Estudo dos processos de transporte de calor e de sal no canal do Espinheiro (ria de Aveiro)

Doutoramento em FísicaO principal objectivo deste trabalho consistiu no estudo da dinâmica termohalina do Canal do Espinheiro em função de dois forçamentos principais: maré e caudal fluvial, usando duas abordagens distintas: trabalho experimental e modelação numérica. A propagação da maré e o caudal fluvial do Rio Vouga são determinantes no estabelecimento da estrutura horizontal da salinidade ao longo do canal. A estrutura térmica horizontal ao longo do canal é, em grande parte, determinada pela variação sazonal da temperatura da água do Rio Vouga, bem como, pela variação sazonal das condições meteorológicas devido à reduzida profundidade. Foi observada a formação de fortes gradientes de salinidade (relacionados com a formação de frentes estuarinas) numa região a cerca de 7-8 km da embocadura do canal, observando-se a sua migração numa região de aproximadamente 1 km, dependendo do regime de maré. O balanço entre o transporte de sal de natureza advectiva e difusiva foi calculado, revelando que junto à embocadura os processos físicos que mais contribuem para o transporte de sal são a circulação residual e o aprisionamento da água em canais secundários. Junto à foz do Rio Vouga os termos devidos à descarga fluvial e à circulação gravitacional dominam o transporte de sal. Foi calibrado e validado um modelo numérico (Mohid, em modo 2D e 3D), sendo posteriormente utilizado para estudar a hidrologia do canal. Foi concedida particular atenção ao estudo da hidrologia em condições extremas de caudal fluvial e de maré. Os resultados da modelação numérica permitiram numa primeira fase avaliar o bom desempenho do Mohid na reprodução dos escoamentos barotrópicos na Ria de Aveiro, bem como na evolução temporal das propriedades termohalinas da água. Sob condições de caudal fluvial reduzido, a dinâmica do canal é essencialmente dominada pela maré. Com o aumento do caudal fluvial, a influência da água doce estende-se para jusante, estratificando a coluna de água. As simulações 3D do Canal do Espinheiro foram efectuadas para períodos marcadamente diferentes de caudal fluvial e de maré. O modelo reproduziu qualitativamente/quantitativamente as observações de alturas de água, velocidade e distribuições longitudinais de salinidade e temperatura sob um regime fraco a médio de caudal fluvial. Sob condições de caudal fluvial elevado, os resultados mostram que o modelo subestima a estratificação. Este estudo contribuiu para o aumento do conhecimento da dinâmica do Canal do Espinheiro, bem como para o desenvolvimento de um sistema numérico capaz de reproduzir e prever os processos de transporte de sal e calor.The main objective of this work was to study the Espinheiro channel’s thermohaline dynamics as a function of two major forcings: tides and river inflow using field experiments and numerical modelling simulations. The salinity distribution along the channel was found closely related to the incoming river flow and tidal propagation. The water temperature distribution is related to the freshwater temperature seasonal variation and, due to the shallowness of the study area, it is also related to the seasonal variation of meteorological conditions. The formation of strong salinity gradients (commonly related to estuarine fronts) has been found in a region between 7 and 8 km from the lagoon’s mouth. These gradients migrate within a region of about 1 km, depending on the tidal regime (spring or neap). The balance between the advective and diffusive salt transport was assessed. Near the channel’s mouth, the main contributions to the salt transport are due to the residual circulation (or freshwater discharge) and tidal correlation. Near the channel’s head, this last term is not as important as the gravitational circulation. The Mohid numerical model was calibrated and validated (both in 2D depth integrated and 3D modes), and then used to study the channel’s hydrography. The channel’s hydrography was studied under extreme conditions of tides and river inflow. The model results allow the evaluation of Mohid in reproducing the barotropic flows and the time evolution of salinity and water temperature within Ria de Aveiro. Under low river inflow regimes, the channel’s dynamics is tidally dominated. Under high river inflow, the freshwater from Vouga extends its influence downstream until the channel’s mouth, increasing the water column stratification. The three-dimensional simulations of the Espinheiro Channel were performed under markedly different tides and river runoff. Under low-to-medium river inflow, the model reproduces qualitatively/quantitatively sea level height, current velocity and longitudinal distributions of salinity and water temperature, underestimating salinity stratification when the river inflow is high. The residual circulation was calculated revealing an ebb-dominated channel. When the river inflow is high, the channel is nearly laterally homogeneous in terms of salinity and current residual velocity, presenting a two-layer structure with flood currents close to the bottom and ebb currents close to the surface. This study has contributed for the characterization and understanding of the dynamical behaviour of the Espinheiro Channel, as well as to develop a numerical system of 2D and 3D numerical models able to reproduce and predict transport processes there occurring

Water temperature variability analysis along the Espinheiro Channel

Mestrado em Meteorologia e Oceanografia FísicaO canal do Espinheiro é um dos quatro principais canais da Ria de Aveiro, fazendo a ligação entre o Rio Vouga e o Oceano Atlântico. Nesta zona é onde se dá a mistura entre a água salgada proveniente do oceano e a água doce de origem fluvial. Para fazer a monitorização da temperatura da água no Canal do Espinheiro foi utilizada uma nova tecnologia que consiste num cabo de fibra óptica longitudinal de 10 km de extensão, com 18 sensores de temperatura espaçados de 500 m, desde a embocadura até à foz do Rio Vouga. Resultados de um ano de monitorização da temperatura da água permitiram estudar a sua variabilidade espacial e temporal em função de dois forçamentos principais: maré e condições meteorológicas. A evolução temporal longitudinal da temperatura da água foi estudada, tendo sido aplicadas técnicas matemáticas, tais como: análise espectral, análise espectral cruzada e funções empíricas ortogonais (EOFs). A análise espectral mostra picos de maior energia que surgem nas frequências semi-diurnas e diurnas. Estas frequências podem estar relacionadas com a variação diurna da temperatura do ar e da maré, mostrando a importância das variáveis meteorológicas na modulação da temperatura da água em regiões pouco profundas. A análise espectral cruzada permitiu avaliar o desfasamento temporal entre a temperatura da água e do ar, que varia conforme a profundidade do local. Também permitiu observar que a maré tem uma grande influência na distribuição da temperatura da água, nomeadamente perto da embocadura da laguna. As EOFs mostram que a variabilidade da temperatura da água pode ser explicada maioritariamente pela primeira componente, que está relacionada com a variação anual da temperatura do ar. Os resultados mostram que os dois forçamentos principais (maré e condições meteorológicas) determinam a temperatura da água no interior do canal do Espinheiro. Verifica-se ainda que a distribuição da temperatura da água é influenciada também pela variação sazonal das condições meteorológicas e pelas variações de profundidade do canal, que apresenta zonas de reduzida profundidade. ABSTRACT: The Espinheiro channel is one of the four main branches of Ria de Aveiro, establishing the connection between the Vouga River and the Atlantic Ocean. This zone is where occurs the mixing between the salt water from the ocean and the freshwater from fluvial origin. In order to monitoring the water temperature in the Espinheiro channel a new technology was used, consisting on an optical-fibre longitudinal cable 10 km long with 18 temperature sensors separated by 500 m, from the mouth of the lagoon to the mouth of Vouga River. Results of a one year monitoring of water temperature permitted to study its spatial and temporal variability in terms of two major forcing: tides and meteorological conditions. The temporal evolution of the longitudinal water temperature was studied, and mathematical techniques, such as spectral analysis, cross-spectral analysis and Empirical Orthogonal Functions (EOFs) were applied to the data. The spectral analysis shows high energy peaks in both semidiurnal and diurnal frequencies. These frequencies may be related to the daily variation and tidal forcing, demonstrating the importance of the meteorological variables in the modulation of the water temperature in shallow areas. The cross-spectral analysis permitted to evaluate the time lag between the water and air temperature, which varies depending on the local depth. It also permitted to observe that the tide has a great influence on the water temperature distribution, particularly near the mouth of the lagoon. EOFs show that the variability of the water temperature can be explained by the first component, which is closely related to the annual variation of the air temperature. The results show the importance of the two major forcings (tides and meteorological conditions) that determine the water temperature within the Espinheiro channel. It can also be observed that the water temperature distribution is also influenced by the seasonal variation of meteorological conditions and by the channel’s depth variation, which presents very shallow areas

Otimização de um sistema operacional para previsão de eventos extremos de maré no estuário de Santos (Brasil)

Forecasting estuarine circulation is in high demand, especially in regions of high population density like Santos region. Present work intends to optimize the performance of the water level forecast for Santos Estuary, particularly, the physical forcing determining the residual tide. In extreme cases, predicted and observed water level can significantly differ, increasing significantly the predicting errors, which highlights the need to understand the factors that affect the residual tide to propose corrective measures. Furthermore, the extreme events have potentially hazardous consequences not only for navigation purposes, as also to the population that live nearby the channels. This dissertation analyzes the water level and significant wave height dataset covering the period of 2016 to 2017. Datasets comprehend 5 tide gauge stations in Santos channel and were obtained from the Pilotos da Barra and Praticagem. MOHID 2D hydrodynamic model (www.mohid.com) was used, implemented with a nested downscaling approach, being linked to AQUASAFE software that provides high-resolution forecast to give support to navigation in real-time. The model was validated for the period of 2016-2017, being minimum RMSE found of 12.5 cm and practically all stations present an excellent SKILL. The most recent astronomical global solution (FES2014) was implemented as oceanic boundary condition. Additionally, the meteorological boundary condition (CMEMS) was altered from daily to hourly data. It was also researched the possible influence of wave height on the forecast of water level (particularly the residual tide). Due to the great correlation found among these parameters, a linear regression method was developed to correct in post-processing stage the residual tide under specific wave height conditions. The appliance of distinct boundary conditions on forecasting models (meteorological and astronomical) decreased errors when compared to observations, evidencing the improvement of forecast capacity. On the other hand, the use of FES2014 shows improvements at the bay entrance, however, results get worst in the inner stations. This portrays the need of reliable bathymetric data due to increasing errors on the astronomical tidal components towards the end of the estuary. Residual tide errors remain practically constant along the estuary, however, they increase under extreme conditions. The results evidence that model modifications improve the accuracy in reproducing the water level evolution, comparing to the previous version, particularly under extreme eventsAtualmente, a previsão da circulação estuarina é um tópico de grande importância, especialmente em regiões com elevada densidade populacional, como é o caso da região de Santos. O presente trabalho pretende optimizar a qualidade da previsão do nível de água no estuário de Santos, particularmente os forçamentos físicos que determinam as marés residuais. Em casos extremos, os níveis de água observados e previstos podem diferir significativamente, aumentando os erros de previsão, revelando a importância da compreensão destes fenómenos, para proposta de medidas corretivas. Estes eventos têm consequências tanto para as atividades de navegação portuária, como para as populações que habitam nas zonas marginais ao estuário. A presente dissertação analisa dados observados do nível de água e altura significativa da onda, para o período de 2016 a 2017. Os dados utilizados foram registados em 5 estações e foram cedidos pelos Pilotos da Barra e Praticagem. Foi utilizado o modelo hidrodinâmico MOHID 2D (www.mohid.com), usando um método de "downscaling", conectado ao software AQUASAFE que fornece previsões de alta resolução para auxílio em tempo-real à navegação. O modelo foi validado para o período de 2016-2017, sendo que os valores mínimos RMSE foram de 12.5 cm e praticamente todas as estações apresentaram um SKILL excelente. Foi implementada a mais recente solução global astronómica (FES2014) como condição de fronteira oceânica. Adicionalmente, foi alterada a implementação da condição fronteira oceânica meteorológica (CMEMS) de dados diários para horários. Foi ainda estudada a possível influência da altura significativa da onda na previsão do nível de água (particularmente na maré residual). Devido à grande correlação encontrada entre ambos os parâmetros, foi desenvolvida uma metodologia de regressão linear para correção em pós-processamento da maré residual para determinadas condições de agitação marítima. A aplicação de diferentes condições fronteira nos modelos preditivos (meteorológico e astronómico) diminuíu os erros das previsões numéricas, o que claramente melhorou a capacidade preditiva dos modelos. No entanto, a aplicação da solução FES2014 apesar de reduzir os erros na embocadura do estuário, conduz ao seu aumento nas zonas interiores. Este resultado indica a necessidade da obtenção de novos dados batimétricos, considerando que os erros na componente astronómica de maré aumentam em direção à cabeceira do estuário. Os erros da maré residual mantêm-se praticamente inalteráveis ao longo das estações, sendo superiores em situações de tempestade. Os resultados evidenciam que as modificações do modelo melhoram a precisão na reprodução do nível de água, comparando com a versão anterior, particularmente no caso de ocorrência de eventos extremosMestrado em Ciências do Mar e da Atmosfer

Decomposição in situ de Phragmites australis: comunidades bacterianas

Mestrado em Biologia MarinhaA utilização de sacos de folhas submersos em estudos de decomposição é um método frequentemente utilizado para estudar ecossistemas de água doce. Usualmente recorre-se ao calculo da taxa de decomposição das folhas, ao padrão temporal das comunidades de macroinvertebrados e à colonização das comunidades microbianas, uma vez que durante a degradação das folhas ocorre uma sucessão de organismos, que reflecte um ajustamento das comunidades biológicas do ambiente envolvente. Neste trabalho pretende-se estudar as comunidades bacterianas que colonizam as folhas de Phragmites australis colocadas em sacos submersos num estuário e recolhidas após 3, 7, 15, 30 e 60 dias de submersão. O trabalho decorreu no canal de Mira, na Ria de Aveiro, onde foram definidas 3 áreas de amostragem (A, C e E). As comunidades bacterianas foram analisadas recorrendo a métodos moleculares, nomeadamente através da electroforese em gel com gradiente desnaturante (DGGE). Neste trabalho foi possível observar que as comunidades bacterianas colonizadoras das folhas são distintas em cada dia em todas as estações de amostragem, com excepção do 15º dia. Junto à embocadura do estuário (zona A) as comunidades bacterianas são idênticas apenas no 3º e 7º dia, apresentando diferenças significativas entre os restantes tempos de amostragem. Na região mediana do estuário (zona C) verifica-se que a comunidade bacteriana no 15º, 30º e 60º dias de amostragem não apresentam diferenças significativas, ao contrário do dia 3 e 7. No topo da região estuarina, em ambiente dulçaquicola (zona E), não foi possível analisar o 60º dia de amostragem, porém observa-se uma separação entre os dois primeiros dias de amostragem (3º e 7º) e os dois últimos (15º e 30º) nas comunidades bacterianas. Pela análise do número de ribotipos, verificou-se que apenas no 3º dia existem diferenças significativas entre as três zonas de amostragem e, no 60ºdia a zona C e E também são significativamente diferentes. Nos restantes dias o número de ribotipos é semelhante em todas as zonas. Foi ainda possível verificar que para a zona A e a zona E, não existem diferenças significativas no número de ribótipos ao longo do tempo, ao contrário do que acontece na zona C, onde ocorre um aumento gradual do número de ribotipos ao longo do tempo. ABSTRACT: The use of leaf-bags to study leaf litter decomposition is a method often used in freshwater ecosystems. Usually these studies use the rate of leaf decomposition, the temporal pattern of macroinvertebrate communities and colonization of microbial communities, because during the leaves breakdown a succession of organisms occurs, which reflects an adjustment of the biological communities in the surrounding environment. The aim of this work was to study the bacterial communities that colonize Phragmites australis leaves in the litter bags, in an estuary, after 3, 7, 15, 30 and 60 days of submersion. The work took place in Mira channel, in Ria de Aveiro, where 3 sampling sites were established along a salinity gradient. Bacterial communities were analyzed using molecular methods, namely by denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE). In this study it was observed that the bacterial communities that colonize the leaves submerged in Ria de Aveiro are different at all sampling sites on each day, except the 15th. At the mouth of the estuary (site A), the bacterial communities are identical in the 3rd and 7th day, showing significant differences between the remaining sampling times. In the middle estuary (site C) the bacterial community in the 15th, 30th and 60th day did not differ significantly, unlike at days 3 and 7. At the head of estuary, in freshwater (site E), it was not possible to analyze the day 60, but there was a separation in the bacterial communities between the first two days of sampling (3 and 7) and the last two (15 and 30). The analysis of the number of ribotypes, showed that there are significant differences between the three sampling areas only in the 3rd day. In day 60 sites C and E are significantly different. In the remaining days the number of ribotypes is similar in all sites. It was also possible to see that for sites A and E, there are no significant differences in the number of ribotypes over time, contrary to what happened in site C, where there was a gradual increase in the number of ribotypes over time

Manual de Cenários de Risco e Danos de Tsunami

O manual de cenários de tsunami é o resultado de um trabalho intenso realizado no âmbito do projecto europeu FP6 SCHEMA, co-financiado num período de 39 meses, de 2007 a 2010, num consórcio de 11 parceiros liderado pela Geosciences Consultants (Paris). O manual é um dos produtos do projecto, concebido para ilustrar os conceitos básicos e métodos criados e aplicados no projecto para a produção de cenários de tsunami, tendo em vista a disponibilização de ferramentas de avaliação de riscos de tsunami e danos potenciais. Um dos objectivos principais foi a elaboração de uma metodologia geral que pudesse ser facilmente adaptada às necessidades dos utilizadores finais, principalmente dos gestores públicos responsáveis pelo planeamento de estratégias de desenvolvimento e protecção costeiras, bem como das pessoas e organizações envolvidas na gestão de desastres e políticas de mitigação. Por estas razões, a metodologia do SCHEMA foi aplicada em cinco locais (Rabat, Marrocos; Setúbal, Portugal; Mandelieu, França; Catania, Itália; Balchik, Bulgária) com diferenças significativas entre si, tendo sido testada com o envolvimento activo dos utilizadores finais, assegurando a disponibilização de ferramentas úteis e práticas com flexibilidade suficiente para cobrir as necessidades locais. O manual define, em primeiro lugar, o significado de “cenário de risco de tsunami” e “cenário de danos devidos a tsunami”, bem como o conceito de “pior cenário credível”. Este último conceito é um ponto-chave do manual, uma vez que a escolha do consórcio SCHEMA consistiu na adopção da abordagem de pior cenário credível em detrimento de cenários elaborados por análise probabilística, por se crer não existirem conhecimentos e dados actuais suficientes para avaliar fielmente a probabilidade de retorno de tsunamis e consequentemente a criação de cenários probabilísticos correspondentes. A metodologia, descrita de forma sucinta no capítulo 3, consiste em três fases principais, por sua vez abrangendo outras sub-fases ou passos: 1 – Elaboração de um conjunto de cenários de risco de tsunami para cada local em estudo (também referido como zona-alvo), agregando-se num único cenário combinado; 2 – Análise da vulnerabilidade de elementos expostos, baseada em observações recolhidas em pesquisas de campo e na interpretação de imagens de satélite; 3 – Desenvolvimento de cenários de danos devidos a tsunami. A fase 1 é descrita em detalhe no capítulo 4, ao passo que as fases 2 e 3 são ilustradas no capítulo 5. Este manual tem como propósito realçar a abordagem SCHEMA aos cenários de tsunami e é deliberadamente pequeno e sintético. Todos os detalhes dos métodos e da sua aplicação podem ser obtidos nos vários e extensos documentos produzidos pelo consórcio no período de duração do projecto. Neste documento são apenas referidos os conceitos principais, ilustrados por exemplos recolhidos a partir do trabalho realizado pelos parceiros do consórcio. O capítulo final do manual aponta para o futuro, principalmente através do foco nos desafios futuros e a forma como a metodologia poderá ser melhorada para lidar com esses desafios. Neste contexto, o tema principal é o multi-risco ou, noutras palavras, a forma como os cenários podem ser criados para cobrir não apenas tsunamis mas também outros fenómenos de risco. O desafio está lançado, existindo actualmente o reconhecimento de que esta problemática é séria e antiga e que não há ainda certezas sobre a forma geral de lidar com o problema. Esperamos que sejam concretizados desenvolvimentos importantes nos próximos anos.JRC.DG.G.7-Traceability and vulnerability assessmen

Handbook on tsunami hazards and damage scenarios

The handbook is one of the products of the SCHEMA project (FP 6 Space priority) and has been conceived to illustrate the basic concepts and methods that have been elaborated and applied in the project to produce tsunami scenarios in view of providing tools to assess hazard and potential damage resulting from tsunamis. One of the main objectives was the elaboration of a general methodology that can be used in all possible cases and that can be adapted easily to the needs of the end users, i.e. chiefly the public administrators responsible for planning of the coastal zone development and protection strategies as well as people and organisations involved in disasters management and mitigation policies. It is for these reasons, that the SCHEMA methodology has been applied to five test sites (Rabat, Morocco; Setúbal, Portugal; Mandelieu, France; Catania, Italy; Balchik, Bulgaria) that differ very much from one another, so proving that it is suitable for a quite large variety of cases, and that it has been tested with the active involvement of the end users, so ensuring that it will provide practical and useful tools and it is flexible enough to cover local needs.JRC.DG.G.7-Traceability and vulnerability assessmen

Manuale per Scenari di Pericolosità e di Danno in Caso di Tsunami

Il manuale sugli scenari di maremoto è il risultato del lavoro svolto nell’ambito del progetto SCHEMA (finanziato dall’Unione Europea, in un periodo di 39 mesi dal 2007 al 2010) da un Consorzio di 11 partner, guidato da Geosciences Consultants. Il manuale è uno dei prodotti del progetto ed ha lo scopo di illustrare i concetti ed i metodi di base che sono stati elaborati ed applicati nel corso del progetto per produrre scenari utili per la stima della pericolosità e del danno derivante dall’impatto dei maremoti. Viene proposto un metodo generale che può essere facilmente adattato alle diverse necessità degli utilizzatori finali, che sono principalmente le pubbliche amministrazioni responsabili della pianificazione dello sviluppo delle zone costiere e dell’elaborazione delle strategie di protezione dai rischi naturali, così come le persone e le organizzazioni coinvolte nella gestione dei disastri e in politiche di mitigazione. La metodologia adottata nel progetto SCHEMA è stata applicata a cinque aree campione (Rabat, Marocco; Setúbal, Portogallo; Mandelieu, Francia; Catania, Italia; Balchik, Bulgaria) molto diverse l’una dall’altra, a riprova che essa è adattabile a una grande varietà di casi. Essa è stata testata con il coinvolgimento attivo degli utilizzatori finali, il che assicura che si tratta di uno strumento utile, pratico e sufficientemente flessibile da coprire le necessità delle singole località. Nella prima parte del manuale si definiscono i concetti di “Scenario di pericolosità” e di “Scenario di danno” in caso di maremoto, così come il concetto di “Peggior scenario credibile”. Quest’ultimo rappresenta il punto chiave del manuale, poiché il consorzio di SCHEMA ha scelto di adottare l’approccio del peggior scenario credibile piuttosto che quello basato su scenari risultanti da analisi probabilistiche. Il motivo della scelta è che si ritiene che non ci siano né conoscenze né dati a sufficienza per stimare la probabilità di tempi di ritorno dei maremoti, e quindi per ricavare i corrispondenti scenari. Il metodo è brevemente illustrato nel capitolo 3, nel quale si spiega che è costituito da tre fasi principali, ognuna delle quali suddivisibile in ulteriori sotto-fasi: 1) l’elaborazione di un certo numero di scenari di pericolosità per ogni area campione, che poi vengono combinati in un singolo scenario aggregato; 2) analisi di vulnerabilità degli elementi esposti al maremoto basata su osservazioni (derivanti da campagne di misura e da interpretazione di immagini satellitari); 3) sviluppo dello scenario di danno da maremoto. La fase 1 è descritta in moto dettagliato nel capitolo 4, mentre le fasi 2 e 3 sono illustrate nel successivo capitolo 5. Il manuale ha lo scopo di evidenziare i punti fondamentali della metodologia adottata nel progetto SCHEMA per gli scenari di maremoto, ed è perciò volutamente sintetico. Ogni dettaglio sui metodi e sulle loro applicazioni può essere trovato nei molti e dettagliati documenti (deliverables) prodotti dal consorzio durante tutto il progetto. Qui vengono illustrati solo i concetti fondamentali attraverso un numero di esempi presi dal lavoro svolto dai partner del consorzio. Il capitolo finale del manuale guarda al futuro, con enfasi sulle prossime sfide e su come la metodologia possa essere migliorata per affrontarle. In questo contesto l’argomento principale è la multi-pericolosità o, in altre parole, come gli scenari possano essere costruiti per considerare non solo i maremoti ma anche altri fenomeni pericolosi. La sfida rimane aperta nel senso che è ormai diffusa la consapevolezza i) che questo sia un serio problema e ii) che, allo stesso tempo, non ci siano metodi generali per affrontarlo.JRC.DG.G.7-Traceability and vulnerability assessmen

Estudo de modelação hidrodinâmica e biogeoquímica do estuário do Sado

Mestrado em Ciências do Mar e Zonas CosteirasThe Sado estuary is located in the surrounding area of an important Portuguese natural park (Arrábida Natural Park) near the city of Setúbal. The low freshwater discharge from Sado River, the mesotidal tide along the estuary and the strong currents observed turn the estuary a well‐mixed system, controlling the estuarine residence time, and therefore determining the patterns of conservative and nonconservative tracers. The salt dynamics inside this kind of system is very important, since salinity may be considered a natural tracer, allowing the comprehension of the dynamics of other conservative tracers. In such a system is also important to analyze the water quality determining the coliforms propagation from selected discharge stations and analyzing its relation with the estuarine hydrographic features. In this study, a two‐dimensional hydrodynamic model is implemented for the Sado estuary in order to study the horizontal patterns of salinity, as well as the propagation of fecal coliforms from sewage stations, both under different tidal and freshwater forcing conditions. The model used in this study is Mohid‐2D (www.mohid.com), a marine model that uses the shallow water approximation to study vertically homogeneous systems like the Sado estuary. The model domain includes the whole area of the estuary, using a realistic coastline and bottom topography The model results are explored in order to evaluate salinity differences between flood and ebb, spring and neap tide, and low (2m3s‐1), medium (50m3s‐1) and high (200m3s‐1) river inflow. Moreover, the propagation of fecal coliforms from sewage stations is also studied in light of different tidal and freshwater inflow conditions. Sea surface height and velocity model outputs are compared to in‐situ data, revealing the model skill in reproducing the tidal propagation along the Sado estuary. When the river inflow is weak (2m³/s), the hydrography of the estuary is clearly tidal dominated but when the river inflow is high (200m³/s), the horizontal patterns of salinity inside the estuary are determined by a balance between tide and river inflow effects. In this case is found a classic division of the estuary in three distinct regions: marine, mixing and freshwater. In this last region the estuary dynamics is mainly modulated by the freshwater discharge. Despite the significant estuarine dynamics, the concentration of fecal coliforms was found confined to small areas close to the discharge points. These organisms were found to affect only a restricted area near the sewage stations, with low concentrations found far the discharge points along the estuary.O estuário do Sado encontra‐se inserido no parque natural da Arrábida junto à cidade de Setúbal. A baixa descarga de água doce proveniente do rio Sado, a maré mesotidal ao longo do estuário e as fortes correntes que aqui se observam tornam o estuário um sistema bem misturado, controlando o tempo de residência e determinando assim os padrões de traçadores conservativos e não conservativos. A dinâmica salina no interior deste tipo de sistemas é muito importante, uma vez que a salinidade pode ser considerada um traçador natural, permitindo a compreensão da dinâmica de outros traçadores. Num sistema como este, é também importante analisar a qualidade da água, determinando a propagação de coliformes provenientes de estações de descargas seleccionadas e analisando a sua relação com as estruturas hidrográficas do estuário. Neste estudo, um modelo hidrodinâmico bidimensional é implementado para o estuário do Sado, com o objectivo de estudar os padrões horizontais de salinidade, bem como a propagação de coliformes fecais com origem em estações de esgoto locais. São avaliadas condições distintas de maré (maré‐viva, maré‐morta), diferentes fases da mesma (enchente e vazante) e descargas características do caudal fluvial (baixo (2m3s‐1), médio (50m3s‐1) e elevado (200m3s‐1)). O modelo usado neste estudo foi o MOHID‐2D (www.mohid.com), um modelo marinho que utiliza a aproximação de águas pouco profundas para estudar sistemas verticalmente homogéneos, como é o caso do estuário do Sado. O domínio do modelo abrange toda a área do estuário, usando a linha de costa e topografia de fundo realista. Os resultados do modelo são explorados de modo a avaliar as diferenças de salinidade entre enchente e vazante, maré‐viva e maré‐morta e baixo, médio e elevado caudal fluvial. Posteriormente foi ainda estudada a propagação de coliformes fecais nas condições anteriormente referidas. As previsões do modelo em termos de velocidade e nível de maré são comparadas com observações in situ, revelando a capacidade do modelo em reproduzir adequadamente a propagação de maré ao longo do estuário do Sado. Quando o caudal fluvial é fraco (2m3s‐1), a hidrografia do estuário é claramente dominada pela maré, quando este é elevado (200m3s‐1) os parâmetros horizontais de salinidade dentro do estuário são determinados por um balanço entre o efeito da maré e do caudal fluvial. Neste caso é perceptível a divisão do estuário em três regiões: marinha, de mistura e de água doce. Nesta última a dinâmica do estuário é principalmente modulada pela descarga de água doce proveniente do rio. Apesar da dinâmica estuarina, as concentrações de coliformes fecais mostraram estar confinadas a pequenas áreas junto às estações de descarga de esgoto, sendo detectadas concentrações bastante baixas em zonas mais afastadas dos pontos de descarga e ao longo do estuário

Ajustamento dos padrões salinos a mudanças climáticas na Ria de Aveiro

Mestrado em Ciências do Mar e Zonas CosteirasRia de Aveiro lagoon is a complex shallow water system located in the northern coast of Portugal. The interaction between tides and river flow, in particular the significant freshwater contribution from Vouga river for most of an average year, induces longitudinal salinity gradients, justifying Ria de Aveiro classification as a typically estuarine environment. The adjustment of saline patterns induced by climate change may have consequences in the ecological equilibrium of this environment. Saline intrusion due to SLR and river flow decrease may induct saline stress in the fertile lowlying lands of Baixo Vouga and saline intrusion in aquifers. In this context, this study intends to answer to the question: How do seasonal saline distribution patterns are expected to adjust to climate change in Ria de Aveiro lagoon? Only recently the scientific community began to explore this issue through numerical modeling studies applied to estuarine environments worldwide. The MOHID 2D numerical model was used to simulate reference and future scenarios. The numerical grid used was updated with 2012 data and includes low lying adjacent lands, so that marginal flooding could be simulated. The hydrodynamic and the salt and heat transport models were calibrated with the RMS errors and Skill values reflecting the good performance of the model in reproducing salt transport processes. As main contributors to water salinity patterns adjustment in an estuarine environment, mean sea level and river flow from main tributaries at wet and dry conditions were adopted as variables of this study. Thus, three Future scenarios for wet (A) and dry (B) conditions were defined: A1 and B1 to evaluate the isolated effect of local SLR projected; A2 and B2 considering the projected changes at daily average river flow of the main tributaries; and A3 and B3 combining SLR and river flow changes projected, therefore, the more realistic ones. Projections for the end of XXI century are based on A2 SRES scenario. It can be concluded that in wet season projected scenarios the increase in saline concentration is more significant than for the dry season ones, being that increase more significant in the lagoon upstream regions. However, in dry season future scenarios the saline intrusion tends to go further inland due to the negligible freshwater inflow projected. The results obtained, in particular: the salinity concentration increase and the salt inland intrusion; the upstream saline increase as consequence of river flow projected reduction; and the larger salinity increase in upper lagoon regions, are in accordance with the ones achieved in the majority of the studies related to SLR impact in estuaries salinity, found in literature. This study could be expanded to other estuarine environments and other variables with influence in ecology of these environments.A Ria de Aveiro é um complexo sistema estuarino de águas pouco profundas localizado na costa norte de Portugal. A interação entre maré escoamento fluvial, em particular a importante contribuição do Rio Vouga ao longo de um ano médio, induz gradientes longitudinais de salinidade, justificando a classificação da Ria de Aveiro como ambiente tipicamente estuarino. O ajustamento dos padrões salinos induzida por alterações climáticas pode ter consequências no equilíbrio ecológico deste ambiente. A intrusão salina devida à subida do Nível Médio do Mar (NMM) e a redução do escoamento fluvial poderá provocar stress salino nos terrenos férteis do Baixo Vouga e intrusão salina nos aquíferos. Neste contexto, este estudo pretende responder à questão: Como é expectável que os padrões de distribuição salina se ajustem às alterações climáticas projetadas para a Ria de Aveiro? Só recentemente a comunidade científica começou a explorar esta temática através de estudos de modelação numérica aplicados a ambientes estuarinos espalhados pelo mundo. Utilizou-se o modelo numérico MOHID 2D na simulação de cenários de referência e futuros. A malha numérica utilizada foi atualizada com dados de 2012 e inclui zonas baixas adjacentes para que a inundação marginal possa ser simulada. Os modelos hidrodinâmico e de transporte de sal e calor foram calibrados, tendo-se verificado valores de RMS e Skill reveladores da boa performance do modelo na reprodução dos processos de transporte de sal. O NMM e o escoamento fluvial em estação húmida e seca foram adotados como variáveis neste estudo, por serem determinantes no ajustamento dos padrões de salinidade da água num ambiente estuarino. Foram definidos três cenários futuros para condições húmida (A) e seca (B): A1 e B1 para avaliar o efeito isolado da subida projetada do NMM; A2 e B2 considerando as alterações projetadas para o escoamento fluvial médio diário dos principais afluentes; e A3 e B3 combinando a subida do NMM e as alterações projetadas no escoamento fluvial, por conseguinte, mais realistas. As projeções para o final do séc. XXI têm por base o cenário A2 do SRES. Conclui-se que o aumento da concentração salina é mais significativo nos cenários projetados para estação húmida que para os cenários futuros em estação seca, sendo esse aumento mais expressivo nas regiões montante dos canais. No entanto, nos cenários futuros para estação seca a intrusão salina tende a chegar a regiões mais interiores devido aos caudais negligenciáveis projetados. Os resultados obtidos, em particular: o aumento da concentração salina e a intrusão salina; o aumento da salinidade nas regiões mais interiores da laguna em consequência da redução projetada no escoamento fluvial; e o maior aumento da salinidade verificado nas regiões mais interiores, estão em acordo com os resultados obtidos na maioria dos estudos encontrados na literatura, abordando o impacte da subida do NMM na salinidade de estuários. Este estudo poderá ser alargado a outros ambientes estuarinos e a outras variáveis com influência na ecologia destes ambientes

Modelagem hidrológico-hidrodinâmica da Lagoa da Conceição - SC

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2009.A Lagoa da Conceição (27°34'S e 48°27'O), classificada como laguna e situada no município de Florianópolis/SC conecta-se ao mar pelo Canal da Barra da Lagoa e forma um sistema estuarino caracterizado por ecossistemas localizados na interface oceano/terra; complexos e altamente produtivos. Este trabalho faz parte de um projeto que o Laboratório de Hidráulica Marítima (LaHiMar) da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC) vem desenvolvendo na Lagoa da Conceição, desde 2004, em uma linha de pesquisa de estudo da circulação e dispersão de poluentes em ambientes estuarinos e costeiros do litoral de Santa Catarina. A presente proposta visou estudar a circulação da Lagoa por meio da modelagem a hidrodinâmica com a utilização do MOHID. Com o intuito de verificar o comportamento da laguna frente a diferentes descargas de água doce, foram estudados de três cenários: o primeiro forçado apenas com o nível medido na estação maregráfica em mar aberto (Vazão Nula), outro com o nível medido em mar aberto associado a uma contribuição do rio João Gualberto de vazão constante e igual a 1m3/s e o terceiro cenário forçado com o nível em mar aberto associado a uma vazão sintética do rio João Gualberto variando de acordo com o regime pluviométrico. Esta vazão sintética foi modelada pelo modelo Curva Número (CN) do Natural Resources Conservation Service (NRCS) do Departamento de Agricultura dos Estados Unidos e ajustado para ter média igual a 1m3/s. Ao serem analisados os níveis médio da laguna em 3 pontos em seu interior (Norte, Centro e Sul) e a penetração da onda de maré no canal em 10 pontos ao longo do canal verificou-se uma forte elevação do nível em todos os compartimentos da laguna com uma defasagem de tempo variável em relação ao Ponto O por ocasião de um forte evento hidrológico. A análise harmônica demonstrou que os efeitos meteorológicos não se evidenciam nas altas freqüências e que há uma redução da ordem de 99,5% da variância entre os sinais nos Pontos O e L e um atraso maior dos constituintes diurnos e um ligeiro aumento do número de forma. O nível meteorológico foi analisado por análise espectral. O alinhamento das séries, por correlação cruzada, possibilitou a verificação de um menor atraso de fase relativo dos Pontos O e L no cenário de vazão variável. A análise espectral do nível meteorológico demonstrou como é significativo o período de ocorrência de sistemas frontais, de cerca de 5 dias, contudo este fato ficou menos evidenciado no cenário de Vazão Variável, onde foram obtidos valores menores das funções ganho e coerência quadrática em relação às demais simulações. O modelo MOHID é uma ferramenta eficaz e permitiu alcançar resultados compatíveis com trabalhos de Andrade (2001), Pereira (2004) e Rocha (2007) que realizaram diferentes abordagens para análise do comportamento hidrodinâmico da laguna e do canal