Avaliação integrada de recursos hídricos em áreas urbanas: aplicações para a sustentabilidade e o ordenamento territorial

Tese de Doutoramento em Geologia, apresentada ao Departamento de Ciências da Terra da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de CoimbraO ciclo urbano da água fornece uma base conceptual e unificadora para uma correta avaliação dos sistemas de água subterrânea e conduzindo à base dos estudos sobre a sustentabilidade dos recursos hídricos. O papel do clima, da geologia, da geomorfologia, da ocupação do solo, da hidrogeoquímica, da hidráulica e das atividades humanas é importante para uma avaliação integrada dos recursos hídricos em áreas urbanas. Além disso, a deteção remota fornece informações espaciais valiosas e atualizadas sobre o terreno e os recursos naturais. Recentemente surgiu um novo foco abordando questões sobre estudos de Sistemas de Informação Geográfica (SIG) integrados em sistemas de abastecimento de água urbanos, nomeadamente em cidades históricas. Os sistemas de águas subterrâneas urbanas sustentáveis são considerados cada vez mais significativos em questões de desenvolvimento global, como gestão, proteção, distribuição, segurança e serviços. O crescimento da população urbana em combinação com os padrões de uma vida de melhor qualidade leva ao aumento do uso e da procura de água. Embora as alterações climáticas e ambientais levantem várias questões relacionadas com a acessibilidade dos recursos hídricos urbanos, essa abordagem relativa a todas as características dos ecossistemas em meios urbanos requer necessariamente uma metodologia transdisciplinar, a qual engloba perspetivas socioeconómicas e culturais, soluções técnico-científicas baseadas numa conceção com a natureza e atentas às dinâmicas societais. Nos últimos anos, a pegada de água subterrânea é vista como um recurso natural finito, vulnerável, mas resiliente, a ser protegido de uma maneira ambientalmente sustentável. Para demonstrar esta abordagem e para provar a importância dos estudos de águas subterrâneas em ambiente urbano, foram selecionadas as áreas urbanas de Porto e Penafiel (NW Portugal). A área de estudo do Porto é uma região densamente urbanizada, enquanto que a área de estudo de Penafiel é uma região moderadamente urbanizada. Nas duas áreas, o substrato rochoso é dominado por rochas cristalinas, que constituem um meio fraturado anisotrópico e heterogéneo. O substrato rochoso da região do Porto é maioritariamente constituído por granitos, gnaisses e rochas metassedimentares, enquanto que o substrato rochoso de Penafiel é constituído principalmente por rochas graníticas e alguns filões de aplito e de aplito-pegmatito. Foram compilados diversos dados através de inventários de campo, nomeadamente hidrogeografia, hidrotoponímia, hidroclimatologia, hidrogeologia e focos potenciais de contaminação das águas subterrâneas. Além disso, foi apresentada uma cartografia hidrogeomorfológica em conjunto com a proposta de um Índice do Potencial de Infiltração Urbana (IPI-URBAN) para avaliar a recarga urbana. Toda a informação foi integrada numa base de dados (HYDRO-URBAN) e numa plataforma cartográfica SIG. Para atingir estes objetivos foram selecionados quatro sectores-chave na cidade do Porto: as históricas galerias de água de Paranhos e Salgueiros, as quais constituíram durante vários séculos duas das mais importantes fontes de abastecimento de água potável à cidade do Porto, e as bacias hidrográficas da Ribeira da Asprela, da Ribeira da Granja e da Ribeira de Massarelos. Além disso, em Penafiel foi selecionado um setor-chave no seio do perímetro histórico da cidade. Assim, recorreu‐se a uma abordagem multidisciplinar combinando várias metodologias e técnicas baseadas, principalmente, na hidrogeografia histórica, na geologia aplicada e na cartografia, na hidrogeomorfologia, na hidrogeologia, no potencial de infiltração, na vulnerabilidade à contaminação e nas geociências urbanas. Esta metodologia permitiu realizar uma verificação cruzada e uma análise de vários níveis de informação, nomeadamente hidrotoponímia, hidroclimatologia, hidrogeologia, geologia estrutural, geomorfologia e hidráulica urbana. Esta dissertação pretende desenvolver uma metodologia multidisciplinar adequada para áreas urbanas que possa ser incorporada num sistema de gestão hidrológica, para apoiar a tomada de decisão sobre a sustentabilidade dos recursos hídricos subterrâneos e planeamento urbano.The urban water cycle provides a conceptual and unifying basis for a reliable assessment of groundwater systems, which leads to the basis of the sustainable water resource studies. The role of climate, geology, geomorphology, land use and land cover, hydrogeochemistry, hydraulics and human activities is important for the integrated assessment of water resources in urban areas. Moreover, remote sensing provides valuable and up-to-date spatial information on ground and natural resources. Recently, a new emphasis has arisen, addressing questions on Geographical Information System (GIS) studies integrated onto urban water supply systems, mainly in historical cities. Sustainable urban groundwater systems are considered to be increasingly significant in global development issues such as management, protection, supply, security, and services. The growth of urban population combined with higher living standards lead to increased water use and demand. Although climate and environmental changes raise several issues related to the accessibility of water resources for urban areas, this approach relating to all characteristics of urban ecosystems necessarily requires a multi-disciplinary methodology, encompassing socio-economic and cultural perspectives, as well as technical-scientific solutions, all of them based on design with nature and paying attention to the dynamics of society. Though resilient, in recent years the groundwater blueprint is seen as a finite and vulnerable natural resource, in need of protection in an environmentally sustainable way. The Porto and Penafiel urban areas (NW Portugal) were selected to demonstrate this approach, and to prove the key importance of urban groundwater studies. The Porto study area is densely urbanized, while the study area of Penafiel is only moderately urbanized. On both areas the bedrock is dominated by crystalline rocks, which constitute an anisotropic and heterogeneous fractured medium. The bedrock of the Porto region is mostly constituted by granites, gneisses and metasedimentary rocks, while the bedrock of the Penafiel area is mainly formed by granitic rocks and some aplite and aplite-pegmatite veins. A great quantity of data has been compiled through field inventories, namely hydrogeography, hydrotoponymy, hydroclimatology, hydrogeology and groundwater potential contamination sources. Alongside, a hydrogeomorphological cartography was presented, together with the proposal of an urban infiltration potential index (IPI-URBAN) to accomplish urban recharge. All the information was combined into both a database (HYDRO-URBAN) and a GIS platform. To achieve these objectives four key-sectors were selected in Porto City: the historical Paranhos and Salgueiros water galleries, which constituted two of the most important water supplies of Porto City for several centuries, and the hydrographic basins of Ribeira da Asprela, Ribeira da Granja and Ribeira de Massarelos. Additionally, for Penafiel one key-sector inside the perimeter of the old City was chosen. Then, a multidisciplinary approach was applied combining several methodologies and techniques, mainly based on historical hydrogeography, applied geology and cartography, hydrogeomorphology, hydrogeology, infiltration potential, vulnerability to contamination and urban geosciences. This methodology enabled a cross-check and analysis of several levels of information, namely hydrotoponymy, hydroclimatology, hydrogeology, structural geology, geomorphology and urban hydraulics. This dissertation aims to develop a multidisciplinary methodology suitable for urban areas, which may be incorporated into a hydrological management system, in order to support decision making on the sustainability of groundwater resources and urban planning