Modelação Hidrodinâmica do Estuário do Douro: Cenários de Cheia e Influência dos Novos Molhes

MODELAÇÃO HIDRODINÂMICA DO ESTUÁRIO DO DOURO: CENÁRIOS DE CHEIA E INFLUÊNCIA DOS NOVOS MOLHES RAQUEL ALEXANDRA FERNANDES MENESES MACIEL PEIXOTO Dissertação submetida para satisfação parcial dos requisitos do grau de MESTRE EM ENGENHARIA CIVIL — ESPECIALIZAÇÃO EM HIDRÁULICA Orientador: Doutor Paulo Alexandre de Avilez Rodrigues de Almeida Valente Coorientadora: Doutora Isabel Iglesias Fernández JUNHO DE 2016 MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL 2015/2016 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL Tel. +351-22-508 1901 Fax +351-22-508 1446  m[email protected] Editado por FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO Rua Dr. Roberto Frias 4200-465 PORTO Portugal Tel. +351-22-508 1400 Fax +351-22-508 1440  [email protected]  http://www.fe.up.pt Reproduções parciais deste documento serão autorizadas na condição que seja mencionado o Autor e feita referência a Mestrado Integrado em Engenharia Civil – 2015/2016 - Departamento de Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto, Portugal, 2016. As opiniões e informações incluídas neste documento representam unicamente o ponto de vista do respetivo Autor, não podendo o Editor aceitar qualquer responsabilidade legal ou outra em relação a erros ou omissões que possam existir. Este documento foi produzido a partir de versão eletrónica fornecida pelo respetivo Autor. Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes Este trabalho de investigação foi desenvolvido no âmbito da linha de investigação ECOSERVICES integrada no Projeto Estruturado de I&D&I INNOVMAR - Innovation and Sustainability in the Management and Exploitation of Marine Resources (referência NORTE-01-0145FEDER-000035), cofinanciado pelo Programa Operacional Regional do Norte (NORTE 2020), através do Portugal 2020 e do Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional (FEDER). Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes À minha família “A persistência é o menor caminho do êxito.” Charles Chaplin Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes i AGRADECIMENTOS Sendo a dissertação o culminar da minha vida académica não poderia deixar de agradecer a algumas pessoas que foram essenciais na realização deste trabalho. Ao Professor Doutor Paulo Avilez Valente, orientador deste trabalho, agradeço todos os conhecimentos transmitidos e toda a disponibilidade e acessibilidade demonstradas ao longo deste semestre. Sem o seu auxílio a realização deste trabalho teria sido impossível. À minha coorientadora, a Doutora Isabel Iglesias por toda a amabilidade demonstrada em todas as vezes em que fui ao CIIMAR, por toda a ajuda prestada ao longo do semestre e por todas as críticas construtivas feitas ao trabalho que serviram como incentivos para o melhorar e completar. Gostaria de agradecer também ao José Luís Pinho, Stênio de Sousa Venâncio e José Manuel Pereira Vieira da Universidade do Minho pela pesquisa de dados relativamente às cheias históricas no Douro que foi de extrema utilidade para as simulações feitas neste trabalho. Agradeço também ao Doutor António Trigo Teixeira por fornecer os dados da campanha do Douro que foram essenciais na validação do modelo. À D. Esmeralda que sempre se mostrou disponível para ajudar no que fosse necessário. Aos meus colegas de curso e amigos que me acompanharam sempre ao longo destes 5 anos por todo o apoio prestado e por todos os momentos de diversão proporcionados. Ao Filipe por ter estado sempre presente e por sempre me ter apoiado. Um grande obrigado à minha família pois sem ela nada disto teria sido possível. Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes ii Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes iii RESUMO Os estuários são corpos aquáticos costeiros de transição entre a água doce proveniente dos rios e a água salgada proveniente do mar. Esta caraterística faz com que sejam zonas extremamente dinâmicas capazes de sofrer grandes variações a nível de salinidade, temperatura, correntes, estratificação, tempo de residência, transporte de sedimentos e qualidade da água. São também ecossistemas altamente produtivos onde podem ser encontradas espécies com caraterísticas únicas. O foco deste estudo é o estuário do Douro, que se prolonga desde a barragem de Crestuma-Lever até à foz onde o rio Douro desagua no Oceano Atlântico rodeado pelas cidades do Porto e de Vila Nova de Gaia. As suas margens encontram-se fortemente urbanizadas tendo-se vindo a desenvolver inúmeras atividades de lazer e de comércio nessa região. Ao longo do curso do rio existe um canal de navegação que serve atividades turísticas e comerciais. Por ação do transporte fluvial de sedimentos e da deriva litoral formou-se na embocadura do rio uma restinga, chamada Cabedelo, que ocupa quase toda a largura da seção transversal. Esta restinga revelouse extremamente sensível à descarga de caudais, efeito do vento e agitação marítima, sofrendo acreção, erosão e consequentemente variações de área e de volume. Começou também a recuar progressivamente para o interior do estuário deixando as margens suscetíveis a tempestades marítimas. O recuo da restinga aliado ao constante assoreamento do canal de navegação e à sua pouca segurança quando se fazia sentir uma forte agitação marítima fizeram com que fossem pensadas formas de resolver estes problemas. A solução passou pela construção de um molhe enraizado na margem norte e um quebramar destacado junto à restinga. Esta dissertação tem como objetivo a implementação do modelo numérico OpenTelemac para o estudo de diferentes cenários de cheia antes e após a construção dos molhes. Pretende-se perceber qual será o comportamento esperado do estuário e qual a influência destas construções nas margens estuarinas, quando se produzir algum evento de cheia devido a um elevado caudal fluvial descarregado pela barragem de Crestuma-Lever. Verificou-se que acima de determinados caudais o estuário é completamente controlado pelos escoamentos fluviais, não se sentindo a influência das marés. Os caudais de cheia considerados mostraram que antes da construção dos molhes a restinga era galgada o que aumentava a capacidade de vazão da água procedente do rio, diminuindo o nível da água e, portanto, o efeito das cheias. Após a construção dos molhes a restinga fortaleceu-se não sendo galgada para os mesmos caudais. Desta forma, a construção dos molhes cumpriu a sua função, pois a agitação marítima já não se faz sentir com tanta intensidade no estuário e a restinga parece ter fixado a sua posição, mas facto de a restinga não ser galgável após a construção dos molhes cria um obstáculo. Esta diminuição da seção de jusante do estuário provoca o aumento da altura de água a montante, criando piores cenários de inundação. PALAVRAS-CHAVE: estuário do Douro, cheias, modelação numérica, restinga, molhes Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes x Figura 2.22Propagação da superfície frontal na Península Ibérica associada à cheia de Dezembro de 2002 no Douro (Fonte: Rodrigues et al., 2003)................................................................................ 27 Figura 3.1Módulos do OpenTelemac e as suas aplicações. .............................................................. 31 Figura 3.2Malha anterior à construção dos molhes com batimetria de 2002. .................................... 36 Figura 3.3-Topografia da restinga na malha sem molhes. ................................................................... 36 Figura 3.4-Malha posterior à construção dos molhes com batimetria de 2002 e 2009. ....................... 37 Figura 3.5Pormenor do quebramar destacado e do molhe norte da malha da Figura 3.4. ............... 37 Figura 3.6Topografia da restinga na malha pós-molhes. ................................................................... 38 Figura 3.7Delimitação das fronteiras no estuário do Douro. .............................................................. 39 Figura 4.1-Localização dos pontos das medições. ............................................................................... 46 Figura 4.2Elevação da superfície livre registada no marégrafo de Leixões no período entre 18 e 19 de Setembro de 1994. ........................................................................................................................... 47 Figura 4.3Elevação da superfície livre registada no marégrafo de Cais da Estiva no período entre 18 e 19 de Setembro de 1994. ................................................................................................................... 48 Figura 4.4Elevação da superfície livre registada no marégrafo de Cantareira no período entre 18 e 19 de Setembro de 1994. ...................................................................................................................... 48 Figura 4.5Elevação da superfície livre registada no marégrafo de Leixões no período entre 25 de Setembro e 4 de Outubro de 1994. ....................................................................................................... 49 Figura 4.6Pormenor da elevação da superfície livre registada no marégrafo de Leixões no período entre 27 e 29 de Setembro de 1994. .................................................................................................... 49 Figura 4.7-Pormenor da elevação da superfície livre registada no marégrafo de Leixões no período entre 1 e 3 de Outubro de 1994. ........................................................................................................... 50 Figura 4.8-Elevação da superfície livre registada no marégrafo de Cantareira no período entre 25 de Setembro e 4 de Outubro. ..................................................................................................................... 50 Figura 4.9Pormenor da elevação da superfície livre registada no marégrafo de Cantareira no período entre 27 e 29 de Setembro de 1994. .................................................................................................... 51 Figura 4.10Pormenor da elevação da superfície livre registada no marégrafo de Cantareira no período entre 1 e 3 de Outubro de 1994. .............................................................................................. 51 Figura 4.11Elevação da superfície livre registada no marégrafo de Cais da Estiva no período entre 25 de Setembro e 4 de Outubro de 1994. ............................................................................................. 52 Figura 4.12Pormenor da elevação da superfície livre registada no marégrafo de Cais da Estiva no período entre 27 e 29 de Setembro de 1994. ....................................................................................... 52 Figura 4.13Pormenor da elevação da superfície livre registada no marégrafo de Cais da Estiva no período entre 1 e 3 de Outubro de 1994. .............................................................................................. 53 Figura 4.14Comparação entre a elevação da superfície livre registada no marégrafo de Leixões e a maré criada pelo modelo de marés TPXO.2 e introduzida no modelo para o período entre 25 de Setembro e 4 de Outubro de 1994. ....................................................................................................... 53 Figura 4.15Corrente registada no ponto Le8 no período entre 18 e 19 de Setembro de 1994. ........ 55 Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes xi Figura 4.16Velocidade da corrente registada no ponto Le7 no período entre 18 e 19 de Setembro de 1994. ...................................................................................................................................................... 56 Figura 4.17Corrente registada no ponto A1 no período entre 18 e 19 de Setembro de 1994. .......... 56 Figura 4.18Corrente registada no ponto A2 no período entre 18 e 19 de Setembro de 1994. .......... 57 Figura 4.19Corrente no ponto A1 no dia 1 de Outubro de 1994. ....................................................... 58 Figura 4.20Corrente no ponto A1 no dia 27 de Setembro de 1994. ................................................... 58 Figura 4.21Corrente no ponto A2 no dia 1 de Outubro de 1994. ....................................................... 59 Figura 4.22Corrente no ponto A2 no dia 27 de Setembro de 1994. ................................................... 59 Figura 4.23Corrente no ponto B1 no dia 3 de Outubro de 1994. ....................................................... 60 Figura 4.24Corrente no ponto B1 no dia 29 de Setembro de 1994. ................................................... 60 Figura 4.25Corrente no ponto B2 no dia 29 de Setembro de 1994. ................................................... 61 Figura 4.26Corrente no ponto B2 no dia 3 de Outubro de 1994. ....................................................... 61 Figura 4.27Corrente no ponto B1 no dia 21 de Setembro de 1994. ................................................... 62 Figura 4.28Corrente no ponto B2 no dia 21 de Setembro de 1994. ................................................... 62 Figura 5.1Cantareira e São Pedro da Afurada. Encontram-se também assinalados a Restinga do Cabedelo, a Reserva Natural Local do Estuário do Douro e o Miradouro do Estuário do Douro. ....... 66 Figura 5.2-Massarelos, Alfândega, Cais da Ribeira e Cais de Gaia..................................................... 66 Figura 5.3Marina do Freixo e Gramido. .............................................................................................. 67 Figura 5.4Aldeia Nova, Arnelas e Zebreiros. ...................................................................................... 67 Figura 5.5Crestuma. ........................................................................................................................... 68 Figura 5.6Ponto inicial a partir do qual foi definido o caminho para traçar os perfis espaciais da elevação da superfície livre. .................................................................................................................. 70 Figura 5.7Perfis longitudinais da elevação da superfície livre no estuário inferior para a cheia de 1962 antes da construção dos molhes, em preia-mar e baixa-mar. ..................................................... 70 Figura 5.8Perfis longitudinais da elevação da superfície livre no estuário médio para a cheia de 1962 antes da construção dos molhes, em preia-mar e baixa-mar. .............................................................. 71 Figura 5.9Perfis longitudinais da elevação da superfície livre no estuário superior para a cheia de 1962 antes da construção dos molhes em preia-mar e baixa-mar. ...................................................... 71 Figura 5.10Número de Froude na embocadura na cheia de 1962 antes da construção dos molhes, na preia-mar. ......................................................................................................................................... 72 Figura 5.11Elevação da superfície livre na zona da embocadura para a situação de preia-mar na cheia de 1962 antes da construção dos molhes. .................................................................................. 73 Figura 5.12Elevação da superfície livre na zona da embocadura para a situação de baixa-mar na cheia de 1962 antes da construção dos molhes. .................................................................................. 73 Figura 5.13Cotas da restinga na malha sem os molhes. ................................................................... 74 Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes xii Figura 5.14Profundidades da água na zona da restinga na cheia de 1962 antes da construção dos molhes e na preia-mar. ......................................................................................................................... 74 Figura 5.15Profundidades da água na zona da restinga na cheia de 1962 antes da construção dos molhes e na baixa-mar. ......................................................................................................................... 75 Figura 5.16Perfis longitudinais da elevação da superfície livre no estuário inferior para a cheia de 1962 após a construção dos molhes em preia-mar e baixa-mar. ......................................................... 76 Figura 5.17Perfis longitudinais da elevação da superfície livre no estuário médio para a cheia de 1962 após a construção dos molhes em preia-mar e baixa-mar. ......................................................... 76 Figura 5.18Perfis longitudinais da elevação da superfície livre no estuário superior para a cheia de 1962 após a construção dos molhes em preia-mar e baixa-mar. ......................................................... 77 Figura 5.19Localização do ponto fora do estuário para traçar o novo perfil. ..................................... 78 Figura 5.20Perfil longitudinal da elevação da superfície livre para a cheia de 1962 na preia-ma, após construção dos molhes. ........................................................................................................................ 78 Figura 5.21-Número de Froude junto à embocadura na cheia de 1962 após a construção dos molhes, na preia-mar. ......................................................................................................................................... 79 Figura 5.22Elevação da superfície livre junto à embocadura do estuário para a cheia de 1962, contando com a presença dos molhes e na situação de preia-mar. .................................................... 79 Figura 5.23Profundidade da água na zona da restinga na cheia de 1962, contando com a presença dos molhes e na situação de preia-mar. ............................................................................................... 80 Figura 5.24Profundidade da água na zona da restinga na cheia de 1962, contando com a presença dos molhes e na situação de baixa-mar. .............................................................................................. 80 Figura 5.25Elevação da superfície livre junto à embocadura para a cheia de 1962 antes e após a construção dos molhes para a preia-mar e baixa-mar. ........................................................................ 81 Figura 5.26Perfis longitudinais da elevação da superfície livre no estuário inferior após a ocorrência da cheia de 1966 em preia-mar e em baixa-mar, antes da construção dos molhes. ........................... 82 Figura 5.27Perfis longitudinais da elevação da superfície livre no estuário médio após a ocorrência da cheia de 1966 em preia-mar e em baixa-mar, antes da construção dos molhes. ........................... 82 Figura 5.28Perfis longitudinais da elevação da superfície livre no estuário superior após a ocorrência da cheia de 1966 em preia-mar e em baixa-mar, antes da construção dos molhes. ........................... 83 Figura 5.29Elevação da superfície livre na zona da embocadura para a situação de preia-mar na cheia de 1966 antes da construção dos molhes. .................................................................................. 83 Figura 5.30Profundidade da água na zona da restinga na cheia de 1966, antes da construção dos molhes e na situação de preia-mar. ...................................................................................................... 84 Figura 5.31Perfil longitudinal da elevação da superfície livre no estuário inferior após a ocorrência da cheia de 1966 em preia-mar e em baixa-mar após a construção dos molhes. .................................... 85 Figura 5.32Perfil longitudinal da elevação da superfície livre no estuário médio após a ocorrência da cheia de 1966 em preia-mar e em baixa-mar após a construção dos molhes. .................................... 85 Figura 5.33Perfil longitudinal da elevação da superfície livre no estuário superior após a ocorrência da cheia de 1966 em preia-mar e em baixa-mar após a construção dos molhes. ............................... 86 Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes xiii Figura 5.34Elevação da superfície livre junto à embocadura do estuário para a cheia de 1966, contando com a presença dos molhes e na situação de preia-mar. .................................................... 86 Figura 5.35Profundidade da água na zona da restinga na cheia de 1966, contando com a presença dos molhes e na situação de preia-mar. ............................................................................................... 87 Figura 5.36Elevação da superfície livre para a cheia de 1966 antes e após a construção dos molhes para a BM e para a PM. ........................................................................................................................ 88 Figura 5.37Perfis longitudinais da elevação da superfície livre no estuário inferior após a ocorrência da cheia de 1979 em preia-mar e em baixa-mar, antes da construção dos molhes. ........................... 89 Figura 5.38Perfis longitudinais da elevação da superfície livre no estuário médio após a ocorrência da cheia de 1979 em preia-mar e em baixa-mar, antes da construção dos molhes. ........................... 89 Figura 5.39Perfis longitudinais da elevação da superfície livre no estuário superior após a ocorrência da cheia de 1979 em preia-mar e em baixa-mar, antes da construção dos molhes. ........................... 90 Figura 5.40Elevação da superfície livre na zona da embocadura para a situação de preia-mar na cheia de 1979 antes da construção dos molhes. .................................................................................. 91 Figura 5.41Profundidade da água na zona da restinga na cheia de 1979, antes da construção dos molhes e na situação de preia-mar. ...................................................................................................... 91 Figura 5.42Perfis longitudinais da elevação da superfície livre no estuário inferior após a ocorrência da cheia de 1979 em preia-mar e em baixa-mar, após a construção dos molhes. .............................. 92 Figura 5.43Perfis longitudinais da elevação da superfície livre no estuário médio após a ocorrência da cheia de 1979 em preia-mar e em baixa-mar, após a construção dos molhes ............................... 93 Figura 5.44Perfis longitudinais da elevação da superfície livre no estuário superior após a ocorrência da cheia de 1979 em preia-mar e em baixa-mar, após a construção dos molhes. .............................. 93 Figura 5.45Elevação da superfície livre na zona da embocadura para a situação de preia-mar na cheia de 1979 após a construção dos molhes. ..................................................................................... 94 Figura 5.46Profundidade da água na zona da embocadura para a situação de preia-mar na cheia de 1979 após a construção dos molhes. ................................................................................................... 94 Figura 5.47Elevação da superfície livre para a cheia de 1979 antes e após a construção dos molhes para a baixa-mar e preia-mar. ............................................................................................................... 95 Figura 5.48Perfil longitudinal da elevação da superfície livre no estuário inferior antes da ocorrência da cheia de 1996 em preia-mar e em baixa-mar, sem a presença dos molhes. .................................. 96 Figura 5.49Perfil longitudinal da elevação da superfície livre no estuário médio antes da ocorrência da cheia de 1996 em preia-mar e em baixa-mar, sem a presença dos molhes. .................................. 96 Figura 5.50Perfil longitudinal da elevação da superfície livre no estuário superior antes da ocorrência da cheia de 1996 em preia-mar e em baixa-mar, sem a presença dos molhes. .................................. 97 Figura 5.51Elevação da superfície livre junto à embocadura do estuário para a cheia de 1996, sem a presença dos molhes e na situação de preia-mar. ............................................................................... 97 Figura 5.52Profundidade da água na zona da restinga na cheia de 1996, antes da construção dos molhes e na situação de preia-mar. ...................................................................................................... 98 Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes xiv Figura 5.53Perfil longitudinal da elevação da superfície livre no estuário inferior após a ocorrência da cheia de 1996, na preia-mar e na baixa-mar. ....................................................................................... 99 Figura 5.54-Perfil longitudinal da elevação da superfície livre no estuário médio após a ocorrência da cheia de 1996, na preia-mar e na baixa-mar. ....................................................................................... 99 Figura 5.55Perfil longitudinal da superfície livre no estuário superior após a ocorrência da cheia de 1996 em preia-mar e baixa-mar, contando com a presença dos molhes. .......................................... 100 Figura 5.56Elevação da superfície livre junto à embocadura do estuário para a cheia de 1996, contando com a presença dos molhes e na situação de preia-mar. .................................................. 100 Figura 5.57Profundidade da água na zona da restinga na cheia de 1996, contando com a presença dos molhes e na situação de preia-mar. ............................................................................................. 101 Figura 5.58Elevação da superfície livre para a cheia de 1996 antes e após a construção dos molhes para a baixa-mar e preia-mar. ............................................................................................................. 102 Figura 5.59Perfis longitudinais da elevação da superfície livre no estuário inferior após a ocorrência da cheia de 2001 em preia-mar e em baixa-mar, antes da construção dos molhes. ......................... 103 Figura 5.60Perfis longitudinais da elevação da superfície livre no estuário médio após a ocorrência da cheia de 2001 em preia-mar e em baixa-mar, antes da construção dos molhes. ......................... 103 Figura 5.61Perfis longitudinais da elevação da superfície livre no estuário superior após a ocorrência da cheia de 2001 em preia-mar e em baixa-mar, antes da construção dos molhes. ......................... 104 Figura 5.62Elevação da superfície livre na embocadura para a cheia de 2001, na situação de preiamar antes dos molhes. ........................................................................................................................ 104 Figura 5.63Profundidade da água na embocadura para a cheia de 2001 em situação de preia-mar antes da construção dos molhes......................................................................................................... 105 Figura 5.64Perfis longitudinais da superfície livre no estuário inferior após a ocorrência da cheia de 2001 em preia-mar e em baixa-mar, após a construção dos molhes. ................................................ 106 Figura 5.65Perfis longitudinais da superfície livre no estuário médio após a ocorrência da cheia de 2001 em preia-mar e em baixa-mar, após a construção dos molhes. ................................................ 106 Figura 5.66Perfis longitudinais da superfície livre no estuário superior após a ocorrência da cheia de 2001 em preia-mar e em baixa-mar, após a construção dos molhes. ................................................ 107 Figura 5.67Elevação da superfície livre na embocadura para a cheia de 2001, na situação de baixamar após a construção dos molhes. ................................................................................................... 107 Figura 5.68Elevação da superfície livre na embocadura para a cheia de 2001, na situação de preiamar após a construção dos molhes. ................................................................................................... 108 Figura 5.69Profundidade da água na embocadura para a cheia de 2001 em situação de preia-mar após a construção dos molhes............................................................................................................ 108 Figura 5.70Profundidade da água na embocadura para a cheia de 2001 em situação de baixa-mar após a construção dos molhes............................................................................................................ 108 Figura 5.71Elevação da superfície livre para a cheia de 1996 antes e após a construção dos molhes para a preia-mar. ................................................................................................................................. 109 Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes xv Figura 5.72Perfil longitudinal da elevação da superfície livre para o caudal de 20000 m3s-1 no estuário inferior antes da construção dos molhes, em preia-mar e baixa-mar. .................................. 111 Figura 5.73Perfil longitudinal da elevação da superfície livre para o caudal de 20000 m3s-1 no estuário médio antes da construção dos molhes, em preia-mar e baixa-mar. ................................... 111 Figura 5.74Perfil longitudinal da elevação da superfície livre para o caudal de 20000 m3s-1 no estuário superior antes da construção dos molhes, em preia-mar e baixa-mar. ................................ 112 Figura 5.75Elevação da superfície livre para um caudal de 20000 m3s-1 na preia-mar antes da construção dos molhes, junto à embocadura do rio Douro. ............................................................... 112 Figura 5.76Elevação da superfície livre para um caudal de 20000 m3s-1 na baixa-mar antes da construção dos molhes, junto à embocadura do rio Douro. ............................................................... 113 Figura 5.77Profundidade da água na embocadura para o caudal de 20000 m3s-1 em situação de preia-mar antes da construção dos molhes. ....................................................................................... 114 Figura 5.78Profundidade da água na embocadura para o caudal de 20000 m3s-1 em situação de baixa-mar antes da construção dos molhes. ...................................................................................... 114 Figura 5.79Perfil longitudinal da elevação da superfície livre para o caudal de 20000 m3s-1 no estuário inferior após a construção dos molhes, em preia-mar e baixa-mar. ..................................... 115 Figura 5.80Perfil longitudinal da elevação da superfície livre para o caudal de 20000 m3s-1 no estuário médio após a construção dos molhes, em preia-mar e baixa-mar. ...................................... 116 Figura 5.81Perfil longitudinal da elevação da superfície livre para o caudal de 20000 m3s-1 no estuário superior após a construção dos molhes, em preia-mar e baixa-mar. ................................... 116 Figura 5.82Elevação da superfície livre para um caudal de 20000 m3s-1 na preia-mar após a construção dos molhes, junto à embocadura do rio Douro. ............................................................... 117 Figura 5.83Profundidade da água na embocadura para o caudal de 20000 m3s-1 em situação de preia-mar após a construção dos molhes. .......................................................................................... 117 Figura 5.84-Elevação da superfície livre para uma cheia com caudal de 20000 m3s-1 antes e após a construção dos molhes, em preia-mar e baixa-mar. ........................................................................... 118 Figura 5.85Elevação da superfície livre para uma cheia com caudal de 23000 m3s-1 no estuário inferior antes da construção dos molhes, em preia-mar e baixa-mar. ................................................ 119 Figura 5.86Elevação da superfície livre para uma cheia com caudal de 23000 m3s-1 no estuário médio antes da construção dos molhes, em preia-mar e baixa-mar. ................................................. 119 Figura 5.87Elevação da superfície livre para uma cheia com caudal de 23000 m3s-1 no estuário superior antes da construção dos molhes, em preia-mar e baixa-mar. .............................................. 120 Figura 5.88Elevação da superfície livre na embocadura para um caudal de 23000 m3s-1 antes da construção dos molhes, em preia-mar. ............................................................................................... 120 Figura 5.89Profundidade junto à embocadura para uma cheia com caudal de 23000 m3s-1, em preiamar e antes da construção dos molhes. ............................................................................................. 121 Figura 5.90Elevação da superfície livre para uma cheia com caudal de 23000 m3s-1 no estuário inferior após a construção dos molhes, em preia-mar e baixa-mar. ................................................... 122 Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes xvi Figura 5.91Elevação da superfície livre para uma cheia com caudal de 23000 m3s-1 no estuário médio após a construção dos molhes, em preia-mar e baixa-mar. .................................................... 122 Figura 5.92Elevação da superfície livre para uma cheia com caudal de 23000 m3s-1 no estuário superior após a construção dos molhes, em preia-mar e baixa-mar. ................................................. 123 Figura 5.93Elevação da superfície livre na embocadura para um caudal de 23000 m3s-1 após a construção dos molhes, em preia-mar. ............................................................................................... 123 Figura 5.94Profundidade junto à embocadura para uma cheia com caudal de 23000 m3s-1, em preiamar e após a construção dos molhes. ................................................................................................ 124 Figura 5.95Elevação da superfície livre para uma cheia com caudal de 23000 m3s-1 antes e após a construção dos molhes, em preia-mar e baixa-mar. ........................................................................... 125 Figura 5.96-Elevação da superfície livre para uma cheia com caudal de 26000 m3s-1 no estuário inferior antes da construção dos molhes, em preia-mar e baixa-mar. ................................................ 125 Figura 5.97Elevação da superfície livre para uma cheia com caudal de 26000 m3s-1 no estuário médio antes da construção dos molhes, em preia-mar e baixa-mar. ................................................. 126 Figura 5.98Elevação da superfície livre para uma cheia com caudal de 26000 m3s-1 no estuário superior antes da construção dos molhes, em preia-mar e baixa-mar. .............................................. 126 Figura 5.99Elevação da superfície livre na embocadura para uma cheia com caudal de 26000 m3s-1 antes da construção dos molhes, em preia-mar. ................................................................................ 127 Figura 5.100Profundidade junto à embocadura para uma cheia com caudal de 26000 m3s-1, em preia-mar e antes da construção dos molhes. .................................................................................... 127 Figura 5.101Elevação da superfície livre para uma cheia com caudal de 26000 m3s-1 no estuário inferior após a construção dos molhes, em preia-mar e baixa-mar. ................................................... 128 Figura 5.102Elevação da superfície livre para uma cheia com caudal de 26000 m3s-1 no estuário médio após a construção dos molhes, em preia-mar e baixa-mar. .................................................... 129 Figura 5.103Elevação da superfície livre para uma cheia com caudal de 26000 m3s-1 no estuário superior após a construção dos molhes, em preia-mar e baixa-mar. ................................................. 129 Figura 5.104Elevação da superfície livre na embocadura para um caudal de 26000 m3s-1 após a construção dos molhes, em preia-mar. ............................................................................................... 130 Figura 5.105Profundidade junto à embocadura para uma cheia com caudal de 26000 m3s-1, em preia-mar e após a construção dos molhes. ....................................................................................... 130 Figura 5.106Elevação da superfície livre para uma cheia com caudal de 26000 m3s-1 antes e após a construção dos molhes, em preia-mar e baixa-mar. ........................................................................... 131 Figura 5.107Perfil longitudinal espacial da elevação da superfície livre antes da construção dos molhes, em preia-mar e baixa-mar. .................................................................................................... 132 Figura 5.108Elevação da superfície livre no estuário na preia-mar para um caudal de 1000 m3s-1. 132 Figura 5.109-Elevação da superfície livre no caso da baixa-mar antes da construção dos molhes. . 133 Figura 5.110Profundidade na zona da restinga em baixa-mar, antes da construção dos molhes. . 133 Figura 5.111Profundidade na zona da restinga em preia-mar, antes da construção dos molhes. .. 134 Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes xvii Figura 5.112Perfil longitudinal espacial da elevação da superfície livre após a construção dos molhes, em preia-mar e baixa-mar. .................................................................................................... 135 Figura 5.113Elevação da superfície livre no estuário após a construção dos molhes, na preia-mar para um caudal de 1000 m3s-1. ........................................................................................................... 135 Figura 5.114Elevação da superfície livre no estuário após a construção dos molhes, na baixa-mar para um caudal de 1000 m3s-1. .......................................................................................................... 136 Figura 5.115Profundidade na zona da restinga em preia-mar, após a construção dos molhes. ..... 136 Figura 5.116Profundidade na zona da restinga em baixa-mar, após a construção dos molhes. .... 137 Figura 5.117Perfis longitudinais espaciais da baixa-mar e preia-mar, antes e após a construção dos molhes. ................................................................................................................................................ 138 Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes xviii Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes xix ÍNDICE DE QUADROS Quadro 2.1Afluentes do rio Douro e a localização da sua foz. ............................................................. 7 Quadro 2.2Aproveitamentos hidroelétricos do Douro português e a sua localização. ......................... 7 Quadro 2.3Capacidades úteis de algumas barragens do Sistema Douro e do Sistema CávadoRabagão-Homem (Fonte: EDP). ............................................................................................................. 9 Quadro 2.4Cotas atingidas pela água em algumas das cheias no estuário do Douro (Fonte: Dias, sem data). .............................................................................................................................................. 28 Quadro 3.1Condições-fronteira para cada um dos parâmetros. ........................................................ 38 Quadro 4.1Coordenadas dos pontos de medição. ............................................................................. 47 Quadro 4.2Dias para os quais foi feita a validação da corrente e os pontos correspondentes. ........ 55 Quadro 5.1Distância à embocadura e cota (NMA) dos locais com maior suscetibilidade à ação das cheias .................................................................................................................................................... 65 Quadro 5.2Caraterísticas das cheias simuladas no Telemac 2D. (BM-Baixa-mar PM-Preia-mar). ... 69 Quadro 5.3Cotas atingidas pela água na cheia de 1962 na simulação da baixa-mar e da preia-mar antes da construção dos molhes........................................................................................................... 75 Quadro 5.4Cotas atingidas pela água de 1962 na simulação da baixa-mar e da preia-mar na presença dos molhes ............................................................................................................................ 81 Quadro 5.5Cotas atingidas pela água na cheia de 1966 na simulação da baixa-mar e da preia-mar antes da construção dos molhes........................................................................................................... 84 Quadro 5.6Cotas atingidas pela água na cheia de 1966 na preia-mar e na baixa-mar, na presença de molhes .............................................................................................................................................. 87 Quadro 5.7Cotas atingidas pela água na cheia de 1979 na simulação da baixa-mar e da preia-mar antes da construção dos molhes........................................................................................................... 92 Quadro 5.8Cotas atingidas pela água na cheia de 1979 na simulação de baixa-mar e da preia-mar após a construção dos molhes.............................................................................................................. 95 Quadro 5.9Cotas atingidas pela água na cheia de 1996 na simulação da baixa-mar e da preia-mar antes da construção dos molhes........................................................................................................... 98 Quadro 5.10Cotas atingidas pela água na cheia de 1996 na simulação da preia-mar após a construção dos molhes ....................................................................................................................... 101 Quadro 5.11Cotas atingidas pela água na cheia de 2001 nas simulações da preia-mar e baixa-mar antes da construção dos molhes......................................................................................................... 105 Quadro 5.12Cotas atingidas pela água na cheia de 2001 nas simulações da preia-mar e baixa-mar após a construção dos molhes............................................................................................................ 109 Quadro 5.13-Simulações para diferentes caudais impostos em situação de preia-mar e baixa-mar 110 Quadro 5.14Cotas atingidas pela água para o caudal de 20000 m3s-1 nas simulações da preia-mar e baixa-mar antes da construção dos molhes. ...................................................................................... 115 Quadro 5.15Cotas atingidas pela água para o caudal de 20000 m3s-1 nas simulações da preia-mar e baixa-mar após a construção dos molhes. ......................................................................................... 118 Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 2 face a ondas e/ou tempestades procedentes do mar podem alterar os padrões principais de circulação. Isto produz alterações nas áreas de erosão e acreção dos sedimentos e, portanto, alterações na configuração do estuário. Para além disso, nestes locais podem ser descarregadas águas residuais, tratadas ou não. A contaminação afeta a qualidade da água e a diversidade e quantidade de espécies nestes ambientes costeiros. A ocupação massiva das margens dos estuários também apresenta as suas desvantagens. Nos meses de Inverno tendem a ocorrer cheias. Esse aumento do caudal é responsável pelo extravase do leito normal para os terrenos vizinhos, causando inundações. Quando a ocupação antropogénica se encontra nesses terrenos vizinhos as inundações são responsáveis por imensos estragos a nível económico e de património, além de colocarem em risco a vida da população. É portanto crucial conhecer a hidrodinâmica das zonas estuarinas para prever o efeito de alterações antropogénicas e fazer planos de prevenção e de evacuação em casos de cheia para se evitar ao máximo os possíveis danos colaterais. Para isso é necessário recorrer à constante monitorização do meio para se poder prever atempadamente este tipo de eventos extremos. As técnicas de modelação numérica também devem ser utilizadas pois através da simulação de diferentes cenários é possível caracterizar completamente a área estuarina em termos da sua hidrodinâmica e de prever os locais que virão a ser atingidos no caso de eventos extremos como as cheias. 1.2 ÂMBITO E OBJETIVOS O caso de estudo desta dissertação é o estuário do Douro. É um estuário com 21,6 km de comprimento cujo limite a montante se encontra marcado pela barragem de Crestuma-Lever, sendo consequentemente até aí que a influência marinha se propaga. Na embocadura encontra-se a restinga do Cabedelo, um banco arenoso formado pela deposição de sedimentos provenientes quer da deriva litoral quer do rio. As restingas são estruturas extremamente dinâmicas, que sofrem erosão, acreção e perdas ou ganhos de área e volume devido à ação de vários fenómenos (agitação marítima, efeito dos ventos e caudais fluviais). Junto à restinga do Cabedelo encontra-se a Baía de São Paio onde fica localizada a Reserva Natural Local do Estuário do Douro cujos objetivos são a preservação da paisagem e a proteção do habitat das aves. Para caudais da ordem dos 10000 m3s-1 a restinga do Cabedelo costumava ficar completamente ou parcialmente destruída, tornando a ganhar forma com o tempo. No entanto, a restinga ganhou a tendência de ir recuando para o interior do estuário, devido a fenómenos de extração de inertes, dragagens e escassez de fornecimento de sedimentos devido à construção das barragens, deixando a margem norte, especialmente, suscetível à agitação marítima. O término da construção dos molhes em 2008 provocou a alteração da estrutura da restinga, produzindo um aumento da sua área e do seu volume, sendo que agora, em caso de cheias extremas, é pouco provável que a restinga rompa ou seja galgada, podendo produzir efeitos mais prejudiciais nas margens do estuário. Os molhes foram construídos para garantir a segurança do canal de navegação, que em situações de tempestade marítima apresentava enormes riscos para as viagens das embarcações. Este canal, frequentemente assoreado por sedimentos provenientes do mar, da restinga e do rio, foi protegido mediante a construção de um molhe na margem norte, cujo objetivo era impedir que a agitação marítima se fizesse sentir no canal, criando assim condições de segurança para as embarcações, e de um quebramar destacado, ligado à restinga através de uma obra de reforço de cota variável, cujo objetivo era fixar a posição da restinga e aumentar o seu assoreamento. Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 3 Tendo em conta que o estuário do Douro se encontra entre as cidades do Porto e de Vila Nova de Gaia e as suas margens se encontram fortemente urbanizadas, especialmente nos últimos 8 km, é essencial proteger as suas margens. Assim, o objetivo desta dissertação consiste na análise da hidrodinâmica do estuário do Douro e na simulação de diferentes cenários de cheia antes e após a construção do molhe e do quebramar destacado de forma a avaliar se a sua construção realmente correspondeu às funções esperadas. Para tal escolheu-se o modelo numérico OpenTelemac, mais concretamente o seu módulo de modelação de superfície livre a duas dimensões, Telemac 2D, de forma a caracterizar o estuário do Douro e o seu comportamento em eventos extremos de cheias. Será analisado o possível galgamento da restinga de forma a compreender se realmente esta estrutura tem ficado mais forte após a construção do quebramar destacado e serão comparadas as cotas atingidas pela superfície livre no estuário com as cotas ao longo das margens, ficando-se assim com uma noção das zonas que poderão encontrar-se em risco. 1.3 ORGANIZAÇÃO DA DISSERTAÇÃO A dissertação é constituída por 6 capítulos, sendo este o primeiro funcionando como um capítulo de introdução à problemática estudada e aos objetivos pretendidos. O segundo capítulo expõe o estado da arte sobre o estuário do Douro onde é feita a caraterização da bacia hidrográfica do rio Douro e a caraterização do estuário tendo em conta a restinga e as obras feitas para a sua estabilização, a dinâmica do estuário a nível de salinidade, estratificação e tempo de residência, a dinâmica sedimentar, a qualidade da água e as cheias. O terceiro capítulo abrange a caraterização do modelo numérico a nível das equações resolvidas, dos ficheiros de entrada e de saída, das diferentes malhas utilizadas, das condições-fronteira e dos principais parâmetros físicos definidos. No quarto capítulo encontram-se descritas a calibração e a validação feitas, incluindo os pontos em que se focou a calibração, tal como os resultados da validação da elevação da superfície livre e da corrente. O quinto capítulo corresponde ao capítulo de análise de resultados onde são caraterizadas as simulações feitas, em termos de caudal e de nível de maré, e se apresentam os resultados obtidos através do modelo numérico, tal como é apresentada uma pequena discussão sobre esses mesmos resultados no fim do capítulo. Finalmente, no sexto e último capítulo irão ser expostas as principais conclusões retiradas do trabalho desenvolvido e as propostas de trabalhos futuros. Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 4 Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 5 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1 CARATERIZAÇÃO DA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO DOURO O rio Douro nasce em Espanha, na província de Sória, mais concretamente na serra de Urbión, a cerca de 1700 metros de altitude, e percorre 927 km até chegar à sua foz, entre as cidades do Porto e de Vila Nova de Gaia, sendo 597 km desse percurso percorridos em Espanha, 122 km na fronteira e os últimos 208 km em solo português. O seu comprimento faz dele o terceiro rio mais extenso na Península Ibérica. A bacia hidrográfica possui uma área total de 97713 km2, pertencendo 18854 km2 a Portugal (19%) e 78859 km2 a Espanha (81%). Esta área faz da bacia hidrográfica do Douro a maior da Península Ibérica (APA, 2015). A bacia hidrográfica apresenta a forma de um losango e encontra-se representada na Figura 2.1. Figura 2.1Bacia hidrográfica do rio Douro (Fonte: APA, 2015). Em planta, o rio Douro apresenta alguma sinuosidade, sendo considerado um rio meandrizado. Normalmente esta sinuosidade está relacionada com assimetrias na seção transversal, uma vez que na zona das curvas a profundidade no lado exterior é superior à profundidade no lado interior. Isto acontece porque na margem côncava ocorre erosão e os sedimentos resultantes desse fenómeno depositam-se na margem convexa de seguida. O facto de um rio apresentar mais ou menos meandros está diretamente relacionado com a resistência que as margens oferecem a ser erodidas. Nesta circunstância, os rios são caraterizados por uma sucessão de rápidos e fundões. As caraterísticas dos rios meandrizados Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 6 encontram-se representadas nas Figuras 2.2 e 2.3. A Figura 2.3 permite visualizar os meandros do rio Douro junto à barragem de Miranda. Figura 2.2Planta de um meandro e seções transversais correspondentes aos pontos A, B e C. Figura 2.3Meandros do Douro junto à barragem de Miranda (Fonte: Google Maps). Ao longo do leito principal do rio desaguam vários cursos de água, uns na zona espanhola, outros ao longo da fronteira, conhecida como Douro Internacional, e outros já na parte portuguesa. No Quadro 2.1 encontram-se alguns desses afluentes principais e o concelho português ou a província espanhola onde desaguam. Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 7 Quadro 2.1Afluentes do rio Douro e a localização da sua foz. Rio Foz País Esgueva Valladolid Pisuerga Valladolid Valderaduey Zamora Esla Zamora Riaza Burgos Espanha Duraton Valladolid Cega Valladolid Adaja Valladolid Guarena Zamora Tormes Zamora Douro Internacional Águeda Figueira de Castelo Rodrigo Sabor Torre de Moncorvo Tua Carrazeda de Ansiães Corgo Peso da Régua Tâmega Penafiel Portugal Sousa Mealhada Côa Vila Nova de Foz Côa Távora Tabuaço Paiva Castelo de Paiva O interesse na água como força motriz surgiu por volta do século XIX a nível mundial. Em Portugal começou por ser utilizada em situações pontuais (alimentação de pequenas indústrias e iluminação pública) evoluindo depois para a construção de aproveitamentos de maior magnitude, tendo aqui especial destaque os aproveitamentos hidroelétricos construídos ao longo do curso do rio Douro em território português (ver Quadro 2.2). Os três primeiros aproveitamentos apesar de serem portugueses encontram-se na fronteira entre Portugal e Espanha dizendo-se que pertencem ao Douro Internacional. Quadro 2.2Aproveitamentos hidroelétricos do Douro português e a sua localização. Aproveitamento Hidroelétrico Concelho Localização Miranda Miranda do Douro Douro Internacional Picote Miranda do Douro Bemposta Mogadouro Pocinho Vila Nova de Foz Côa Portugal Valeira São João da Pesqueira Régua Peso da Régua Carrapatelo Marco de Canaveses Crestuma-Lever Vila Nova de Gaia e Gondomar Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 8 É de frisar que em Portugal a construção destas obras hidráulicas não se destina unicamente à produção de energia, servindo em alguns casos para irrigação e para abastecimento de alguns locais. O canal do Douro era a única forma de comunicação e de comércio existente até à conclusão da linha do caminho-de-ferro em 1887. No entanto, como o rio apresenta um declive bastante elevado, muita sinuosidade, com bastante rápidos e fundões, rochas salientes e caudais violentos o percurso era perigoso, tendo sido construídos os barcos rabelo de forma a ser possível fazer a viagem em segurança. Com o desenvolvimento das comunicações ferroviárias e rodoviárias a utilização do rio regrediu brutalmente. Foi apenas com a construção dos aproveitamentos hidroelétricos do Douro Nacional e consequentemente com a existência das suas albufeiras que se criaram as condições necessárias para efetuar as viagens de barco. Nas barragens foram incluídas eclusas de navegação (ver Figura 2.4), que permitem às embarcações vencer os desníveis provocados pela construção das barragens. Atualmente a via navegável existente possui cerca de 200 km de comprimento fazendo a ligação entre a barragem de Crestuma e a barragem do Pocinho. Figura 2.4Barragem da Régua com a sua eclusa de navegação (Fonte: EDP). De forma a aumentar a potência disponível nas horas de ponta e recuperar energia que de outra forma seria perdida por descarregamentos, têm-se feito reforços de potência em alguns dos aproveitamentos. Os dois tipos principais de reforço de potência são reforço da capacidade de turbinamento e instalação de grupos turbina-bomba (grupos reversíveis). No caso da bacia do Douro apenas se reforça a capacidade de turbinamento. Como a maioria das barragens se encontra em vales bastante encaixados, a capacidade de armazenamento é bastante limitada, não compensando a colocação de um grupo reversível. Outro motivo deve-se ao facto do rio Douro ser bastante caudaloso o que obriga a descargas frequentes. Desta forma, não seria financeiramente vantajoso colocar um grupo reversível visto que as barragens do Douro trabalham a fiode-água. O Quadro 2.3 permite fazer a comparação entre a capacidade útil dos aproveitamentos do Sistema Douro (Miranda, Pocinho, Valeira e Crestuma) e do Sistema Cávado-Rabagão-Homem (Caniçada e Alto Rabagão) em que as albufeiras têm a capacidade de regularização. Comprova-se que no Douro as Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 9 capacidades úteis são substancialmente inferiores, sendo a capacidade útil a diferença de cota entre o nível mínimo de exploração (NME) e o nível de pleno armazenamento (NPA). Quadro 2.3Capacidades úteis de algumas barragens do Sistema Douro e do Sistema Cávado-RabagãoHomem (Fonte: EDP). Barragem Capacidade útil (hm3) Miranda 6.4 Pocinho 12 Valeira 13.04 Crestuma 22.5 Caniçada 144.4 Alto Rabagão 550.1 2.2 CARATERIZAÇÃO DO ESTUÁRIO DO DOURO 2.2.1 DEFINIÇÃO DE ESTUÁRIO A definição de estuário sempre se revelou bastante difícil. Apesar de ao longo dos anos terem sido propostas várias definições, todas parecem incompletas ou apresentam incongruências. Acima de tudo os estuários são ecossistemas muito ricos a nível biológico devido à sua água ser salobra. São também zonas onde as pessoas têm tendência a se fixar e a desenvolver as suas atividades. Uma das definições mais conhecidas é a de Pritchard (1967) referido em Potter et al. (2010), onde é sugerido que um estuário é um corpo de água costeiro semifechado com uma ligação ao mar e onde ocorre a diluição da água do mar com água doce proveniente da drenagem terrestre. Esta definição parece correta relativamente a estuários do hemisfério Norte, mas falha na caraterização de alguns estuários nas regiões australianas e sul-africanas em que nos períodos de seca se forma um banco de areia que separa por completo o estuário do mar e em que a elevada evaporação o torna hipersalino. Após alguns estudos no hemisfério sul foi proposta outra definição por Day (1980,1981) referido em Potter et al. (2010), que pretende corrigir a de Pritchard (1967) e que defende que um estuário é um corpo de água costeiro que pode estar permanentemente ou periodicamente aberto ao mar e onde existe uma variação de salinidade devido à mistura da água do mar com água doce. Esta última definição já considera que o estuário pode estar ou não ligado ao mar mas não tem em consideração as situações em que os estuários se tornam hipersalinos nem distingue a proveniência da água doce (descarga fluvial, precipitação ou escoamento localizado). A Figura 2.5 (a) representa um estuário macrotidal no hemisfério Norte enquanto as Figuras 2.5 (b-e) representam estuários do sudoeste australiano. O que se verifica é que na maior parte dos estuários estudados na África e na Austrália, a desembocadura é muito pequena o que facilita o seu fecho através da deposição de sedimentos e os estuários são muito largos e pouco profundos o que auxilia a evaporação em períodos de seca ou de temperaturas elevadas. O facto de a maior parte destes estuários se encontrarem junto a costas microtidais faz com que a quantidade de água transferida entre o oceano e o estuário seja muito pequena. Surgiram portanto dúvidas acerca de estes sistemas serem considerados estuários ou não, até porque em alguns casos o período de seca era tão grande ou a salinidade se tornava tão elevada que o local se tornava inóspito. No entanto, estudos em estuários na América Central e do Sul e no Mediterrâneo comprovaram que realmente há estuários que ficam completamente separados do Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 10 oceano e se tornam hipersalinos, portanto continuou-se a considerar todos estes sistemas como estuários (Potter et al., 2010). Surge outra definição que parece ainda mais completa, proposta por Potter et al. (2010), que considera que o estuário é um corpo de água costeiro semifechado que pode estar ou não ligado ao mar, recebendo periodicamente descargas de um rio, o que torna a sua salinidade inferior ao valor da água do mar e variável temporalmente ao longo da sua extensão, mas que em certos casos pode tornar-se hipersalino quando a evaporação é elevada e o caudal do rio e a influência das marés são desprezáveis. Figura 2.5Relação entre a salinidade, forma e abertura de alguns tipos de estuário. Apesar de ser interessante conhecer as caraterísticas dos estuários africanos e australianos é de maior interesse conseguir definir estuários mais semelhantes ao Douro, visto ser esse o caso de estudo. Dionne (1963), referido em Perillo (1995), propôs uma definição em que sugere que um estuário é uma reentrância de mar num vale fluvial, estendendo-se até ao limite de propagação da maré dinâmica que pode ser dividido em três sectores (Figura 2.6): o baixo estuário ou estuário marinho que se encontra em contacto com o mar; o estuário intermédio que se encontra sujeito a uma forte mistura da água doce e da água salgada e o estuário superior ou fluvial caraterizado por água doce mas que sofre a ação da maré (Perillo, 1995). Esta definição já é mais parecida com a dinâmica observada no Douro, que também pode ser dividido em três segmentos de acordo com a salinidade. Esse assunto será mais aprofundado no ponto 2.2.2.2. Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 11 Figura 2.6Descrição das 3 partes do estuário segundo Dionne (1963) (Fonte: Perillo, 1995). Por fim, talvez a definição mais completa seja a proposta por Perillo (1995) que defende que um estuário é um corpo costeiro semifechado que se estende até ao limite efetivo da influência da maré, dentro do qual a água salgada entra através de uma ou mais ligações ao oceano ou de outros corpos costeiros salinos, que se encontra significativamente diluído com água doce proveniente da drenagem terrestre e que consegue sustentar espécies eurialinas durante uma parte ou durante toda a sua vida. Esta definição é diferente da anterior porque sugere que a mistura entre a água doce e a água salgada pode ocorrer desde a entrada do estuário até ao ponto onde se fizer sentir a influência da maré. Além disso a definição tem em consideração uma parte biológica, sendo as espécies eurialinas espécies capazes de aguentar grandes variações de salinidade. No entanto, visto que cada estuário possui caraterísticas diferentes dos outros, é muito difícil encaixá-lo na totalidade de uma definição. A solução foi ir criando vários critérios para definir cada estuário de acordo com as suas caraterísticas. Os quatro critérios mais utilizados dizem respeito à morfologia, salinidade, padrões de circulação e amplitude de maré. No entanto, os estuários também podem ser classificados de acordo com critérios de qualidade de água ou estéticos (da Silva, 2000). 2.2.2 O ESTUÁRIO DO DOURO A construção da barragem de Crestuma-Lever veio condicionar a extensão do estuário, limitando-a a 21,6 km. Anteriormente a esta construção a influência da maré fazia-se sentir aproximadamente até 35 km a montante da foz (Portela, 2008). O estuário sofreu portanto uma redução de 40% no seu comprimento. O estuário pode ser dividido em três segmentos (Figura 2.7) de acordo com a salinidade com base no estudo realizado por Vieira e Bordalo (2000): inferior, intermédio e superior. O estuário inferior prolonga-se até 3 km a partir da desembocadura com uma largura média de 645 m e uma profundidade média de 7,8 m. O estuário médio tem uma largura e profundidade médias de 271 e 10 m, respetivamente. Por último o estuário superior tem uma profundidade média de 7 m e uma largura média de 333 m. Como acabou de ser referido, a largura do estuário vai variando. Ao chegar ao estuário inferior ocorre um alargamento, atingindo o estuário a largura máxima de aproximadamente 1300 m. Já o local onde a largura é mínima é junto à ponte Luís I, a aproximadamente 6 km da foz. Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 18 Figura 2.12Efeito dos caudais, ondas e vento nos diferentes sectores da restinga (a tracejado) antes da construção do quebramar. As setas cinzentas destinam-se à totalidade da restinga e as pretas apenas ao setor indicado (Fonte: Bastos et al., 2012). Figura 2.13Efeito dos caudais, ondas e vento nos diferentes setores da restinga (a tracejado) após a construção do quebramar. As setas cinzentas destinam-se à totalidade da restinga e as pretas apenas ao setor indicado (Fonte: Bastos et al., 2012). Como as técnicas DGPS exigem a recolha de informação in situ, Teodoro et al. (2011) fizeram um estudo sobre a extração da área do Cabedelo a partir de imagens do satélite IKONOS-2 através de técnicas de processamento de imagens. Marés, salinidade, estratificação e tempo de residência Uma boa gestão dos recursos hídricos exige um bom conhecimento acerca do funcionamento desses mesmos recursos. O estuário do Douro é considerado ser um estuário temperado, com uma temperatura Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 19 média de 14,4 ºC (Bastos et al., 2012), e mesotidal apesar da intensa construção de barragens ao longo do seu curso e do dos seus afluentes (Vieira e Bordalo, 2000). Um estuário ser mesotidal significa que a amplitude de maré observada é intermédia, com valores entre os 2 m a 4 m (Dias, sem data). As marés na costa portuguesa apresentam um carácter semidiurno. O prisma de maré, que corresponde ao volume de água trocado entre o estuário do Douro e o oceano, em cada ciclo de maré é cerca de 25 x 106 m3 para a maré viva e 10 x 106 m3 para a maré morta, sendo estes valores pequenos, o que se deve à morfologia do estuário (Portela, 2008). Existem dois tipos de marés: meteorológicas e astronómicas. As marés meteorológicas resultam de variações de pressão e do efeito do vento e as astronómicas resultam da atração entre o Sol, a Lua e a Terra. O período de uma maré semidiurna é 12.42 h (meio dia lunar). Em cada dia lunar ocorrem portanto duas preia-mares e duas baixa-mares (ver Figura 2.14). Esta componente harmónica da maré corresponde à constituinte lunar semidiurna (M2). Figura 2.14Maré semidiurna. Quinzenalmente há uma alternância entre maré viva e maré morta. Isto é representado pela constituinte solar semi-diurna (S2), sendo o Sol o responsável por esta variação. Quando o Sol e a Lua estão em conjunção ou oposição as constituintes somam-se e surgem as marés vivas. Quando os astros estão em quadratura, as suas ações são perpendiculares e há uma compensação surgindo as marés mortas. Todas as alturas que surgem no presente trabalho são em relação ao zero hidrográfico, que se encontra 2 metros abaixo do nível médio da água do mar (Portela, 2008). A construção das barragens fez com que o caudal do rio deixasse de ser contínuo, para passar a ser descarregado consoante as necessidades de energia hidroelétrica, da precipitação na bacia e das descargas provenientes das barragens a montante. O caudal descarregado pode passar, numa questão de minutos, de 0 m3s-1 para mais de 1000 m3s-1 (Azevedo et al., 2008). Após a construção da barragem, o caudal anual médio passou a rondar os 450 m3s-1, atingindo no caso de anos mais húmidos cerca de 700 m3s-1 e em anos mais secos 200 m3s-1 (Dias, sem data). Estas variações afetam as caraterísticas do estuário, desde a qualidade da água até à estratificação. O estuário do Douro é considerado um estuário de cunha salina para baixos caudais descarregados. Para descargas muito elevadas o estuário é constituído apenas por água doce, comportando-se como um rio, Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 20 sendo a água do mar totalmente expelida mesmo na preia-mar da maré viva. Caudais fluviais muito baixos permitem que a cunha salina se desenvolva, chegando em alguns casos a cerca de 2/3 da extensão do estuário. Para caudais intermédios a cunha salina desenvolve-se na mesma num comprimento pequeno e há uma mistura vertical da água doce com a água salgada na zona intermédia do estuário (Vieira e Bordalo, 2000). Estes autores sugerem que a batimetria força a cunha salina a ocupar 3 posições preponderantes (ver Figura 2.15). Figura 2.15Posições predominantes da cunha salina e as suas distâncias relativamente à embocadura (Fonte: Vieira e Bordalo, 2000). A intrusão da água salgada faz-se sentir por norma desde o início de Março até ao início de Dezembro. É de frisar que os autores definem a cunha salina como a massa de água salgada com salinidade igual ou superior a 30. As posições 1, 2 e 3 correspondem aos limites dessa massa de água com salinidade de 30. Quando a intrusão salina começa, os caudais ainda são elevados encontrando-se próximos dos 700 m3s-1 sentindo-se a influência marinha até à posição 1 a 2,6 km da entrada do estuário e até aos 30 m de profundidade. Para descargas inferiores a 400 m3s-1 a cunha salina avança até à posição 2 a 7,5 km da embocadura e atingindo 25 m de profundidade. A posição 3 é atingida para caudais descarregados muito baixos, inferiores a 100 m3s-1, e a cunha salina fica apenas a 6 km de distância de Crestuma. Este estudo foi feito para o ano de 1994. Posto isto, concluiu-se que as caraterísticas da cunha salina são dominadas pelos caudais descarregados na barragem (Vieira e Bordalo, 2000). Uma análise à cunha salina no estuário inferior para condições de baixo escoamento fluvial revelou que neste caso os esforços provocados pela maré têm influência na estratificação, ocorrendo estratificação durante a vazante e mistura durante a enchente (Vieira e Bordalo, 2000) A reflexão da onda de maré na barragem de Crestuma conduz à formação de uma onda estacionária cujo comprimento de onda é dado pela equação 2.1: 2/1 )(ghTL  (Eq. 2.1) Onde T é o período de onda, h é a profundidade e g é a aceleração gravítica. No caso do estuário do Douro este comprimento de onda é de 97.6 km, considerando uma profundidade média de 7,8 m e um período de 12,4 h. Como o estuário tem 21,6 km é como se todo o estuário se Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 21 encontrasse na proximidade do ventre. Isto faz com que a subida do nível da água ocorra quase simultaneamente para todo o estuário, tanto na enchente como na vazante, esperando-se apenas alguma ressonância. No entanto, verifica-se que a amplitude de maré para a maré viva na embocadura é de cerca de 2,8 m e junto à barragem é de 2,6 m o que se deve a perdas por atrito. Além da falha na amplificação da onda também se verifica uma diferença de fase de 1 h entre a embocadura e Crestuma cuja responsabilidade é também atribuída ao atrito. Os estuários intermédio e superior apresentam larguras e profundidades muito parecidas, não criando convergência nem amplificação (Vieira e Bordalo, 2000). Estuários com cunha salina estão normalmente associados a condições microtidais. No entanto, o Douro apresenta condições mesotidais e cunha salina (Azevedo et al., 2007). Isto é explicado pelo facto de a onda refletida em Crestuma ter uma amplitude inferior à onda incidente, devido a perdas por atrito, e a maré resultar da soma de uma onda estacionária, cujo transporte de energia é nulo, com uma onda progressiva com uma amplitude muito pequena e cuja energia também é insuficiente para provocar a mistura da coluna de água nos estuários médio e superior em situações de baixo caudal descarregado (Vieira e Bordalo, 2000). A estratificação é avaliada com base no cálculo do número de estuário, Ne, que representa um rácio entre a descarga de caudal e o caudal da maré (Eq. 2.2): TR FP Ne m2 )(  (Eq. 2.2) Onde P é o volume do prisma da maré, Fm é o número de Froude densimétrico, T é o período da onda de maré, e R é o caudal descarregado. O número de Froude densimétrico é calculado de acordo com a Equação 2.3: )(     gh uf Fm (Eq. 2.3) Onde uf é a média transversal da média vertical da velocidade média, g é a aceleração gravítica, h é a profundidade, Δρ é a diferença de densidade entre a superfície e o fundo e ρ é a média vertical da densidade média. A variável uf na equação 2.3 é calculada de acordo com a Equação 2.4: AT R uf T  (Eq. 2.4) Onde RT é o volume de água doce durante um ciclo de maré, A a área da seção transversal e T o período de onda. Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 22 Quanto menor for o valor de Ne mais estratificada se encontra a coluna de água. Para valores de Ne<0.1 a coluna encontra-se fortemente estratificada. Por outras palavras, para caudais inferiores a 300 m3s-1 ocorre estratificação, como a função exponencial da Figura 2.16 indica (Azevedo et al., 2008). Figura 2.16Ne como função do caudal do rio. Valores de Ne inferiores a 0,1 indicam condições fortes de estratificação (Fonte: Azevedo et al., 2008). Azevedo et al. (2010) também estudaram a variação da salinidade, tempo de residência, quantidade de traçadores e estratificação fazendo variar não só a magnitude mas também a variabilidade dos caudais (horários, diários e constantes), encontrando-se as variáveis representadas na Figura 2.17. O tempo de residência é o tempo que a água doce permanece no estuário antes da sua chegada ao mar. Pode ser calculado através de uma relação entre o volume de água doce e o caudal descarregado (Eq. 2.5). R V Tr f  (Eq. 2.5) Onde Vf é o volume de água doce e R é o caudal descarregado. O volume de água doce é calculado de acordo com a Equação 2.6: fVVf (Eq. 2.6) Onde f é a fração de água doce e V o volume total. A fração de água doce é calculada com base na Equação 2.7: 0 0 S SS f  (Eq. 2.7) Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 23 Onde S0 é a salinidade do oceano e S a salinidade em qualquer parte do estuário. Azevedo et al. (2010) concluíram que a salinidade é maior para qualquer uma das magnitudes dos caudais quando o regime utilizado é o horário, sendo dentro desse regime inferior para o maior caudal (ver Figura 2.17). Nos regimes diário e constante a salinidade tende a decrescer. Isto porque no regime horário nos períodos com menor caudal fluvial a intrusão marinha aumenta, tal como a salinidade ou nos regimes mais constantes o caudal não é suficiente para expulsar a água salgada. A dispersão dos traçadores depende da ação da maré e dos caudais descarregados. Verificam-se maiores concentrações de traçadores para situações de caudais mais baixos ou maré baixa, devido ao facto de a diluição ser menor. O regime que provoca a maior diluição dos traçadores é o constante (ver Figura 2.17) e, indo de encontro ao exposto anteriormente dentro desse regime o caudal para o qual é apresentada a menor concentração de traçadores é o maior (Azevedo et al., 2010). O maior tempo de residência verificou-se para o regime com menores valores de salinidade (regime constante). Dentro desse regime o menor tempo de residência surgiu associado ao maior caudal. O tempo de residência é portanto muito variável podendo encontrar-se entre menos de um dia (até menos do que um período de maré) e mais de duas semanas (Vieira e Bordalo, 2000). No estuário do Douro o tempo de residência é controlado pelo caudal descarregado e não pelas marés (Bordalo e Vieira, 2005). Através da Figura 2.17 verifica-se que o número de estuário (Ne) aumenta com o caudal, seja em que regime for. Para valores mais altos de Ne a estratificação é menor, pois são inversos. Através deste estudo concluiu-se que a variabilidade dos caudais também desempenha um papel importante na alteração das caraterísticas do estuário, não bastando apenas fazer estudos a partir da variação da magnitude dos caudais. Figura 2.17Variação da salinidade, Ne, tempo de residência (Tr) e concentração de traçadores para os diferentes caudais e regimes testados. Tempo de residência em dias e traçadores em µM (Fonte: Azevedo et al., 2010). Dinâmica Sedimentar O estuário do Douro encontra-se num vale estreito sendo o seu substrato rochoso constituído por granito e rochas metamórficas (maioritariamente xisto) (Mucha et al., 2003). As margens são íngremes e constituídas essencialmente por areia e cascalho (Portela, 2008). No estuário superior, os sedimentos possuem dimensões maiores, sendo a maior parte cascalhos de areia ou areias de cascalho contendo uma quantidade ínfima de partículas finas (<1%); entre os 2 e os 9 km os sedimentos são mais finos, contendo algumas argilas e siltes e na embocadura os sedimentos são novamente areias grosseiras (Portela, 2008; IPTM, 2003). A espessura da camada de sedimentos sobre o substrato rochoso é de cerca de 40 m (Portela, 2008). Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 24 Quando ocorrem cheias, os sedimentos de granulometria mais fina são transportados até à plataforma continental, sendo o Douro o maior fornecedor com cerca de 79% (Dias et al., 2002; Araújo et al., 2002). No estuário do Douro sempre se recorreu a dragagens e à extração de inertes, como já foi referido no tópico 2.2.2.1. Após a construção de Crestuma terminaram as atividades de extração de inertes no estuário mas continuaram na albufeira da barragem. Quanto a dragagens, desde 1987 que essas atividades decorrem apenas no estuário superior e inferior, pois o estuário médio é mais profundo. Entre 1987 e 2001 o volume anual dragado para efeitos de manutenção foi de cerca de 0.4 x 106 m3/ano (Portela, 2008). Através da comparação dos caudais médios diários descarregados em Crestuma e do volume dragado (ver Figura 2.18) verifica-se que entre os caudais e as dragagens se consegue estabelecer uma relação. Após grandes descargas não foram necessárias dragagens na entrada do estuário, o que permite concluir que as cheias ou caudais elevados fazem a manutenção do canal de navegação. Já no estuário superior esta relação não é verificada, sendo necessário recorrer a dragagens quando ocorrem grandes descargas (Portela, 2008). Figura 2.18Caudais médios diários na barragem de Crestuma (linhas) e dragagens anuais na entrada do estuário (barra) entre 1988 e 1996 (Fonte: Portela, 2008). A capacidade de transporte aumenta quando os grãos são mais finos comparativamente com grãos mais grosseiros. Junto à restinga a carga sedimentar aumenta e consequentemente a capacidade de transporte também (Portela, 2008). Sendo o estuário mesotidal era de esperar que a maré fosse um importante mecanismo de transporte sólido. Isso não acontece porque o pequeno tamanho do estuário, em termos de largura, limita o prisma de maré e a descarga de água em Crestuma possui alguma expressão, sendo em algumas circunstâncias muito elevada. Desta forma, o transporte de sedimentos é controlado pelo rio (Portela, 2008). A influência da maré vai diminuindo de jusante para montante no estuário. Através da Figura 2.19 observa-se que para uma distância à foz de 5 km em situação de enchente a capacidade de transporte sólido pode ser desprezada enquanto na vazante essa capacidade aumenta pois a velocidade da corrente aponta para jusante, tal como a velocidade do escoamento fluvial. Para uma distância de 18 km a influência da maré não se faz sentir, seja na enchente ou na vazante (Portela, 2008). Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 25 Figura 2.19Simulação do transporte do caudal sólido para um caudal de 2036 m3s-1 na enchente e na vazante a 5 e a 18 km da embocadura (fonte: Portela, 2008). Qualidade da água Conhecer a qualidade da água do rio Douro é de extrema importância visto que a água armazenada nas albufeiras pode ser utilizada para abastecimento da população, além de ser essencial garantir a melhor qualidade de água possível para a sobrevivência das espécies que se encontram no rio e no estuário. Neste caso, a água da albufeira de Crestuma é utilizada para o abastecimento das regiões do Grande Porto e do Vale do Sousa (AP, 2016). Têm-se vindo a realizar inúmeros estudos de forma a avaliar a qualidade da água e a estabelecer relações entre as caraterísticas do estuário e a magnitude dos caudais ou a presença de contaminantes, etc. Um estudo feito por Bordalo et al. (2006) a três barragens portuguesas, sendo elas Miranda, Pocinho e Crestuma, comprovou que a qualidade da água aumenta de montante para jusante, tal como o caudal. A água proveniente de Espanha provou ser a de pior qualidade. Uma teoria para o aumento da qualidade da água seria o aumento do caudal a par do aumento da diluição. No entanto, os resultados obtidos neste estudo não foram suficientes para estabelecer essa relação. Verificou-se também que nos meses de Verão a qualidade da água tende a diminuir, embora não na mesma proporção que os caudais, em relação aos meses de Inverno. Os parâmetros utilizados por estes autores para averiguar a qualidade da água e que são utilizados na maior parte dos casos foram temperatura, pH, condutividade, oxigénio dissolvido, quantidade de sólidos suspensos, carência bioquímica de oxigénio, carência química de oxigénio, coliformes fecais e amónio. O tipo de produção nos estuários é outro aspeto a ter em conta. Os estuários são mais ou menos heterotróficos consoante a magnitude dos caudais, a presença de nutrientes, a luminosidade e a temperatura. A título de exemplo, o lançamento de águas residuais para os estuários é responsável pelo aumento da carga orgânica que vai ter influência na respiração, aumentando a sua taxa (Azevedo et al., 2006). Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 26 As descargas nos estuários das águas residuais ou de efluentes industriais não tratados (fenómeno que ainda é muito comum) são responsáveis pela contaminação por metais dos sedimentos e da macrofauna aí existente inibindo ou estimulando o desenvolvimento de inúmeras espécies, a sua diversidade e quantidade (Mucha et al., 2004a). A influência antropogénica pode ser conhecida através do estudo da variação vertical dos metais na amostra de sedimentos (Mucha et al., 2004b). Avaliar as consequências da ações humanas, seja a nível da descarga de efluentes ou construção de barragens é essencial pois estas atividades provocam alterações no ecossistema que podem conduzir à sua biodegradação, além de porem em risco a saúde pública caso a qualidade da água não cumpra os requisitos mínimos. 2.3 AS CHEIAS NO DOURO As cheias são fenómenos hidrológicos extremos e temporários cuja frequência é variável, sendo provocadas por causas naturais ou induzidas. São caraterizadas por um aumento do caudal no curso de água, provocando assim o extravase do leito normal e a inundação dos terrenos vizinhos (Ramos, 2014). As cheias naturais têm origem em fenómenos meteorológicos tais como a precipitação, derretimento de gelo e tempestades tropicais conjuntamente com as caraterísticas da bacia hidrográfica (relevo, inclinação, tipo de solo). Existem dois tipos de cheias fluviais: lentas e rápidas. As cheias lentas (ver Figura 2.20) estão associadas a precipitações mais moderadas (podendo ser intensas às vezes) durante um maior período de tempo, sobre uma área mais alargada, daí a resposta hidrológica ser mais lenta e permitir uma resposta mais rápida na evacuação e proteção, devido à previsão ser feita em tempo real. Estas cheias podem no entanto acarretar igualmente graves prejuízos nas infraestruturas e colocar em risco a segurança das pessoas (caso a evacuação não seja feita a tempo). Surgem normalmente na bacia dos grandes rios e devem-se a superfícies frontais e sazonais, desenvolvendo-se durante vários dias ou semanas. Já as cheias rápidas (ver Figura 2.21) surgem na sequência de precipitações muito intensas e localizadas, sendo a resposta hidrológica muito rápida e não permitindo pôr em prática planos de evacuação, pois não é possível fazer a sua previsão em tempo real. São chuvas do tipo convectivo normalmente em bacias médias/pequenas e ocorrem especialmente no Verão e no Outono, desenvolvendo-se numa questão de horas. As cheias provocadas por causas humanas devem-se à rotura de barragens ou de diques. Figura 2.20Hidrograma de uma cheia lenta no rio Reno em 1995. Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 27 Figura 2.21Hidrograma de uma cheia rápida no rio Almanzora (Espanha) em 1973. Na Península Ibérica verifica-se a ocorrência dos dois tipos de cheia. Superfícies frontais associadas a núcleos de baixa pressão formam-se no Oceano Atlântico e atravessam o território (ver Figura 2.22), sendo a direção NO-SE a predominante. A incidência destas massas de ar nas cadeias montanhosas intensifica a precipitação. Além das superfícies frontais verificam-se fenómenos de origem convectiva que originam precipitações muito localizadas e difíceis de prever devido à sua rapidez. Figura 2.22Propagação da superfície frontal na Península Ibérica associada à cheia de Dezembro de 2002 no Douro (Fonte: Rodrigues et al., 2003). O rio Douro, como já foi referido, além de possuir a maior bacia hidrográfica da Península Ibérica é também um dos seus maiores rios em termos de extensão. Nos últimos 8 km do seu curso, as margens foram completamente alteradas pela construção de edifícios (habitação, lazer, serviços ou qualquer outro Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 34 Ficheiro de direção O ficheiro de direção é o primeiro ficheiro a ser lido e funciona como uma espécie de painel de controlo de todo o cálculo. Pode ser feito a partir de um editor de texto ou através do programa FUDAAPREPRO. É neste ficheiro que se encontram todos os parâmetros associados aos fenómenos que se encontram aplicados no modelo e que foram referidos no tópico 3.2.1. Cada parâmetro pode ser definido pelo utilizador ou, caso não o seja, o programa assume um valor por defeito. Ficheiro da geometria É um ficheiro binário que contém toda a informação respeitante à malha, como o número de nós e elementos, o número de nós por elemento, matrizes com as coordenadas x e y de cada nó da malha e matrizes de conectividade que indicam para cada elemento quem são os elementos vizinhos. Esta matriz de conectividade só é necessária devido à malha ser não estruturada e não haver forma de conhecer os elementos vizinhos através de cálculos algébricos básicos. Além desta informação pode conter a topografia do fundo e o coeficiente de atrito em cada nó. Ficheiro das condições-fronteira Este ficheiro é gerado automaticamente pelo programa BlueKenue e pode ser modificado através de um editor de texto. Cada linha é dedicada a um ponto da fronteira da malha. O primeiro nó a surgir neste ficheiro é o ponto com coordenadas mais baixas, ou seja o ponto no canto inferior esquerdo e a ordem dos pontos no ficheiro segue o sentido anti-horário. Ficheiro fortran O Telemac fornece previamente ao utilizador um conjunto de sub-rotinas programadas em Fortran que podem ser aplicadas no modelo. Se o modelo em questão necessitar de alguma sub-rotina extra o utilizador pode acrescentá-la. Este ficheiro é depois compilado de forma a gerar um programa executável para a simulação. Ficheiro das fronteiras líquidas Este ficheiro permite que o utilizador especifique valores para as condições-fronteira dependentes do tempo, seja em termos de caudal, profundidade, velocidade ou concentração de traçadores. Neste caso em concreto o ficheiro continha informação acerca da variação dos caudais descarregados em Crestuma ao longo do tempo. Como apenas existiam caudais médios diários para 1994 tiveram que se utilizar os dados fornecidos pela EDP para os meses de Outubro posteriores a 1998 (só a partir deste ano é que se encontram disponíveis caudais horários) de forma a encontrar um padrão horário de descarga, em função do dia da semana e do caudal médio diário*. Este padrão foi posteriormente aplicado à distribuição de caudais médios diários de 1994 para a simulação ser o mais próxima possível da realidade. Ficheiro das marés Este ficheiro também é feito com recurso ao Matlab e o modelo de marés utilizado foi o TPXO.2 (Egbert et al., 1994). Este modelo fornece o valor da elevação da superfície livre tendo em conta 8 constituintes Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 35 harmónicos primários, dois constituintes harmónicos de longo período e 3 constituintes harmónicos não lineares. A variação da elevação da superfície livre foi considerada igual em todos os pontos da fronteira. Ficheiro dos pontos oceânicos que pertencem à fronteira Este ficheiro é constituído pelos nós da fronteira da malha que pertencem ao oceano. É a este ficheiro que o Telemac associa o ficheiro das marés, fazendo com que a variação da maré ocorra nesses pontos. Ficheiro de saída O ficheiro de saída tem o formato selafin (.slf) e pode ser aberto com qualquer um dos módulos de pósprocessamento, mas também com o Matlab. Fornece ao utilizador os resultados das variáveis escolhidas no modelo para serem representadas. Algumas destas variáveis são a profundidade, velocidade em x ou y e traçadores. Este ficheiro contém a variação destes parâmetros nas escalas espacial e temporal, permitindo analisar a variação desses parâmetros ao longo do espaço e do tempo da simulação. 3.2.3 MALHA A construção da malha é o primeiro passo na implementação de qualquer modelo numérico. Como foi referido no ponto 3.2.1 a malha utilizada na modelação do estuário do Douro é uma malha triangular não estruturada. Foram utilizadas duas malhas neste trabalho, sendo uma com a geometria anterior à construção dos molhes, e com a batimetria de 2002 em toda a extensão do estuário e zona costeira adjacente e outra posterior à construção dos molhes com a batimetria de 2009 na zona do estuário inferior e a batimetria de 2002 no estuário médio e superior. Para a zona costeira foi utilizado o Modelo Batimétrico do Douro, com uma resolução de 100 m x 100 m disponibilizado no site do Instituto Hidrográfico (www.hidrografico.pt). A batimetria foi obtida através de levantamentos hidrográficos feitos pelo Instituto Hidrográfico. Para os pontos mais afastados da costa foram utilizados dados de levantamentos feitos pelo GEBCO (Becker et al., 2009). As cartas militares também foram utilizadas de forma a ser feita uma melhor transição entre a zona terrestre e a oceânica/fluvial. É de frisar que o limite oceânico considerado se encontra a cerca de 10 km da embocadura do estuário do Douro. Os levantamentos batimétricos concretizam-se através da emissão e receção de sinais acústicos originados por sondas acopladas a embarcações georreferenciadas, sendo os sinais refletidos pelo fundo aquático. Normalmente utilizam-se dois tipos de sinais: feixe simples em que o sinal é enviado na vertical da embarcação e multifeixe em que o sinal abrange uma faixa de fundo cuja largura se encontra dependente da profundidade. O último permite um melhor conhecimento da batimetria pois consegue captar com melhor resolução as saliências do fundo. Após a recolha de informação batimétrica utilizou-se o programa DraftSight® para fazer o tratamento das sobreposições de levantamentos. Nestas zonas foi omitida a informação proveniente de levantamentos com menor resolução. Nas zonas de sobreposição de levantamentos de igual resolução, foi utilizada a batimetria de levantamentos mais recentes. Com a batimetria correta construiu-se a malha utilizando o programa Triangle (Shewchuk, 1996). Seguidamente, de forma a ser possível conhecer a profundidade de todos os nós recorreu-se a um algoritmo de Krigagem (Krige, 1951, Matheron, 1963) existente no programa Tecplot®. A krigagem é um método utilizado na interpolação de dados em que a partir de valores conhecidos de uma variável *Paulo Avilez-Valente (2016). Comunicação privada Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 36 em determinados pontos se consegue conhecer o valor dessa mesma variável em outros pontos através da relação entre a variância da variável e a distância entre os vários pontos da amostra. Após todos estes processos a malha fica completa. A malha da Figura 3.2 corresponde à situação pré-molhes e foi a malha utilizada na calibração e validação do modelo. Apesar de os dados utilizados para a validação do modelo pertencerem ao ano de 1994 essa batimetria não se encontrava disponível, tendo sido usada a batimetria existente mais próxima dessa data (2002). Como à data ainda não tinham sido construídos os molhes, a restinga possuía uma forma diferente da que é observada nos dias de hoje. A malha possui 31123 nós e 60400 elementos. Figura 3.2Malha anterior à construção dos molhes com batimetria de 2002. A topografia da restinga nesta malha encontra-se na Figura 3.3. Figura 3.3-Topografia da restinga na malha sem molhes. A malha da Figura 3.4 corresponde à situação pós-construção dos molhes. A topografia da restinga resultou dum levantamento levado a cabo pelo CIIMAR em Setembro de 2015. A batimetria do estuário inferior é resultado de um levantamento do IH de 2009. Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 37 Esta malha possui 31325 nós e 60757 elementos. Esta malha será utilizada para estudar o efeito da restinga e dos quebramares nas cheias e comparar com o comportamento do estuário prévio à construção dos molhes. Como foi utilizado um gerador de malhas que não pertence ao Telemac foi necessário converter o ficheiro final de cada uma das malhas para o formato Selafin de forma a conseguir ser lido pelo Telemac. Figura 3.4-Malha posterior à construção dos molhes com batimetria de 2002 e 2009. Figura 3.5Pormenor do quebramar destacado e do molhe norte da malha da Figura 3.4. A topografia da restinga nesta malha encontra-se na Figura 3.6. Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 38 Figura 3.6Topografia da restinga na malha pós-molhes. 3.2.4 CONDIÇÕES-FRONTEIRA E TRAÇADORES A fase seguinte da construção do modelo consiste na definição das condições fronteira. Estas são definidas diretamente a partir do BlueKenue que cria o ficheiro necessário para a execução da simulação. As fronteiras podem ser líquidas ou sólidas, funcionando as sólidas como muros. Quanto às fronteiras líquidas existe a possibilidade de o utilizador definir os parâmetros que pretende prescrever posteriormente ou simplesmente deixá-los como parâmetros livres, pertencendo a esses parâmetros o caudal, profundidade da água, a velocidade em u e v, o valor dos traçadores e as ondas incidentes. A fronteira neste caso é considerada aberta e o utilizador pode optar por prescrever apenas um dos parâmetros ou pode prescrever mais do que um simultaneamente. O tipo de condição fronteira para cada nó encontra-se definido no ficheiro final (.cli) através de 4 números inteiros chamados LIHBOR, LIUBOR, LIVBOR e LITBOR, cujos valores variam entre 0 e 6. No Quadro 3.1 encontram-se as condições-fronteira possíveis com os números inteiros respetivos. Quadro 3.1Condições-fronteira para cada um dos parâmetros. Parâmetros Condição fronteira Profundidade Fronteira aberta com profundidade prescrita: LIHBOR=5 Fronteira aberta com profundidade livre: LIHBOR=4 Fronteira fechada: LIHBOR=2 Caudal/velocidade Fronteira aberta com caudal prescrito: LIUBOR/LIVBOR=5 Fronteira aberta com velocidade prescrita: LIUBOR/LIVBOR=6 Fronteira aberta com velocidade livre: LIUBOR/LIVBOR=4 Fronteira fechada com escorregamento ou atrito: LIUBOR/LIVBOR=2 Fronteira fechada com uma ou duas componentes da velocidade nulas: LIUBOR e/ou LIVBOR=0 Traçadores Fronteira aberta com traçador prescrito: LITBOR=5 Fronteira aberta com traçador livre: LITBOR=4 Fronteira fechada: LITBOR=2 O ficheiro final é criado pelo BlueKenue mas pode ser alterado posteriormente através de um editor de texto. Cada linha do ficheiro é dedicada a um nó da fronteira da malha, o que implica que o número de Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 39 linhas do ficheiro seja igual ao número de pontos localizados na fronteira. Os pontos no ficheiro aparecem de acordo com uma ordem geométrica específica em que o primeiro ponto a ser representado é o ponto com coordenadas mais baixas em x e em y e os restantes seguem o sentido anti-horário. É através da ordem neste ficheiro que fica definida a numeração das fronteiras sólidas e líquidas. Para cada ponto são dados valores ao LIHBOR, LIUBOR, LIVBOR, LITBOR, HBOR, VBOR, AUBOR, TBOR, ATBOR, BTBOR, N e K, o que permite definir por completo a fronteira. O LIHBOR, LIUBOR, LIVBOR e LITBOR já se encontram descritos no quadro 3.1. o HBOR representa a profundidade prescrita no caso de o LIHBOR ser igual a 5; o UBOR representa a velocidade em u prescrita no caso de LIUBOR ser igual a 6; o VBOR representa a velocidade em v prescrita no caso de o LIVBOR ser igual a 6. AUBOR representa o coeficiente de atrito na fronteira se LIUBOR ou LIVBOR forem iguais a 2. Nesse caso a lei de atrito escreve-se como: uAUBOR n u vt* ˆ   (Eq. 3.5) vAUBOR n v vt* ˆ   (Eq. 3.6) Onde  t é o coeficiente de difusão turbulenta da velocidade, u e v são as médias na coluna de água das componentes horizontais da velocidade e n ˆ é o versor perpendicular à fronteira e dirigido para o exterior. O coeficiente AUBOR é aplicado ao segmento entre o nó considerado e o nó seguinte, tendo em conta o sentido anti-horário. O valor por defeito é 0. O coeficiente TBOR representa o valor prescrito do traçador quando o LITBOR é igual a 5. Os coeficientes ATBOR e BTBOR representam os coeficientes da relação do caudal. O coeficiente N representa o número global do ponto e o coeficiente K representa o número do ponto tendo em conta a ordem do ficheiro. No caso do estuário do Douro foram definidas duas fronteiras sólidas e duas fronteiras líquidas. Tendo em conta a numeração do ficheiro das condições fronteira a primeira fronteira líquida é a fronteira oceânica e a segunda é a barragem de Crestuma. Quanto às fronteiras sólidas a primeira corresponde à linha de costa a sul do Douro e à margem esquerda do Douro até Crestuma e a segunda estende-se desde a barragem de Crestuma até à praia de Leça da Palmeira (ver Figura 3.7). Figura 3.7Delimitação das fronteiras no estuário do Douro. Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 40 A fronteira a verde corresponde à fronteira oceânica em que o único parâmetro prescrito foi a elevação da superfície livre. Os valores escolhidos para LIHBOR, LIUBOR e LIVBOR foram então 544. A fronteira a azul corresponde à barragem de Crestuma e aqui foi o caudal a ser prescrito, originando a sequência 455 para LIHBOR, LIUBOR e LIVBOR. As fronteiras sólidas foram consideradas como sendo fechadas dando origem a uma sequência LIHBOR, LIUBOR e LIVBOR de 222. Como a elevação da superfície livre no oceano e os caudais em Crestuma são constantes ao longo da fronteira mas variáveis ao longo do tempo foi necessário criar ficheiros próprios para essa função (ficheiro das marés e das fronteiras líquidas) não se colocando portanto nenhum valor no ficheiro das condições-fronteira para HBOR, VBOR, UBOR, AUBOR, ATBOR e BTBOR. No caso do coeficiente AUBOR, apesar de as fronteiras serem consideradas sólidas considerase que não existe aí atrito, daí o valor considerado para esse coeficiente ter sido 0. Os traçadores utilizados para a melhor compreensão da dinâmica do estuário do Douro foram a temperatura e a salinidade. Estes traçadores são considerados traçadores ativos pois alteram a densidade da água, não se limitando apenas a ser transportados. A salinidade e a temperatura apresentam uma grande influência na dinâmica das massas de água. No caso de um estuário o seu estudo revela-se importante para o melhor conhecimento dos fenómenos de mistura e estratificação e para melhor compreender as causas de algumas correntes de circulação. Os únicos locais da fronteira do estuário onde o valor dos traçadores necessita de ser prescrito são a barragem de Crestuma e a fronteira oceânica, tendo nesses locais o coeficiente LITBOR valor 5. Tendo em conta que em todos os nós pertencentes a cada uma das fronteiras líquidas o valor dos traçadores é constante ao longo do tempo e do espaço optou-se por prescrever estes valores diretamente no FUDAAPREPRO, deixando o coeficiente TBOR com o valor de 0 no ficheiro das condições fronteira. Sendo assim, para a fronteira oceânica considerou-se uma salinidade de 35,8, com base em informação obtida pelo satélite Aquarius (http://www.astronoo.com/pt/artigos/aquarius.html) e uma temperatura da água do mar de 17 ºC para o mês de Outubro tendo como base um estudo prévio feito por deCastro et al.(2008) onde se representou a temperatura superficial média do mar para a costa oeste da Península Ibérica. Para Crestuma, como é a fronteira do rio onde a água ainda não está misturada com o mar, tomou-se uma salinidade de 0 e uma temperatura de 8 ºC tendo como base os resultados apresentados por Pinto.(2007) para medições feitas entre Fevereiro e Março de 2006. No entanto, o Telemac 2D não consegue representar com fiabilidade estes traçadores pois como apresenta um valor médio na vertical, esse valor não consegue representar o que se passa ao longo da coluna de água. No caso da salinidade, dependendo do caudal descarregado pode-se formar a cunha salina, criando assim grandes variações de salinidade na vertical. O Telemac 2D ao fornecer um valor médio na vertical não permite a representação da variação real da salinidade ao longo da coluna de água. 3.2.5 DEFINIÇÃO DOS PARÂMETROS GERAIS E FÍSICOS A definição dos parâmetros é feita através do FUDAA-PREPRO. O programa fornece um conjunto de palavras-chave e o utilizador preenche consoante as necessidades da simulação. Por exemplo, aparece a palavra-chave “initial depth” e se o modelo tiver uma profundidade inicial prescrita o utilizador coloca aí o valor pretendido. Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 41 É essencial definir o time step, ou seja, o tempo que separa dois instantes consecutivos da simulação e o number of time steps que permite ao utilizador escolher o número de vezes que quer que o time step se repita. A multiplicação entre os dois dá a duração total da simulação. É importante definir estas palavras-chave com algum cuidado porque é através destes valores que se pode obter resultados mais ou menos pormenorizados. Optou-se por um time step de 6 s enquanto o number of time steps foi variando de acordo com as diferentes simulações a ser realizadas. Lei e coeficiente de atrito no fundo O movimento do escoamento provoca uma tensão de atrito no fundo do rio. Existem várias leis que permitem o cálculo dessa tensão, sendo umas baseadas em casos reais, as empíricas e outras baseadas em fundamentos teóricos (Machiels et al., 2009). Para o caso 2DH a tensão de atrito atua na direção da corrente (embora no sentido contrário) e possui duas componentes (Hervouet, 2007): 22 2vuC u fxz   (Eq. 3.7) 22 2vuC v fyz   (Eq. 3.8) Onde u e v são as médias na coluna de água das componentes horizontais da velocidade, ρ é a densidade da água e Cf é o coeficiente de Chézy. O coeficiente Cf que surge nas fórmulas não é muito utilizado. Normalmente utiliza-se o coeficiente de Chézy (C). Ambos os coeficientes se encontram relacionados pela seguinte fórmula (Hervouet, 2007): f C g C2  (Eq. 3.9) Onde g é a aceleração gravítica e Cf é o coeficiente de Chézy. No entanto, o coeficiente de Chézy é de difícil utilização por depender da rugosidade e da profundidade. A lei empírica de Strickler permite ultrapassar este problema estabelecendo um coeficiente de atrito independente da profundidade. O coeficiente de Chézy segundo Strickler passou a ser: 6/1 KhC (Eq. 3.10) Onde K é coeficiente de Strickler e h a profundidade. O coeficiente de Strickler encontra-se relacionado com a rugosidade do fundo através da fórmula de Ramette, referido por Hervouet (2007): Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 42 6/1 2.8 s k g K (Eq. 3.11) Onde g é aceleração gravítica e ks a rugosidade do fundo. A lei de atrito utilizada no caso do estuário do Douro foi a de Strickler. Dado que para um canal os valores normais para o coeficiente de Strickler se encontram entre 20 e 40 m1/3s-1, a calibração realizada apontou como aceitável o valor de 30 m1/3s-1. Atrito nas paredes laterais Normalmente na modelação 2DH não é considerado o atrito nas paredes laterais, sendo os resultados obtidos bastante lógicos independentemente dessa escolha. No caso da modelação 2DH do estuário do Douro esse atrito também foi considerado nulo, sendo igualmente esse o valor por defeito assumido pelo Telemac. Turbulência A modelação da turbulência é um problema delicado. No presente caso optou-se por um coeficiente de viscosidade constante em todo o domínio, representando este coeficiente simultaneamente a viscosidade molecular, a viscosidade turbulenta e a dispersão. Este coeficiente apresenta uma grande influência na extensão e forma da recirculação. Um valor muito baixo permite apenas a dissipação de pequenos vórtices enquanto um valor mais elevado possibilita a dissipação de sistemas de recirculação. O Telemac assume por defeito o valor de 10-6 m2s-1 para o coeficiente que se aproxima ao valor da viscosidade molecular da água. Mas este coeficiente foi calibrado. Para a escolha do valor óptimo foram feitas várias simulações fazendo variar apenas o seu valor e verificou-se que o que melhor se ajustava aos resultados utilizados para a validação do modelo era o coeficiente com valor 1 m2s-1. Esse assunto será novamente retomado no capítulo 4. Força de Coriolis Quando se está a modelar grandes áreas é necessário ter também em consideração o efeito da inércia provocado pela força de Coriolis. O coeficiente de Coriolis é dado por: )sin(2  xxfc  (Eq. 3.12) Onde ω=7.27 x 10-5 rad/s é a velocidade de rotação da Terra, λ é a latitude média da área que se está a modelar e fc é o coeficiente de Coriolis. A latitude média considerada foi 41º 08’ N que corresponde à zona do Oceano Atlântico onde o rio Douro desagua. É de frisar que esta latitude se encontra em coordenadas geográficas do WGS84. O Telemac trabalha com coordenadas militares do Datum Lisboa e o Google Earth que também será utilizado na análise de resultados trabalha com coordenadas geográficas do Datum WGS84. O coeficiente de Coriolis utilizado foi 9.56 x 10-5 rad/s. Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 43 3.2.6 DEFINIÇÃO DOS PARÂMETROS NUMÉRICOS Número de Courant Este valor é bastante importante porque representa o número de células da malha atravessadas por uma partícula de água durante um time step. Quanto maior for este valor maior é a instabilidade criada e menor é a qualidade dos resultados. Utilizou-se como limite o valor Cr=1, ou seja, em cada time step as partículas atravessam apenas uma célula o que permitirá obter resultados mais corretos. O time step utilizado Δt=6 s permitiu garantir que Cr < 1 em praticamente todos os pontos do domínio, exceto nas zonas de planície de maré (tidal flats). Tidal flats A restinga foi considerada como sendo uma tidal flat, uma zona de deposição de sedimentos e detritos animais em que grande parte dos sedimentos depositados se encontra na zona entremarés, estando submersos quando a maré se encontra alta e ficando expostos quando a maré está baixa. O tratamento das profundidades negativas é feito pelo Telemac, que deteta os sítios definidos como tidal flats e corrige o gradiente da superfície livre. Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 50 Figura 4.7-Pormenor da elevação da superfície livre registada no marégrafo de Leixões no período entre 1 e 3 de Outubro de 1994. Figura 4.8-Elevação da superfície livre registada no marégrafo de Cantareira no período entre 25 de Setembro e 4 de Outubro. Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 51 Figura 4.9Pormenor da elevação da superfície livre registada no marégrafo de Cantareira no período entre 27 e 29 de Setembro de 1994. Figura 4.10Pormenor da elevação da superfície livre registada no marégrafo de Cantareira no período entre 1 e 3 de Outubro de 1994. Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 52 Figura 4.11Elevação da superfície livre registada no marégrafo de Cais da Estiva no período entre 25 de Setembro e 4 de Outubro de 1994. Figura 4.12Pormenor da elevação da superfície livre registada no marégrafo de Cais da Estiva no período entre 27 e 29 de Setembro de 1994. Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 53 Figura 4.13Pormenor da elevação da superfície livre registada no marégrafo de Cais da Estiva no período entre 1 e 3 de Outubro de 1994. Como se pode verificar parece existir uma subestimação sistemática da elevação da superfície livre calculada pelo modelo, que poderia ser explicada por alguma falha nas condições iniciais assumidas na construção da simulação ou pela falta de consideração na modelação de fenómenos meteorológicos como o vento ou as variações de pressão que também influenciam a maré. Para explicar esta diferença fez-se uma comparação entre a elevação da superfície livre medida no marégrafo de Leixões e a elevação provocado pelo modelo de marés TPXO.2 utilizado como condição fronteira do modelo para verificar se o problema seria do modelo de marés ou de algum fenómeno de baixas pressões (ver Figura 4.14). Figura 4.14Comparação entre a elevação da superfície livre registada no marégrafo de Leixões e a maré criada pelo modelo de marés TPXO.2 e introduzida no modelo para o período entre 25 de Setembro e 4 de Outubro de 1994. Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 54 A Figura 4.14 mostra que a subestimação sistemática da superfície livre continua a existir. A informação meteorológica existente não regista a ocorrência de nenhuma zona de baixa pressão na região pelo que será de admitir alguma falha no modelo de marés extraído para a zona em estudo, podendo ser, por exemplo, a falta de uma constituinte harmónica importante. Ao estar a utilizar a versão 2DH do OpenTelemac, os resultados da velocidade procedentes do modelo correspondem, para cada ponto, à média vertical da velocidade horizontal. Para poder comparar com os resultados procedentes das campanhas de amostragem é necessário tratar estes dados antes de os comparar. Como nos pontos Le7 e Le8 as medições são feitas em dois pontos da coluna vertical, superfície e fundo, a velocidade da corrente resulta da média das velocidades das duas profundidades. Nos pontos A1, A2, B1 e B2 as velocidades da corrente foram medidas em três pontos: superfície, meia água e fundo. A média vertical escalar das velocidades horizontais no caso desses pontos foi calculada como sendo: 5.0 )5.0 2 ( 2 5.0 2 25.0         f mf f f m m s d dd U d U d U U (Eq. 4.1) Onde Us, Um e Uf são as velocidades da corrente na superfície na superfície, meia água e fundo, dm é a profundidade de medição da velocidade da corrente a meia água e df é a profundidade de medição da velocidade da corrente no fundo (m) A velocidade superficial foi medida a 0.5 m da superfície e a velocidade do fundo a 0.5 m do fundo. No caso do Telemac 2D o valor da velocidade da corrente resulta da raiz quadrada da soma dos quadrados das duas componentes (Eq. 4.2) e o sentido da corrente é igual ao sentido da componente u devido à sua orientação Oeste-Este, sendo essa a componente longitudinal no estuário. Quando o sentido da corrente é positivo isso significa que a água se desloca da embocadura para montante (situação de enchente) e quando o sentido é negativo a corrente desloca-se no sentido contrário (situação de vazante). 22 vuU  (Eq. 4.2) Onde u e v são as médias na coluna de água das componentes horizontais da velocidade. A validação da corrente foi feita para os dias indicados no Quadro 4.2. Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 55 Quadro 4.2Dias para os quais foi feita a validação da corrente e os pontos correspondentes. Pontos Período validação Le7 18 a 19 Setembro Le8 18 a 19 Setembro A1 18 a 19 Setembro 1 Outubro 27 Setembro A2 18 a 19 Setembro 1 Outubro 27 Setembro B1 3 Outubro 21 Setembro 29 Setembro B2 29 Setembro 3 Outubro 21 Setembro A comparação das correntes obtidas através do Telemac 2D e das medições feitas em campanha para os pontos Le7 e Le8 encontra-se nas Figuras 4.15 e 4.16. Figura 4.15Corrente registada no ponto Le8 no período entre 18 e 19 de Setembro de 1994. -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Corrente (m/s) Tempo (h) Le8 Média Telemac VD1 Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 56 Figura 4.16Velocidade da corrente registada no ponto Le7 no período entre 18 e 19 de Setembro de 1994. No ponto Le8 verifica-se que existe um desfasamento de aproximadamente duas horas entre o pico da velocidade da corrente entre a campanha e o modelo. As velocidades da corrente negativas são superiores no modelo, chegando em alguns casos a ser 0.4 m/s superiores. No ponto Le7 não se verifica desfasamento entre os picos. Continua no entanto a verificar-se alguma diferença entre os picos da velocidade da corrente entre o modelo e a campanha. Neste caso é a campanha que apresenta sempre valores mais elevados. As diferenças nas velocidades medidas e simuladas nos pontos Le7 e Le8 podem ser devidas à configuração da malha adotada no estudo. Estes pontos estão muito próximos da margem do estuário, o que faz com que pequenas diferenças entre a batimetria real e a simulada possam produzir essas alterações. Além disso, a medida das velocidades nos pontos de medição foi calculada utilizando unicamente dois pontos da coluna de água. Esta falta de informação pode alterar o valor médio medido e dar lugar a estas discrepâncias. Os resultados das Figuras 4.17 e 4.18 correspondem a períodos específicos da simulação centrados por volta das 31 h devido ao período curto de amostragem realizado nos pontos A1 e A2. Figura 4.17Corrente registada no ponto A1 no período entre 18 e 19 de Setembro de 1994. -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Corrente (m/s) Tempo (h) Le7 Média Telemac VD1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 Corrente (m/s) Tempo (h) A1 Média Vertical Telemac VD1 Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 57 Figura 4.18Corrente registada no ponto A2 no período entre 18 e 19 de Setembro de 1994. Os picos ocorrem quase simultaneamente no modelo e na campanha. Verificam-se novamente algumas diferenças entre os valores, chegando no ponto A2 a ocorrer uma diferença de 0.4 m/s. O facto de a campanha ter sido realizada em 1994 e a batimetria utilizada no modelo ser de 2002 pode ter provocado estas diferenças. Além disso, como os caudais utilizados no modelo seguiram padrões horários de 1998 podem existir pequenas variações responsáveis também por algumas diferenças. Além do cálculo da velocidade da corrente através da Equação 4.2 também foi necessário aplicar uma correção no fuso horário, pois em 1994 a hora de Inverno encontrava-se uma hora adiantada (UTC+1) e a hora de Verão duas horas adiantada (UTC+2). Foram transformadas todas as horas em UTC para ser possível estabelecer uma comparação. Da Figura 4.19 à Figura 4.28 encontram-se os restantes gráficos de comparação entre a corrente obtida pelo modelo e as medições nos correntómetros para diversos períodos nos pontos A1, A2, B1 e B2. -1 -0.5 0 0.5 1 30 32 34 36 38 40 42 44 46 corrente (m/s) tempo (h) A2 Média Vertical TelemacVD1 Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 58 Figura 4.19Corrente no ponto A1 no dia 1 de Outubro de 1994. Figura 4.20Corrente no ponto A1 no dia 27 de Setembro de 1994. -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Corrente (cm/s) t (h) A1 Telemac Média vertical -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Corrente (cm/s) t (h) A1 Telemac Média vertical Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 59 Figura 4.21Corrente no ponto A2 no dia 1 de Outubro de 1994. Figura 4.22Corrente no ponto A2 no dia 27 de Setembro de 1994. -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Corrente (cm/s) t (h) A2 Telemac Média vertical -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 012345678910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Corrente (cm/s) t (h) A2 Telemac Média vertical Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 66 Figura 5.1Cantareira e São Pedro da Afurada. Encontram-se também assinalados a Restinga do Cabedelo, a Reserva Natural Local do Estuário do Douro e o Miradouro do Estuário do Douro. Figura 5.2-Massarelos, Alfândega, Cais da Ribeira e Cais de Gaia. Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 67 Figura 5.3Marina do Freixo e Gramido. Figura 5.4Aldeia Nova, Arnelas e Zebreiros. Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 68 Figura 5.5Crestuma. A restinga encontra-se assinalada na Figura 5.1 pois tem um papel fulcral na vazão das cheias e dependendo do caudal e da cota atingida pela superfície livre pode ficar parcialmente ou completamente submersa ou até mesmo ser destruída, o que afeta as inundações nas zonas adjacentes. Para além de se ter localizado as zonas de risco também se estudou o comportamento da restinga quando ocorrem cheias para tentar perceber o efeito da restinga atual perante o caudal de uma cheia histórica. Foram realizadas então simulações para analisar a hidrodinâmica do estuário para 5 das cheias históricas no Douro. No Quadro 5.2 encontram-se as informações sobre as simulações. Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 69 Quadro 5.2Caraterísticas das cheias simuladas no Telemac 2D. (BM-Baixa-mar PM-Preia-mar). Cheias Período simulado (24h) Situação Nível maré imposto (m) Caudal (m3/s) 1962 3 a 4 Janeiro sem quebramar -1.071 (BM) 17000 sem quebramar 1.071 (PM) 17000 com quebramar -1.071 (BM) 17000 com quebramar 1.071 (PM) 17000 1966 21 a 22 Fevereiro sem quebramar -1.397 (BM) 14600 sem quebramar 1.397 (PM) 14600 com quebramar 1.397 (PM) 14600 com quebramar -1.397 (BM) 14600 1979 7 a 8 Fevereiro sem quebramar -0.831 (BM) 12525 sem quebramar 0.831 (PM) 12525 com quebramar -0.831 (BM) 12525 com quebramar 0.831 (PM) 12525 1996 9 a 10 Janeiro sem quebramar -1.315 (BM) 10500 sem quebramar 1.315 (PM) 10500 com quebramar 1.315 (PM) 10500 com quebramar -1.315 (BM) 10500 2001 6 a 7 Janeiro sem quebramar -1.249 (BM) 9812 sem quebramar 1.249 (PM) 9812 com quebramar -1.249 (BM) 9812 com quebramar 1.249 (PM) 9812 A informação sobre as cheias de 1962 e 1966 foi retirada do Boletim Trimestral de Informação, Direção Geral dos Serviços Hidráulicos (1966) correspondendo o valor do caudal à estação de Atães, que se encontra a jusante da barragem de Crestuma. O caudal da cheia de 1979 foi o caudal obtido no Peso da Régua (Rodrigues et al., 2003) e o de 1996 foi obtido a jusante da barragem de Crestuma pelo centro de prevenção e previsão de cheias. Para a cheia de 2001 os dados foram fornecidos pela EDP. Todas as cheias apresentadas no Quadro 5.2 ocorreram anteriormente à data de construção dos molhes. No entanto, repetiram-se as simulações com a malha que representava os molhes de forma a analisar a influência dos mesmos durante a ocorrência das cheias. Foram realizadas simulações, de 24 h, com caudal constante e nível de maré constantes. Foram utilizadas condições iniciais de repouso e rampa de 6 h e 3 h, respetivamente para o caudal e para o nível de maré. Os gráficos apresentados de seguida correspondem ao último segundo de simulação. Dessa forma a dinâmica do estuário é analisada para um momento em que o caudal máximo já foi atingido há algum tempo e já se encontra estável, não se esperando variações. Todas as elevações da superfície livre obtidas através do Telemac 2D são relativas ao nível médio da água do mar. Para o cálculo do perfil longitudinal da superfície livre foi utilizado o programa FUDAA-PREPRO que permitiu definir um caminho de extração dos dados das simulações desde a embocadura até ao ponto mais a montante, correspondendo esse ponto à barragem. A localização do ponto inicial está representada a cor-de-rosa na Figura 5.6. Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 70 Figura 5.6Ponto inicial a partir do qual foi definido o caminho para traçar os perfis espaciais da elevação da superfície livre. 5.1.1 CHEIA DE JANEIRO DE 1962 Nas Figuras 5.7, 5.8 e 5.9 encontram-se representados os perfis longitudinais da elevação da superfície livre para a cheia de 1962 em situação de preia-mar e de baixa-mar antes da construção dos molhes. Os gráficos estão divididos de forma a facilitar a visualização, correspondendo, aproximadamente ao estuário inferior (ver Figura 5.7), médio (ver Figura 5.8) e superior (ver Figura 5.9). Figura 5.7Perfis longitudinais da elevação da superfície livre no estuário inferior para a cheia de 1962 antes da construção dos molhes, em preia-mar e baixa-mar. -2 0 2 4 6 8 10 0 1 2 3 4 5 6 Elevação Superfície Livre (m) Distância à embocadura (km) Cheia 1962-Caudal 17000-Pré-molhes BM PM Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 71 Figura 5.8Perfis longitudinais da elevação da superfície livre no estuário médio para a cheia de 1962 antes da construção dos molhes, em preia-mar e baixa-mar. Figura 5.9Perfis longitudinais da elevação da superfície livre no estuário superior para a cheia de 1962 antes da construção dos molhes em preia-mar e baixa-mar. 8 9 10 11 12 13 14 6 7 8 9 10 11 12 Elevação Superfície Livre (m) Distância à embocadura (km) Cheia de 1962-Caudal 17000Pré-molhes BM PM 12 12.5 13 13.5 14 14.5 15 15.5 16 16.5 17 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Elevação da superfície livre (m) Distância à embocadura (km) Cheia de 1962-Caudal 17000Pré-molhes BM PM Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 72 Verifica-se que as diferenças nas cotas da superfície livre entre a preia-mar e a baixa-mar são muito pequenas. Na zona da embocadura, que é a zona mais crítica, não se verifica grande diferença entre as duas, só mesmo nos primeiros 500 m onde uma diferença de 2 m é observada, o que sugere que como o caudal é tão elevado o estuário se comporta como um rio não sofrendo grande influência da maré. Quando a elevação da superfície livre é de aproximadamente 5 m, o que corresponde já a uma zona muito próxima da embocadura, o escoamento proveniente do estuário encontra-se com o mar. Ambos os escoamentos são lentos com número de Froude inferior à unidade em praticamente toda a área da embocadura como se mostra na Figura 5.10, mas como a elevação da superfície livre do mar é inferior ocorre a descida brusca da elevação da superfície livre da água proveniente do estuário. Figura 5.10Número de Froude na embocadura na cheia de 1962 antes da construção dos molhes, na preiamar. No canal de navegação o escoamento é lento, com número de Froude inferior a 1. Existem apenas alguns pontos na zona da restinga que possuem números de Froude superiores a 1. Isto deve-se ao galgamento da restinga e à pouca profundidade da água sobre a mesma. Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 73 Figura 5.11Elevação da superfície livre na zona da embocadura para a situação de preia-mar na cheia de 1962 antes da construção dos molhes. Figura 5.12Elevação da superfície livre na zona da embocadura para a situação de baixa-mar na cheia de 1962 antes da construção dos molhes. As Figuras 5.11 e 5.12 servem para ter a perceção do limite da influência fluvial. Verifica-se que a descida da superfície livre ocorre para ambas as situações, preia-mar e baixa-mar, aproximadamente no mesmo local como se consegue observar nas Figuras 5.7, 5.11 e 5.12. Além desta análise também é importante conhecer como se comporta a restinga quando ocorre um evento deste tipo. Na Figura 5.13 encontram-se as suas cotas para a malha antes da construção dos molhes. Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 74 Figura 5.13Cotas da restinga na malha sem os molhes. Nas Figuras 5.14 e 5.15 encontram-se as profundidades da água na zona da embocadura para a preiamar e a baixa-mar. A profundidade é dada a partir da cota dos vários pontos da restinga e do fundo do rio no caso dos pontos que não pertencem à restinga. Para a cheia de 1962 verifica-se que a restinga ficou submersa quase na sua totalidade embora se verifiquem algumas diferenças pontuais entre a baixamar e a preia-mar. O modelo Telemac 2D não permite saber se a restinga é destruída ou não, mas permite saber se ela sofre galgamentos, fenómeno que é importante saber se ocorre, pois ao ser galgada a restinga vai sofrer alterações a nível de transporte sedimentar, além de o seu comportamento influenciar as consequências da cheia nas zonas a montante. Figura 5.14Profundidades da água na zona da restinga na cheia de 1962 antes da construção dos molhes e na preia-mar. Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 75 Figura 5.15Profundidades da água na zona da restinga na cheia de 1962 antes da construção dos molhes e na baixa-mar. No Quadro 5.3 encontra-se informação acerca das cotas atingidas pela superfície livre em todos os locais escolhidos como sendo os mais vulneráveis. Quadro 5.3Cotas atingidas pela água na cheia de 1962 na simulação da baixa-mar e da preia-mar antes da construção dos molhes. Da análise do Quadro 5.3 conclui-se que a diferença de cotas para os locais escolhidos entre a baixamar e a preia-mar não é muito elevada. Como é de esperar, os locais mais próximos da barragem são onde as cotas atingidas pela água são mais elevadas. O único local onde não se verificou uma inundação foi a Alfândega. Local Distância à embocadura (km) Cota (NMA) Cota Telemac PM Inundação Cota Telemac BM Inundação Cantareira 1.3 3 5.5 SIM 5.4 SIM Afurada 2.5 3 5.6 SIM 5.6 SIM Massarelos 3.5 3 7.0 SIM 7.0 SIM Alfândega 4.5 8 8.0 NÃO 7.8 NÃO Cais de Gaia 5.0 4 8.4 SIM 8.5 SIM Cais da Ribeira 6.0 4 8.8 SIM 8.9 SIM Marina do Freixo 9.0 6 11.5 SIM 11.5 SIM Gramido 12.0 5 12.8 SIM 12.8 SIM Aldeia Nova 17.0 8 14.9 SIM 14.9 SIM Arnelas 17.6 6 14.9 SIM 14.9 SIM Zebreiros 18.0 5 14.9 SIM 14.8 SIM Crestuma 20.4 8 16.3 SIM 16.4 SIM Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 82 5.1.2 CHEIA DE FEVEREIRO DE 1966 A cheia seguinte a ser alvo de estudo foi a de 1966 com um caudal de 14600 m3s-1. Nas figuras 5.26, 5.27 e 5.28 encontram-se os perfis longitudinais da superfície livre para a preia-mar e para a baixa-mar antes da construção dos molhes. Figura 5.26Perfis longitudinais da elevação da superfície livre no estuário inferior após a ocorrência da cheia de 1966 em preia-mar e em baixa-mar, antes da construção dos molhes. Figura 5.27Perfis longitudinais da elevação da superfície livre no estuário médio após a ocorrência da cheia de 1966 em preia-mar e em baixa-mar, antes da construção dos molhes. -2 0 2 4 6 8 0 1 2 3 4 5 6 Elevação superfície livre (m) Distância à embocadura (km) Cheia de 1966-Caudal 14600 - Pré-molhes BM PM 7.5 8 8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 6 7 8 9 10 11 12 Elevação superfície livre (m) Distância à embocadura (km) Cheia de 1966-Caudal 14600 - Pré-molhes BM PM Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 83 Figura 5.28Perfis longitudinais da elevação da superfície livre no estuário superior após a ocorrência da cheia de 1966 em preia-mar e em baixa-mar, antes da construção dos molhes. Verifica-se uma vez mais que aproximadamente até aos 12 km existem diferenças entre a preia-mar e a baixa-mar e isso deve-se ao facto da influência marinha se fazer sentir embora de uma forma residual. A partir dos 12 km até atingir Crestuma não se verificam grandes variações entre os perfis da maré alta e da maré baixa o que pode significar que o estuário se comporta como um rio. A figura 5.29 tem como objetivo a perceção do limite da influência fluvial. Esse limite encontra-se na fronteira que divide as duas cores, sendo as alturas à direita de aproximadamente 5 m e as alturas à esquerda de até 2 m, considerando que se utilizou a preia-mar para esta verificação. Figura 5.29Elevação da superfície livre na zona da embocadura para a situação de preia-mar na cheia de 1966 antes da construção dos molhes. 11 11.5 12 12.5 13 13.5 14 14.5 15 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Elevação superfície livre (m) Distância à embocadura (km) Cheia de 1966-Caudal 14600 - Pré-molhes BM PM Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 84 Na figura 5.30 verifica-se que para o caudal desta cheia, que não é muito diferente do caudal da cheia de 1962, a restinga também fica quase completamente submersa, com exceção dos locais que se encontram a azul-escuro na figura. Figura 5.30Profundidade da água na zona da restinga na cheia de 1966, antes da construção dos molhes e na situação de preia-mar. Comparando as cotas da água nos locais escolhidos verifica-se que as cotas são inferiores às de 1962 antes da construção dos molhes pois o caudal é agora inferior em cerca de 2500 m3s-1 e a diferença entre os níveis da maré também é pequena. Já quando comparadas com as cotas obtidas em 1962 após a construção dos molhes verifica-se que as cotas de 1966 são inferiores, como seria de esperar. Apesar de serem cotas inferiores às cotas atingidas em 1962, o único local que continua livre de inundações é a Alfândega (ver Quadro 5.5). Quadro 5.5Cotas atingidas pela água na cheia de 1966 na simulação da baixa-mar e da preia-mar antes da construção dos molhes Local Distância à embocadura (km) Cota (NMA) Cota Telemac PM Inundação PM Cota Telemac BM Inundação BM Cantareira 1.3 3 5.0 SIM 4.9 SIM Afurada 2.5 3 5.3 SIM 5.2 SIM Massarelos 3.5 3 6.4 SIM 6.2 SIM Alfândega 4.5 8 7.0 NÃO 7.0 NÃO Cais de Gaia 5.0 4 7.5 SIM 7.4 SIM Cais da Ribeira 6.0 4 7.9 SIM 7.8 SIM Marina do Freixo 9.0 6 10.0 SIM 10.0 SIM Gramido 12.0 5 11.4 SIM 11.3 SIM Aldeia Nova 17.0 8 13.2 SIM 13.2 SIM Arnelas 17.6 6 13.2 SIM 13.2 SIM Zebreiros 18.0 5 13.3 SIM 13.3 SIM Crestuma 20.4 8 14.6 SIM 14.6 SIM Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 85 Nas figuras 5.31, 5.32 e 5.33 encontra-se o perfil longitudinal da elevação da superfície livre obtido na simulação de 1966 após a construção dos molhes, em preia-mar e baixa-mar. Figura 5.31Perfil longitudinal da elevação da superfície livre no estuário inferior após a ocorrência da cheia de 1966 em preia-mar e em baixa-mar após a construção dos molhes. Figura 5.32Perfil longitudinal da elevação da superfície livre no estuário médio após a ocorrência da cheia de 1966 em preia-mar e em baixa-mar após a construção dos molhes. 4 5 6 7 8 9 10 0 1 2 3 4 5 6 Elevação da superfície livre (m) Distância à embocadura (km) Cheia de 1966-Caudal 14600Pós-molhes BM PM 8 9 10 11 12 13 6 7 8 9 10 11 12 Elevação da superfície livre (m) Distância à embocadura (km) Cheia de 1966-Caudal 14600 - Pós-molhes BM PM Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 86 Figura 5.33Perfil longitudinal da elevação da superfície livre no estuário superior após a ocorrência da cheia de 1966 em preia-mar e em baixa-mar após a construção dos molhes. Após a análise das figuras referidas verifica-se que a influência da maré se faz sentir ao longo de todo o estuário pois existe uma diferença entre a simulação da preia-mar e a da baixa-mar. No ponto inicial da representação do estuário a altura de água é de cerca de 5 m dando a entender que a influência fluvial ainda se propaga mais para jusante. Isto é claramente visível na Figura 5.34. Figura 5.34Elevação da superfície livre junto à embocadura do estuário para a cheia de 1966, contando com a presença dos molhes e na situação de preia-mar. Mais uma vez fica comprovado que os molhes conduzem o escoamento fluvial até mais longe, tornando mais difícil a entrada da água do mar dentro do estuário. Na zona a azul claro as alturas encontram-se entra 4 e 6 m diminuindo até atingir a zona azul escura onde as alturas se encontram entre 0 e 2 m e domina por completo a influência oceânica. 11 11.5 12 12.5 13 13.5 14 14.5 15 15.5 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Elevação da superfície livre (m) Distância à embocadura (km) Cheia de 1966-Caudal 14600 - Pós-molhes BM PM Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 87 Neste caso a construção dos molhes também parece ter tornado a restinga mais robusta pois para este caudal ela fica com algumas zonas submersas mas não é galgada (ver Figura 5.35). Figura 5.35Profundidade da água na zona da restinga na cheia de 1966, contando com a presença dos molhes e na situação de preia-mar. Apesar de junto à barragem de Crestuma a superfície livre ter cotas muito similares antes e após a construção dos molhes, no primeiro caso a descida da superfície ao longo do comprimento é muito superior, acabando por se verificar que após a construção dos molhes no interior do estuário a cota da superfície livre é superior à que existiria se não tivessem sido construídos os molhes. Após a construção dos molhes todos os pontos escolhidos para controlo se encontram inundados o que sugere que a construção não apresenta vantagens a nível da proteção contra as cheias (ver Quadro 5.6). Quadro 5.6Cotas atingidas pela água na cheia de 1966 na preia-mar e na baixa-mar, na presença de molhes Local Distância à embocadura (km) Cota (NMA) Cota Telemac PM Inundação PM Cota Telemac BM Inundação BM Cantareira 1.3 3 6.5 SIM 6.1 SIM Afurada 2.5 3 6.7 SIM 6.3 SIM Massarelos 3.5 3 7.6 SIM 7.3 SIM Alfândega 4.5 8 8.0 NÃO 7.7 NÃO Cais de Gaia 5.0 4 8.5 SIM 8.4 SIM Cais da Ribeira 6.0 4 8.9 SIM 8.6 SIM Marina do Freixo 9.0 6 10.9 SIM 10.7 SIM Gramido 12.0 5 12.0 SIM 11.8 SIM Aldeia Nova 17.0 8 13.7 SIM 13.6 SIM Arnelas 17.6 6 13.7 SIM 13.6 SIM Zebreiros 18.0 5 13.8 SIM 13.7 SIM Crestuma 20.4 8 15.0 SIM 14.9 SIM Os valores registados confirmam que a elevação da superfície livre é superior no caso da preia-mar relativamente à baixa-mar. No entanto, todos os locais se encontram inundados com exceção da zona da Alfândega. Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 88 Como a restinga não é galgada, ocorre uma elevação da superfície livre a montante que não aconteceria caso ela fosse destruída, aumentando a vazão do caudal de cheia. Sendo assim, a elevação da superfície livre para as simulações feitas considerando a construção dos molhes é superior à elevação da superfície livre antes da construção dos molhes, como se consegue observar na Figura 5.36. Figura 5.36Elevação da superfície livre para a cheia de 1966 antes e após a construção dos molhes para a BM e para a PM. 5.1.3 CHEIA DE FEVEREIRO DE 1979 A elevação da superfície livre para a cheia de 1979, com um caudal de 12525 m3s-1, antes da construção dos molhes encontra-se representada nas figuras 5.37, 5.38 e 5.39. -2.5 -0.5 1.5 3.5 5.5 7.5 9.5 11.5 0 2 4 6 8 10 12 Elevação da superfície livre (m) Distância à embocadura (km) Cheia de 1966-Caudal 14600 PM_s_molhes BM_s_molhes PM_c_molhes BM_c_molhes Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 89 Figura 5.37Perfis longitudinais da elevação da superfície livre no estuário inferior após a ocorrência da cheia de 1979 em preia-mar e em baixa-mar, antes da construção dos molhes. Figura 5.38Perfis longitudinais da elevação da superfície livre no estuário médio após a ocorrência da cheia de 1979 em preia-mar e em baixa-mar, antes da construção dos molhes. -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 0123456 elevação Superfície livre (m) Distância à embocadura (Km) Cheia de 1979-Caudal 12525 - Pré-molhes PM BM 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 10.5 6 7 8 9 10 11 12 elevação Superfície livre (m) Distância à embocadura (Km) Cheia de 1979-Caudal 12525 - Pré-molhes PM BM Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 90 Figura 5.39Perfis longitudinais da elevação da superfície livre no estuário superior após a ocorrência da cheia de 1979 em preia-mar e em baixa-mar, antes da construção dos molhes. No caso da cheia de 1979 a influência da maré faz-se sentir com alguma relevância pois a superfície livre entre a baixa-mar e a preia-mar apresenta sempre diferenças ao longo de todo o domínio. Parece existir um caudal crítico que faz com que o efeito da maré se comece a fazer sentir no estuário médio e superior. Esse caudal deve-se localizar entre o caudal da cheia de 1966 e o da cheia de 1979 pois em 1966 nos estuários médio e superior a influência da maré não se fazia sentir, sendo a diferença entre a preia-mar e a baixa-mar desprezável, mas no caso de 1979 para todas as zonas dos estuários existem claras diferenças entre as marés. Verifica-se que uma vez mais a influência fluvial se faz sentir até junto da restinga, sendo o seu limite marcado como a fronteira entre os dois tons de azul (ver Figura 5.40). Com este caudal a grande parte da restinga foi galgada (ver Figura 5.41). 9.5 10 10.5 11 11.5 12 12.5 13 13.5 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 elevação Superfície livre (m) Distância à embocadura (Km) Cheia de 1979-Caudal 12525 - Pré-molhes PM BM Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 91 Figura 5.40Elevação da superfície livre na zona da embocadura para a situação de preia-mar na cheia de 1979 antes da construção dos molhes. Figura 5.41Profundidade da água na zona da restinga na cheia de 1979, antes da construção dos molhes e na situação de preia-mar. Verifica-se que nestas simulações as elevações da superfície livre ao longo do estuário são um pouco inferiores às das cheias de 1962 e 1966 por causa do caudal ser um pouco inferior. A maior diferença verifica-se entre 1962 e 1979, entre 1979 e 1966 não se nota uma diferença tão relevante porque os caudais se encontram mais próximos. Apesar de o caudal ser inferior, a Alfândega continua a ser o único sítio que não sofreu inundação (ver Quadro 5.7). Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 98 Figura 5.52Profundidade da água na zona da restinga na cheia de 1996, antes da construção dos molhes e na situação de preia-mar. No Quadro 5.9 encontram-se representadas as cotas obtidas para cada local na preia-mar e na baixa-mar e a sua comparação com a cota do local de forma a perceber se os locais se encontram inundados. Quadro 5.9Cotas atingidas pela água na cheia de 1996 na simulação da baixa-mar e da preia-mar antes da construção dos molhes Local Distância à embocadura (km) Cota (NMA) Cota Telemac PM Inundação PM Cota Telemac BM Inundação BM Cantareira 1.3 3 4.0 SIM 3.7 SIM Afurada 2.5 3 4.4 SIM 4.0 SIM Massarelos 3.5 3 4.9 SIM 4.7 SIM Alfândega 4.5 8 5.4 NÃO 5.2 NÃO Cais de Gaia 5.0 4 5.7 SIM 5.4 SIM Cais da Ribeira 6.0 4 6.0 SIM 5.9 SIM Marina do Freixo 9.0 6 7.6 SIM 7.5 SIM Gramido 12.0 5 8.5 SIM 8.4 SIM Aldeia Nova 17.0 8 10.2 SIM 10.1 SIM Arnelas 17.6 6 10.2 SIM 10.1 SIM Zebreiros 18.0 5 10.3 SIM 10.3 SIM Crestuma 20.4 8 11.3 SIM 11.3 SIM Todos os locais se encontram inundados com exceção da Alfândega. Comparando esta tabela com a tabela relativa à cheia de 1962 já se consegue verificar que apesar de todos os locais se encontrarem inundados as cotas já são muito inferiores, sendo a extensão da inundação muito menor e provocando menos estragos. Isto para apenas uma diferença de 6500 m3s-1 (comparativamente com a cheia de 1962). A maior diferença entre as cotas da superfície livre encontra-se junto à barragem de Crestuma, em que em relação à cheia de 1962 já existem 5 m de diferença. Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 99 As Figuras 5.53, 5.54 e 5.55 apresentam o perfil longitudinal da elevação da superfície livre para a cheia de 1996 após a construção dos molhes, na preia-mar e na baixa-mar. Figura 5.53Perfil longitudinal da elevação da superfície livre no estuário inferior após a ocorrência da cheia de 1996, na preia-mar e na baixa-mar. Figura 5.54-Perfil longitudinal da elevação da superfície livre no estuário médio após a ocorrência da cheia de 1996, na preia-mar e na baixa-mar. 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 Elevação da superfície livre (m) Distância à embocadura (km) Cheia de 1996-Caudal 10500 - Pós-molhes BM PM 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 6 7 8 9 10 11 12 Elevação da superfície livre (m) Distância à embocadura (km) Cheia de 1996-Caudal 10500 - Pós-molhes BM PM Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 100 Figura 5.55Perfil longitudinal da superfície livre no estuário superior após a ocorrência da cheia de 1996 em preia-mar e baixa-mar, contando com a presença dos molhes. Verifica-se que a cota da superfície livre junto à barragem de Crestuma já é muito mais baixa, sendo de aproximadamente 11,5 m, enquanto para o caudal de 17000 m3s-1 essa cota rondava os 17 m. A diferença de caudais aqui já se faz notar, embora apesar de menor, a cheia de 1996 também pode ser responsável por inúmeros estragos. Verifica-se uma diferença com o nível da maré entre a elevação da superfície livre ao longo de toda a extensão do estuário, o que significa que a influência da maré se faz sentir. Na entrada do estuário a cota encontra-se por volta dos 4 m mas a Figura 5.56 permite verificar que o caudal do rio é direcionado até mais longe em direção ao oceano, como já se havia verificado nos outros casos. Figura 5.56Elevação da superfície livre junto à embocadura do estuário para a cheia de 1996, contando com a presença dos molhes e na situação de preia-mar. 8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 12 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Elevação da superfície livre (m) Distância à embocadura (km) Cheia de 1996-Caudal 10500 - Pós-molhes BM PM Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 101 A influência fluvial faz-se sentir até quase ao fim do comprimento do molhe norte sendo aí que se nota a quebra nas cotas da superfície livre que antes eram de cerca de 2 ou 3 m e de repente passam a ser de 1 m aproximadamente. Para o caudal de 10500 m3s-1, a maior parte do corpo central da restinga encontra-se emerso. Apenas a zona mais próxima do canal de navegação ficou submersa (ver Figura 5.57). Figura 5.57Profundidade da água na zona da restinga na cheia de 1996, contando com a presença dos molhes e na situação de preia-mar. É importante dar relevância ao facto de que foi para o menor caudal de cheia histórica que, após a construção dos molhes, se verificou que a maior parte da restinga se manteve emersa. A cota da água nas zonas escolhidas como vulneráveis encontra-se no Quadro 5.10. Quadro 5.10Cotas atingidas pela água na cheia de 1996 na simulação da preia-mar após a construção dos molhes Local Distância à embocadura (km) Cota (NMA) Cota Telemac PM Inundação PM Cota Telemac BM Inundação BM Cantareira 1.3 3 4.9 SIM 4.2 SIM Afurada 2.5 3 5.1 SIM 4.5 SIM Massarelos 3.5 3 5.7 SIM 5.3 SIM Alfândega 4.5 8 6.0 NÃO 5.5 NÃO Cais de Gaia 5.0 4 6.4 SIM 6.0 SIM Cais da Ribeira 6.0 4 6.6 SIM 6.3 SIM Marina do Freixo 9.0 6 8.2 SIM 7.8 SIM Gramido 12.0 5 8.9 SIM 8.7 SIM Aldeia Nova 17.0 8 10.5 SIM 10.3 SIM Arnelas 17.6 6 10.5 SIM 10.3 SIM Zebreiros 18.0 5 10.4 SIM 10.4 SIM Crestuma 20.4 8 11.5 SIM 11.4 SIM Todos os locais continuam submersos exceto a Alfândega. No entanto, como se pode verificar, as cotas da superfície livre já não são muito elevadas comparativamente com as registadas nas simulações Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 102 anteriores. Verifica-se também que existem sempre diferenças ao longo de toda a extensão do estuário na elevação da superfície livre entre a baixa-mar e a preia-mar, embora com uma maior diferença nas zonas mais a jusante. Figura 5.58Elevação da superfície livre para a cheia de 1996 antes e após a construção dos molhes para a baixa-mar e preia-mar. Após analisar a Figura 5.58, verifica-se que a elevação da superfície livre para a condição de existência de molhes em preia-mar é superior às simulações da preia-mar e de baixa-mar quando ainda não tinham sido construídos os molhes. Já para a baixa-mar antes da construção dos molhes verifica-se que a diferença entre a sua elevação da superfície livre e a dos casos pós-molhes não é tão significativa. 5.1.5 CHEIA DE JANEIRO DE 2001 As últimas simulações, relativamente a cheias históricas, foram feitas para a cheia de 2001. Esta cheia é aquela que apresenta o menor caudal: 9812 m3s-1. Os perfis longitudinais da superfície livre para a preia-mar e baixa-mar antes da construção dos molhes encontram-se nas figuras 5.59, 5.60 e 5.61. -2 0 2 4 6 8 10 0 2 4 6 8 10 12 Elevação da superfície livre (m) Distância à embocadura (km) Cheia de 1996-Caudal 10500 PM_s_molhes BM_s_molhes BM_c_molhes PM_c_molhes Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 103 Figura 5.59Perfis longitudinais da elevação da superfície livre no estuário inferior após a ocorrência da cheia de 2001 em preia-mar e em baixa-mar, antes da construção dos molhes. Figura 5.60Perfis longitudinais da elevação da superfície livre no estuário médio após a ocorrência da cheia de 2001 em preia-mar e em baixa-mar, antes da construção dos molhes. -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 0 1 2 3 4 5 6 elevação Superfície livre (m) Distância à embocadura (km) Cheia de 2001-Caudal 9812 - Pré-molhes PM BM 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 6 8 10 12 elevação Superfície livre (m) Distância à embocadura (km) Cheia de 2001-Caudal 9812 - Pré-molhes PM BM Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 104 Figura 5.61Perfis longitudinais da elevação da superfície livre no estuário superior após a ocorrência da cheia de 2001 em preia-mar e em baixa-mar, antes da construção dos molhes. Para este caudal surgem as maiores diferenças entre as simulações da preia-mar e da baixa-mar. É mais clara a influência da maré. Isto deve-se a este ser o menor caudal de todas as simulações. Na Figura 5.62 encontra-se a superfície livre da zona da embocadura e consegue-se verificar mais uma vez que a influência fluvial se faz sentir até à fronteira entre o verde e o azul claro, com valores da elevação da superfície livre descendo dos 4 m a 1 m. Figura 5.62Elevação da superfície livre na embocadura para a cheia de 2001, na situação de preia-mar antes dos molhes. Na Figura 5.63 representa-se a profundidade da água na embocadura, mais concretamente junto à restinga. As zonas a azul significam que a profundidade da água é nula, ou seja, não existe água sobre a restinga. Verifica-se que, para uma fase anterior à construção dos molhes, este caudal foi aquele que permitiu que uma maior parte da restinga se mantivesse emersa. 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 12 12 14 16 18 20 elevação Superfície livre (m) Distância à embocadura (km) Cheia de 2001-Caudal 9812 - Pré-molhes PM BM Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 105 Figura 5.63Profundidade da água na embocadura para a cheia de 2001 em situação de preia-mar antes da construção dos molhes. Para esta cheia, todos os locais se encontram inundados, com exceção da Alfândega (ver Quadro 5.11). As cotas atingidas pela água são as mais baixas encontradas em todas as simulações feitas, o que vai de encontro ao facto de o caudal ser também o mais baixo. Quadro 5.11Cotas atingidas pela água na cheia de 2001 nas simulações da preia-mar e baixa-mar antes da construção dos molhes. Local Distância à embocadura (km) Cota (NMA) Cota Telemac PM Inundação Cota Telemac BM Inundação Cantareira 1.3 3 3.8 SIM 3.5 SIM Afurada 2.5 3 4.0 SIM 3.8 SIM Massarelos 3.5 3 4.7 SIM 4.4 SIM Alfândega 4.5 8 5.1 NÃO 4.8 NÃO Cais de Gaia 5.0 4 5.4 SIM 5.2 SIM Cais da Ribeira 6.0 4 5.7 SIM 5.5 SIM Marina do Freixo 9.0 6 7.2 SIM 7.0 SIM Gramido 12.0 5 8.0 SIM 7.9 SIM Aldeia Nova 17.0 8 9.7 SIM 9.6 SIM Arnelas 17.6 6 9.6 SIM 9.6 SIM Zebreiros 18.0 5 9.7 SIM 9.6 SIM Crestuma 20.4 8 10.7 SIM 10.6 SIM Por fim, as últimas simulações feitas foram relativamente à cheia de 2001 após a construção dos molhes, para uma situação de preia-mar e outra de baixa-mar. Os perfis longitudinais da superfície livre de ambas as simulações podem ser analisados nas Figuras 5.64 a 5.66. Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 106 Figura 5.64Perfis longitudinais da superfície livre no estuário inferior após a ocorrência da cheia de 2001 em preia-mar e em baixa-mar, após a construção dos molhes. Figura 5.65Perfis longitudinais da superfície livre no estuário médio após a ocorrência da cheia de 2001 em preia-mar e em baixa-mar, após a construção dos molhes. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 2 4 6 Elevação Superfície Livre (m) Distância à embocadura (km) Cheia de 2001-Caudal 9812 - Pós-molhes PM BM 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 6 8 10 12 Elevação Superfície Livre (m) Distância à embocadura (km) Cheia de 2001-Caudal 9812 - Pós-molhes PM BM Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 107 Figura 5.66Perfis longitudinais da superfície livre no estuário superior após a ocorrência da cheia de 2001 em preia-mar e em baixa-mar, após a construção dos molhes. Para este caudal de 9812 m3s-1, verifica-se que a influência da maré se faz sentir ao longo de todo o estuário criando diferentes perfis de superfície livre para a preia-mar e a baixa-mar. Verifica-se que a altura de água junto à barragem de Crestuma é de aproximadamente 11 m, tal como antes da construção dos molhes. Após a análise das Figuras 5.67 e 5.68 verifica-se que o molhe conduz o caudal fluvial até ao exterior do estuário. Verifica-se que no caso da preia-mar a diminuição da superfície livre começou apenas junto à restinga enquanto na baixa-mar essa diminuição começou um pouco mais a montante. Figura 5.67Elevação da superfície livre na embocadura para a cheia de 2001, na situação de baixa-mar após a construção dos molhes. 8 8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 14 16 18 20 Elevação Superfície Livre (m) Distância à embocadura (km) Cheia de 2001-Caudal 9812 - Pós-molhes PM BM Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 114 Figura 5.77Profundidade da água na embocadura para o caudal de 20000 m3s-1 em situação de preia-mar antes da construção dos molhes. Figura 5.78Profundidade da água na embocadura para o caudal de 20000 m3s-1 em situação de baixa-mar antes da construção dos molhes. Para este caudal a grande parte da restinga encontra-se submersa embora existam ainda alguns pontos emersos como se encontra representado nas Figuras 5.77 e 5.78, para a preia-mar e a baixa-mar, respetivamente. Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 115 No Quadro 5.14 encontram-se as cotas atingidas pela água em todos os locais de referência. Quadro 5.14Cotas atingidas pela água para o caudal de 20000 m3s-1 nas simulações da preia-mar e baixa-mar antes da construção dos molhes. Local Distância à embocadura (km) Cota (NMA) Cota Telemac PM Inundação PM Cota Telemac BM Inundação BM Cantareira 1.3 3 6.1 SIM 5.9 SIM Afurada 2.5 3 6.2 SIM 6.1 SIM Massarelos 3.5 3 7.9 SIM 7.9 SIM Alfândega 4.5 8 9.1 SIM 8.9 SIM Cais de Gaia 5.0 4 9.8 SIM 9.7 SIM Cais da Ribeira 6.0 4 10.2 SIM 10.1 SIM Marina do Freixo 9.0 6 13.2 SIM 13.2 SIM Gramido 12.0 5 14.6 SIM 14.7 SIM Aldeia Nova 17.0 8 16.9 SIM 16.9 SIM Arnelas 17.6 6 16.8 SIM 16.8 SIM Zebreiros 18.0 5 16.9 SIM 17.0 SIM Crestuma 20.4 8 18.5 SIM 18.5 SIM Todos os locais se encontram inundados em ambos os casos. Não se verificam grandes diferenças entre as cotas na baixa-mar e na preia-mar. Nas Figuras 5.79, 5.80 e 5.81 encontram-se os perfis longitudinais com as elevações da superfície livre do caudal de 20000 m3s-1, desta vez após a construção dos molhes. Figura 5.79Perfil longitudinal da elevação da superfície livre para o caudal de 20000 m3s-1 no estuário inferior após a construção dos molhes, em preia-mar e baixa-mar. 6 8 10 12 0123456 Elevação da superfície livre (m) Distância à embocadura (km) Caudal 20000-Pós-molhes BM PM Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 116 Figura 5.80Perfil longitudinal da elevação da superfície livre para o caudal de 20000 m3s-1 no estuário médio após a construção dos molhes, em preia-mar e baixa-mar. Figura 5.81Perfil longitudinal da elevação da superfície livre para o caudal de 20000 m3s-1 no estuário superior após a construção dos molhes, em preia-mar e baixa-mar. A influência da maré é mais notória no estuário inferior do que nos estuários médio e superior. No ponto inicial as alturas encontram-se a 6 e 8 m na baixa-mar e na preia-mar respetivamente. Como ainda não existiu nenhuma descida é de esperar que a influência fluvial se propague um pouco mais para jusante. Na Figura 5.82 é representada a elevação da superfície livre no caso da preia-mar de forma a compreender como tal se processa. 10 12 14 16 6 7 8 9 10 11 12 Elevação da superfície livre (m) Distância à embocadura (km) Caudal 20000-Pós-molhes BM PM 14 16 18 20 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Elevação da superfície livre (m) Distância à embocadura (km) Caudal 20000-Pós-molhes BM PM Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 117 Figura 5.82Elevação da superfície livre para um caudal de 20000 m3s-1 na preia-mar após a construção dos molhes, junto à embocadura do rio Douro. A elevação da superfície livre encontra-se aproximadamente nos 7 m e vai descendo até atingir uma elevação entre 1 m e 2 m, onde se faz sentir apenas a influência oceânica. Figura 5.83Profundidade da água na embocadura para o caudal de 20000 m3s-1 em situação de preia-mar após a construção dos molhes. Após a construção dos molhes mesmo com o caudal de 20000 m3s-1 a restinga não fica submersa (ver Figura 5.83). A comparação entre as cotas atingidas na preia-mar e na baixa-mar para a malha após a construção dos molhes encontra-se no Quadro 5.15. Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 118 Quadro 5.15Cotas atingidas pela água para o caudal de 20000 m3s-1 nas simulações da preia-mar e baixa-mar após a construção dos molhes. Local Distância à embocadura (km) Cota (NMA) Cota Telemac PM Inundação PM Cota Telemac BM Inundação BM Cantareira 1.3 3 8.5 SIM 8.1 SIM Afurada 2.5 3 8.5 SIM 8.1 SIM Massarelos 3.5 3 9.9 SIM 9.6 SIM Alfândega 4.5 8 10.3 SIM 10.1 SIM Cais de Gaia 5.0 4 11.2 SIM 11.0 SIM Cais da Ribeira 6.0 4 11.6 SIM 11.4 SIM Marina do Freixo 9.0 6 14.3 SIM 14.2 SIM Gramido 12.0 5 15.5 SIM 15.4 SIM Aldeia Nova 17.0 8 17.6 SIM 17.5 SIM Arnelas 17.6 6 17.5 SIM 17.5 SIM Zebreiros 18.0 5 17.6 SIM 17.4 SIM Crestuma 20.4 8 19.0 SIM 19.0 SIM Verifica-se que todos os locais se encontram inundados e que a elevação da superfície livre junto à barragem de Crestuma atinge valores muito elevados, por volta dos 19 m. Este valor é inferior à cota do coroamento da barragem que está a 25,5 m. Entre a preia-mar e a baixa-mar verifica-se que a diferença de cotas é superior mais a jusante do que a montante. Na Figura 5.84 encontra-se a comparação entre todas as simulações feitas para o caudal de 20000 m3s-1 de forma a perceber a influência da construção dos molhes. Figura 5.84-Elevação da superfície livre para uma cheia com caudal de 20000 m3s-1 antes e após a construção dos molhes, em preia-mar e baixa-mar. Tanto para o caso da preia-mar como da baixa-mar verifica-se que a elevação da superfície livre é sempre superior após a construção dos molhes relativamente ao período anterior à sua construção. Tendo em -2 3 8 13 18 0 2 4 6 8 10 12 Elevação da superfície livre (m) Distância à embocadura (km) Caudal 20000 BM_c_molhes PM_c_molhes PM_s_molhes BM_s_molhes Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 119 conta que a restinga continua a não ser galgada para este caudal isso significa que a altura de água a montante aumenta provocando piores inundações. 5.2.2 SIMULAÇÃO PARA O CAUDAL DE 23000 M3S-1 Seguidamente, será feita a análise dos perfis longitudinais para o caudal de 23000 m3s-1 antes da construção dos molhes para a situação de preia-mar e de baixa-mar (ver Figuras 5.85 a 5.87). Este caudal foi simulado por representar um período de retorno de 585 anos (este período de retorno foi obtido da mesma forma que o da simulação anterior). Figura 5.85Elevação da superfície livre para uma cheia com caudal de 23000 m3s-1 no estuário inferior antes da construção dos molhes, em preia-mar e baixa-mar. Figura 5.86Elevação da superfície livre para uma cheia com caudal de 23000 m3s-1 no estuário médio antes da construção dos molhes, em preia-mar e baixa-mar. -2 0 2 4 6 8 10 12 0246 Elevação da superfície livre (m) Distância à embocadura (km) Caudal 23000-Pré-molhes BM PM 11 11.5 12 12.5 13 13.5 14 14.5 15 15.5 16 16.5 6 8 10 12 Elevação da superfície livre (m) Distância à embocadura (km) Caudal 23000-Pré-molhes BM PM Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 120 Figura 5.87Elevação da superfície livre para uma cheia com caudal de 23000 m3s-1 no estuário superior antes da construção dos molhes, em preia-mar e baixa-mar. Verifica-se que não existem grandes diferenças entre a baixa-mar e a preia-mar exceto na zona da embocadura do rio em que a elevação da superfície livre diminui em ambos os casos, atingindo valores finais diferentes. O estuário à partida comporta-se como um rio para este caudal. Na Figura 5.88 encontra-se representada a elevação da superfície livre para este caudal e para a preiamar antes da construção dos molhes. A fronteira amarela separa uma elevação da superfície livre de cerca de 6 m de uma elevação de cerca de 2 m. Figura 5.88Elevação da superfície livre na embocadura para um caudal de 23000 m3s-1 antes da construção dos molhes, em preia-mar. Para este caudal toda a restinga é galgada com exceção de um ponto no seu corpo central e de alguns pontos junto ao seu enraizamento (ver Figura 5.89). 16 18 20 12 14 16 18 20 Elevação da superfície livre (m) Distância à embocadura (km) Caudal 23000-Pré-molhes BM PM Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 121 Figura 5.89Profundidade junto à embocadura para uma cheia com caudal de 23000 m3s-1, em preia-mar e antes da construção dos molhes. Com recurso ao Quadro 5.16 é possível comparar as cotas atingidas nos mesmos locais para a preia-mar e a baixa-mar. Comprova-se que a diferença entre ambas é muito pequena e que a influência da maré não se faz sentir com muita relevância. A elevação da superfície livre junto à barragem de Crestuma é muito elevada, atingindo aproximadamente os 21 m. Para uma cheia deste tipo todos os locais ficariam inundados. Quadro 5.16Cotas atingidas pela superfície livre na preia-mar e na baixa-mar para uma cheia com um caudal de 23000 m3s-1, antes da construção dos molhes. Local Distância à embocadura (km) Cota (NMA) Cota Telemac PM Inundação PM Cota Telemac BM Inundação BM Cantareira 1.3 3 6.5 SIM 6.4 SIM Afurada 2.5 3 6.5 SIM 6.4 SIM Massarelos 3.5 3 8.8 SIM 8.7 SIM Alfândega 4.5 8 9.9 SIM 9.8 SIM Cais de Gaia 5.0 4 10.9 SIM 10.6 SIM Cais da Ribeira 6.0 4 11.3 SIM 11.3 SIM Marina do Freixo 9.0 6 14.8 SIM 14.8 SIM Gramido 12.0 5 16.4 SIM 16.4 SIM Aldeia Nova 17.0 8 18.8 SIM 18.8 SIM Arnelas 17.6 6 18.7 SIM 18.7 SIM Zebreiros 18.0 5 18.8 SIM 18.8 SIM Crestuma 20.4 8 20.6 SIM 20.6 SIM Seguidamente irá ser feito o estudo de uma cheia com um caudal de 23000 m3s-1, em situação de preiamar e de baixa-mar, desta vez após a construção dos molhes. Os perfis longitudinais com a elevação da superfície livre ao longo do estuário encontram-se nas Figuras 5.90, 5.91 e 5.92. Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 122 Figura 5.90Elevação da superfície livre para uma cheia com caudal de 23000 m3s-1 no estuário inferior após a construção dos molhes, em preia-mar e baixa-mar. Figura 5.91Elevação da superfície livre para uma cheia com caudal de 23000 m3s-1 no estuário médio após a construção dos molhes, em preia-mar e baixa-mar. 6 8 10 12 14 0123456 Elevação da superfície livre (m) Distância à embocadura (km) Caudal 23000-Pós-molhes PM BM 12 14 16 18 678910 11 12 Elevação da superfície livre (m) Distância à embocadura (km) Caudal 23000-Pós-molhes PM BM Modelação hidrodinâmica do estuário do Douro: Cenários de cheia e influência dos novos molhes 123 Figura 5.92Elevação da superfície livre para uma cheia com caudal de 23000 m3s-1 no estuário superior após a construção dos molhes, em preia-mar e baixa-mar. Verifica-se que a influência da maré é pequena no estuário inferior e médio. No estuário superior a diferença entre a preia-mar e a baixa-mar não é praticamente percetível. Na Figura 5.93 verifica-se que para o caso da preia-mar a elevação da superfície livre se encontra aproximadamente nos 7 m ocorrendo a diminuição para aproximadamente 2 m junto à cabeça do molhe norte. Figura 5.93Elevação da superfície livre na embocadura para um caudal de 23000 m3s-1 após a construção dos molhes, em preia-mar. Mesmo para um caudal elevado como este a restinga não é completamente galgada o que corrobora a afirmação de que o aumento verificado na sua área e volume, pode ser extremamente nefasto em caso de cheia (ver Figura 5.94). 16 18 20 22 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Elevação da superfície livre (m) Distância à embocadura (km) Caudal 23000-Pós-molhes PM BM