I. Iglesias

J. l. Pinho

J. M. Vieira

P. Avilez-Valente

S. Venâncio

Portuguese

Repositório Aberto da Universidade do Porto

7.º Seminário APRH-Núcleo Regional Norte, V.N.Gaia, 23 de março de 2017 ___________________________________________________________________________________   1  SIMULAÇÃO NUMÉRICA DOS NÍVEIS DE CHEIA NO ESTUÁRIO DO RIO DOURO Stênio Venâncio a,b, José Luis Pinho b*, José Manuel Vieira b, Isabel Iglesiasc, Paulo Avilez-Valentec,d aUniversidade Federal do Triângulo Mineiro, Av. Dr. Randolfo Borges Junior, 1250 – Univerdecidade – 38064-200, Uberaba, Brasil bCentro do Território, Ambiente e Construção – CTAC, Departamento de Engenharia Civil, Universidade do Minho, Campus de Gualtar, 4710-057 Braga, Portugal cCentro Interdisciplinar de Investigação Marinha e Ambiental, Universidade do Porto, Novo Edifício do Terminal de Cruzeiros do Porto de Leixões, Avenida General Norton de Matos, S/N, 4450-208 Matosinhos, Portugal dFaculdade de Engenharia, Universidade do Porto, Rua Dr. Roberto Frias s/n, 4200-465 Porto, Portugal RESUMO A hidrodinâmica característica das zonas estuarinas apresenta padrões de circulação complexos cuja caracterização requer modelos de simulação robustos. Neste contexto, na ótica da gestão de sustentabilidade ambiental e dos riscos associados às zonas ribeirinhas associados às cheias, os modelos numéricos, devidamente calibrados e validados, representam uma ferramenta de análise de grande valia, permitindo realizar previsões com uma elevada fiabilidade. Este trabalho apresenta simulações numéricas de cenários de cheias no estuário do rio Douro, localizado no norte de Portugal. O modelo 2DH construído com o programa Delft3D, compreende o estuário desde a barragem de Crestuma até a sua foz e zona costeira adjacente, tendo sido utilizados registos de dados hidráulicos históricos para a validação e calibração. Embora esta análise corresponda a um estágio intermédio do estudo desenvolvido, em que não se considera ainda os efeitos associados ao transporte sedimentar dos fundos móveis, os resultados obtidos pelo modelo demonstram uma resposta realista de três cenários de cheias ocorridos. Este fato demonstra a robustez do modelo e a sua capacidade de antever cenários de cheias. Palavras Chave – hidrodinâmica, cheias, gestão, modelo numérico, Delft3D, Douro.     * Autor para correnspondência: Prof. José Luis da Silva Pinho E-mail: jpinho@civil.uminho.pt 7.º Seminário APRH-Núcleo Regional Norte, V.N.Gaia, 23 de março de 2017 ___________________________________________________________________________________   2  1 INTRODUÇÃO As inundações urbanas constituem um fenómeno hidrológico de importância crescente e que tem assolado o equilíbrio das cidades, com impactos na conjuntura económica, social e ambiental, resultando da dinâmica das condicionantes naturais agravadas por ações antropogénicas. Uma considerável parcela da população mundial vive em zonas urbanas adjacentes a estuários, onde a ocorrência das inundações é condicionada diretamente pelas descargas fluviais e pela variação do nível do mar. Em Portugal, o estuário do rio Douro apresenta-se como um importante exemplo da ocorrência de inundações pelo histórico das grandes cheias, inclusive com perdas de vidas e grandes prejuízos económicos, como por exemplo aquelas ocorridas em 1909 e 1962, antes da construção das barragens de montante. Entretanto, a gestão atual deste processo ainda assume caráter não trivial, pelas próprias características das albufeiras portuguesas (fio de água) que dependem do controlo feito em território espanhol; pelo conhecimento da dinâmica marítima em cenário de mudanças climáticas, pela morfodinâmica do estuário; e pela incapacidade de antever cenários baseados no conhecimento de todas as variáveis envolvidas, ora pela escassez ou ausência de dados. Para a análise e previsão das cheias a modelação numérica computacional tem sido aplicada em larga escala, em todo o mundo. Através dela torna-se possível entender os padrões hidrodinâmicos e processo de erosão/deposição (Van Ven et al, 2014; Van Maren et al, 2015; Tonnon et al, 2007; Harcourt-Baldwin et al, 2006; Gomes et al, 2015), tornando-se uma ferramenta de suporte a gestão dos sistemas estuarinos e costeiros, promovendo a segurança das populações. Neste estudo, o programa Delft3D (www.deltares.nl) é utilizado para reproduzir eventos de cheias ocorridos no estuário do rio Douro, sendo considerados caudais e marés típicas de cada evento. As graves inundações que a área de estudo sofre, periodicamente, aumentam a importância de estudos que avancem para uma caracterização ampla e respostas claras e abrangentes. 2 METODOLOGIA  2.1 Dados de campo e construção do modelo Os dados de campo usados para a validação e calibração do modelo numérico foram disponibilizados pelo Instituto Hidrográfico (IH) e referem-se às estações de monitoramento Cantareira e Cais da Estiva (marégrafo), B1 e B2 (velocidades) e batimetria, todos relacionados ao período de campanha hidromorfológica realizada entre 5 de setembro e 5 de outubro de 1994, pela Administração do Douro e Porto de Leixões (ADPL). Os dados de cheias históricas utilizados correspondem aos eventos de 03/01/1962, 06/01/2001 e 10-11/01/2016. Os caudais dos eventos, que atuam na fronteira de montante do modelo (barragem de Crestuma), foram obtidos em Pardé (1966), para a cheia de 1962, e por Energias de Portugal (EDP) para os restantes eventos. No que se refere às marés oceânicas (fronteira de jusante) os dados foram fornecidos pelo IH. Os níveis de água gerados pelo modelo foram comparados com as marcas de cheias feitas nas edificações da cave SANDEMAN (cheias 2001 e 1962), móveis PINA, bar FALCÃO e ponte D. LUÍS (cheia 1962), além do marégrafo de Cais dos Banhos (cheia 2016). A figura 1 apresenta os locais acima referidos. A construção do modelo utilizou o Delft3D-FLOW (Delft3D-FLOW, 2011), módulo de base principal do Delft3D, que realiza simulação hidrodinâmica (e de transporte) multidimensional (2D ou 3D) através da resolução das equações de Navier-Stockes para fluido incompressível, águas poucos profundas e os pressupostos de Boussinesq. O modelo hidrodinâmico bidimensional construído é composto por uma grelha ortogonal, com um total de 13440 células, necessária e suficiente para cobrir toda a área do estuário, desde a barragem de Crestuma até o oceano Atlântico, estendendo-se ao porto de Leixões, conforme figura 2.  7.º Seminário APRH-Núcleo Regional Norte, V.N.Gaia, 23 de março de 2017 ___________________________________________________________________________________   3   Figura 1. Locais utilizados na validação, calibração e comparação dos resultados         Figura 2. Modelo Hidrodinâmico Delft3D 3 RESULTADOS Após validações do modelo, realizadas para os marégrafos de Cantareira e Cais da Estiva, são apresentados os resultados da calibração e validação da estação B1 (Figura 3) relativos a velocidades médias segundo a direção vertical.  Figura 3. Calibração do modelo para dados de velocidade Note-se que os resultados da calibração obtidos para a estação B1 são bem aproximados pelo modelo aos valores medidos. Na simulação apresentada considerou-se um valor do coeficiente de rugosidade de Manning de 0,039 m-1/3.s e valores de coeficientes de viscosidade e difusividade horizontal de 1 m2/s. Já a simulação do evento de cheia ocorrida em janeiro de 2016, para dados calibrados em outubro de 1994, ou seja, mais de 21 anos depois, apresentam também uma boa concordância com os dados medidos em Cais dos Banhos. A figura 4, a seguir, apresenta os resultados para os níveis da cheia de janeiro de 2016, medidos e simulados, para a estação de Cais dos Banhos. -1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20.00.20.41927000 1937000 1947000 1957000 1967000 1977000velocidade (m/s)Tempo da simulação (s)Estação B1medida simuladaBatimetria (m) 7.º Seminário APRH-Núcleo Regional Norte, V.N.Gaia, 23 de março de 2017 ___________________________________________________________________________________   4   Figura 4. Níveis de água medidos e simulados para a cheia de 10-11/01/2016 4 Conclusões O modelo hidrodinâmico implementado para o estuário do rio Douro apresentou robustez confirmando a sua capacidade de reproduzir os níveis registados com elevada aproximação. As diferenças observadas na calibração podem estar relacionadas com as dificuldades de medição registadas na campanha de 1994, além de aspetos de modelação não consideradas ainda nesta fase de estudo. Com efeito, apesar da boa aproximação entre os níveis de água medidos e simulados, para a cheia de 2016, as diferenças registadas podem ser decorrentes das alterações morfológicas, agitação marítima e sobrelevação de tempestade, além da possível elevação do nível médio do mar, fatores estes não considerados nesta fase pela simulação, e que se apresentam como objeto de investigação, na continuidade deste trabalho. Apesar das limitações impostas, verifica-se uma possibilidade viável de modelação de longo período como suporte no processo de gestão dos níveis de cheia do estuário. AGRADECIMENTOS Pelo apoio da ECOSERVICES, integrada no Programa Estruturado de R&D&I INNOVMAR - Inovação e Sustentabilidade na Gestão e Exploração de Recursos Marinhos (referência NORTE-01-0145-FEDER-000035), financiado pelo Programa Operacional Regional Norte (NORTE2020) através do Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional (FEDER); e pelo apoio do CNPq, através da bolsa de pós doutoramento concedida ao 1º autor (Processo 200016 / 2014-8). REFERÊNCIAS Delft3D-Flow (2011). User Manual – Simulation of multi-dimensional hydrodynamic flows and transport phenomena, including sediments. Deltares, Netherlands, 64p. Gomes M.P., Pinho J.L., do Carmo J.S.A., Santos L. (2015). Hazard assessment of storm events for The Battery, New York. Ocean & Coastal Management. 118-part.A, 22-31. Harcourt-Baldwin J.L., Diedericks G.P.J. (2006). Numerical modelling and analysis of temperature controlled density currents in Tomales Bay, California. Est. Coast. Shelf Sci. 66, 417–428. Tonnon P.K., van Rijn L.C., Walstra D.J.R. (2007). The morphodynamic modelling of tidal sandwaves on the shoreface. Coastal Eng. 54, 279–296. Van Maren D.S., Van Kessel T., Cronin K., Sittoni L. (2015). The impact of channel deepening and dredging on estuarine sediment concentration. Continental Shelf Research. 95, 1-14. Van Ven B.A.D., Vatvani D., Zijl F. (2014). Tsunami flood modelling for Aceh & west Sumatra and its application for an early warning system. Continental Shelf Research. 79, 46-53. -1.00-0.500.000.501.001.502.002.503.003.504.004.50-2 2 6 10 14 18 22 26 30 34 38 42 46 50 54 58 62 66 70 74 78 82 86nível de água (m)tempo (H)Cais dos Banhosmedido simulado

Simulação numérica dos níveis de cheia no estuário do rio Douro

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