,28 40,90 1,16 4,75 1,10 4,75 5,51 5,21 671,05125,28 130,28 40,90 1,16 4,79 1,16 4,75 4,21 5,51 24,28130,28 1872 40,90 2,03 6,53 1,16 4,79 9,14 4,21 11618,841872 5674 39,00 2,03 6,53 0,13 2,73 9,14 0,34 18003,285674 7856,51 36,77 0,89 4,26 -0,20 (*) 2,07 3,00 -0,45 (*) 2783,31

7856,51 7859,01 36,77 0,93 3,65 0,89 4,26 2,49 3,00 6,877859,01 7905,97 36,77 0,97 3,75 0,93 3,65 2,67 2,49 121,147905,97 7908,47 36,77 1,08 4,64 0,97 3,75 3,85 2,67 8,157908,47 9800 36,77 2,03 6,53 1,08 4,64 9,14 3,85 12281,58

9800 10720,7 - - - - - - - -(*) significa formação de uma cunha

Tabela A.5: Cálculo do volume mínimo de operação no canal Furadouro-Couço (hj = h)

Elementode

obra

Xm

(m)Xj

(m)Zagua,j

(m)hmin,m

(m)hmin,j

(m)Bmin,m

(m)Bmin,j

(m)Asec,m

(m2)Asec,j

(m2)Vmin

(m3)

Can

alF

urad

ouro

-Cou

ço

0,00 125,28 41,145 1,345 1,408 4,750 4,750 6,389 6,688 819,128125,28 130,28 41,145 1,408 1,408 4,750 5,286 6,688 5,460 30,371130,28 1872,00 41,145 1,408 2,279 5,286 7,028 5,460 10,822 14179,368

1872,00 5674,00 39,245 0,379 2,280 3,228 7,030 1,079 10,828 22636,4835674,00 7856,51 37,020 0,055 1,146 2,580 4,762 0,138 4,144 4673,0127856,51 7859,01 37,020 1,146 1,180 4,762 4,175 4,144 3,484 9,5357859,01 7905,97 37,020 1,180 1,227 4,175 4,272 3,484 3,682 168,2667905,97 7908,47 37,020 1,227 1,337 4,272 5,144 3,682 5,090 10,9657908,47 9800,00 37,020 1,337 2,283 5,144 7,037 5,090 10,854 15078,8929800,00 10720,70 - - - - - - - -

85

Tabela A.6: Cálculo do volume mínimo de operação no distribuidor da Franzina (hj = hu)

Elementode

obra

Xm

(m)Xj

(m)Zagua,j

(m)hmin,m

(m)hmin,j

(m)Bmin,m

(m)Bmin,j

(m)Asec,m

(m2)Asec,j

(m2)Vmin

(m3)D

istr

ibui

dor

daF

ranz

ina

0 219,58 41,69 0,30 0,34 0,99 1,08 0,21 0,25 50,27219,58 219,58 41,69 0,34 0,26 1,08 0,85 0,25 0,22 0,00219,58 342,48 41,69 0,26 0,32 0,85 0,85 0,22 0,27 30,36342,48 342,48 41,69 0,32 0,40 0,85 0,40 0,27 0,16 0,00342,48 536,5 41,69 0,40 0,44 0,40 0,40 0,16 0,18 32,64536,5 1106,4 41,43 0,19 0,30 0,40 0,40 0,08 0,12 55,811106,4 1106,4 41,43 0,30 0,35 0,40 0,95 0,12 0,33 0,001106,4 1341,15 41,43 0,35 0,40 0,95 0,95 0,33 0,38 83,72

1341,15 1341,15 41,43 0,40 0,27 0,95 0,85 0,38 0,23 0,001341,15 1370,13 41,43 0,27 0,28 0,85 0,85 0,23 0,24 6,801370,13 1370,13 41,43 0,28 0,41 0,85 0,95 0,24 0,39 0,001370,13 1755 41,43 0,41 0,49 0,95 0,95 0,39 0,47 165,06

1755 1899,25 41,27 0,32 0,35 0,95 0,95 0,31 0,33 46,171899,25 1899,25 41,27 0,35 0,20 0,95 0,80 0,33 0,12 0,001899,25 2163,03 41,27 0,20 0,25 0,80 0,91 0,12 0,17 37,922163,03 2163,03 41,27 0,25 0,19 0,91 0,75 0,17 0,15 0,002163,03 2212,8 41,27 0,19 0,22 0,75 0,75 0,15 0,16 7,722212,8 2212,8 41,27 0,22 0,28 0,75 0,96 0,16 0,19 0,002212,8 2516,5 41,27 0,28 0,34 0,96 1,08 0,19 0,25 67,022516,5 3261,5 41,12 0,19 0,34 0,78 1,08 0,11 0,25 135,833261,5 3299,31 - - - - - - - -

Tabela A.7: Cálculo do volume mínimo de operação no distribuidor da Franzina (hj = h)

Elementode

obra

Xm

(m)Xj

(m)Zagua,j

(m)hmin,m

(m)hmin,j

(m)Bmin,m

(m)Bmin,j

(m)Asec,m

(m2)Asec,j

(m2)Vmin

(m3)

Dis

trib

uido

rda

Fra

nzin

a

0,00 219,58 41,75 0,36 0,40 1,12 1,21 0,27 0,32 65,70219,58 219,58 41,75 0,40 0,32 1,21 0,85 0,32 0,28 0,00219,58 342,48 41,75 0,32 0,38 0,85 0,85 0,28 0,33 37,03342,48 342,48 41,75 0,38 0,47 0,85 0,40 0,33 0,19 0,00342,48 536,50 41,75 0,47 0,50 0,40 0,40 0,19 0,20 37,60536,50 1106,40 41,51 0,26 0,38 0,40 0,40 0,11 0,15 73,16

1106,40 1106,40 41,51 0,38 0,43 0,40 0,95 0,15 0,41 0,001106,40 1341,15 41,51 0,43 0,48 0,95 0,95 0,41 0,45 100,691341,15 1341,15 41,51 0,48 0,34 0,95 0,85 0,45 0,29 0,001341,15 1370,13 41,51 0,34 0,36 0,85 0,85 0,29 0,31 8,671370,13 1370,13 41,51 0,36 0,49 0,85 0,95 0,31 0,46 0,001370,13 1755,00 41,51 0,49 0,57 0,95 0,95 0,46 0,54 192,891755,00 1899,25 41,33 0,38 0,41 0,95 0,95 0,36 0,39 54,341899,25 1899,25 41,33 0,41 0,26 0,95 0,92 0,39 0,17 0,001899,25 2163,03 41,33 0,26 0,31 0,92 1,03 0,17 0,22 52,322163,03 2163,03 41,33 0,31 0,25 1,03 0,75 0,22 0,19 0,002163,03 2212,80 41,33 0,25 0,28 0,75 0,75 0,19 0,21 9,952212,80 2212,80 41,33 0,28 0,34 0,75 1,08 0,21 0,25 0,002212,80 2516,50 41,33 0,34 0,40 1,08 1,20 0,25 0,32 86,572516,50 3261,50 41,18 0,25 0,40 0,91 1,20 0,17 0,32 182,063261,50 3299,31 - - - - - - - -

86

Tabela A.8: Cálculo do volume evaporado no canal Furadouro-Couço na campanha de 2016

Elementode

obra

Xm

(m)Xj

(m)hagua,m

(m)Bm

(m)hagua,j

(m)Bj

(m)Aespelho de agua

(m2)Evap(mm)

Vevap

(m3)C

anal

Fur

adou

ro-C

ouço

0,00 125,28 2,20 4,75 2,20 4,75 595,08

734

436,79125,28 130,28 2,20 4,75 2,20 6,87 29,05 21,32130,28 1872,00 2,20 6,87 2,45 7,37 12399,02 9100,881872,00 5674,00 2,20 6,87 2,45 7,37 27069,39 19868,945674,00 7856,51 2,20 6,87 2,20 6,87 14993,84 11005,487856,51 7859,01 2,20 6,87 2,09 6,06 16,16 11,867859,01 7905,97 2,09 6,06 2,09 6,06 284,60 208,907905,97 7908,47 2,09 6,06 2,20 6,87 16,16 11,867908,47 9800,00 2,20 6,87 2,45 7,38 13474,05 9889,959800,00 10720,70 2,20 6,87 - - - -

Tabela A.9: Cálculo do volume evaporado no distribuidor da Franzina na campanha de 2016

Elementode

obra

Xm

(m)Xj

(m)hagua,m

(m)Bm

(m)hagua,j

(m)Bj

(m)Aespelho de agua

(m2)Evap(mm)

Vevap

(m3)

Dis

trib

uido

rda

Fra

nzin

a

0,00 219,58 0,61 1,62 0,61 1,62 355,72

734

261,10219,58 219,58 0,61 1,62 0,53 0,85 0,00 0,00219,58 342,48 0,53 0,85 0,53 0,85 104,47 76,68342,48 342,48 0,53 0,85 0,61 0,40 0,00 0,00342,48 536,50 0,61 0,40 0,67 0,40 77,61 56,96536,50 1106,40 0,61 0,40 0,61 0,40 227,96 167,321106,40 1106,40 0,61 0,40 0,66 0,95 0,00 0,001106,40 1341,15 0,66 0,95 0,66 0,95 223,01 163,691341,15 1341,15 0,66 0,95 0,53 0,85 0,00 0,001341,15 1370,13 0,53 0,85 0,53 0,85 24,63 18,081370,13 1370,13 0,53 0,85 0,66 0,95 0,00 0,001370,13 1755,00 0,66 0,95 0,74 0,95 365,63 268,371755,00 1899,25 0,66 0,95 0,66 0,95 137,04 100,591899,25 1899,25 0,66 0,95 0,51 1,42 0,00 0,001899,25 2163,03 0,51 1,42 0,51 1,42 374,57 274,932163,03 2163,03 0,51 1,42 0,45 0,75 0,00 0,002163,03 2212,80 0,45 0,75 0,45 0,75 37,33 27,402212,80 2212,80 0,45 0,75 0,51 1,42 0,00 0,002212,80 2516,50 0,51 1,42 0,57 1,54 449,37 329,842516,50 3261,50 0,51 1,42 0,57 1,54 1104,42 810,653261,50 3299,31 0,51 1,42 - - - -

87

Apêndice B

Tabela B.1: Dados meteorológicos das estações de Montargil, Maranhão e Couço em 2016

2016 Montargil Maranhão Couço

Mês

Temperaturamédiamensal

(oC)

Precipitaçãomensal(mm)

ETp(mm)


(oC)


ETp(mm)


(oC)


ETp(mm)

Janeiro 11,4 123,4 27,11 10,7 114,6 25,43 11,3 104,6 27,83Fevereiro 10,8 78,4 22,81 9,8 71 20,26 10,6 57,6 23,09Março 11,0 55,2 30,87 10,1 57,8 27,95 10,8 27,2 31,24Abril 14,3 91,6 50,83 13,8 64,9 49,39 14,2 79 51,76Maio 16,7 108,6 76,24 16,2 90,2 74,15 16,4 97,2 75,62Junho 22,0 0,4 120,16 21,8 0 119,45 21,7 1,2 118,48Julho 25,9 13,2 167,60 25,9 5,9 167,81 25,3 6,8 161,28Agosto 25,4 0,8 151,72 25,3 0 151,06 24,5 0 143,05Setembro 22,5 15,5 104,79 22,1 18 102,53 21,9 17,6 100,92Outubro 18,1 60,4 68,45 17,9 39,5 68,50 17,8 44,65 67,80Novembro 12,5 99,4 30,43 11,9 99,9 29,10 12,1 79,5 29,88Dezembro 10,5 73,6 22,67 9,9 40,6 21,51 9,9 61,6 21,47Períododereferência

- 345.7 770.7 - 276.3 760.8 - 273.7 750.2

Tabela B.2: Dados meteorológicos das estações de Magos, Coruche e Barrosa em 2016

2016 Magos Coruche Barrosa

Mês


(oC)


ETp(mm)


(oC)


ETp(mm)


(oC)


ETp(mm)

Janeiro 12 105,4 32,28 9,9 88 24,41 11,8 78,1 31,70Fevereiro 11,1 70,6 26,28 9,3 66,6 20,42 10,9 49,6 25,77Março 11,2 49,8 34,95 10,1 42,4 30,54 10,8 41,9 33,28Abril 14,2 69,0 53,71 14 92,8 53,66 13,9 70,4 52,25Maio 16,6 109,0 79,36 16,4 141,6 79,13 16,3 91,8 77,46Junho 20,4 0,4 108,40 21 0,2 114,61 20,8 0,4 112,21Julho 23 0,0 138,45 23,9 1,6 147,98 23,4 5 142,62Agosto 22,6 0,0 126,00 23 0 130,34 22,7 0 127,15Setembro 20,8 10,0 93,85 20,8 11,4 94,67 20,7 14,8 93,38Outubro 17,4 52,6 66,89 17,3 65 67,26 17,1 47,2 65,34Novembro 12,6 77,8 33,43 11,9 98,2 31,32 12,3 53,6 32,43Dezembro 10,3 88,0 24,27 9,3 72,6 21,31 9,9 76,8 23,01Períododereferência

- 290.8 701.6 - 355 718.2 - 271.5 703.7

88

Tabela B.3: Dados meteorológicos das estações de Montargil, Maranhão e Couço em 2017

2017 Montargil Maranhão Couço

Mês


(oC)


ETp(mm)


(oC)


ETp(mm)


(oC)


ETp(mm)

Janeiro 8,3 23,6 14,75 7,1 27,8 11,92 7,8 24,4 14,20Fevereiro 11,6 47,2 24,81 11,3 36,2 24,72 11,5 45,8 25,68Março 13,0 77,6 39,88 12,4 72 38,07 12,9 56,8 41,06Abril 17,3 1,3 69,34 16,5 3,4 65,25 16,8 3,8 67,61Maio 20,2 52,5 104,76 20 36 104,38 19,9 46,4 103,76Junho 23,8 6,6 137,06 24 7,4 139,82 23,3 1,4 132,97Julho 24,1 0 147,17 24,2 0 148,94 23,4 0,4 140,66Agosto 24,4 29,8 140,91 24,2 15,2 139,49 23,7 3,8 134,66Setembro 20,9 0 91,11 20,6 0 89,92 20,3 0 87,87Outubro 20,0 27 80,32 19,3 20 76,58 19,3 15,4 76,81Novembro 12,7 38,8 30,18 11,7 45,5 27,16 12,2 46,2 29,43Dezembro 9,3 63,4 17,44 8,7 59,7 16,37 8,9 47,6 17,20Períododereferência

- 242 835.3 - 190.2 827.2 - 173.8 811.1

Tabela B.4: Dados meteorológicos das estações de Magos, Coruche e Barrosa em 2017

2017 Magos Coruche Barrosa

Mês


(oC)


ETp(mm)


(oC)


ETp(mm)


(oC)


ETp(mm)

Janeiro 8,3 48,6 17,34 7,4 32 14,59 8 44,6 16,61Fevereiro 12,1 27,6 29,86 11,3 71 26,97 11,7 33,6 28,59Março 13,3 56,5 45,74 12,9 66,5 43,91 12,9 48,4 43,96Abril 16,7 2,4 69,44 16,6 2,8 69,19 16,5 2,2 68,56Maio 19,3 58,6 100,95 19,5 35,6 103,11 19,3 49,8 101,43Junho 21,8 1,0 120,41 22,3 3,8 125,29 22 0 122,58Julho 21,6 0,0 124,52 22 0 128,67 21,7 0 125,85Agosto 21,9 3,8 119,30 22,1 0,4 121,40 21,8 0,4 118,75Setembro 19,2 0,2 81,90 19,1 0,2 81,55 18,9 0,4 80,20Outubro 18,3 40,1 72,17 18,1 26,4 71,24 18,3 23,7 72,57Novembro 11,9 89,6 30,05 11,4 50,8 28,31 11,7 66,8 29,58Dezembro 9 30,7 19,12 8,5 49,3 17,66 8,8 35,3 18,73Períododereferência

- 190.2 764.3 - 206.7 771.3 - 158.5 762.5

89

Apêndice C

90

Tabela C.1: Balanço hidrológico sequencial mensal de 2016

Termos dobalanço

hidrológico(mm)

Out/15 Nov/15 Dez/15 Jan/16 Fev/16 Mar/16 Abr/16 Mai/16 Jun/16 Jul/16 Ago/16 Set/16 Out/16 Nov/16 Dez/16

P 175,0 28,0 47,0 114,6 71,0 57,8 64,9 90,2 0,0 5,9 0,0 18,0 39,5 99,9 40,6ETp 57,0 45,0 27,0 25,3 20,2 28,0 49,2 73,8 119,9 167,4 151,5 102,4 68,3 29,0 21,4

P-ETp 118,0 -17,0 20,0 89,3 50,8 29,8 15,7 16,4 -119,9 -161,5 -151,5 -84,4 -28,8 70,9 19,2L - -17,0 - - - - - - -119,9 -281,4 -432,9 -517,3 -546,1 - -

Sso 100,0 84,4 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 30,1 6,0 1,3 0,6 0,4 71,3 90,5∆Sso 100,0 -15,6 15,6 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 -69,9 -24,2 -4,7 -0,8 -0,1 70,9 19,2ETe 57,0 43,6 27,0 25,3 20,2 28,0 49,2 73,8 69,9 30,1 4,7 18,8 39,6 29,0 21,4DH - 1,4 - - - - - - 50,0 137,3 146,8 83,6 28,7 - -SH 18,0 - 4,4 89,3 50,8 29,8 15,7 16,4 - - - - - 0,0 0,0

Período Húmido Seco Húmido Seco HúmidoSH 18,0 0,0 4,4 89,3 50,8 29,8 15,7 16,4 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

R+Ss+sso 18,0 9,0 8,9 93,7 97,7 78,6 55,0 43,9 22,0 11,0 5,5 2,7 1,4 0,7 0,3R 9,0 4,5 4,4 46,9 48,8 39,3 27,5 22,0 11,0 5,5 2,7 1,4 0,7 0,3 0,2

Ss+sso 9,0 4,5 4,4 46,9 48,8 39,3 27,5 22,0 11,0 5,5 2,7 1,4 0,7 0,3 0,2∆Ss+sso 9,0 -4,5 -0,1 42,4 2,0 -9,5 -11,8 -5,6 -11,0 -5,5 -2,7 -1,4 -0,7 -0,3 -0,2

91

Tabela C.2: Balanço hidrológico sequencial mensal de 2017

Termos dobalanço

hidrológico(mm)

Out/16 Nov/16 Dez/16 Jan/17 Fev/17 Mar/17 Abr/17 Mai/17 Jun/17 Jul/17 Ago/17 Set/17 Out/17 Nov/17 Dez/17

P 39,5 99,9 40,6 27,8 36,2 72,0 3,4 36,0 7,4 0,0 15,2 0,0 20,0 45,5 59,7ETp 68,3 29,0 21,4 12,1 24,6 38,2 65,0 104,5 139,4 148,5 139,6 90,1 76,3 27,3 16,3

P-ETp -28,8 70,9 19,2 15,7 11,6 33,8 -61,6 -68,5 -132,0 -148,5 -124,4 -90,1 -56,3 18,2 43,4L -28,8 - - - - - -61,6 -130,1 -262,0 -410,5 -534,9 -624,9 -681,3 - -

Sso 0,0 70,9 90,1 100,0 100,0 100,0 54,0 27,2 7,3 1,6 0,5 0,2 0,1 18,3 61,6DSso 0,0 70,9 19,2 9,9 0,0 0,0 -46,0 -26,8 -20,0 -5,6 -1,2 -0,3 -0,1 18,4 43,4ETe 39,5 29,0 21,4 12,1 24,6 38,2 49,4 62,8 27,4 5,6 16,4 0,3 20,1 27,3 16,3DH 28,8 - - - - - 15,6 41,7 112,0 142,9 123,2 89,8 56,2 - -SH - 0,0 0,0 5,8 11,6 33,8 - - - - - - - 0,0 0,0

Período Seco Húmido Seco HúmidoSH 0,0 0,0 0,0 5,8 11,6 33,8 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

R+Ss+sso 0,0 0,0 0,0 5,8 14,5 41,0 20,5 10,3 5,1 2,6 1,3 0,6 0,3 0,2 0,1R 0,0 0,0 0,0 2,9 7,3 20,5 10,3 5,1 2,6 1,3 0,6 0,3 0,2 0,1 0,0

Ss+sso 0,0 0,0 0,0 2,9 7,3 20,5 10,3 5,1 2,6 1,3 0,6 0,3 0,2 0,1 0,0DSs+sso 0,0 0,0 0,0 2,9 4,4 13,3 -10,3 -5,1 -2,6 -1,3 -0,6 -0,3 -0,2 -0,1 0,0

92

Apêndice D

Fator de correção calculado para a latitude mediana de Portugal Continental que corresponde a 39oN .

Tabela D.1: Cálculo do fator de correção

nd

(horas)Nd

(dias)Nm

Janeiro 10,20 31 0,88Fevereiro 10,08 29 0,81Março 12,36 31 1,06Abril 13,32 30 1,11Maio 14,76 31 1,27Junho 14,88 30 1,24Julho 15,12 31 1,30Agosto 14,16 31 1,22Setembro 12,48 30 1,04Outubro 11,52 31 0,99Novembro 10,08 30 0,84Dezembro 9,84 31 0,85

93

Apêndice E

Figura E.1: Planta do reservatório do nó do Peso

94

Apêndice F

Tabela F.1: Balanço hídrico aplicado ao A.H. do Vale do Sorraia no ano de 2016

Água entradano sistema

184 607 065m3

Consumoautorizado

110 616 154m3


109 939 576 m3


102 893 005 m3 Águafaturada

109 939 576m3


7 046 571 m3

Consumoautorizado

não faturado677 376 m3


0 m3

Água nãofaturada

74 667 489m3

Consumo não faturadonão medido677 376 m3

Perdas deágua

73 414 103m3

Perdas porevaporação750 430 m3


653 023 m3

Perdas por evaporaçãoem reservatórios intermédios

97 407 m3

Perdasaparentes

14 719 870 m3

Usos não autorizados4 430 570 m3

Erros de medição10 289 301 m3

Perdas reais58 519 813 m3

Fugas em condutas111 600 m3

Repassos em canais12 140 364 m3

Repassos emreservatórios intermédios

0 m3

Descargas em canais46 034 320 m3

Descargas emreservatórios intermédios

233 529 m3

95

Figura F.1: Listagem de componentes do balanço hídrico de 2016 do AHVS

96

Tabela F.2: Balanço hídrico aplicado ao A.H. do Vale do Sorraia no ano de 2017

Água entradano sistema

189 902 746m3

Consumoautorizado

124 394 474m3


123 717 098 m3


118 140 907 m3 Águafaturada

123 717 098m3


6 955 537 m3

Consumoautorizado

não faturado677 376 m3


0 m3

Água nãofaturada

66 185 648m3

Consumo não faturadonão medido677 376 m3

Perdas deágua

65 508 272m3

Perdas porevaporação813 049 m3


707 293 m3

Perdas por evaporaçãoem reservatórios intermédios

105 756 m3

Perdasaparentes

16 371 757 m3

Usos não autorizados4 557 666 m3

Erros de medição11 814 091 m3

Perdas reais48 323 466 m3

Fugas em condutas125 550 m3

Repassos em canais13 657 908 m3

Repassos emreservatórios intermédios

0 m3

Descargas em canais34 306 479 m3

Descargas emreservatórios intermédios

233 529 m3

97

Figura F.2: Listagem de componentes do balanço hídrico de 2017 do AHVS

98

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