A carregar...
Publicação
Evaluating and interpreting post-fire water quality changes in portuguese reservoirs
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
| 2.94 MB | Adobe PDF |
Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
Wildfires in the Mediterranean, and especially in Portugal have been increasing in extent and frequency
over the last years. One of the many impacts of wildfires on humans and ecosystems is on the water
quality of surface waters. Ashes and increased erosion rates might elevate the influx of nutrients,
sediments, or other water quality-related components, possibly affecting water supply. In this work, time
series of eight water quality parameters (biological- and chemical oxygen demand, conductivity, total
phosphorous, nitrate, total suspended sediments, dissolved oxygen, and pH) were assessed via
changepoint analysis to identify events of post-fire water contamination in over 60 Portuguese
reservoirs. Further, possible fire-, watershed-, reservoir-, and climatic drivers were linked with the
occurrence of these contamination events through logistic regression using generalized additive models.
Results showed changes in all parameters after wildfires with varying frequency. Total phosphorous,
nitrate, and total suspended sediments increased in 9.6-13.6 % of all wildfires. Most changes fell into
the unusually large wildfire seasons of 2003-2005 and 2017, while the greatest impacts could be seen in
southern Portuguese reservoirs after 2005. Fire size was identified as the main driver of post-fire water
contamination, while reservoir and climate-related characteristics like water levels also played a major
role in some parameters. Increased levels of suspended sediments were identified as a potential threat
to water supply, especially when large fires coincide with drought-induced low reservoir water levels.
The identification of post-fire water contamination events and their drivers from large datasets may
support numerous case and modeling studies and inform water management about possible future
threats.
Os incêndios florestais no Mediterrâneo, e especialmente em Portugal, têm vindo a aumentar em extensão e frequência nos últimos anos. O abandono rural, as florestas não geridas e o aumento do risco de incêndio induzido pelas alterações climáticas conduzirão a um maior número e intensidade de incêndios florestais em Portugal no futuro. A recente onda de incêndios florestais de 2017 foi a maior das últimas décadas, provocando a morte a dezenas de pessoas e a destruição de milhares de metros quadrados, uma realidade que provavelmente se tornará mais frequente nas próximas décadas. Para além das alterações óbvias na paisagem e ecossistemas, um dos muitos impactos dos incêndios florestais nos seres humanos e no ambiente é a forma como afetam a qualidade das águas superficiais. A deposição de cinzas e o aumento da taxa de erosão do solo podem promover o influxo de nutrientes, sedimentos ou outros componentes para as águas de superfície, deteriorizando a qualidade da água e conduzindo à eutrofização dos albufeiras, o que pode provocar o florescimento de algas e o aumento da mortalidade dos peixes. Por outro lado, podem também afetar, durante longos períodos de tempo, o abastecimento de água devido ao aumento da turbidez das águas superficiais e dos níveis de carbono orgânico, uma vez que o reflorescimento da vegetação é frequentemente lento. Daí que a caracterização de eventos anteriores de contaminação provocados por incêndios florestais pode ajudar na avaliação dos riscos e na determinação das áreas ameaçadas. Neste trabalho, foram avaliadas as variações temporais de oito parâmetros de qualidade da água (carência biológica e química de oxigénio, condutividade, fósforo total, nitrato, sólidos suspensos totais, oxigénio dissolvido e pH) do Sistema Nacional de Informação de Recursos Hídricos ao longo de um período de mais de 20 anos com o objetivo de detectar eventos de contaminação da água após a ocorrência de um incêndio florestal. Foram examinados cerca de 120 eventos em mais de 60 albufeiras em todo o país. As variações temporais foram avaliadas através da análise de changepoints, de forma a detectar alterações significativas nos parâmetros que pudessem representar alterações na qualidade da água induzidas pelo fogo. Utilizaram-se três algoritmos diferentes no software R, uma vez que não havia um método único disponível que pudesse lidar com atributos de séries cronológicas (por exemplo, nãonormalidade, autocorrelação) sem que possivelmente introduzisse erros na análise. Após a deteção, a ocorrência dos eventos de contaminação foi modelada através de uma regressão logística usando Modelos Aditivos Generalizados. Dados sobre as características do fogo, bacia hidrográfica, reservatório e clima foram recolhidos e processados para explicar e prever os eventos de contaminação da água após o incêndio. Estes dados incluíram a dimensão e gravidade do fogo, a relação entre a área da bacia hidrográfica e o volume de albufeira, a conectividade dos sedimentos, o índice de aridez, os níveis dos albufeiras, o índice de precipitação normalizado e certas classes de uso do solo. Em mais de 40% dos eventos selecionados foram identificadas alterações pós-incêndio em pelo menos um dos oito parâmetros de qualidade da água considerados. A frequência das respostas variou consoante o parâmetro analisado, sendo que 5-22% dos eventos resultaram num changepoint após os incêndios florestais. A condutividade foi o parâmetro mais afectado, enquanto que o oxigénio dissolvido foi o que teve menos alterações. A maioria das alterações pós-incêndio foram encontradas após as épocas de incêndios de 2003-2005 e 2017, com as albufeiras no sul de Portugal a serem especialmente afectadas. A dimensão do incêndio, a conectividade dos sedimentos e os níveis dos reservatórios após os incêndios foram todos identificados como factores significativos, especialmente na modelação dos nutrientes (fósforo e nitrato total) e de sedimentos suspensos totais. Os modelos discriminaram melhor os changepoints de nenhuma reacção nesses parâmetros do que nos outros parâmetros dados os preditores testados com valores da área abaixo da curva de 0.8-0.9. Em geral, a dimensão do incêndio teve o maior efeito sobre a ocorrência ou não de um evento de contaminação pós-incêndio. Níveis elevados de sólidos suspensos foram identificados como ameaça potencial para o abastecimento de água, especialmente quando incêndios de grandes dimensões coincidem com baixos níveis de água disponível nas albufeira provocados pela seca. Após a seca de 2004/2005, os níveis de sedimentos suspensos totais nas bacias hidrográficas afectadas por incêndios ultrapassaram largamente os níveis limite, após os quais o abastecimento de água poderia ser afectado. No entanto, os possíveis impactos poderiam ser amenizados pela presença de estações de tratamento de água. De um modo geral, os eventos de contaminação da água pós-incêndio puderam ser identificados nas séries temporais disponíveis. Os modelos foram também, na sua maioria, capazes de distinguir entre mudança e nenhuma mudança, excepto para os parâmetros de oxigénio dissolvido, condutividade e pH. Estes parâmetros revelaram-se inadequados para identificação de alterações pós-incêndio, mas ainda assim valiosos na avaliação da gravidade das mesmas, quando os eventos de contaminação já estavam identificados. Os outros parâmetros mostraram melhor desempenho e poderá haver potencial para prever o impacto nos sedimentos suspensos através dos preditores utilizados. A identificação de eventos de contaminação de água pós-incêndio e dos seus promotores a partir de grandes conjuntos de dados pode suportar vários casos de estudo e fornecer as ferramentas necessárias ao setor de gestão da água para prevenir possíveis ameaças futuras. Com as previsões a ditar um aumento significativo de grandes incêndios, bem como da frequência e gravidade dos períodos de secas, o risco de contaminação da água após os incêndios poderá também aumentar nas próximas décadas. Outros trabalhos como este são necessários para confirmar ou questionar os resultados e generalizar os conhecimentos obtidos com esta tese de modo a facilitar a antecipação da dimensão dos impactos previstos em cenários futuros.
Os incêndios florestais no Mediterrâneo, e especialmente em Portugal, têm vindo a aumentar em extensão e frequência nos últimos anos. O abandono rural, as florestas não geridas e o aumento do risco de incêndio induzido pelas alterações climáticas conduzirão a um maior número e intensidade de incêndios florestais em Portugal no futuro. A recente onda de incêndios florestais de 2017 foi a maior das últimas décadas, provocando a morte a dezenas de pessoas e a destruição de milhares de metros quadrados, uma realidade que provavelmente se tornará mais frequente nas próximas décadas. Para além das alterações óbvias na paisagem e ecossistemas, um dos muitos impactos dos incêndios florestais nos seres humanos e no ambiente é a forma como afetam a qualidade das águas superficiais. A deposição de cinzas e o aumento da taxa de erosão do solo podem promover o influxo de nutrientes, sedimentos ou outros componentes para as águas de superfície, deteriorizando a qualidade da água e conduzindo à eutrofização dos albufeiras, o que pode provocar o florescimento de algas e o aumento da mortalidade dos peixes. Por outro lado, podem também afetar, durante longos períodos de tempo, o abastecimento de água devido ao aumento da turbidez das águas superficiais e dos níveis de carbono orgânico, uma vez que o reflorescimento da vegetação é frequentemente lento. Daí que a caracterização de eventos anteriores de contaminação provocados por incêndios florestais pode ajudar na avaliação dos riscos e na determinação das áreas ameaçadas. Neste trabalho, foram avaliadas as variações temporais de oito parâmetros de qualidade da água (carência biológica e química de oxigénio, condutividade, fósforo total, nitrato, sólidos suspensos totais, oxigénio dissolvido e pH) do Sistema Nacional de Informação de Recursos Hídricos ao longo de um período de mais de 20 anos com o objetivo de detectar eventos de contaminação da água após a ocorrência de um incêndio florestal. Foram examinados cerca de 120 eventos em mais de 60 albufeiras em todo o país. As variações temporais foram avaliadas através da análise de changepoints, de forma a detectar alterações significativas nos parâmetros que pudessem representar alterações na qualidade da água induzidas pelo fogo. Utilizaram-se três algoritmos diferentes no software R, uma vez que não havia um método único disponível que pudesse lidar com atributos de séries cronológicas (por exemplo, nãonormalidade, autocorrelação) sem que possivelmente introduzisse erros na análise. Após a deteção, a ocorrência dos eventos de contaminação foi modelada através de uma regressão logística usando Modelos Aditivos Generalizados. Dados sobre as características do fogo, bacia hidrográfica, reservatório e clima foram recolhidos e processados para explicar e prever os eventos de contaminação da água após o incêndio. Estes dados incluíram a dimensão e gravidade do fogo, a relação entre a área da bacia hidrográfica e o volume de albufeira, a conectividade dos sedimentos, o índice de aridez, os níveis dos albufeiras, o índice de precipitação normalizado e certas classes de uso do solo. Em mais de 40% dos eventos selecionados foram identificadas alterações pós-incêndio em pelo menos um dos oito parâmetros de qualidade da água considerados. A frequência das respostas variou consoante o parâmetro analisado, sendo que 5-22% dos eventos resultaram num changepoint após os incêndios florestais. A condutividade foi o parâmetro mais afectado, enquanto que o oxigénio dissolvido foi o que teve menos alterações. A maioria das alterações pós-incêndio foram encontradas após as épocas de incêndios de 2003-2005 e 2017, com as albufeiras no sul de Portugal a serem especialmente afectadas. A dimensão do incêndio, a conectividade dos sedimentos e os níveis dos reservatórios após os incêndios foram todos identificados como factores significativos, especialmente na modelação dos nutrientes (fósforo e nitrato total) e de sedimentos suspensos totais. Os modelos discriminaram melhor os changepoints de nenhuma reacção nesses parâmetros do que nos outros parâmetros dados os preditores testados com valores da área abaixo da curva de 0.8-0.9. Em geral, a dimensão do incêndio teve o maior efeito sobre a ocorrência ou não de um evento de contaminação pós-incêndio. Níveis elevados de sólidos suspensos foram identificados como ameaça potencial para o abastecimento de água, especialmente quando incêndios de grandes dimensões coincidem com baixos níveis de água disponível nas albufeira provocados pela seca. Após a seca de 2004/2005, os níveis de sedimentos suspensos totais nas bacias hidrográficas afectadas por incêndios ultrapassaram largamente os níveis limite, após os quais o abastecimento de água poderia ser afectado. No entanto, os possíveis impactos poderiam ser amenizados pela presença de estações de tratamento de água. De um modo geral, os eventos de contaminação da água pós-incêndio puderam ser identificados nas séries temporais disponíveis. Os modelos foram também, na sua maioria, capazes de distinguir entre mudança e nenhuma mudança, excepto para os parâmetros de oxigénio dissolvido, condutividade e pH. Estes parâmetros revelaram-se inadequados para identificação de alterações pós-incêndio, mas ainda assim valiosos na avaliação da gravidade das mesmas, quando os eventos de contaminação já estavam identificados. Os outros parâmetros mostraram melhor desempenho e poderá haver potencial para prever o impacto nos sedimentos suspensos através dos preditores utilizados. A identificação de eventos de contaminação de água pós-incêndio e dos seus promotores a partir de grandes conjuntos de dados pode suportar vários casos de estudo e fornecer as ferramentas necessárias ao setor de gestão da água para prevenir possíveis ameaças futuras. Com as previsões a ditar um aumento significativo de grandes incêndios, bem como da frequência e gravidade dos períodos de secas, o risco de contaminação da água após os incêndios poderá também aumentar nas próximas décadas. Outros trabalhos como este são necessários para confirmar ou questionar os resultados e generalizar os conhecimentos obtidos com esta tese de modo a facilitar a antecipação da dimensão dos impactos previstos em cenários futuros.
Descrição
Tese de Mestrado, Ecologia e Gestão Ambiental, 2022, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências
Palavras-chave
Incêndios Erosão pós-fogo Contaminação da água Análise de ponto de mudança Regressão logística Teses de mestrado - 2023