Publications

In the Algarve southern Portugal region, Managed Aquifer Recharge (MAR) research activities have been developed to provide not only water surplus storage in aquifers during wet years, focusing in the Querença-Silves aquifer (FP6 ASEMWATERNet Coordination Action), but also groundwater quality rehabilitation in the Campina de Faro aquifer (FP6 Gabardine Project). Following MAR research potentialities in southern Portugal, this paper describes the objectives, conceptual demonstration, background and capabilities of one of the selected Circum-Mediterranean pilot sites (in Portugal) that will be researched in the new FP7-ENV-2013-WATER-INNO-DEMO MARSOL project, which started Dec. 1st, 2013. In the Algarve pilot site, severalcase-study areas will be located in the Querença-Silves aquifer and in the Campina de Faro aquifer

A previsão rigorosa da profundidade de cavidades de erosão associadas a pilares complexos, utilizados como apoio de tabuleiros de pontes, pode não ser garantida pela utilização dos métodos actualmente existentes. De entre esses métodos, destacam-se os de Auckland, o HEC-18 e o do FDOT. Neste artigo, analisa-se o respetivo desempenho comparando as previsões que fornecem com conjuntos de dados obtidos em laboratório para seis modelos de pilares, cinco dos quais publicados em literatura da especialidade. A esses dados, adicionaram-se os de ensaios conduzidos no LNEC para um modelo de pilar de dimensões mais próximas de dimensões reais do que as dos outros pilares estudados. Os três modelos de cálculo apresentam desvios de previsão em relação às medições que dependem da posição do maciço de encabeçamento relativamente ao nível inicial do leito; em geral, os maiores desvios ocorrem quando o maciço se encontra parcialmente enterrado. Em face dos resultados da análise dos desvios, conclui-se que o modelo FDOT é aquele a que está associada uma menor probabilidade de previsões por defeito, ou seja, aquele que produz previsões seguras para uma maior percentagem de situações que podem ocorrer na prática da engenharia.

A região do Baixo Mondego tem sido sujeita a inundações cuja extensão importa caracterizar, em particular no contexto da aplicação da diretiva de avaliação e gestão dos riscos de inundações (2007/60/CE), com o objetivo reduzir o risco e as consequências prejudiciais que lhes estão associadas.O presente trabalho apresenta os resultados da modelação das inundações no Baixo Mondego, no trecho compreendido entre a confluência do rio Ceira e o limite de propagação da maré a jusante. Neste trecho, com cerca de 44.7 km de extensão, o sistema de defesa contra cheias inclui o controlo dos caudais de cheias nas albufeiras a montante, os diques de proteção nas margens direita e esquerda ao longo de cerca de 36 km e o sistema de inundação controlada dos campos.Neste artigo descreve-se a metodologia utilizada, justificam-se os cenários de simulação adotados, incluindo o funcionamento do sistema de inundação controlada do Baixo Mondego, analisam-se os resultados, dando-se ênfase aos níveis e velocidades atingidos e à propagação das inundações e apresentam-se os mapas de inundação.

The European Union Water FrameworkDirective aims to protect inland surface waters, transitionalwaters, coastal waters, and groundwater and achieve certainenvironmental objectives through the implementationof programs of measures specified in river basin managementplans (RBMPs). For that purpose, information systemshave been identified as a priority tool for managingwater resources effectively and efficiently, within theprocess of characterization and modelling of quantitativeand qualitative aspects of groundwater bodies, also consideringthe projected climate change scenarios. This paperaddresses some of the innovative issues developed inPortugal for RBMPs, exemplified for the Tagus and for theWest RBMPs, e.g. modelling groundwater rechargeassessment under climate change scenarios projected for2071

Public concern is growing over soil and groundwater contamination from the use of agrochemicalsin urban farming. Heavily used nitrogen (N) fertilisers are converted to nitratesthat can be a health hazard. In this study, water and N budgets over a 1-year period arepresented for typical urban vegetable gardens in Lisbon. A conceptual analysis supportedby an integrated methodology of field experiments and modelling identified the N surplusesassociated with conventional and organic gardens. It is concluded that thegardening systems are continuously cropped using high N and water application rates. Forall of the case-study allotments, the N inputs, mainly from organic amendments withdiverse N release rates, were higher than the crop uptake generating surpluses that werelost by different processes. On one study site a drainage flux of 280mmyr 1 was calculated,with a mean concentration of 295 mg NO3 l 1. On another site N accumulated in the lowersoil depths at a rate of 420 kg NO3 ha 1 yr 1. The cumulative impact of N surpluses on theenvironment and human health must be considered. To minimise adverse impacts, wepropose the selection of organic fertilisers with N release rates close to the crop N uptake,the prevention of excess irrigation to minimise N leaching and gaseous losses and theinclusion of the non-fertiliser N sources in the fertiliser calculations. It is shown how anintegrated model can be used to predict the N release dynamics from the organic fertilisersas affected by the moisture conditions.

Gravity currents produced by full-depth lock-release of saline water into a fresh water tank are studied focusing on the influence of the initial densityof the saline mixture in the lock and the bed roughness on gravity current kinematics. Temporal evolution of the current front position and frontvelocity are analysed and related to different phases of the current. Time

The present work experimentally investigates the dynamics of unsteady gravitycurrents produced by lock-release of a saline mixture into a fresh water tank. Seven differentexperimental runs were performed by varying the density of the salinemixture in the lock andthe bed roughness. Experiments were conducted in a Perspex flume, of horizontal bed andrectangular cross section, and recorded with aCCD camera. An image analysis techniquewasapplied to visualize and characterize the current allowing thus the understanding of its generaldynamics and, more specifically, of the current head dynamics.The temporal evolution of bothhead length and mass shows repeated stretching and breaking cycles: during the stretchingphase, the head length and mass grow until reaching a limit, then the head becomes unstableand breaks. In the instants of break, the head aspect ratio shows a limit of 0.2 and the mass of the head is of the order of the initial mass in the lock. The average period of the herein calledbreaking events is seen to increase with bed roughness and the spatial periodicity of theseevents is seen to be approximately constant between runs. The rate of growth of the mass atthe head is taken as a measure to assess entrainment and it is observed to occur at all stagesof the current development. Entrainment rate at the head decreases in time suggesting this asa phenomenon ruled by local buoyancy and the similarity between runs shows independencefrom the initial reduced gravity and bed roughness.

Road runoff is a linear diffuse source ofpollution, with very specific characteristics. This studyintends to improve the understanding of road runoffimpacts in water bodies in Portugal. The chosen casestudy is S. Domingos reservoir catchment. The studyanalyzed land uses, the presence of pollution sources,and gathered temporal water quality data and performedsite measurements and sample collection. The waterquality data for the reservoir was provided by the nationalwater quality monitoring system from thePortuguese Water Institute. The parameters selectedwere TSS, COD, NO3

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Mais de metade da humanidade vive em cidades e estima-se que, em 2050, dois terços desta

Há décadas que se investiga e promove as soluções de base natural (SBN), o tratamento e a reutilização de águas pluviais, apoiando a sustentabilidade ambiental e novas soluções para o ciclo urbano da água. Mais recentemente, começou a ser introduzida a dimensão de resiliência às alterações climáticas das cidades que as SBN também apoiam, por mitigaram as ondas de calor e amortizarem os picos dos eventos extremos de precipitação - tanto as secas como as cheias. Por outro lado, os novos conhecimentos científicos sobre a importância da natureza para o bem-estar e saúde, a par com a experiência da pandemia onde muitas pessoas em todo o mundo procuraram as - por vezes escassas - zonas verdes urbanas para momentos de lazer, desporto e reequilíbrio físico, psíquico e emocional, trazem uma oportunidade de integrar a transdisciplinaridade nos objetivos, na conceção e na manutenção das SBN, de modo a potenciar os seus múltiplos benefícios económicos, sociais e ambientais. As SBN apoiam a biodiversidade e a prestação de serviços de ecossistemas, nomeadamente os culturais, onde a promoção do bem-estar e da saúde se incluem (IUCN, 2020). Apesar do reconhecido valor das SBN, estas ainda não estão a ser desenvolvidas para atingir o seu potencial máximo, apoiando globalmente a resiliência a desafios como as alterações climáticas, a saúde das populações, a segurança alimentar e hídrica, as catástrofes naturais e a perda de biodiversidade.Kumar et al. (2020) referem que projetar e implementar SBN socioculturalmente sustentáveis exigem abordagensinter- e transdisciplinares que podem ser alcançadas através de processos de cocriação, envolvendo os diversossetores e partes interessadas, e inspirando a utilização de recursos e conhecimentos de forma mais eficaz e em equilíbrio com os objetivos de adaptação climática. Também Sowi

Surface image velocimetry is an optical based technique used to determine the flow field of the free surface of an open surface flow. It often relies on known algorithms, such as the ones for Particle Image Velocimetry (PIV), Particle Tracking Velocimetry (PTV) and Optical Flow. A well-known example of surface image velocimetry is the Large-Scale PIV approach, used frequently in field applications. The characteristics of the free surface such as: oscillations, light reflections and surface waves bring an additional layer of complexity to the velocity field determination that are normally not considered by many existing PIV or PTV algorithms. This fact can lead to erroneous estimations of the surface velocity field, and it needs to be addressed. In a dam-breach flow, besides its severe transient character, waves, light reflection, and lack of seeding affect the free surface, which constitutes a rather complete case study. Finally, a discussion between the requirements of the image acquisition setup in terms of hardware with focus on frame rate, sensor resolution and optics is made to determine the criteria for which consumer grade cameras can be used as scientific instruments for surface image velocimetry.

Neste resumo apresenta-se uma síntese dos resultados da avaliação do Estado Químico das Unidades de Monitorização (UM) de águas subterrâneas amostradas pela empresa AmbiPar Control, Consultoria, Análises e Amostragem Ambiental, Lda., no ano 2021, para a Empresa de Desenvolvimento e Infraestruturas do Alqueva, S.A. (EDIA). A análise foi efetuada num conjunto de aproveitamentos hidroagrícolas e os resultados permitem concluir que o Estado Químico global de todas as UM (avaliado considerando os mesmos critérios das massas de água subterrânea) é Medíocre, sendo este estado atribuído maioritariamente por terem sido detetadas áreas superiores a 20% da área total da UM com concentração em nitratos acima de 50 mg/L, havendo outros casos em que o estado Medíocre se deve à ocorrência de áreas superiores a 20% da área total da UM com cloretos ou glifosato (pesticida) acima das respetivas normas de qualidade ambiental (250 mg/L e 0,1 µg/L, respetivamente). Apresentam-se as principais conclusões do estudo no sentido de fomentar o debate sobre quais deverão ser as medidas globais de prevenção da contaminação difusa a médio prazo, atendendo ao contexto socioeconómico e à sustentabilidade ambiental de áreas agrícolas a médio e longo prazo.

The present work addresses the influence of the dam

The present work consists in the application of images analysis tech-niques to characterize the failure by overtopping of a scaled embankment dam that was experimentally tested in a medium-scale facility located at the National Laboratory of Civil Engineering. These techniques were used to describe the failed dam in several time instants with a 3D reconstruction of the dam body based on depth images and to characterize the surface velocities of the flow near the breach based on the application of PTV algorithm. The characterization of the 3D reconstruction of the failed dam and surface velocity maps in the breach vicinity were based on the post processing analysis of HD digital images and depth images, strategically acquired around the dam. This work assesses the use-fulness of image analysis techniques for the applications herein presented.

Portugal

To the present day, hydraulic physical models are essential for hydrau-lic structures design validation and optimization. 'Traditional' modeling methods for hydraulic physical experimentation present some limitations and challenges. These have been overcome and dealt with at LNEC by adopting new constructive technologies and innovative automation methods, such as 3D printing, CNC cut-ting and automatic measurement systems. These new technologies reduce the time needed to perform studies by increasing the ability for faster building, mak-ing easier any modifications of model components, and reducing construction waste upon model demolition. This work presents different studies performed at LNEC where 3D printed, and CNC cut pieces were used: two 3D print pieces used in a spillway model; a large-scale 3D print of a scaled failing dam; a large head orifice spillway reproduced using CNC machining; and an entire physical model constructed fully based on new building technologies. These

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O livro encontra-se estruturado nos seguintes capítulos, além de anexos contendo cópia de algumas publicações relevantes dos editores:

The construction of barriga dam in Spain started in 2004. The project of this rockfill dam used a new solution for the concrete spillway developing over its central body. The spillway, designed for the discharge of 161 m3/s, includes an entrance, a stepped steep wedge block channel and ends in a bucket. The channel blocks have been studied, in scale 1/1.6, in Colorado State University (CSU) Hydraulics Laboratory within a Statement of Work involving CSU, U.S. Bureau of Reclamation, ARMORTEC, Polytechinc University of Madrid and PYPSA.The spillway hidraulic study included a physical model, on 1/25 scale, built at the National Laboratory of Civil Engineering in Portugal. This study focused on the flow behaviour on the intake area of the spillway and the flip bucket. According of the test results, some relevant modifications on the initial design were proposed: namely, modifications on the shape of the spillway entrance (as planned by the designer)and the inclusion of blocks in the bucket. These modifications lead to a less perturbation flow in the channel entrance zone and lower scour effects downstream. The erosion and scour analysis carried out included river conditions near the bridge existing on site and the side banks topography. The purpose of this communication is to describe the above mentioned physical model and the changes proposed for the final design of the dam as a consequence of the observed behaviour.

Cap. 6 - Sistemas para a retenção de derrames acidentais de substâncias perigosas em estrada

Cap. 4 - Impactes das águas de escorrência de estradas nos solos e nas águas subterrâneas. Análise de casos de estudo na Europa

Este livro aborda as principais matérias relacionadas com aspectos teóricos e práticos relativos às características de águas de escorrência de estradas e à minimização dos seus impactes nos recursos hídricos e nos solos. Os seus textos são a edição dos trabalhos apresentados no curso sobre Características de Águas de Escorrência de Estradas e Minimização dos seus Impactes que decorreu no Centro de Congressos do LNEC, de 13 a 15 de Outubro de 2003. O livro encontra-se estruturado nos seguintes capítulos, além de anexos contendo cópia de algumas publicações relevantes dos editores: Cap. 1 - Pollution from road runoff. Concepts and Engineering Cap. 2 - Highway stormwater runoff. Water quality impacts and mitigation Cap. 3 - Características das águas de escorrência de estradas em Portugal Cap. 4 - Impactes das águas de escorrência de estradas nos solos e nas águas subterrâneas. Análise de casos de estudo na Europa Cap. 5 - Monitorização de águas subterrâneas e de solos Cap. 6 - Sistemas para a retenção de derrames acidentais de substâncias perigosas em estrada - Os textos explanam conceitos teóricos, apresentam resultados de estudos e projectos de investigação e, ainda, a experiência e o estado da arte nesta área, em particular nos três países onde os autores desenvolvem o seu trabalho: Portugal, Dinamarca e EUA. Ao longo dos capítulos são analisados os seguintes temas, entre outros: - Características e variabilidade das águas de escorrência de estradas - Previsão da qualidade das águas de escorrência de estradas - Desenvolvimento de modelos para previsão da qualidade de águas de escorrência de estradas em Portugal - Avaliação de impactes ambientais nos recursos hídricos e nos solos - Minimização de impactes ambientais - Projecto e gestão de sistemas de retenção de derrames acidentais de substâncias tóxicas - Monitorização de águas de escorrência, de sistemas de tratamento, de recursos hídricos e de solos O livro pretende assim dar um contributo, neste domínio, a técnicos que trabalham no âmbito do projecto, construção e manutenção de infra-estruturas rodoviárias, outros profissionais envolvidos no processo de Avaliação de Impactes Ambientais de estradas e na gestão de recursos hídricos, bem como a investigadores.

- Os textos explanam conceitos teóricos, apresentam resultados de estudos e projectos de investigação e, ainda, a experiência e o estado da arte nesta área, em particular nos três países onde os autores desenvolvem o seu trabalho: Portugal, Dinamarca e EUA. Ao longo dos capítulos são analisados os seguintes temas, entre outros:

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The prediction of scour evolution at bridge foundations is of utmost importance forengineering design and infrastructures

The flow through an eroding dam is three-dimensional and exhibits several length scales. Laboratory experiments are fundamental to characterize these flows. Instrumentation and monitoring techniques in laboratory environ-ment must be able to capture this complexity and scale amplitude and should be, preferentially, non-intrusive, particularly if the failure event is related with earth dams, where erosion patterns may be affected by instrument intrusiveness. Re-garding embankment dam failures, the processes usually subjected to great scru-tiny require the measurement of the breach effluent flow (BEF), the breach mor-phological evolution (through longitudinal and transversal profiles as well as 3D reconstructions) and the flow velocity over the dam and through the breach. This chapter presents advances in instrumentation to be deployed in dam breach la-boratory tests and novel measuring methods made possible with such instrumen-tation. Emphasis is placed on the description of the critical components of the instruments, with emphasis on digital imagery, and on image analysis and post-processing techniques. A detailed exposition of existent methods, and respective evaluation of its suitability in the context of laboratory work, is presented.

Water scarcity episodes are being experienced in many parts of the Mediterranean Basin as a result ofchanges in rainfall intensity and duration, causing more intense extreme events, like droughts and riverfloods. Adaptive and innovative water management strategies, such as the storage of reclaimed water orexcess water from different sources in Managed Aquifer Recharge (MAR) schemes, can greatly increasethe groundwater availability and therefore help addressing water scarcity challenges. Besides, waterquality can be improved during transport of the infiltrated water through the unsaturated and saturatedzone, together with Soil-Aquifer-Treatment (SAT) systems, due to chemical and biological reactions,linking water reclamation, water reuse, and water resources management (González et al., 2015).This paper presents the results of a DEMO scale experiment made in S. Bartolomeu de Messines (SBM)Waste Water Treatment Plant (WWTP), where SAT basin systems were built. The SAT systems aimedto improve the treated effluent water quality prior to its discharge in Ribeiro Meirinho, that laterinfiltrates in an important karstic aquifer along the river influent sections. The water quality enhancementwas obtained using the soil's ability to reduce the concentrations of contaminants, namely pharmaceuticalcompounds and nutrients, through natural processes (e.g. particle retention, adsorption andbiodegradation). Prior to this, soil-column experiments were conducted aiming to reproduce optimalSAT conditions using different soil mixtures as depuration media (Martins, 2016; Martins et al., 2016).The soil physico-chemical conditions were optimized in terms of permeability, organic matter content,and aerobic / anaerobic conditions. The results obtained showed an improvement of water infiltratedthrough SAT, for several pharmaceuticals and nutrients.This research was carried out under MARSOL project (Demonstrating Managed Aquifer Recharge as aSolution to Water Scarcity and Drought), whose main objective was to demonstrate that MAR is a sound,safe and sustainable strategy that can be applied with great confidence and therefore offering a keyapproach for tackling water scarcity in Southern Europe.

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This paper addresses groundwater artificial recharge solutions for integrated management of watersheds and aquifer systems under extreme drought scenarios. Based on a lecture presented by Dr. JP Lobo Ferreira at UNESCO

The Gabbros of Beja Aquifer System extends for approximately 350 km2 and is one of the most important reservoirs of groundwater in the context of hard rocks aquifers of South Portugal (Alentejo Region). The average annual rainfall in the area is about 500 to 600 mm.Groundwater resources are used for public supply over 3 councils and irrigation. During drought cycles consumption increases and pumping rates decrease with correspondent management difficulties and conflicts between private and public interests.The correct assessment of annual recharge is of utmost importance for regional planning and management of groundwater resources under semiarid climate conditions. Moreover the aquifer was recently declared vulnerable to nitrate diffuse pollution of agriculture origin and recharge mechanisms are the major natural factor controlling contamination of shallow waters in the Gabbros of Beja aquifer.Recharge assessment and modelling was performed on the base of several complementary methodologies: 1) water balance based on historical data of annual pumping rates; 2) chloride mass balance between groundwater and rainfall compositions; 3) daily sequential water balance modelling of hydrological parameters using Balseq model, and 4) soil and vadose zone daily water balance modelling using lumped model Earth and piezometric water level curves for calibration.Results of direct and indirect methods show that annual average recharge should be between 10% and 20% or even more of annual rainfall.

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A surface flow hydrograph separation technique was used to compute base flow in 13 watersheds developed partially or totally in fractured massifs of Portugal. This technique consists firstly in isolating distinct precipitation/surface flow episodes, and, secondly, for each episode, in separating surface flow into base flow and direct runoff. Annual values of average and median base flow are presented for each watershed, as well as the linear equations that relate the obtained annual base flow with annual precipitation. The watersheds were grouped into four lithological groups and linear regressions were derived for these groups. In some conditions, that are assumed to be almost fulfilled in the 13 studied watersheds, groundwater recharge of the watershed equals base flow.By using the average values of annual base flow, it was possible to obtain a regression line model that relates average annual base flow (Fb) with annual average precipitation (P): Fb = 0.5210 * P 284 (mm/a). While no other new studies are developed, this model is proposed as a first approach to characterise average annual recharge of the Portuguese fractured massifs.

Este estudo analisa o impacto de diferentes condições hidráulicas na movimentação paramontante do barbo Ibérico em passagens para peixes (PPP) por bacias sucessivas.Desenvolvido num protótipo experimental de PPP por bacias sucessivas e incluindo peixes dediferente dimensões, o estudo investiga: i) a eficiência de passagem por orifícios submersosou descarregadores de superfície; ii) o efeito da velocidade, turbulência e tensões deReynolds, no comportamento desta espécie; iii) a adequabilidade de orifícios desalinhados ealinhados para a passagem dos peixes e, finalmente, iv) a eficiência de orifícios desalinhadose alinhados com uma barra deflectora à movimentação dos espécimes. A PPP por baciassucessivas demonstrou ser eficiente para a passagem a montante desta espécie. Os espécimesutilizaram preferencialmente os orifícios de fundo, principalmente os peixes de menoresdimensões que apesar da sua maior capacidade reostáctica, apresentaram grandes dificuldadesem transpor a passagem. O seu comportamento foi também o mais afectado pela turbulência etensões de Reynolds, que se destacaram como principais variáveis a afectar o movimento dospeixes. O alinhamento dos orifícios demonstrou não ser adequado para a passagem dospeixes, mesmo com a introdução de uma barra deflectora. Os resultados são discutidos emtermos de futuros delineamento de investigação.

A investigação realizada nesta Tese de Doutoramento enquadra-se no âmbito do ProjectoComunitário GABARDINE, financiado pelo 6º Programa-Quadro de Investigação da UniãoEuropeia, desenvolvido no Núcleo de Águas Subterrâneas (NAS) do Laboratório Nacionalde Engenharia Civil (LNEC). O seu objectivo consistiu por um lado, no aprofundar dosconhecimentos relativamente às metodologias de recarga artificial de aquíferos, e poroutro, na possibilidade deste tipo de técnica poder ser aplicada com a finalidade decontribuir para a recuperação da qualidade de um aquífero poluído por poluição difusa. Ocaso de estudo seleccionado para o desenvolvimento da investigação foi a parte centraldo sistema aquífero da Campina de Faro. São conhecidos os problemas de qualidade daágua subterrânea existentes nesse local, pelo que, passou a integrar desde 2004, a zonavulnerável de Faro, relativamente à concentração de nitratos. Outra motivação queserviu de base a este estudo, prendeu-se com a obrigatoriedade imposta pela aplicaçãoda Directiva-Quadro da Água de poder ser alcançado o

Em Portugal existe um grande número de pessoas a residir em vales a jusante de barragens.Assim, é de grande interesse prático o desenvolvimento de metodologias para apoio à gestão integradado risco nestes vales. Segundo a bibliografia da especialidade, a gestão do risco assenta em duasacções fundamentais: a avaliação do risco e a mitigação do mesmo. O presente trabalho seguiu estametodologia, aplicando-a a um eventual cenário real:

As alterações climáticas, motivadas por origens naturais e/ou acção antrópica, têm impactos nas várias componentes do ciclo da água. As regiões insulares são, pelas suas características de litologia, estrutura geotectónica, dimensões, topografia, condicionantes geográficas e natureza hidrogeológica, bastante susceptíveis aos impactos das alterações climáticas, que se podem reflectir segundo duas vertentes: (1) a alteração do nível médio das águas do mar; (2) a alteração dos parâmetros climáticos (precipitação e temperatura). Os impactos das alterações climáticas actuam sobre os recursos hídricos modificando a sua qualidade (ex.: via intrusão salina) e a sua quantidade (ex.: por redução da precipitação total e aumento da temperatura média, causando um decréscimo nos volumes de recarga). O impacto das alterações climáticas sobre os recursos hídricos tem sido estudado sobretudo para a parte superficial do ciclo da água, havendo no geral um grande desconhecimento dos impactos sobre os recursos hídricos subterrâneos, que no entanto são geralmente vitais para as zonas insulares. Neste estudo apresenta-se uma análise dos possíveis impactos das alterações climáticas sobre os recursos hídricos subterrâneos dos Açores

Esta Tese apresenta uma equação de balanço de massa global que permite deduzir todos os modelos de cálculo da recarga; apresenta diferentes modelos e caracteriza diferentes métodos que permitem o cálculo da recarga; cria novos métodos de cálculo da recarga; demonstra a aplicabilidade desses métodos com dados reais e compara os resultados obtidos pela aplicação desses métodos; e define os modelos e os métodos mais adequados em função das configurações hidrogeológicas existentes.O cálculo da recarga é um processo essencial para caracterizar o recurso hídrico subterrâneo extraível que se pode definir como uma percentagem do volume de recarga anual média, limitado pelo rebaixamento máximo que se pode provocar no aquífero.Descrevem-se métodos para quantificar cada um dos processos das equações de balanço e criaram se novos métodos. Estes foram introduzidos no programa de computador BALSEQ_MOD e permitem quantificar os processos: infiltração superficial e escoamento directo; evapotranspiração utilizando a evapotranspiração de referência e o coeficiente cultural dual; armazenamento de água no solo e infiltração profunda; possibilidade de considerar a posição do nível freático dentro ou fora da espessura de solo. Foram também criadas mas não integradas no programa de computador as formas de cálculo da intercepção e da infiltração profunda com base na modelação da zona vadosa.Foi criada e implementada no programa de computador Dechidr_VB uma metodologia para fazer a decomposição dos hidrogramas de escoamento superficial. Desenvolveram-se tabelas de relacionamento entre as entidades representadas na cartografia e os valores de parâmetros necessários à corrida dos modelos de balanço hídrico.Os modelos e métodos desenvolvidos foram aplicados a quatro situações de estudo que permitem inferir acerca das potencialidades e limitações de cada um dos métodos: área dos sistemas aquíferos de Quarteira e de Albufeira-Ribeira de Quarteira; áreas de 16 bacias hidrográficas; área da bacia hidrográfica a montante da estação hidrométrica de Ponte de Panasco; e área de estudo em Estarreja.

Esta Tese apresenta uma equação de balanço de massa global que permite deduzir todos os modelos de cálculo da recarga; apresenta diferentes modelos e caracteriza diferentes métodos que permitem o cálculo da recarga; cria novos métodos de cálculo da recarga; demonstra a aplicabilidade desses métodos com dados reais e compara os resultados obtidos pela aplicação desses métodos; e define os modelos e os métodos mais adequados em função das configurações hidrogeológicas existentes.O cálculo da recarga é um processo essencial para caracterizar o recurso hídrico subterrâneo extraível que se pode definir como uma percentagem do volume de recarga anual média, limitado pelo rebaixamento máximo que se pode provocar no aquífero.Descrevem-se métodos para quantificar cada um dos processos das equações de balanço e criaram

No projecto de esporões fluviais ou de encontros de pontes é fundamental prever a profundidade máxima das cavidades de erosão no sentido de evitar o descalçamento das fundações da estrutura.O objectivo deste trabalho consiste na extensão do volume de dados experimentais existentes na literatura e na caracterização dos seguintes factores das erosões localizadas: o tempo, a forma dos obstáculos, a velocidade do escoamento, o diâmetro dos sedimentos e a densidade dos materiais do fundo.O trabalho experimental incluiu ensaios com diferentes obstáculos, com areias de diferentes granulometrias e com dois materiais de baixa densidade, pedra pomes moída e granulado de plástico.Caracteriza-se o tempo de equilíbrio do processo erosivo e a evolução temporal das profundidades de erosão em fundos de baixa densidade. Confirmam-se conhecimentos respeitantes à influência da forma do obstáculo e da granulometria dos sedimentos, definindo-se um coeficiente aplicável às profundidades de erosão em sedimentos que não formam rugas. Identifica-se a necessidade de inclusão de outros parâmetros nas equações conhecidas para a tradução do efeito da velocidade do escoamento de aproximação. Aborda-se a geometria das cavidades de erosão, em particular, no que se refere à localização das máximas profundidades de erosão. Caracteriza-se o efeito da densidade dos materiais do fundo na profundidade máxima das cavidades de erosão de equilíbrio.

Este documento visa dar cumprimento ao estipulado no N.º 8.2, alínea b), do Aviso N.º 17 428/98 (2ª série) Concurso de acesso a Investigador-Coordenador do Laboratório Nacional de Engenharia Civil, publicado no Diário da República - II Série, N.º 256, de 5 de Novembro de 1998, constituindo:"... uma síntese dos conhecimentos existentes sobre o tema a tratar, uma apresentação crítica dos problemas já tratados e dos problemas em aberto e um plano de estudos relativo a alguns desses problemas."O plano de estudo cita a metodologia proposta, o planeamento dos meios necessários, os objectivos a atingir e os benefícios operados da sua realização.No Capítulo Segundo apresenta-se uma selecção de metodologias necessárias ao desenvolvimento de inventários de recursos hídricos subterrâneos.No Capítulo Terceiro apresentam-se estudos de investigação programada, aplicada ou por contrato, recentemente desenvolvidos ou em desenvolvimento a nível nacional, comunitário ou internacional, sobre monitorização de águas subterrâneas. No Capítulo Quarto desenvolve-se o tema da protecção e reabilitação de aquíferos. No Capítulo Quinto desenvolve-se o tema da gestão optimizada de aquíferos. Como resultado da pesquisa bibliográfica desenvolvida, apresenta-se o estado-da-arte da simulação/optimização para o planeamento e a gestão do abastecimento por águas subterrâneas, tendo-se focado em especial a modelação que integra a componente qualidade das águas subterrâneas.No Capítulo Sexto apresenta-se um relato de âmbito "Temático" dos estudos desenvolvidos em Portugal sobre águas subterrâneas. Complementa-se este capítulo com a apresentação de estudos de carácter "Regional". No Capítulo Sétimo apresentam-se discussões, conclusões e recomendações para acções comunitárias de investigação concretizáveis em projectos ou em acções concertadas de investigação a nível europeu. Destacam-se as acções que contaram com a colaboração do candidato sobre prioridades da investigação comunitária no domínio da água, que permitem focar, a nível da Europa, as linhas mais carenciadas de investigação no domínio dos recursos hídricos subterrâneos. No Capítulo Oitavo apresentam-se discussões, conclusões e recomendações para acções comunitárias de projectos de investigação ou de acções concertadas de investigação que contaram com a colaboração do candidato sobre o tema internacionalização, que permitem focar a nível global, as linhas mais carenciadas de investigação no domínio dos recursos hídricos subterrâneos. Finalmente, e dando razão de ser a este Programa de Investigação, o Capítulo Nono é dedicado à apresentação de um Plano de Estudos integrando doze projectos de Investigação Programada. Este Programa de Investigação visa, assim, (1) contribuir para uma melhor sustentação científica no domínio dos Recursos Hídricos Subterrâneos, incorporando criticamente o vasto conhecimento já adquirido no País; (2) contribuir para um melhor conhecimento sobre os temas de investigação na União Europeia, visando o reforço das actividades nacionais de investigação, em recursos hídricos subterrâneos, no contexto actual de vontade política de incrementar a acção portuguesa de investigação na Europa; e (3) contribuir para um melhor conhecimento nacional sobre o tema da internacionalização além União Europeia, visando o reforço das actividades nacionais de investigação em recursos hídricos subterrâneos aplicados ao contexto actual, e pretendido, de globalização e afirmação do papel internacional da investigação comunitária.

No trabalho que se apresenta desenvolve-se uma metodologia original para o planeamento e desenvolvimento de estudos de reabilitação de aquíferos poluídos. O objectivo principal do estudo centra-se na análise e na sistematização das técnicas disponíveis para a reabilitação de águas subterrâneas poluídas, por forma a estabelecer critérios adequados à sua selecção, em função do tipo de problema de poluição hídrica e da situação hidrogeoquímica em presença.Com este projecto desenvolveu-se, pela primeira vez em Portugal, uma metodologia para o planeamento, a caracterização e o desenvolvimento de estudos de reabilitação de aquíferos poluídos, integrando nomeadamente os seguintes aspectos: (1) a análise e a inventariação dos principais tipos de problemas de poluição que afectam as águas subterrâneas; (2) as formas mais adequadas para a sua detecção (monitorização quantitativa e qualitativa de aquíferos); (3) a análise da evolução espaço-temporal de poluentes em aquíferos com recurso nomeadamente à modelação matemática e (4) a análise e investigação das formas possíveis para a reabilitação da qualidade da água nos aquíferos, face a diferentes tipos de poluição e diferentes tipos de aquíferos.O desenvolvimento dos conhecimentos relativos às metodologias de análise e recuperação de aquíferos permitiu sistematizar as estratégias mais utilizadas em investigação, a nível internacional, e a sua utilização em estudos de inventariação, controlo, protecção e reabilitação das águas subterrâneas poluídas em Portugal. A validação e aplicação prática dos conhecimentos desenvolvidos foi efectuada no aquífero quaternário superficial de Estarreja que apresenta um reconhecido problema de poluição dos seus recursos hídricos subterrâneos. Neste trabalho de aplicação prática foi adquirido e utilizado o mais moderno equipamento para a monitorização deste tipo de problemas de poluição, que permitiu a monitorização tridimensional da poluição no aquífero e a sua evolução no espaço e no tempo. O estudo propõe - com base numa cuidada inventariação, análise e estudo da mancha de poluição e, ainda, na previsão da sua evolução pela aplicação de modelos matemáticos do escoamento e transporte - uma estratégia para a recuperação do aquífero.

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As cheias provocadas por roturas de barragens constituem eventos catastróficos que podem conduzir a perdas consideráveis de vidas humanas e de bens materiais. Para melhorar a segurança em relação a este risco potencial torna-se necessário avaliar a segurança das estruturas, existentes ou a construir, e estimar a extensão dos danos em caso de acidente. Nesta perspectiva, este tipo de cheia tem, nos últimos anos, sido objecto de numerosas análises.No presente estudo, após a exposição de uma síntese dos conhecimentos existentes, é apresentada uma panorâmica geral da fenomenologia das roturas de barragens, definindo os tipos e causas de rotura e a geometria e dimensões das brechas que caracterizam as roturas históricas.Apresentam-se seguidamente as equações básicas que definem a vazão através de descarregadores e que caracterizam o processo de formação da cheia, considerando-se as hipótese de modelo de vazão permanente ou quase-estacionário e de modelo de vazão variável, e as equações de Saint-Venant que carcterizam o processo de propagação da cheia.Posteriormente é apresentada a modelação numérica que engloba a simulação dos processos de formação e de propagação da cheia e desenvolve-se o respectivo programa de cálculo automático (COLAPS).Após realizada uma validação do modelo COLAPS e desenvolvidas análises de sensibilidade, realiza-se a exploração do modelo por forma a caracterizar a cheia provocada pela rotura de barragens, quantificando-se a diferença de resultados obtidos pelos dois modelos de vazão, permanente e variável, e verificando-se a influência que as características da brecha têm no hidrograma efluente na secção de rotura e em secções a jusante. Apresentam-se ainda equações que permitem calcular o caudal máximo efluente da brecha para as hipóteses de rotura total e rotura instantânea.

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O presente relatório aborda a segurança hidráulico-operacional das barragens nas fases de projecto e de exploração. Analisa as causas hidráulicas de deteriorações em barragens e compreende "check lists" para inspecções às estruturas hidráulicas do aproveitamento, incluindo equipamento. Refere ainda a determinação de mapas de inundação resultantes da ruptura de barragens, bem assim como o estabelecimento de sistemas de aviso e alerta. Termina com a discriminação da actividade possível do Laboratório Nacional de Engenharia Civil neste campo (por intermédio do Núcleo de Hidráulica de Estruturas).

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Neste Estudo apresenta-se a estimativa da recarga natural da área abrangida pelos sistemas aquíferos de Quarteira e de Albufeira-Ribeira de Quarteira, situados no Algarve. A recarga foi estimada com um modelo de balanço hídrico sequencial diário, que utiliza como dados de entrada a precipitação diária e a evapotranspiração de referência diária e que quantifica os processos de infiltração superficial, evapotranspiração real e infiltração profunda do solo. Os métodos de interpolação das séries de precipitação e os métodos de cálculo dos diferentes processos intervenientes foram desenvolvidos no âmbito deste Estudo. O período de análise foi de 1995-10-01 a 1999-09-30. Para a caracterização das séries de precipitação diária dividiu-se a área em estudo em polígonos de Thiessen, tendo-se desenvolvido uma técnica que toma em atenção a distribuição não uniforme da precipitação na área dos sistemas aquíferos.Para o cálculo da infiltração superficial desenvolveu-se um método, a partir do modelo de infiltração de Philip, que relaciona a infiltração superficial com a textura do solo, o teor de humidade inicial e a precipitação diária. A textura do solo foi caracterizada a partir da interpretação do mapa de solos.A evapotranspiração de referência foi quantificada pelo método de Penman-Monteith da FAO utilizando os dados da estação climatológica de Faro (Aeroporto). Para o cálculo da evapotranspiração real adoptou-se a metodologia da FAO, considerando ocoeficiente cultural dual e a possibilidade da existência de até dois cobertos vegetais. A informação sobre o coberto vegetal é a da carta de ocupação do solo, tendo sido interpretados os ciclos de desenvolvimento dos cobertos vegetais presentes, quer para a caracterização do coeficiente cultural dual quer para a caracterização da área ocupada pelos cobertos e da profundidade das suas raízes, que são variáveis no tempo.A infiltração profunda foi calculada em função dos solos e do défice de água em relação à sua capacidade de campo.Os resultados obtidos permitiram estimar a recarga do sistema aquífero de Albufeira-Ribeira de Quarteira em 308 mm/ano e a recarga do sistema aquífero de Quarteira em 349 mm/ano. Estes valores representam cerca de 44 % da precipitação que ocorre sobre os sistemas, correspondendo a cerca de 23 % da precipitação nas áreas de ocorrência de formações de porosidade intergranular e entre 63 % e 69 % nas áreas de ocorrência de formações carsificadas.

Apresentam-se conceitos matemáticos subjacentes ao desenvolvimento de um novo método destinado ao cálculo de zonas de protecção de águas subterrâneas em torno de captações para abastecimento público, com base em soluções analíticas. Os limites das zonas de protecção são definidos em função da geologia local, dos parâmetros e das características hidráulicas regionais dos aquíferos e ainda dos caudais de extracção (ou, na sua ausência, da produtividade hídrica do meio). Esta ferramenta matemática, que se considera robusta e de fácil aplicação, visa facilitar a aplicação do novo Decreto Lei nº 382/99 de 22 de Setembro, sobre delimitação de perímetros de protecção de captações em função do tempo de percurso no meio subterrâneo.

A presente publicação é uma versão remodelada dum relatório de estágio apresentado em Janeiro de 1996, à Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, cuja realização decorreu no Grupo de Investigação de Águas Subterrâneas (GIAS). O tema principal deste trabalho é o estudo da intrusão salina na faixa costeira de Portugal Continental. Numa primeira fase realiza-se a caracterização da situação actual relativamente a este fenómeno na faixa costeira e numa segunda fase procede-se ao estudo geológico e hidrogeológico de uma região situada a norte de Sines, onde foram detectados teores de cloretos elevados e à posterior aplicação de um modelo matemático de diferenças finitas designado de INTDIS para a simulação da intrusão salina.

Este trabalho tem por objectivo apresentar alguns dos últimos avanços no campo da análise fractal directamente relacionados com as áreas de investigação em Hidráulica. São assim apresentados alguns dos últimos desenvolvimentos no âmbito dos estudos de porosidades de meios porosos não fracturados, da estruturação de redes de drenagem, da análise de precipitações e diversos outros domínios das ciências hidráulicas.A investigação nestes domínios encontra-se actualmente em fase de acelerado desenvolvimento, sendo de esperar nos anos próximos significativas contribuições para o conhecimento em todas estas áreas nomeadamente nos estudos de turbulência e fenómenos associados, assim como no campo da investigação de porosidades, no respeitante à sua estrutura, evolução e controle de processos geológicos responsáveis pela génese e evolução desta propriedade de solos e rochas. Grande parte destes progressos situa-se ainda num campo exclusivamente teórico, embora neste momento comecem a surgir já alguns desenvolvimentos a nível laboratorial.

A presente publicação é uma versão remodelada duma tese de mestrado apresentada em 1991 à Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa. Neste trabalho é apresentado um levantamento das actividades e fontes poluentes da região vestibular do rio Sizandro, a caracterização hidroquímica das águas subterrâneas duma parte do aquífero aluvial deste rio assim como os resultados da modelação matemática de transporte de poluentes neste meio, concluindo-se por um síntese globalizante dos resultados dos estudos hidroquímicos e de modelação matemática.

Apresenta-se uma introdução à problemática da contaminação de águas subterrâneas, relacionada com a evacuação de excreta. Recordam-se conceitos gerais de hidrogeologia necessários ao desenvolvimento posterior de alguns aspectos básicos da poluição de águas subterrâneas .Reflecte-se e responde-se a questões relacionadas com direcções, velocidades e concentrações de poluentes em águas subterrâneas. Termina-se com a apresentação de um método prático para a delimitação de zonas de protecção de captações para o abastecimento de água.

This paper is divided in two main parts:1st PART:A simple theoretical introduction to the Finite Element Method(FEM), is presented and is complemented by a comparison of the FEM with other methods that can also be used to solve differential equations. In this part we will prsent some differencial equations which allow the application of the FEM to several problems in water resouces engineering.2nd PART:In this part we will introduce a practical work recently done at the Technical University of Berlin (FRG) on FEM. This work has two parts:a) The first one is the Manual of Operating of a Computer Program;b) The second one is concerned with the theoretical background of the approach used.This part is intended to give an overall idea of the relationship between theory and its applications.The 2nd part ends with some conclusions and a list of bibliographic references.This paper is directed to people not acquainted with the FEM, who intended, however, to be introduced to some new techniques and theoretical methods wich may be applied in the Water Resouces Engineering field.

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