Publicações

The capability of two di erent OpenFOAM® solvers, namely interFoam and twoPhaseEulerFoam, in reproducing the behavior of a free water jet was investigated. Numerical simulations were performed in order to obtain the velocity and air concentration profiles along the jet. The turbulence intensity was also analyzed. The obtained results were compared with published experimental data and, in general, similar velocity and air concentration profiles were found. InterFoam solver is able to reproduce the velocity field of the free jet but has limitations in the simulation of the air concentration. TwoPhaseEulerFoam performs better in reproducing the airconcentration along the jet, the results being in agreement with the experimental data, although the computational runs are less stable and more time consuming. The sensitivity analysis of the inlet turbulent intensity showed that it has no influence in the characteristics of the jet core. With this research it is possible to conclude that: interFoam with k-Epsilon (k-") turbulence model is the best choice if the goal of the numerical simulations is the simulation of the velocity field of the jet. Meanwhile, twoPhaseEulerFoam with mixturek-Epsilon (mk-") shall be considered if the objective is the simulation of the velocity field and the air concentration.

Métodos simplificados são alternativas úteis para análise prévia dos efeitos da ruptura de barragens, podendo orientar a tomada de decisão da realização de estudos mais completos. Nesse contexto, propõe-se uma nova abordagem simplificada para análise de aspectos da ruptura de barragens de terra, cuja falha ocorre por galgamento, a partir da altura da barragem e do volume do reservatório como dados de entrada. Casos hipotéticos de ruptura foram analisados por meio de simulações hidrodinâmicas, cujos resultados permitiramdesenvolver equações capazes de estimar o amortecimento da vazão de pico e o tempo de chegada da vazão máxima no vale a jusante. A abordagem proposta foi aplicada em estudo de caso hipotético (em uma barragem com 15 m de altura e 17 hm3 de volume no reservatório), obtendo-se resultados próximos dos alcançados por meio de outros metodos, especialmente na estimativa da vazão máxima no vale a jusante, onde as diferenças médias entre os resultados dos métodos considerados foram da ordem de 15%.

The success of experimental studies to investigate hydraulics of dam breaching requires an adequate specification of geotechnical parameters and control over its realization in field or in laboratory conditions. Although this is known, there are few studies specifically addressed to formulate and discuss the requirements for comparable laboratory hydraulic tests to study embankment failure by overtopping. This study addresses this research gap specifically for homogeneous earthfill dams. It is aimed at proposing and discussing a set of core procedures and monitoring techniques to be observed in studies of dam breaching by overtopping. A first procedural step involves the theoretical discussion of similarities between model and prototype erodibility. Further steps involve observations of breached model dams under controlled hydraulic and geotechnical conditions. Requirements for comparability of hydraulic laboratory practice are described and discussed, and it is argued that the key geotechnical parameters of control are the soil composition (more specifically, the fraction of fine material) and the compaction conditions (relative compaction and water content). To attain similarity conditions in what concerns model dam erodibility, whose failure modes should include headcuts and undercutting, a range of reference values for the geotechnical control parameters is suggested and construction/compaction methods are discussed.

This article presents an overview of the current European practices with regards to protecting surface water and groundwater bodies, in what concerns the application of legislation to protect water resources and to evaluate the vulnerability of water bodies to traffic related activities. This is achieved through the application of the EU Water Framework Directive and all Directives containing procedures to identify pressures affecting the state of water and environment, and the establishment of measures to ensure that all surface water and groundwater bodies achieve good status. A flowchart has been constructed to assist the assessment of the environmental legal constraints related to a road project. A combination of layers was integrated in GIS environment to address legislative needs and constraints, as well as the need to implement a risk assessment analysis of road runoff impact to surface and groundwater bodies.

For improving sustainable water resources management and planning at local andregional scales, specifically in small islands, long-term and recent rainfall trends due totemporal shifts in major climatic drivers should be investigated based on dense and longrunningground data series

The collapse of bridges inevitably leads to economical losses and may also be responsible for human fatalities. A bridge may fail due to several reasons, with local scouring around its foundation being the most common. Despite decades of scouring research, there are still many uncertainties affecting the design process of bridge piers. The most critical and least explored are the hydrological and hydraulic variables. The recent intensification of floods may also increase the vulnerability of bridges to scour effects. Therefore, the present work aims to propose a risk-based methodology for considering scour at bridge foundations. It is composed of three main steps: (i) assessing extreme hydrological events (hazards); (ii) modeling river behavior through the computation of flow characteristics and bridge scour depths; and (iii) assessing bridge scour risk by associating its scour depth to foundation depth ratio with the priority factor (vulnerability) and assigning a qualitative evaluation of the scour risk rating (level of risk). The hydrological modeling incorporates uncertainty with an averaging approach in the design floods definition. The flow characteristics are simulated with the HEC-RAS model, which also contains a scour module for bridge scour assessment. However, other empirical estimates are considered for simple and pile-supported foundations. This study ends with a qualitative assessment of how the scouring phenomenon affects bridge vulnerability and its safety. The proposed risk-based methodology - validated through a case study, the new Hintze Ribeiro bridge in Portugal - can be potentially incorporated into regular bridge inspection schedules as a useful tool for risk management measures, assisting in catastrophic events

Extremal dependence or independence may occur among the components of univariate orbivariate random vectors. Assessing which asymptotic regime occurs and also its extent are crucialtasks when such vectors are used as statistical models for risk assessment in the field of Climatologyunder climate change conditions. Motivated by the poor resolution of current global climate modelsin North Atlantic Small Islands, the extremal dependence between a North Atlantic Oscillation index(NAOI) and rainfall was considered at multi-year dominance of negative and positive NAOI, i.e.,

In recent years, interest has increased in new renewable energy solutions for climate change mitigation and increasing the efficiency and sustainability of water systems. Hydropower still has the biggest share due to its compatibility, reliability and flexibility. This study presents one such technology recently examined at Instituto Superior Técnico based on a transient-flow induced compressed air energy storage (TI-CAES) system, which takes advantage of a compressed air vessel (CAV). The CAV can produce extra required pressure head, by compressing air, to be used for either hydropower generation using a water turbine in a gravity system or to be exploited in a pumping system. The results show a controlled behaviour of the system in storing the pressure surge as compressed air inside a vessel. Considerable power values are achieved as well, while the input work is practically neglected. Higher power values are attained for bigger air volumes. The TI-CAES offers an efficient and flexible solution that can be exploited in exiting water systems without putting the system at risk. The induced transients in the compressed air allow a constant outflow discharge characteristic, making the energy storage available in the CAV to be used as a pump storage hydropower solution.

The presence of vegetation on the floodplains of compound channels affects thestructure of mean flow, increases flow resistance and turbulence intensity, andimpacts sediment transport. In prismatic compound channels, the shear stress at theinterface between the flows in the main channel and lateral floodplains has a stronginfluence in the cross sectional velocity distribution and thus conveyance of thechannel. Due to mass transfer between subsections, these effects are enhanced innon-prismatic channels. In the present study, the three-dimensional turbulent flowstructure in a vegetated non-prismatic convergent compound channel is experimentallyinvestigated. The main purpose is to clarify the explicit influence of the combinationof two factors (floodplain vegetation and convergent floodplains) on mean flowand large-scale turbulence. The experiments were conducted for relative depths(i.e., the ratio between floodplain and main channel flow depths) equal to 0.21 and0.31 and floodplain convergence angles equal to 7.25 and 11.3 . The resultsobtained in straight compound channel with vegetated floodplains were used as areference. The analysis of the Acoustic Doppler Velocimeter measurements showsthat due to convergent floodplains, a transverse current is directed from the floodplainsto the main channel from both sides, generating two helical secondary currents.Investigations of the vegetation influence on Reynolds stresses shows thatthere is a significant vertical and lateral spreading of the shear region towards themain channel side slope. As the convergence angle increases, the floodplain flow proportiondecreases. In this case, the presence of vegetation in the floodplain leads to asuppression of the momentum exchange between main channel and floodplainscausing the discharge distribution between sub-sections to be significantly differentfrom what would be without floodplain vegetation.

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O Relatório intitulado "Análise e Parecer Sobre a Situação Ambiental nas Áreas de Captação dos Furos deAbastecimento do Concelho de Praia da Vitória

Under uniform flow conditions, compound channel flows are characterised by an horizontalmixing layer developing at the junction between the flows in the main channel (deeper and faster) andin the floodplain (shallower and slower), e.g. Shiono & Knight (1991). Maintaining the total dischargecorresponding to the uniform flow and imposing a disequilibrium in the upstream discharge distributiongenerates a non-uniform flow where lateral mass exchange occurs between channels along the flume.Two cases are distinguished: an excess and a deficit in the inlet floodplain discharge. The over- andunder-feeding of the floodplain reduces and increases, respectively, the difference in velocity betweenboth channels at the inlet, compared to uniform flow conditions. This paper investigates the effect ofthe magnitude of the upstream disequilibrium on the turbulent shear layer. The influence of lateralmass exchange on three-dimensional velocity field and on Reynolds stresses is assessed.

A influência da oscilação da maré na piezometria e nas características de qualidade das águas subterrâneas emzonas costeiras é um fenómeno conhecido. A recente possibilidade de utilização de sondas automáticas de mediçãoveio possibilitar uma análise mais detalhada destes processos bem como a monitorização a diferentes profundidadespermitindo uma visualização mais refinada, e a três dimensões, deste fenómeno.Esta comunicação apresenta os resultados obtidos num estudo mais vasto, realizado no Vale de Alcântara, ondesão visíveis os efeitos quer nas oscilações dos níveis piezométricos, que acompanham o ciclo de marés, emboraligeiramente desfasadas, quer nas variações de condutividade eléctrica (CE) ao longo do tempo e em profundidade.Os resultados obtidos foram apresentados em Leitão et al. (2009).

This poster shows the partial results of research on local scour around complex piers. Results include the complex pier configuration (geometry and relative location with respect to bed), the methodology used to calculate the contribution of each complex pier component on scour depth, the scour hole evolution and the maximum scour depth evolution.

In artificial and natural reservoirs, turbidity currents can be an important mechanism fortransporting fine sediments to the deepest area of the reservoir, where they settle. A solidobstacle can be placed at the bottom of the reservoir to partially block or divert the turbiditycurrent flow preventing the deposition of sediments near intakes and other structures. A seriesof experiments were undertaken to investigate the influence of obstacles on turbidity currentsflow dynamics, in particular, in the currents vertical velocity profiles and front velocity. Twoseries of laboratory tests with different obstacle heights were carried out in a channel 16.45 mlong and 0.30 m wide with variable bottom slopes. To generate the turbidity currents amixture of water and silica flour was used, considering different initial values of suspendedsediments concentration. The results showed a reduction of the front velocity with theincreasing obstacle height while the characteristic ratios of the velocity profiles remainedconstants.

Compound channels are a common configuration of rivers. During extreme events offloods, the momentum transfer due to the difference of the velocities between the mainchannel and the floodplains flows generates a complex 3D flow. Accurate estimation ofchannel capacity remains a difficult issue.Although several studies have being carried out in the past, a new experimental studyaims revisiting some of the previous experiments in a facility with separated upstream watersupply.The experimental facility consists in a 10 m long, 0.4 m wide and 0.1 m high mainchannel in the centre of two symmetrical 0.7 wide floodplains. The transition between thesubsections is made by banks with 45º slope. The slope of the flume bottom is 0.0011 m/m.The original bottom is hydraulically smooth boundary made of polished concrete. Half of theexperiments were done with the floodplains covered by artificial grass (rough boundary).Besides other measurement instruments, a Vectrino ADV allowed the measurement ofstreamwise and spanwise velocity components, turbulence intensities and Reynolds shearstresses.In order to avoid the mass transfer in the beginning of the channel, the upstream watersupply is separated between main channel and floodplains taking into accountrecommendations presented in recent literature.Four different flow conditions were tested, corresponding to uniform flows for relativedepths (ratio of the water depths in the floodplain and in the main channel) approximatelyequal to 0.15 and 0.3, for smooth and rough floodplains.The influence of the relative depth and the floodplain roughness is evaluated and some ofthe flow characteristics are presented. It includes the lateral distributions of streamwisevelocity and Reynolds stresses.Finally, the accuracy of the total cross-section discharge obtained by several 1D methodsis assessed. These methods were the Divided Channel Method, the Coherence Method, theIntegrating Divided Channel Method, the Weighting Divided Channel Method and theExchange Discharge Method.

Os fogos florestais aumentam o risco da degradação física, química e biológica dos solos e a poluição dosrecursos hídricos de jusante.Os fogos têm como consequência directa a redução, ou mesmo o desaparecimento, da biomassa florestal cujosefeitos se fazem sentir na diminuição da capacidade de retenção de água pelos solos e da infiltração, expondoosà erosão e provocando o arrastamento de matéria fina, nomeadamente das próprias cinzas do fogo, para aslinhas de água mais próximas e/ou a sua infiltração no solo.Além dos processos físicos de erosão, os fogos florestais induzem também importantes alterações na qualidadedos solos e das águas, através da produção das cinzas, sendo um dos principais processos associados o efeitoda queima no ciclo dos nutrientes. A quantidade de cinzas depositadas depende do peso e da distribuiçãoespacial da vegetação queimada, do seu grau de combustão e do subsequente transporte de resíduos. Aprodução de cinzas e as alterações verificadas nos solos após um incêndio são reflectidas na qualidade dasmassas de água de jusante, superficiais e subterrâneas, após eventos de precipitação.Apresenta-se uma síntese de alguns dos resultados do projecto POCTI/AGR/59180/2004

The chapter addresses groundwater artificial recharge solutions for integrated management of watersheds andaquifer systems under extreme drought scenarios. Based on a lecture presented by Dr. JP Lobo Ferreira atUNESCO

WFD states "MS shall implement the measures necessary to prevent or limit the input of pollutants intogroundwater and prevent the deterioration of all bodies of groundwater status". This will only be possible if moresustainable and integrated water management procedures are taken at basin scale, where the land cover - landuse options consider downgradient water quality.This project gathers and integrates knowledge of the processes that interfere in the migration of pollutantsoriginated by soil fertilisation, for different media (soil, vadose, and groundwater), encouraging future use ofmore sustainable agriculture practices, helping a better prevention and control of diffuse pollution, at basin scale.The results of two years monitoring are presented, for several cultures and soils, at Ferreira do Alentejo,Portugal. The data gathered were modelled in a prospective way aiming to evaluate the effect that different landcover scenarios would have in the regional groundwater quality by 2015

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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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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.

In Europe, numerous urban sites exist where top layers of soil are enriched in potentially toxic elements. The land uses in urban environment are a matter of concern for human health and food security in cities, also in the context of the growing trend in Europe and elsewhere for using urban soil to grow food [1][2]. Nonetheless, the risk to the subsoil and groundwater may be minimal, depending on the nature and chemistry of the constituents released, as well as on the local conditions [e.g. climate, soil type, chemical conditions (pH, EC, redox and dissolved organic matter), and hydrogeology (permeability, dispersion, preferential flow paths)] [3][4][5]. The evaluation of the variability and mobility of potentially toxic element from contaminated materials and soil into water is essential. Judgment based on dynamic leaching experiments can be a valuable tool to assess long-term impact from contaminated sites. Long-term risk assessment therefore relies on dynamic leaching experiments rather than in assessing the maximum potential release capacity in equilibrium conditions, based on the total soil composition. In this study, the release of inorganic constituents from soils is assessed for different urban allotment soils from Scotland [4] and Portugal [6] using soil-column laboratory facility for tracer tests, for which the methodology is described in [7]. The release of inorganic constituents (metals) into waters provide the boundary conditions for the analysis of implications in human and environmental health, namely through plant uptake in urban allotments.

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Este relatório apresenta os trabalhos desenvolvidos para o estudo da viabilidade e sustentabilidade, quantitativa e qualitativa, de utilização das águas subterrâneas do campus do LNEC para o abastecimento de água aos modelos físicos do Pavilhão da Hidráulica Marítima e para a rega dos jardins do campus do LNEC.Procurou-se, igualmente, justificar os fenómenos de rebaixamento dos níveis de água nos poços do LNEC, de forma a propor técnicas e volumes de extração mais adequados às formações hidrogeológicas existentes no subsolo do LNEC.Os resultados obtidos permitem concluir que existem águas subterrâneas em quantidade suficiente para abastecer os modelos físicos do Pavilhão da Hidráulica Marítima e para regar os jardins do campus do LNEC, num total de 12 m3/d + 50 m3/d, respetivamente, sem que prejudique a sustentabilidade do sistema hidrogeológico (considerando não haver alterações significativas a nível climatológico).Não obstante, o regime de exploração não poderá ser contínuo, sob risco de exaurir os recursos na zona envolvente da captação e de danificar o equipamento instalado. Assim, a extração deverá ser controlada de forma a não ultrapassar o valor de 62 m3/d mas, simultaneamente, com valores horários compatíveis com manter os níveis hidrodinâmicos 5 m acima da bomba.A elevada dureza deste tipo de águas constitui uma limitação ao seu uso direto nos modelos físicos do Pavilhão de Hidráulica Marítima, atendendo à possível deposição de sais nas sondas resistivas, elétrodos e outros instrumentos de medição habitualmente utilizados. Assim, e para este fim, deverá ser feita a sua mistura com água da EPAL numa proporção de 1:3 até 1:7.

Os grandes desafios da gestão integrada e sustentável das águas subterrâneas para o século XXIassentam na efectiva aplicação de medidas articuladas entre os diversos sectores implicados, quecontribuam para proteger, melhorar e reabilitar a qualidade das massas de águas subterrâneas dasprincipais origens de contaminação e de deterioração a que estão, ou possam vir a estar, sujeitas.As principais linhas de força dessas medidas devem assegurar a redução global da poluição e/ou amanutenção da qualidade das águas, tendo em vista alcançar um Bom estado das águassubterrâneas (químico e quantitativo).Neste artigo apresentam-se alguns dos desafios principais com que Portugal se defronta tendosido seleccionadas três linhas de pressões principais: actividades potencialmente poluidoras (agricultura, golfe, estradas, aeroportos,lixeiras); pressões causadas por catástrofes

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