Artificial recharge of phreatic aquifers via surface

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Artificial recharge of phreatic aquifers via surface infiltration within the framework of the WARBO Project
Autores: D. Nieto, A. Affatato, R. Romeo, R. Belletti, F. Fanzutti, A. Barbagallo, L. Baradello, F. Accaino, T. Carvalho, A. Gütz, J. Martins Carvalho, M. Rosário Carvalho, P. Teatini, N. Castelletto, G. Gambolati, C. Vaccaro, S. Pepi, A. di Roma, G. Martelli, C. Granati, G. Paiero, G. Mattassi, M. Piccolo
Apresentação: Tiago Carvalho Monte da Caparica, 08/03/13
Recarga artifical
Dois métodos fundamentais:
•Infiltração
•Injecção
Fonte: Topper et al., 2004
Monte da Caparica, 08/03/13
9º Seminário sobre águas subterrâneas
2
Recarga Artificial no Mundo
Em grande desenvolvimento desde os anos 70 (Fetter, 2001)
Habitualmente em aquíferos sedimentares
Sistemas em aquíferos de rochas compactas e fissuradas: • Windwoek ‐ Namibia • Caldas Novas ‐ Brasil • Karkans ‐ África do Sul •Estados Unidos: Mais de 70 sistemas ASR (aquifer storage and recovery) com mais 100 em fase de projecto/construcção (Pyne, 2005)
•Israel: 80 x 106 m3 são recarregados artificialmente por mais de 100 estações (Pyne, 2005)
•Europa: • Projecto GABARDINE – Projecto de recarga artificial piloto, financiado pela EU em 5 países (Lobo Ferreira et al., 2006)
• Suiça: 60% do abastecimento da cidade de Basileia é feito por recarga artificial (bacias de infiltração) (Rüetschi, 2006)
3
O Projecto WARBO (2012 ‐2014)
WARBO ‐ WAter Re‐BOrn
Artificial Recharge: Tecnologias Inovadoras para a Gestão Sustentável de Recursos Hídricos
financiado em 2011 pela União Europeia (no âmbito do programma LIFE+) http://www.warbo‐life.eu/
Objectivos principais:
•Aplicação práctica de estruturas de recarga artificial
•Estimativas de volumes de água e de tempos de operação necessários para estabilizar ou recuperar o nível piezométrico no aquífero e melhorar a qualidade da água até aos standarts definidos
•Avaliação da eficácia da recarga artificial
•Desenvolver o conhecimento científico sobre a utilização de diferentes disciplinas no estudo e gestão de sistemas de recargas artificial.
•Desenvolvimento de modelos de gestão da recarga artificial
4
O Projecto WARBO
Geoquímica
Geofísica
Geologia
Modelação Matemática
Hidrogeologia
Ambiente
5
Impactos Regionais
Impact
Signal
Importance
Observations
Mitigation
Groundwater Quantity
Positive
Depends
Only possible negative consequense is the rotting of deep root in shallow unconfined aquifers
Not required
Water extraction cost
Positive
Depends
‐‐‐
Not required
Groundwater quality
Depends
Depends
Water treatment cost
Depends
Depends
‐‐‐
Pre‐treatment
Sea water barrier
Positive
Depends
‐‐‐
Not required
Subsidence mitigation
Positive
Low to Medium
Summer stream flow
Positive
Depends
Depends on water source and aquifer quality. Chemical reaction that can take place between two different water types can lead to the precipitation or dissulotion of certain minerals.
Effective in preventing subsidence. Has a minor effect in «reversing» subsidence
‐‐‐
Water treatment plants
Not required
Not required
6
Impactos locais/problemas operacionais
Impact
Signal
Importance
Observations
Mitigation
Algae and microorganism growth
Negative
Depends
Generally algal blooms are related with pollutant loads, particularly nitrates and phosphorus. Can be responsible for pests such as mosquitos and midges. Operational Issue
Herbicides
Natural predators
Pre‐Water treatment
Infiltration managment
Clogging
Negative
From low to high
The most reported problem in artifical recharged. Operational issue
Scrubbing the infiltration top layer or by applying a sand filter (Basins) Backwashing (Wells).
Plagues
Negative
Depends
‐‐‐
Creation of wetlands
Generally positive
Depends
Wetlands have a positive efect for the ecossystem balance, by creating new habitats and enhancing local biodiversity. Possible creation of new leisure areas.
Evaporation losses
Negative
Low
‐‐‐
Herbicides
Natural predators
‐‐‐
Can be reduced with vegetation shadow
7
Drivers
DPSIR
Responses
•Population
•Human groundwater use
•Industry groundwater use
•Agriculture groundwater use
•Irrigation techniques
•Soil impermeabilization
•Compensation measure costs
•Treating Water facilities
•Training and education programs
•Cooperation systems
Artificial recharges •Artificial recharged water
water
Impacts
Spring
s
Pressures
•Groundwater extraction
•Fertilizer/ pesticides/ herbicides
•Sea level
•Infiltration ratio
•Water storage capacity
Groundwater stress
Floods
Droughts
Eutrophication
Cost of water extraction, treatment and storage
Ecosystem health
Fresh water shortages
State
Retention period of water
•Retention period of water
•Groundwater quality
Groundwater quality
•Groundwater level
Groundwater level
Property damage
Land subsidence
Productivit
y damage
8
9
A Região de Fruili‐Venezia‐Giulia
•
•
•
Zona de Montanha (Alpes/Dolomitas)
Planície Alta (Alta pianura fruiliana)
Planície Baixa (Bassa pianura fruiliana)
Fonte: ARPA FVG (2011)
10
Transição entre Alta e Bassa Pianura:
•Presença de materiais cada vez mais finos, com menor porosidade e condutividade hidráulica
•Linha de nascentes Este‐oeste (Linea della risorgive) ‐> Consequência do constrangimento ao fluxo subterrâneo
Fonte: ARPA FVG (2011)
11
Lisboa, 08/03/13
12
Lisboa, 08/03/13
13
Problemas ambientais:
•Utilização intensiva de água
•Falta de controlo sobre os furos domésticos
•Abaixamento dos níveis piezométricos
•Aumento dos teores de nitratos e agroquímicos •Diminuição do caudal nas nascentes
14
Mereto di Tomba
•
•
•
•
•
•
•
Alta pianura: Areão/Conglomerado
NHE: entre os 60 e os 40 metros
Permeabilidade na zona não saturada: 1,5 x 10‐4 m/s
Condutividade hidráulica do aquífero desconhecida
Estruturas de recarga artificial construídas à cerca de 10 anos, nunca utilizadas por motivos legislativos Taxa de infiltração estimada com a equação de Green‐Ampt: 118 l/s
Fonte de água: Superficial, proveniente de um canal do consórcio de irrigação
Objectivo: Testes de infiltração num aquífero muito permeável de água superficial, para mitigação do abaixamento do nível piezométrico. Monte da Caparica, 08/03/13
15
Mereto di Tomba
Área de Influência:
•Fórmula de Todd:
A = 118 ha
•Fórmula de Jacob‐Bears:
A = 6 ha
t = 180 dias
V = 1,9 hm³
16
Zona Industrial de Ponte Rosso
•
•
•
•
•
Bassa pianura – Aquífero multicamada
Consórcio industrial Extracção de águas subterrâneas de aquíferos artesianos
Estação de tratamento de águas comum: Efluente com excesso de zinco
Construção de um sistema de fitodepuração com 3 lagoas para melhorar a qualidade de água, tornando‐a adequada para a recarga
Objectivos: Definição de uma metodologia para o uso de um efluente industrial para a recarga do aquífero livre e de um modelo hidrogeológico conceptual
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A Região de Emilia Romagna
Copparo
Fonte: Regione Emilia‐Romagna, 2009
18
A Região de Emilia Romagna
Fonte: Regione Emilia‐Romagna, 2009
19
Copparo
•
Bacia de infiltração com 5,7 ha em aparente ligação com o aquífero semiconfinado
•
Profundidade máxima: 6 m
•
Água salobra (3000 µS/cm), provavelmente devido à evaporação
•
Aquífero semiconfinado (1000 µS/cm)
•
Fonte de água: Superfícial; Canal de irrigação (Canale Naviglio)
•
Condutividades hidráulicas desconhecidas
Objectivo: Ensaios de infiltração num aquífero semi‐confinado a partir de um canal de irrigação para melhorar a qualidade da água
20
Copparo
•
Vestigios do delta do Pó: Paleocanais identificados geomorfologicamente
•
Permeabilidade no paleocanal é
provavelmente superior
•
Profundidade: ?
•
Ligação hidráulica com a lagoa de infiltração?
21
Conclusão/Prespectivas
Duração: 2 anos e 6 meses
Objectivo: ensaiar a aplicação de metodologias multidisciplinares para a gestão efectiva da
recarga artificial
Disciplinas envolvidas: Geologia, Geofísica, Geoquímica, Hidrogeologia, Modelação matemática, Ambiente
Principais constrangimentos: Problemas legislativos
Resultados esperados: •Preparação, ensaios e avaliação de dois sistemas de recarga artificial em aquíferos sedimentares com problemas de quantidade e qualidade. •Desenvolvimento de uma metodologia de tratamento e de recarga de efluentes industriais
22
Bibliografia
ARPA FVG (2011) Risorse Idriche Sotterranee del FVG (sostenibilità dell’attuale utilizzo). Italy.
David, R., Pyne, G. (2005). Aquifer Storage Recovery ‐ A guide to Groundwater Recharge Through Wells. Second edition. ASR Systems LLC, Gainesville, Florida. Fetter, C.W. (2001). Applied Hydrogeology. 4th edition. Prentice‐Hall. Upper Saddle River, New Jersey, 598p.
Lobo Ferreira, J. P., et al. (2006). GABARDINE ‐ Inventory of alternative water sources for each Test site. National Laboratory for Civil Engineering (Laboratório nacional de engenharia civil).
Severi e Staffilani (2012) Geologia ed Idrogeologia della pianura Ferrarese. Apresentação Regione Emilia‐Romagna (2009), a cura di Alessandro Amorosi e Raffaele Pignone. La Pianura – geologia, suoli e ambienti in Emilia Romagna. Edizione Pendragon, pp 230.
Rüetschi, D. (2006) Das Basel System: Nachhaltige und ökologischeTrinkwassergewinnung.
Topper, R., Barkmann, P. E., Bird, D. A., Sares, M. A. (2004). Artificial Recharge of Groundwater in Colorado ‐ A Statewide Assessment. Environmental Geology 13. Colorado Geological Survey. Division of Minerals and Geology. Department of Natural Resources. Denver, Colorado.
23
24
25
Copparo
Fonte: Severi e Staffilani, 2012
Lisboa, 08/03/13
26
Fonte: Universidade de Udine
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