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
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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.
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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.
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v
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
vii
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
ix
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
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3.1 Nota introdutória . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
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
3.5 Síntese do capítulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4 Caso de estudo 52
4.1 Nota introdutória . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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
4.4 Síntese do capítulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
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
xvii
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
xix
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”.
17
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
3.1 Nota introdutória
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)
Consumo nãofaturado medido
(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
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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.
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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.
3.5 Síntese do capítulo
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
4.1 Nota introdutória
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
(*) valor extrapolado
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
(*) valor extrapolado
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 entregueaos consumidores
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 entregueaos consumidores
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
4.4 Síntese do capítulo
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)
Temperaturamédiamensal
(oC)
Precipitaçãomensal(mm)
ETp(mm)
Temperaturamédiamensal
(oC)
Precipitaçãomensal(mm)
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
Temperaturamédiamensal
(oC)
Precipitaçãomensal(mm)
ETp(mm)
Temperaturamédiamensal
(oC)
Precipitaçãomensal(mm)
ETp(mm)
Temperaturamédiamensal
(oC)
Precipitaçãomensal(mm)
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
Temperaturamédiamensal
(oC)
Precipitaçãomensal(mm)
ETp(mm)
Temperaturamédiamensal
(oC)
Precipitaçãomensal(mm)
ETp(mm)
Temperaturamédiamensal
(oC)
Precipitaçãomensal(mm)
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
Temperaturamédiamensal
(oC)
Precipitaçãomensal(mm)
ETp(mm)
Temperaturamédiamensal
(oC)
Precipitaçãomensal(mm)
ETp(mm)
Temperaturamédiamensal
(oC)
Precipitaçãomensal(mm)
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
Consumoautorizadofaturado
109 939 576 m3
Consumo faturadomedido
102 893 005 m3 Águafaturada
109 939 576m3
Consumo faturadonão medido
7 046 571 m3
Consumoautorizado
não faturado677 376 m3
Consumo nãofaturado medido
0 m3
Água nãofaturada
74 667 489m3
Consumo não faturadonão medido677 376 m3
Perdas deágua
73 414 103m3
Perdas porevaporação750 430 m3
Perdas por evaporaçãoem canal
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
Consumoautorizadofaturado
123 717 098 m3
Consumo faturadomedido
118 140 907 m3 Águafaturada
123 717 098m3
Consumo faturadonão medido
6 955 537 m3
Consumoautorizado
não faturado677 376 m3
Consumo nãofaturado medido
0 m3
Água nãofaturada
66 185 648m3
Consumo não faturadonão medido677 376 m3
Perdas deágua
65 508 272m3
Perdas porevaporação813 049 m3
Perdas por evaporaçãoem canal
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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