I. Iglesias

J. L. Pinho

J. M. Vieira

P. Avilez-Valente

R, Peixoto

S. Venâncio

Portuguese

Open Repository of the University of Porto

Sistema de previsão de cheias aplicado ao estuário do rio Douro

Repositório Aberto da Universidade do Porto

7.º Seminário APRH-Núcleo Regional Norte, V.N.Gaia, 23 de março de 2017 ___________________________________________________________________________________   1  SISTEMA DE PREVISÃO DE CHEIAS APLICADO AO ESTUÁRIO DO RIO DOURO I. Iglesias a*, S. Venâncio b,c, R. Peixoto d, J.L. Pinho b, P. Avilez-Valente a,d, J. Vieira b a Centro 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. b Centro do Território, Ambiente e Construção – CTAC, Departamento de Engenharia Civil, Universidade do Minho, Campus de Gualtar, 4710-057 Braga, Portugal. c Departamento de Engenharia Civil, Universidade Federal do Triângulo Mineiro, Av. Dr. Randolfo Borges Júnior 1250, Univerdecidade, 38064-200 Uberaba/MG, Brasil. d Faculdade de Engenharia, Universidade do Porto, Rua Dr. Roberto Frias s/n, 4200-465 Porto, Portugal.  RESUMO As cheias são um dos eventos extremos mais prejudiciais dos ambientes estuarinos. Para prever os seus efeitos e detetar as áreas de risco é necessária a utilização de modelos numéricos. Esta comunicação apresenta o trabalho desenvolvido para criar um sistema de previsão de cheias no estuário do rio Douro baseado em ferramentas de modelação hidrodinâmica. O modelo numérico OpenTELEMAC-MASCARET foi selecionado para a simulação de diversos cenários que representam o efeito da atual configuração do sistema restinga/molhes na elevação da superfície da água. Isto permitirá avaliar os possíveis riscos no caso da ocorrência de cheias semelhantes às cheias históricas, identificando-se, assim, as áreas que poderão vir a ser afetadas e diminuindo as perdas económicas e eventuais danos em infraestruturas.  Palavras Chave – Previsão de cheias; Hidrodinâmica; Modelos numéricos; Estuário; Estuário do Douro.     * Autor para correspondência: Doutora I. Iglesias. E-mail: iiglesias@ciimar.up.pt  7.º Seminário APRH-Núcleo Regional Norte, V.N.Gaia, 23 de março de 2017 ___________________________________________________________________________________   2  1 INTRODUÇÃO As áreas estuarinas são zonas que apresentam um elevado risco de inundações. Para o seu completo estudo e caracterização, torna-se necessária a utilização de modelos numéricos que representem a hidrodinâmica e os padrões de circulação. Uma vez calibrados e validados, estes modelos podem ser aplicados para identificar as áreas de risco perante a ocorrência de eventos extremos. Deste modo, para além da identificação das áreas de risco, os modelos podem ser utilizados para delimitar as zonas inundáveis. Com o objetivo de prever as vulnerabilidades das áreas estuarinas, tem sido desenvolvido um modelo do estuário do rio Douro construído com o programa OpenTELEMAC-MASCARET. Este estuário é uma das 22 zonas críticas em Portugal Continental contemplada no Plano de Gestão dos Riscos de Inundações (PGRI, 2016). As vulnerabilidades deste rio às inundações originam que os aglomerados urbanos implantados nas zonas ribeirinhas sejam periodicamente inundáveis. O estuário é altamente urbanizado e tem vindo a sofrer recorrentemente o efeito das cheias, sendo fulcral o seu estudo devido à importância da prevenção destes fenómenos climáticos extremos, enquadrado nas orientações e prioridades de atuação da Estratégia Nacional de Adaptação às Alterações Climáticas (ENAAC 2020). O estuário do rio Douro tem vindo a sofrer intensas modificações antropogénicas. Para além da construção de marinas, cais e muros, dragagem de sedimentos e artificialização das margens, foram construídos em 2008 os molhes na foz do estuário que modificaram os padrões de circulação e erosão/acreção desta área. Os objetivos principais da construção do molhe e quebra-mar foram diminuir o assoreamento do canal de navegação, impedir a migração da restinga para o interior do estuário e reduzir a propagação das ondas no interior da área estuarina protegendo a navegação no interior do estuário. No entanto, estes molhes tem vindo a interferir com os padrões hidrodinâmicos e de sedimentação, produzindo um assoreamento da Baia de São Paio e um aumento na área e volume da restinga (Bastos et al., 2012). Antes da construção dos molhes, a restinga era completamente ou parcialmente destruída para caudais da ordem dos 10000 m3s-1, aliviando a subida do nível da cheia. A atual configuração da restinga impede que seja galgada/quebrada durante as cheias, contribuindo para o aumento do nível de elevação da água durante a ocorrência de cheias e, portanto, apresentando-se como um fator que poderá agravar as perdas económicas e os danos em infraestruturas causados por estes fenómenos. Torna-se, assim, imprescindível conhecer o comportamento atual da hidrodinâmica na embocadura perante a ocorrência de cheias idênticas às que ocorreram no período anterior ao da construção das obras de defesa. 2 MODELO NUMÉRICO Este trabalho foi realizado com o auxílio do software de modelação hidrodinâmica openTELEMAC-MASCARET, escolhido devido à sua capacidade de simular a circulação, o transporte de sedimentos, e os processos morfológicos nas áreas costeiras, fluviais e estuarinas. Este software inclui vários módulos. Foi utilizado o módulo Telemac 2D, que resolve as equações de Saint-Venant para um escoamento em superfície livre, com uma formulação 2DH, i.e. duas dimensões horizontais, onde se considera a coluna de água bem misturada e a velocidade segundo a direção vertical negligenciável. O fundo e a superfície livre são considerados impermeáveis. Para a discretização e integração numérica, utiliza-se um esquema numérico baseado no método dos elementos finitos. Foram construídas duas malhas não estruturada de elementos finitos triangulares, abrangendo um domínio que se estende da barragem de Crestuma até à foz do estuário, incluindo a área costeira adjacente e o porto de Leixões (Figura 1). A diferença entre as malhas reside na representação do estuário antes e após a construção dos quebra-mares. Foram utilizados dados de batimetrias do Instituto Hidrográfico (IH) e do GEBCO (Becker et 7.º Seminário APRH-Núcleo Regional Norte, V.N.Gaia, 23 de março de 2017 ___________________________________________________________________________________   3  al. 2009), bem como levantamentos topográficos da restinga realizados pelo CIIMAR-UPorto (Bastos et al., 2012).  Figura 1: Malhas não estruturadas consideradas: a) configuração antes da construção dos molhes, b) configuração após a construção dos molhes A primeira simulação representou uma situação normal antes da construção dos molhes e foi utilizada para calibrar e validar o modelo com dados de elevação da superfície livre e de velocidade da corrente, obtidos pelo IH na Campanha Hidromorfológica para o Estudo da Barra do Douro, realizada entre Setembro e Outubro de 1994. Foram também simuladas cinco cheias históricas (1962, 1966, 1979, 1996 e 2001), que serviram também para calibrar e validar o modelo perante estes eventos, utilizando os níveis de elevação da água medidos em diversas localizações da margem do estuário. As mesmas cinco cheias foram simuladas com a malha definida após a construção dos molhes, para comparação dos resultados entre as duas situações. 3 RESULTADOS Os resultados de calibração e validação demostram um adequado desempenho do modelo construído na representação da elevação da superfície da água durante ao longo de vários períodos de maré (Figura 2, linha superior) e na simulação da velocidade média da corrente ao longo da direção vertical (Figura 2, linha inferior). As diferenças verificadas podem estar relacionadas com variações entre a batimetria considerada nas simulações e a batimetria real à data da campanha de amostragem.   Figura 2: Linha superior: Comparação da elevação do nível da água para Leixões (superior esquerda) e Cantareira (superior esquerda). Linha Inferior: Comparação das velocidades da corrente em dois pontos diferentes da área estuarina. Simulado: Linha preta; Medido: Pontos vermelhos Verificou-se que, em condições de cheia, o efeito da maré não se faz sentir para o interior do estuário para montante de uma secção próxima da Ponte da Arrábida. Para além disso, o efeito da construção dos molhes produz um aumento da elevação da superfície da água entre 0.7 e 4.26 m, dependendo do caudal da cheia e da zona estuarina considerada (Figura 3). O aumento máximo é observado no limite oceânico da região estuarina, onde se localizam os quebra-mares e a restinga, devido à contração que estas estruturas induzem na secção transversal do fluxo de cheia. O nível medio da água atingido neste local varia entre 4.4 e 7.2 m dependendo do valor do caudal de cheia. Apresentando as margens estuarinas uma elevação entre os 3 e os 5 m sobre o nível medio do mar, serão inevitáveis inundações 7.º Seminário APRH-Núcleo Regional Norte, V.N.Gaia, 23 de março de 2017 ___________________________________________________________________________________   4  eventualmente mais gravosas, caso se verifiquem cheias com valores idênticos às que ocorreram no passado.  Figura 3: Comparação dos perfis longitudinais para as várias cheias na configuração com quebra-mares (Com QM) e sem quebra-mares (Sem QM) 4 CONCLUSÕES Este trabalho demostra a importância do desenvolvimento de técnicas baseadas em ferramentas de modelação hidrodinâmica que permitam prever o comportamento das áreas estuarinas em caso de ocorrência de cheias, permitindo a identificação de áreas que poderão vir a ser afetadas. Os resultados permitem ainda a adoção de medidas de defesa ou adaptação que procurem mitigar os efeitos das cheias de forma a diminuir a danos em infraestruturas, perdas económicas e, sobretudo, evitar a perda de vidas humanas. Devido à construção de barragens sucessivas nas bacias hidrográficas dos rios portugueses, com consequente aumento do controlo do caudal descarregado a montante dos estuários, o número de cheias tem vindo a diminuir. Estas alterações dos padrões de caudal tem também provocado uma alteração dos padrões de circulação e de sedimentação das áreas estuarinas, que podem vir a comportar-se de forma diferente perante um evento extremo semelhante, em face das suas evoluções morfológicas. O caso de estudo do estuário do Douro, demonstrou-se a importância de estudar o comportamento das estruturas estuarinas em diferentes períodos da sua evolução, como forma de avaliar os possíveis riscos no caso de reincidência das cheias históricas. AGRADECIMENTOS Este trabalho foi parcialmente financiado pela linha de investigação ECOSERVICES, integrada no Projeto Estruturado de I&D&I INNOVMAR - Innovation and Sustainability in the Management and Exploitation of Marine Resources (NORTE-01-0145-FEDER-000035), cofinanciado pelo Programa Operacional Regional do Norte (NORTE 2020), através do Portugal 2020 e do Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional (FEDER) e pelo CNPq através de uma bolsa de pós doutoramento concedida ao segundo autor (200016 / 2014- REFERÊNCIAS Bastos L., Bio A., Pinho J.L.S., Granja H., da Silva A.J. (2012). Dynamics of the Douro estuary sand spit before and after breakwater construction. Estuarine, Coastal and Shelf Science 109 53–69 Becker, JJ, DT Sandwell, WHF Smith, J Braud, B Binder, J Depner, D Fabre, J Factor, S Ingalls, S-H Kim, R Ladner, K Marks, S Nelson, A Pharaoh, R Trimmer, J Von Rosenberg, G Wallace and P Weatherall. 2009. Global bathymetry and elevation data at 30 arc seconds resolution: SRTM30_PLUS. Marine Geodesy 32: 355–371. PGRI - Plano de Gestão dos Riscos de Inundações (2016). http://www.apambiente.pt/_zdata/Politicas/Agua/PlaneamentoeGestao/PGRI/2016-2021/PGRI_RH3.pdf 

https://repositorio-aberto.up.pt/bitstream/10216/126668/2/331525.pdf

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