Project description

O problema: A sobre-exploração de Águas Subterrâneas (AS) tornar-se uma condicionante à presença humana em áreas costeiras. Ao longo dos últimos 40 anos tem sido verificada uma tendência de aquecimento crescente e a ocorrência mais frequente de eventos extremos, que afectam os balanços hidrológicos e, consequentemente, têm impactes na biodiversidade. É
expectável que as AS sejam cada vez mais utilizadas nestas áreas como uma resposta à intensificação das secas, representando uma ameaça à sustentabilidade dos ecossistemas dependentes de águas subterrâneas (EDAS) e aos seus usos. A Directiva Quadro da Água (DQA) estabeleceu princípios de uso sustentável da água, requer a avaliação da vulnerabilidade dos ecossistemas costeiros e a caracterização do seu estado ecológico, salientando ainda que a qualidade ecológica de alguns ecossistemas aquáticos superficiais poderá estar dependente do estado das águas subterrâneas. A avaliação do estado ecológico em lagoas costeiras dependentes de águas subterrâneas é particularmente complexa, pois as mesmas estão sujeitas às interacções AS-água doce superficial-água salgada. Melhorar o conhecimento sobre estas interfaces biogeoquímicas permitirá perceber as funções ecológicas suportadas por estes ecótonos.

Principais questões: Esta proposta aborda um problema que afecta as zonas costeiras a nível global. O principal objectivo do projecto é avaliar as respostas ecológicas face a uma redução da recarga do aquífero e a um aumento da extracção de água, num cenário de alterações climáticas em EDAS. Com o resultado desta avaliação pretende-se ainda quantificar o caudal ecológico
mínimo nos sistemas ribeirinhos, que garanta a sustentabilidade ecológica dos mesmos e de lagoas associadas. Serão ainda abordadas as seguintes questões: O balanço de água do aquífero (recarga/usos) afecta o balanço de água nas lagoas? Será a biodiversidade deste pequenos sistemas ribeirinhos e das zonas de descarga nas lagoas afectada pelos diferentes níveis de
dependência das ribeiras relativamente à AS? Ocorrerão as alterações à biodiversidade nas interfaces AS-ribeiras-lagoa à mesma escala temporal e espacial que nas ribeiras e nas lagoas?
Aspectos metodológicos: A proposta utiliza uma abordagem inovadora e multidisciplinar para determinar caudais ecológicos em ribeiras que dependem de AS, com recurso a cenários para testar os efeitos de escassez e usos de água na biodiversidade de EDAS. Duas lagoas da costa sudoeste de Portugal, Melides e Santo André, foram escolhidas como casos de estudo, dado que
ambas recebem AS através de sistemas ribeirinhos de pequena dimensão, dependentes do sistema aquífero superficial de Sines. Recebem ainda água salgada superficial durante um período curto de abertura ao mar. Este projecto irá integrar dados históricos de descritores biológicos (macroinvertebrados e peixes) e físico-químicos, referentes às últimas 4 décadas, que serão comparados com os dados recolhidos no âmbito do projecto. A recolha de dados focar-se-á nos ecótonos AS-ribeira-lagoa, uma vez que é expectável que estas zonas de interface sejam indicadoras da interdependência entre os compartimentos. Serão usados modelos hidrológicos e ecológicos para testar cenários de disponibilidade de água e produzir ferramentas preditivas que possam ser utilizadas na avaliação e na gestão de risco. Serão testados diferentes cenários relativos aos usos de água e à redução da precipitação relacionada com alterações climáticas. A necessidade de uma abordagem útil a gestão da água e dos recursos naturais levou ao envolvimento dos parceiros ARH- Alentejo e ICNB, com competências nestas áreas e que poderão facilitar a obtenção de dados relevantes e beneficiar dos resultados do projecto.

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Inovação: A proposta permitirá novos contributos a diversos níveis, nomeadamente (i) a avaliação do papel dos sistemas ribeirinhos dependentes das AS como dadores de biodiversidade para as lagoas costeiras, (ii) a definição de caudais ecológicos nos sistemas ribeirinhos dependentes de AS, (iii) o desenvolvimento de ferramentas matemáticas que permitam a sua quantificação e (iv) a avaliação do impacte de políticas alternativas de gestão da água. Uma vez que as lagoas estão fechadas à entrada de água salgada superficial durante grande parte do ano, e ligadas ao aquífero através de sistemas ribeirinhos de pequena dimensão, estes sistemas costeiros podem contribuir com nova informação comparativamente a outras zonas húmidas costeiras, como os estuários, uma vez que a maior parte da água doce entra através dos sistemas ribeirinhos e da precipitação
directa e sai por evaporação. Este facto tem implicações interessantes, uma vez que o input total de água doce para as lagoas pode ser estimado através da medição da salinidade nas lagoas. As principais diferenças entre os dois casos de estudo são a dimensão das bacias hidrográficas e o nível de dependência da AS, diferenças essas que são úteis para poder testar cenários alternativos de gestão.

Executive Summary

The problem: Groundwater (GW) exploitation may threat water resources in coastal areas. The European climate has become warmer and characterized by a higher frequency of extreme weather events in the last 40 years and the reversion of this trend is not expected in the near future. Extreme events affect water mass balances and consequently have impacts on biodiversity. Additionally, GW may be increasingly used in areas affected by the intensification of droughts, threatening the sustainability of Groundwater Dependent Ecosystems (GDEs) and ecosystem uses. The Water Framework Directive (WFD) established principles of sustainable water use and one of the main concerns is the need to consider the vulnerability of coastal aquatic ecosystems and to characterize their ecological status. Moreover, the WFD emphasizes that the ecological quality of aquatic surface ecosystems might be dependent on groundwater. In GW dependent coastal lagoons the assessment of ecological status is even more complex because of GW-surface freshwater-saltwater interactions. However, this complexity represents an opportunity to improve knowledge on biogeochemical interfaces and understand the ecological functions supported by these ecotones.

Main questions: This proposal addresses a key problem affecting coastal areas, therefore having a global implementation. Our major purpose is to assess the ecological responses to a reduction in the aquifer recharge and an increase of water abstraction promoted by climate change in coastal GDEs. As a result of this assessment, we also want to quantify the minimal ecological yield in the stream systems that can assure the ecological sustainability both in the streams and in the lagoon. Several questions were defined: Does the water balance in the aquifer (recharge/extraction rates) affect the water balance in lagoons?; Is the biodiversity  in the short stream systems and stream discharge zones affected by different level of dependence of streams on GW?; Is biodiversity changing in interfaces (GW-stream-lagoon) in the same spatial and temporal scales as in the streams and the lagoon? Methodological aspects: The proposal uses a newly and multidisciplinary approach to estimate ecological yields in streams that depend directly from GW, under different test scenarios for the effects of water uses and scarcity on GDEs. Two groundwaterdependent coastal lagoons, Melides and Santo-André, located in the southwest coast of Portugal will be used as case-studies, because they depend on small stream networks connected with the top detritic layer of Sines aquifer system. Both lagoons are opened to the sea every year for a short period, during which sea water mixes with brackish water inside the lagoon. The project will incorporate historical data on biologic (macroinvertebrates and fish) and physical-chemical parameters, collected along the last
four decades, and will relate it with data collected during the project. Data collections will focus on GW-stream-lagoon ecotones, which are expected to reflect the interdependency between those compartments. Both hydrologic and ecologic modelling will be used to test water availability scenarios and also to produce forecast tools useful in ecological risk assessment and  management.
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Different scenarios will be tested regarding water uses and reduction of precipitation due to climate change. Two regional regulating agencies are included from the beginning to help aiming the results towards the actual needs of the entities responsible for the management of water and nature resources (ARH-Alentejo and ICNB, respectively). Innovation: New contributions of this proposal are (i) the understanding of the role of GW dependent streams as biodiversity donor areas for coastal lagoons, (ii) the definition of ecological yields in stream systems that depend almost exclusively on GW, (iii) the development of mathematical tools to help in its quantification and on (iv) the study of the impacts of alternative water allocation policies. As the lagoons are isolated from direct contact with seawater during most of the year and linked to an aquifer through short stream systems, the case studies contribute with new information in comparison with other coastal wetlands such as estuarine areas since freshwater enters mainly through the stream system and direct precipitation, and leaves by evaporation. This has an interesting implication: total freshwater input into the lagoons can be estimated simply by measuring water salinity inside the lagoons. The main differences between the case studies are the size of watersheds and GW dependence level, differences that are useful to test alternative water management scenarios.