João Fernando Faria de Almeida - repositorium.sdum.uminho.pt · i Agradecimentos Gostaria de deixar o meu apreço às diversas pessoas que de alguma maneira me auxiliaram durante

João Fernando Faria de Almeida

Modelação da hidrodinâmica e dinâmicasedimentar do estuário do rio Douro

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Dou

ro

Universidade do MinhoEscola de Engenharia

outubro de 2013

Tese de MestradoCiclo de Estudos Integrados Conducentes aoGrau de Mestre em Engenharia Civil

Trabalho efetuado sob a orientação doProfessor Doutor José Luís da Silva Pinho

João Fernando Faria de Almeida

Modelação da hidrodinâmica e dinâmicasedimentar do estuário do rio Douro

Universidade do MinhoEscola de Engenharia

i

Agradecimentos

Gostaria de deixar o meu apreço às diversas pessoas que de alguma maneira me

auxiliaram durante a realização desta dissertação, pela sua compreensão, dedicação e

disponibilidade, fundamentais para a concretização da mesma. A todos um especial

agradecimento.

Em primeiro lugar expressar um agradecimento especial ao Professor Doutor

José Luís Pinho, orientador da Dissertação, que demonstrou uma orientação atenta,

cuidada e sempre disponível, por toda a paciência demonstrada ao longo de todo o

período de elaboração desta dissertação e por toda a partilha de conhecimento e

conselhos prestados.

Um agradecimento ao Grupo de Hidráulica do Departamento de Engenharia

Civil da Universidade do Minho pela motivação ao longo do curso e pela forma

entusiasmante com que partilharam os conhecimentos e cativaram os alunos.

Aos meus Pais, que sempre se esforçaram e sacrificaram para que nada essencial

me faltasse, que sempre me compreenderam e incentivaram, pela sua paciência, pelo

seu grande carinho e conforto e por tudo que me ensinaram ao longo da vida o meu

muito obrigado.

A toda a minha família que sempre me acompanhou e auxiliou ao longo da

minha vida académica e pela motivação e concelhos dados.

Um especial agradecimento aos meus amigos, que ao longo destes anos

estiveram presentes para me motivar, pela sua amizade e disponibilidade pela

compreensão e apoio o meu muito obrigado.

ii

iii

Resumo

Os estuários e a orla litoral estão sujeitos à influência de vários agentes

forçadores, como as marés, a agitação marítima e os ventos. Estes agentes são

responsáveis pela geração de correntes, fazendo das zonas costeiras sistemas altamente

dinâmicos. A maioria dos fundos em zonas costeiras é composta por sedimentos, com

predominância de areias junto à costa, e de siltes e argilas em estuários e lagunas. Este

material é frequentemente transportado pelas correntes, originando variações

morfológicas dos fundos. Em particular, podem ocorrer erosões e sedimentações

significativas em estuários, lagunas, praias, embocaduras e outras zonas costeiras, que

necessitam de ser quantificadas e, por vezes, alteradas por soluções de engenharia.

Na presente dissertação serão avaliados os processos hidrodinâmicos, padrões de

circulação tridimensionais em situações normais e de cheia, e a caracterização da

dinâmica sedimentar no estuário do rio Douro, suportados por ferramentas de

modelação matemática. Este trabalho contempla a criação de um modelo tridimensional

do estuário do rio Douro no programa computacional Delft3D desenvolvido pela WL-

Delft Hydraulics, que simula diferentes condições de descarga da barragem de

Crestuma, amplitudes de maré, propriedades dos sedimentos e possíveis cenários de

rotura das estruturas de defesa da embocadura do estuário.

Conclui-se que a velocidade do escoamento no estuário do rio Douro depende

essencialmente do caudal descarregado e da amplitude de maré, e que os valores

máximos da velocidade de escoamento localizam-se na zona junto ao quebra-mar. Os

valores associados à dinâmica sedimentar estão inteiramente dependentes da velocidade

do escoamento e das características dos sedimentos, ocorrendo os valores mais elevados

de erosão e sedimentação onde se registam os valores máximos da velocidade de

escoamento na zona junto ao quebra-mar. Registou-se durante o período da vazante do

estuário uma maior concentração de sedimentos comparativamente com a enchente na

camada de fundo da embocadura do estuário, o que sugere que nem toda a quantidade

de sedimentos volta com a enchente da maré, uma grande parte é transportada em

direcção à embocadura. O colapso das estruturas de defesa originam velocidades de

escoamento, erosões/sedimentações e concentração de sedimentos menores

comparativamente com a situação actual no estuário alterando a localização onde ocorre

o seu valor máximo.

Palavras-chave: Hidrodinâmica, dinâmica sedimentar, modelação, erosão e sedimentação, concentração de sedimentos

iv

v

Abstract

Coasts and estuaries are subjects to the influence of several various forces, as the

tides, the maritime agitation and the winds. These agents are responsible for the

generation of currents, making coastal areas highly dynamic systems. The majority of

the deep in coastal zones is composed by sediments, predominantly sands along the

shore, and silts and clays in estuaries and lagoons. This material is frequently

transported by the currents, causing morphological variations of the deep. Privately,

erosions can occur and significant sedimentations in estuaries, lagoons, beaches, inlets

and other coastal zones, that need to be quantified and, sometimes corrected by

engineering solutions.

In this dissertation will evaluate the hydrodynamic processes, three-dimensional

circulation patterns normal situations and flooding, and the characterization of sediment

dynamics in the estuary of the Douro river, supported by mathematical modeling tools.

This work includes the creation of a three-dimensional model of the estuary of the

Douro river in Delft3D computer program developed by WL-Delft Hydraulics, which

simulates different discharge conditions of Crestuma dam, tidal ranges, sediment

properties and possible failure scenarios of structures defense of the estuary.

It was concluded that the flow velocity in the estuary of the Douro river depends

of the torrent discharged of the torrent discharged and tidal range, and that the

maximum values of the flow velocity are located in the area along the breakwater. The

values associated with the sediment dynamics are entirely dependent on the flow speed

and characteristics of sediments, occurring values higher erosion and sedimentation

where there are maximum values of the flow velocity in the zone close to the

breakwater. Was recorded during the ebb a higher concentration of sediment

comparatively with the flooding, suggesting that not all the amount of sediment returns

with the flood tide, a large part is transported towards the river mouth. The collapse of

the defense structures originates lower speeds runoff, erosion / sedimentation and

sediment concentration comparatively with the present situation in the estuary, changing

the location where the maximum value occurs.

Keywords: Hydrodynamics, sediment dynamics, modelling, erosion and

sedimentation

vi

vii

Índice

Agradecimentos ........................................................................................................... i

Resumo ....................................................................................................................... iii

Abstract ....................................................................................................................... v

Índice de figuras ........................................................................................................ xi

Índice de tabelas ..................................................................................................... xvii

Acrónimos ................................................................................................................ xix

1. Introdução ........................................................................................................ 1

1.1 Enquadramento............................................................................................................. 1

1.2 Objectivos do trabalho .................................................................................................. 3

1.3 Estrutura da dissertação ............................................................................................... 3

2. Modelação hidrodinâmica e dinâmica sedimentar de sistemas estuarinos e

costeiros ....................................................................................................................... 5

2.1 Hidrodinâmica e dinâmica sedimentar em sistemas estuarinos e costeiros ................ 5

2.1.1 Marés..................................................................................................................... 5

2.1.2 Vento ..................................................................................................................... 6

2.1.3 Efeito de Coriollis .................................................................................................. 7

2.1.4 Correntes termohalinas e estratificação ............................................................... 7

2.1.5 Ondas .................................................................................................................... 8

2.1.6 Transporte sedimentar .......................................................................................... 8

2.2 Formulação matemática dos modelos hidrodinâmicos .............................................. 10

2.2.1 Equações de Navier-Stokes ................................................................................. 10

2.2.2 Equações de Reynolds ......................................................................................... 11

2.2.3 Dinâmica sedimentar e evolução do nível de talvegue....................................... 12

2.3 Programas de modelação ............................................................................................ 15

2.3.1 Delft3D ................................................................................................................ 15

2.3.2 TELEMAC ............................................................................................................. 17

Índice

viii

2.3.3 RMA2 ................................................................................................................... 20

2.3.4 SED2D .................................................................................................................. 21

2.3.5 MIKE3 .................................................................................................................. 22

3. Modelo do estuário do rio Douro .................................................................. 25

3.1 Bacia hidrográfica e estuário do rio Douro ................................................................. 25

3.2 Modelo tridimensional do estuário do rio Douro ....................................................... 28

3.2.1 Batimetria do modelo do estuário do rio Douro ................................................. 32

3.3 Condições de Fronteira ............................................................................................... 33

3.4 Calibração do modelo do estuário do rio Douro ......................................................... 36

4. Análise e discussão dos resultados ................................................................ 41

4.1 Aspetos gerais ............................................................................................................. 41

4.2 Cenários de modelação ............................................................................................... 42

4.3 Análise da hidrodinâmica no estuário do rio Douro ................................................... 45

4.3.1 Elevação da superfície livre ................................................................................. 45

4.3.2 Velocidade das correntes .................................................................................... 50

4.4 Análise da dinâmica sedimentar no estuário do rio Douro ........................................ 59

4.4.1 Acção do caudal fluvial ........................................................................................ 59

4.4.2 Acção da maré ..................................................................................................... 72

4.4.3 Influência da dimensão dos sedimentos ............................................................. 78

4.4.4 Influência da massa volúmica dos sedimentos ................................................... 87

4.5 Análise no caso de ruptura das estruturas de defesa na embocadura ....................... 91

4.5.1 Análise Hidrodinâmica......................................................................................... 91

4.5.2 Análise à dinâmica sedimentar ........................................................................... 95

5. Conclusões e sugestões para trabalhos futuros ........................................... 99

5.1 Conclusões................................................................................................................... 99

5.2 Sugestões para trabalhos futuros ............................................................................. 104

Bibliografia ............................................................................................................. 106

Anexo ....................................................................................................................... 111

A. Influência da massa volúmica dos sedimentos na análise da dinâmica sedimentar 111

Índice

ix

B. Análise ao caso de ruptura das estruturas de defesa na embocadura ..................... 115

Índice

x

xi

Índice de figuras

Figura 1 - Atracção exercida pela Lua, e pelo Sol (APRH, 2007) ................................... 5

Figura 2 - Efeito da aceleração de Coriollis (Gomes, 2004) ............................................ 7

Figura 3 - Arquitectura do sistema Delft3D (Delft3D-FLOW, 2011) ............................ 15

Figura 4 - Ilustração de uma malha 3D (Mensencal, 2010) ........................................... 18

Figura 5 - Tipos de elementos para a discretização espacial (Donnell, 2011) ............... 20

Figura 6 - Estrutura do sistema de modelação MIKE 3 adaptado de (Danish Hydraulic Institute, 2001) ................................................................................................................ 23

Figura 7 - Bacia hidrográfica do Douro.......................................................................... 26

Figura 8 - Estuário do rio Douro (Google Earth, 2013) ................................................. 27

Figura 9 - Evolução ao longo do tempo da restinga (Google Earth, 2013) .................... 28

Figura 10 - Representação das fronteiras terrestres do estuário no programa Google Earth (esquerda) e Global Mapper (direita) ................................................................... 29

Figura 11 - Princípio da técnica domain decomposition (Delft3D-FLOW, 2011) ......... 29

Figura 12 - Representação dos múltiplos domínios do estuário (esquerda) e do domínio da restinga (direita) ......................................................................................................... 30

Figura 13 - Principio do modelo NESTHG (Delft3D-FLOW, 2011)............................. 31

Figura 14 - Representação do modelo global do estuário (esquerda) e do modelo local da restinga (direita) ......................................................................................................... 31

Figura 15 - Representação da grelha utilizando um refinamento local na restinga ........ 32

Figura 16 - Representação da batimetria do modelo do estuário ................................... 33

Figura 17 - Fronteiras abertas no modelo ....................................................................... 34

Figura 18 - Descargas da barragem de Crestuma no período de 01-01-1986 a 03-07-2013 (SNIRH, 2013) ...................................................................................................... 34

Figura 19 - Localização do ponto escolhido para a obtenção dos valores da elevação da superfície livre. ............................................................................................................... 36

Figura 20 - Curvas de elevação de superfície para maré viva ........................................ 37

Figura 21 - Curvas de elevação de superfície para maré morta...................................... 37

Figura 22 - Curvas de elevação de superfície para o valor intermédio da maré............. 38

Figura 23 - Representação esquemática dos vórtices induzidos pelo jacto de saída ...... 38

Figura 24 - Velocidade horizontal na camada de fundo junto à Ponte da Arrábida em função do coeficiente de rugosidade de Manning .......................................................... 39

Figura 25 - Velocidade horizontal na camada de fundo junto à Ponte da Arrábida em função do modelo de turbulência tridimensional ........................................................... 40

Figura 26 - Planta do modelo com a localização do ponto escolhido para a obtenção dos valores da elevação da superfície livre. .......................................................................... 45

Figura 27 - Gráfico com a elevação da superfície ao longo do tempo para o caudal de 200 m³/s. ......................................................................................................................... 45


Índice de figuras

xii


Figura 30 - Gráfico com a elevação da superfície ao longo do tempo para o caudal de 10 000 m³/s. ......................................................................................................................... 46

Figura 31 - Nível da superfície da água em baixa-mar (esquerda) e preia-mar (direita) no estuário para os cenários de maré viva ........................................................................... 48

Figura 32 - Nível da superfície da água em baixa-mar (esquerda) e preia-mar (direita) no estuário para os cenários de maré morta ......................................................................... 49

Figura 33 - Representação da velocidade superficial máxima (superior) e dos vectores velocidade (inferior) para o cenário 8............................................................................. 51

Figura 34 - Velocidade superficial ao longo do perfil longitudinal para os cenários 7 (Q200), 8 (Q450), 9 (Q700) e 10 (Q10000). .................................................................. 52

Figura 35 - Velocidade superficial ao longo do perfil longitudinal para os cenários 11 (Q200), 12 (Q450), 13 (Q700) e 14 (Q10000). .............................................................. 53

Figura 36 - Número de Froude no estuário do rio Douro para o cenário 10 (Q10000). . 54

Figura 37 - Velocidade superficial para o caudal de 200 m³/s com maré morta e maré viva na entrada do estuário. ............................................................................................ 55




Figura 41 - Localização das estações de observação para o estudo dos perfis verticais de velocidade ....................................................................................................................... 57

Figura 42 - Perfil vertical de velocidade em cada estação para o caudal de 200 m³/s (esquerda) e 450 m³/s (direita) em maré viva ................................................................. 57

Figura 43 - Perfil vertical de velocidade em cada estação para o caudal de 700 m³/s (esquerda) e 10000 m³/s (direita) em maré viva ............................................................. 58

Figura 44 - Perfil vertical de velocidade em cada estação para o caudal de 200 m³/s (esquerda) e 450 m³/s (direita) em maré morta .............................................................. 58

Figura 45 - Perfil vertical de velocidade em cada estação para o caudal de 700 m³/s (esquerda) e 10000 m³/s (direita) em maré morta .......................................................... 58

Figura 46 - Valor de erosão e sedimentação em planta (superior) e em perfil longitudinal (inferior) do estuário para o cenário 15 .......................................................................... 59

Figura 47 - Valor de erosão e sedimentação em planta (cima) e em perfil longitudinal (baixo) do estuário para o cenário 16 ............................................................................. 60



Figura 50 - Nível do leito inicial e final para o cenário 18 em relação ao zero hidrográfico .................................................................................................................... 63

Índice de figuras

xiii

Figura 51 - Localização das estações de observação para o estudo da dinâmica sedimentar no estuário .................................................................................................... 63

Figura 52 - Valor da velocidade de fundo tautócrono com a erosão/sedimentação à saída do estuário para o cenário 15 (esquerda) e para o cenário 16 (direita) ........................... 64

Figura 53 - Valor da velocidade de fundo tautócrono com a erosão/sedimentação à saída do estuário para o cenário 17 (esquerda) e para o cenário 18 (direita) ........................... 64

Figura 54 - Valor da erosão/sedimentação na estação de observação 1 relativos a cada caudal fluvial .................................................................................................................. 65






Figura 60 - Valor da erosão e sedimentação no estuário do rio Douro ao longo de 10 anos ................................................................................................................................. 69

Figura 61 - Nível futuro do fundo em relação ao zero hidrográfico............................... 70

Figura 62 - Concentração máxima de sedimentos em planta (esquerda) e em perfil transversal (direita) no estuário em função do caudal fluvial ......................................... 71

Figura 63 - Valor da erosão e sedimentação no estuário do rio Douro para os vários tipos de maré e valor ao fim de 10 anos ......................................................................... 72

Figura 64 - Valor da amplitude de maré tautócrono com a erosão/sedimentação à saída do estuário para o cenário 26 (esquerda) e para o cenário 27 (direita) ........................... 73

Figura 65 - Valor da erosão/sedimentação na estação de observação 1 (esquerda) e na estação de observação 2 (direita) relativo a cada tipo de maré ...................................... 74



Figura 68 - Concentração máxima de sedimentos em planta (esquerda) e em perfil transversal (direita) no estuário em função do tipo de maré........................................... 76

Figura 69 - Valor da erosão e sedimentação no estuário do rio Douro para os vários tipos de D50 e valor ao fim de 10 anos .......................................................................... 79

Figura 70 - Valor da erosão/sedimentação na estação de observação 1 (esquerda) e na estação de observação 2 (direita) relativo a cada diâmetro médio dos sedimentos ........ 80



Índice de figuras

xiv

Figura 73 - Comparação entre erosão/sedimentação (direita) e concentração de sedimentos (esquerda) .................................................................................................... 82

Figura 74 - Valor da concentração de sedimentos tautócrono com a erosão/sedimentação à saída do estuário para o cenário 28 (esquerda) e para o cenário 18 (direita) ............... 82

Figura 75 - Concentração máxima de sedimentos em planta (esquerda) e em perfil transversal (direita) no estuário em função da dimensão dos sedimentos ...................... 84

Figura 76 - Transporte de sedimentos no fundo (esquerda) e em suspensão (direita) no estuário para o cenário 28 ............................................................................................... 85

Figura 77 - Valor do transporte de sedimentos no fundo e em suspensão à saída do estuário para o cenário 28 ............................................................................................... 85





Figura 82 - Valor da erosão e sedimentação no estuário do rio Douro para as várias massas volúmicas dos sedimentos e valor ao fim de 10 anos ........................................ 88







Figura 89 - Elevação da superfície ao longo do tempo para o para os cenários 34 e 16 91

Figura 90 - Elevação da superfície ao longo do tempo para o para os cenários 35 e 18 91

Figura 91 - Nível de água em baixa-mar e em preia-mar para os cenários de ruptura (esquerda) e sem ruptura (direita) das estruturas de defesa ............................................ 93

Figura 92 - Velocidade superficial em planta (cima) e em perfil longitudinal (baixo) do estuário para um caudal fluvial de 450 m³/s (cenário 34) .............................................. 94

Figura 93 - Valor da erosão e sedimentação no estuário para os cenários de ruptura e sem ruptura das estruturas de defesa e ao fim de 10 anos .............................................. 95

Figura 94 - Concentração máxima de sedimentos no estuário para os cenários de ruptura e sem ruptura das estruturas de defesa............................................................................ 96

Índice de figuras

xv

Figura 95 - Valor da erosão/sedimentação na estação de observação 1 (esquerda) e na estação de observação 2 (direita) relativo a cada massa volúmica dos sedimentos ..... 112



Figura 98 - Concentração máxima de sedimentos em planta (esquerda) e em perfil transversal (direita) no estuário em função da massa volúmica dos sedimentos ......... 114

Figura 99 - Velocidade superficial na entrada do estuário para o caudal de 450 m³/s sem ruptura e com ruptura das estruturas de defesa ............................................................ 116

Figura 100 - Velocidade superficial na entrada do estuário para o caudal de 10000 m³/s sem ruptura e com ruptura das estruturas de defesa ..................................................... 116

Figura 101 - Perfil vertical de velocidade em cada estação para o caudal de 450 m³/s (esquerda) e 10000 m³/s (direita) relativo aos cenários 34 e 35 ................................... 117

Índice de figuras

xvi

xvii

Índice de tabelas

Tabela 1 - Descrição dos módulos da estrutura do sistema ............................................ 19

Tabela 2 - Componentes astronómicas da maré ............................................................. 35

Tabela 3 - Concentrações de sedimentos consideradas .................................................. 35

Tabela 4 - Cenários considerados para modelação ......................................................... 43

Tabela 5 - Valores de amplitude para os diferentes cenários ......................................... 47

Tabela 6 - Valores máximos da concentração de sedimentos para a estação 1, 2 e 3 .... 78

Tabela 7 - Valores máximos da concentração de sedimentos para a estação 4, 5 e 6 .... 78

Índice de tabelas

xviii

xix

Acrónimos

3D - Espaço tridimensional

2D - Espaço bidimensional

M2 - Constituinte lunar semidiurna

S2 - Constituinte solar semidiurna

K2 - Constituinte lunissolar semidiurna

FLOW - Modulo Hidrodinâmico do Delft3D

MOR - Modulo Morfodinâmico do Delft3D

LNHE - Laboratoire National d`Hydraulique et Environnement

EDF - Electricité de France

IAHR - International Association for Hydro-Environment Engineering and Reseacher

SNIRH - Sistema Nacional de Informação de Recursos Hídricos

SMS - Surface-Water Modeling System

UTM - Universal Transverse Mercator Coordinate System

INAG - Instituto Nacional da Água

PA - Localização da Ponte da Arrábida

PI - Localização da Ponte do Infante

PF - Localização da Ponte do Freixo

SM - Localização da ermida de São Miguel-o-Anjo

EE - Localização da Foz do estuário

Fr - Número de Froude

En - Estação de Observação número n

D50 - Diâmetro médio dos sedimentos

xx

1

1

1. Introdução

1.1 Enquadramento

Desde sempre as regiões litorais apresentam uma importância relevante para a

vida humana, por constituírem regiões onde estão presentes algumas das grandes

cidades mundiais e onde se produzem e exploram a maior parte dos recursos marinhos

utilizados pelo homem.

A maximização dos benefícios e a consequente minimização dos impactos

negativos decorrentes da acção antropogénica na utilização dos recursos hídricos é um

dos principais objectivos de um recente domínio científico: a hidroinformática. Este

domínio explora a interacção entre a modelação matemática e as tecnologias de

informação e comunicação, no sentido de proporcionar a sua aplicação na resolução de

problemas relacionados com os sistemas hídricos, contribuindo assim para o

desenvolvimento sustentado das sociedades contemporâneas (Pinho, 2000).

Os estuários e a orla litoral estão sujeitos à influência de vários agentes

forçadores, como as marés, a agitação marítima, os ventos, entre outros. Estes agentes

são responsáveis pela geração de correntes, fazendo das zonas costeiras sistemas

altamente dinâmicos.

A caracterização da hidrodinâmica constitui o primeiro passo em muitos estudos

sobre zonas costeiras, dado que as correntes determinam o movimento dos sedimentos e

das substâncias dissolvidas. As principais aplicações, que advêm do seu estudo são, a

previsão de correntes e marés, a análise da intrusão salina em estuários, o cálculo de

tempos de residência, a propagação e rebentação das ondas, e a previsão de

sobrelevações e de correntes litorais devidas as ondas.

A maioria dos fundos em zonas costeiras é composta por sedimentos, com

predominância de areias junto à costa, e de siltes e argilas em estuários e lagunas. Este

Capítulo - 1

2

material é frequentemente transportado pelas correntes e pelas ondas, originando

variações morfológicas dos fundos. Em particular, podem ocorrer erosões e

sedimentações significativas em estuários, lagunas, praias, embocaduras e outras zonas

costeiras, que necessitam de ser quantificadas e, por vezes, corrigidas por soluções de

engenharia.

A capacidade de previsão da dinâmica sedimentar e das variações morfológicas

é, assim, um elemento fundamental para uma gestão adequada das zonas costeiras. As

principais aplicações, que advêm do seu estudo são, a quantificação de taxas de erosão e

deposição em estuários e bacias portuárias, previsão da evolução da linha de costa,

alimentação artificial de praias, estudo de obras de protecção costeira, regularização de

embocaduras lagunares, e a definição de dragagens e de planos de imersão de dragados

(Fortunato, 2011).

O tema proposto para a presente dissertação é a modelação da hidrodinâmica e

dinâmica sedimentar de um sistema estuarino e costeiro, uma vez que a nível de

hidrodinâmica estas zonas apresentam uma grande diversidade de variáveis, a nível de

marés, ventos, agitação marítima, características das águas oceânicas e fluviais, entre

muitas outras que por sua vez irão influenciar a dinâmica sedimentar nestas mesmas

zonas. Com a modelação 3D, poderemos estudar em pormenor as variáveis mais

importantes para a caracterização deste sistema complexo.

A construção de um modelo hidráulico de um sistema estuarino tem como

objetivo a caracterização de padrões de circulação 3D em situações normais ou de cheia,

e o estudo da dinâmica sedimentar contempla a caracterização de processos de

erosão/sedimentação. O modelo hidráulico a construir utiliza o software de modelação

Delft3D.

Para a caracterização de padrões de circulação 3D, objeto de estudo desta

dissertação, os modelos tridimensionais são os indicados pelo facto de se tratar de

modelos de elevada complexidade física e numérica quer devido ao grande número de

processos físicos que permitem simular quer pela diversidade de métodos e opções

numéricas implementadas. O modelo poderia ser realizado com outro software de

modelação, mas para a escolha deste software pesou o facto de o software ser gratuito, e

comparativamente a outros programas de cálculo ter as mesmas características de

aplicação.

Introdução

3

1.2 Objectivos do trabalho

Esta dissertação teve como objectivo principal a construção de um modelo

hidrodinâmico tridimensional implementado com o auxílio do programa Delft3D que

permita simular e caracterizar padrões de circulação em 3D em situações normais ou de

cheia, e padrões de erosão e deposição para o estuário do rio Douro.

1.3 Estrutura da dissertação

A presente dissertação está organizada em cinco capítulos.

Neste primeiro capítulo é feita uma introdução ao tema que será abordado nesta

dissertação, e são apresentadas as motivações e objectivos do trabalho e ainda a

organização do documento escrito.

No segundo capítulo apresentam-se os principais fenómenos relativos aos

processos físicos, da hidrodinâmica e dinâmica sedimentar em sistemas estuarinos.

Contém a formulação matemática utilizada para águas superficiais e de dinâmica

sedimentar. Contém ainda a descrição do estudo de soluções de software para resolução

das equações dos escoamentos com superfície livre em sistemas tridimensionais e de

transporte sedimentar mais utilizados a nível mundial.

No capítulo três, apresenta-se a metodologia utilizada para o desenvolvimento

desta dissertação onde se descreve pormenorizadamente todos os passos que foram

efectuados para atingir os objectivos propostos. Apresenta-se uma descrição da bacia

hidrográfica e do estuário do rio Douro, e descreve-se os valores do caudal, amplitude

de maré e concentração de sedimentos característicos do estuário. Apresenta-se ainda o

modelo tridimensional do estuário do rio Douro que será aplicado no estudo

hidrodinâmico e de dinâmica sedimentar, e os processos de calibração utilizados.

No quarto capítulo apresenta-se os resultados obtidos neste trabalho,

designadamente os padrões de circulação tridimensionais em situações normais ou de

cheia, as características do escoamento fluvial, e padrões de erosão e deposição para o

estuário do rio Douro em função do tipo de maré, do escoamento fluvial, o tipo de

sedimentos presentes no sistema estuarino e a possibilidade de colapso das estruturas de

defesa na embocadura do estuário.

No quinto capítulo, são apresentadas as principais conclusões retiradas deste

estudo e ainda sugestões para trabalhos futuros.

Capítulo - 1

4

5

2

2. Modelação hidrodinâmica e dinâmica sedimentar de sistemas estuarinos e costeiros

2.1 Hidrodinâmica e dinâmica sedimentar em sistemas estuarinos e costeiros

Seguidamente apresentam-se os principais fenómenos relativos aos processos

físicos, que se apresentam variáveis no tempo e no espaço, influenciando a

hidrodinâmica e dinâmica sedimentar em sistemas estuarinos e costeiros.

2.1.1 Marés

As marés são movimentos oscilatórios das águas marinhas relativamente ao

referencial da altitude, determinados por forças induzidas pela variação das posições

relativas de todos os astros principalmente do sistema solar com a terra. Devido à sua

proximidade em relação à Terra, e à sua massa volúmica os astros com maior influência

são a Lua e o Sol, podendo, habitualmente, desprezar-se a acção gravítica dos restantes

astros. As marés resultam fundamentalmente da acção das forças astronómicas devidas

à atracção gravitacional entre a Terra e a Lua e, de forma menos intensa, entre a Terra e

o Sol devido à sua proximidade em relação à Terra, sendo apresentado um esquema

simplificado da deformação da superfície terrestre provocada pela acção da Lua e do

Sol na figura 1.

Figura 1 - Atracção exercida pela Lua, e pelo Sol (APRH, 2007)

Capítulo - 2

6

De modo geral, acontece a preia-mar (maré cheia) quando a Lua passa por cima

de um determinado local e quando a Lua passa por baixo desse mesmo local, ou seja,

por cima de dois pontos diametralmente opostos.

As preia-mares sucedem-se, regularmente, com um intervalo médio de meio-dia

lunar (aproximadamente 12h 25m) o que corresponde matematicamente à constituinte

lunar semidiurna (M2). O intervalo de tempo entre uma preia-mar e a baixa-mar

seguinte é, em média, 6h 13m. Observa-se que, o mar não reage instantaneamente à

passagem da Lua, havendo, para cada local, um atraso maior ou menor das preia-mares

e baixa-mares.

Um outro aspeto importante é o fenómeno quinzenal da alternância entre marés

vivas e marés mortas, este fenómeno, matematicamente explicado pela constituinte S2

(solar semidiurna), decorre do efeito do sol como elemento "perturbador". Com efeito,

quando o Sol e a Lua estão em oposição (Lua cheia) ou conjunção (Lua nova), a

influência do Sol reforça a da Lua e ocorrem as marés vivas (matematicamente as

constituintes somam-se), e quando o Sol e a Lua estão em quadratura (Quarto crescente

e Quarto minguante), a influência do Sol contraria a influência da Lua e ocorrem as

marés mortas (matematicamente as constituintes subtraem-se).

De modo geral, as amplitudes de marés vivas em Portugal Continental são cerca

de 1,5 m, ou seja, o mar sobe e desce 1,5 m em relação ao nível médio. Em marés

mortas, a amplitude da maré é da ordem dos 70 cm.

A amplitude das marés vivas é ainda maior por ocasião dos equinócios (marés

vivas equinociais). Tal facto é matematicamente explicado pela introdução de uma

terceira constituinte (K2) que, perto dos equinócios, reforça o efeito do Sol (Instituto

hidrográfico, 2013).

2.1.2 Vento

As correntes resultantes da acção do vento são provocadas pela tensão que é

exercida na superfície da água devido à deslocação de massas de ar provocada pelos

gradientes de pressão e temperatura do ar, através da acção do sol. A acção do vento

sobre a superfície da água provoca um regime de ondulação superficial (Gomes, 2004).

Modelação hidrodinâmica e dinâmica sedimentar de sistemas estuarinos

7

2.1.3 Efeito de Coriollis

O efeito de Coriollis que provoca deformação das correntes nos escoamentos

resulta da aceleração de grandes massas de fluidos devido ao movimento de rotação da

Terra. A aceleração resultante é tanto maior quanto menor for o raio da circunferência

formada por um plano perpendicular ao eixo de rotação da Terra, provocando um efeito

global de circulação no sentido horário no hemisfério Norte e anti-horário no hemisfério

Sul (Gomes, 2004).

Figura 2 - Efeito da aceleração de Coriollis (Gomes, 2004)

2.1.4 Correntes termohalinas e estratificação

As correntes termohalinas resultam do gradiente de massa volúmica nos

oceanos, que é dependente da salinidade, da temperatura e da pressão a que as massas

de água estão sujeitas, apresentando variações resultantes de processos que ocorrem nas

camadas superficiais, e que derivam de interacções da água com o ar, tais como o

aquecimento provocado pelo sol, evaporação e diluição devida à ocorrência de

precipitação. Estas correntes provocam movimentos de ascensão das massas de água

menos densas e na descida de massas de água mais densas. A salinidade de uma massa

de água é definida como a quantidade total de sais dissolvidos na água, sendo o sal

preponderante o cloreto de sódio. A salinidade varia com a bacia oceânica, sendo que

em bacias fechadas, onde os efeitos da evaporação se fazem sentir com maior

intensidade os valores de salinidade apresentam-se mais elevados.

A estratificação térmica ocorre devido à variação de temperatura na água

verticalmente. Devido à acção do vento a camada superficial apresenta-se como uma

zona de mistura, podendo atingir algumas dezenas de metros de profundidade, é

Capítulo - 2

8

caracterizada por ser uma zona isotérmica, sendo seguida por uma zona de variação

rápida da temperatura designada de termoclina. Em profundidades elevadas, a variação

de temperatura é muito lenta, considerando-se uma zona quase isotérmica (Gomes,

2004).

2.1.5 Ondas

A formação do movimento ondulatório é efectuada ao longo de interfaces entre

fluidos de densidades distintas. Nas ondas de superfície os fluidos presentes são a água

e o ar. No limite comum entre camadas com densidades diferentes, como por exemplo

ao longo da termoclina num oceano formado por duas camadas de diferentes massas

volúmicas poderá ocorrer a formação de ondas internas. Os períodos associados às

ondas internas são normalmente muito mais longos do que os correspondentes às ondas

na superfície (Pinho, 2000).

2.1.6 Transporte sedimentar

O transporte de sedimentos nos estuários é bastante diferente em relação ao que

se passa nos rios e oceanos. Nestes ambientes naturais, a descarga fluvial encontra a

maré, e a corrente desta assume um papel gerador de turbulência. A partir deste

momento existe apenas um pequeno período de tempo entre a subida e a descida da

maré cuja turbulência é mínima. Neste intervalo de tempo, os sedimentos mais pesados

depositam-se no leito do estuário. À medida que a corrente volta novamente a aumentar,

as partículas elevam-se para a coluna de água, mas ao contrário da água doce que

continua a escoar-se ao longo do estuário na camada superior, as partículas estão agora

na camada mais baixa da circulação estuarina, onde o movimento médio da água é a do

oceano em direcção a montante. Deste modo uma parte dos sedimentos nunca chega a

alcançar o mar e acumula-se no estuário numa região situada perto de onde o rio entra

no estuário, ou seja, onde a circulação muda de apenas uma camada para duas

(Tomczak, 2000).

Os sedimentos permanecem em suspensão devido à turbulência, mas a sua

concentração na coluna de água varia fortemente com a maré. Durante a vazante existe

uma maior concentração de sedimentos relativamente à enchente, o que sugere que nem

toda a quantidade de sedimentos volta com a enchente da maré, uma pequena parte

parece capaz de avançar em direcção à embocadura (Tomczak, 2000).


9

Com a mudança da amplitude de maré existirá também uma variação de

sedimentos em suspensão. As correntes da maré diminuem a sua intensidade durante o

período de marés mortas o que permite que uma grande parte de sedimentos se deposite

no fundo do estuário. À medida que a amplitude da maré cresce, maior quantidade de

sedimentos entra em suspensão, porém é necessário uma maior velocidade para colocar

os sedimentos do fundo em suspensão do que apenas mantê-los em suspensão, portanto

o aumento de concentração de sedimentos de uma maré para a outra é lenta. Quando se

atingem as marés vivas e a amplitude de maré começa a diminuir, uma grande

quantidade de sedimentos continua quase permanentemente suspensa, e a sua

concentração diminui lentamente. Como resultado, a concentração de sedimentos é

maior, para a mesma amplitude de maré, durante o período de marés vivas para as

marés mortas do que o processo inverso de marés mortas para as marés vivas (Tomczak,

2000).

A acumulação de grande quantidade de sedimentos nos estuários, pode criar

problemas na navegação, pelo que, para evitar esse problema são necessárias operações

contínuas de dragagens (Tomczak, 2000).

O caudal fluvial escoado apresenta uma grande influência na quantidade de

sedimentos que permanecem em suspensão. Um dos efeitos causados devido à variação

da descarga fluvial consiste na subida e descida da zona de acumulação de sedimentos,

designada por região de turbidez, que responde ao aumento e à diminuição do

escoamento fluvial. A descarga fluvial é um factor chave para os sedimentos saírem do

estuário para o oceano. Uma grande descarga fluvial empurra a região de turbidez para

jusante, e com a elevada turbulência associada ao escoamento médio, mantém os

sedimentos em suspensão por mais tempo, o qual permite que estes se propaguem pela

região de turbidez sem serem fixos. No entanto as cheias não são sempre benignas e

podem causar destruição em áreas baixas, devido à descarga de grandes quantidades de

água em tempo reduzido (Tomczak, 2000).

As cheias podem também ter efeitos contrários, que consistem no aumento da

sedimentação no estuário. A água doce transportando lodo escoa para o estuário e acaba

por se depositar na camada inferior da água salgada (Swales, et al., 2003).

A floculação é outro fenómeno que afecta o sistema sedimentar, consiste num

processo em que as partículas minúsculas se juntam, tornando-se num corpo mais

pesado que acaba por se depositar no fundo. Na água doce, essa partícula mantém-se em

Capítulo - 2

10

suspensão devido ao seu movimento molecular e são portadoras de cargas negativas

pelo que existe uma tendência para se repelirem umas às outras. Por sua vez, nos

estuários, onde a água doce se mistura com a água salgada ionicamente carregada, as

cargas negativas são neutralizadas e as partículas atraem-se. À medida que colidem,

tendem a fundir-se ou a unir-se formando agregados maiores ou aglomerados de

sedimentos chamados flocos. Este processo depende dos níveis de salinidade,

consequentemente podem sofrer alterações ao longo do estuário. Pode ainda variar de

maré para maré e de estação para estação, ou de acordo com a quantidade de

escoamento (Tomczak, 2000).

As marés e as ondas também contribuem com sedimentos para o estuário,

geralmente mais grossos, provenientes dos oceanos. Cria-se assim um gradiente de

sedimentos, desde a embocadura até ao início do estuário, com uma variação de

sedimentos grosseiros para finos (Oberrecht, 2004).

2.2 Formulação matemática dos modelos hidrodinâmicos

2.2.1 Equações de Navier-Stokes

As equações de Navier – Stokes representam o movimento de um volume

elementar de fluido incompressível e isotérmico, quando expresso em termos de valores

instantâneos das componentes das velocidades u, v e w e da pressão p. Estas são

representados pelas equações apresentadas em seguida (Pinho, 2000).

� �� + � ��

�� + �� + � ��

�� = �� − �� + � ��

�� + �� + ��

�� [1]

� �� + � ��

�� + �� + � ��

�� = �� − �� + � ��

�� + �� + ��

�� [2]

� �� + � ��

�� + �� + � ��

�� = �� − �� + � ��

�� + �� + ��

�� [3]

Onde,

��, � e �� são as componentes das forças de volume por unidade de massa [Nkg-1];

� é a pressão [Pa];

� é o coeficiente de viscosidade dinâmico [kg m-1 s-1].


11

2.2.2 Equações de Reynolds

As equações de Reynolds são obtidas a partir das equações de Navier-Stokes

substituindo-se o valor instantâneo da velocidade pela soma de um valor médio

temporal com uma flutuação aleatória, estas equações caracterizam o movimento médio

(média temporal) de uma partícula de fluido.

� �� + � �(��)

�� + �(��)� + � �(�� )

�� = �� − �� + � ��

�� + �� + ��

�� −��

�� ´�´ + �� ´´ + �

�� ´�´ [4]

� �� + � �(��)

�� + �(��)� + � �(�� )

�� = �� − �� + � ��

�� + �� + ��

�� −��

�� ´�´ + �� ´´ + �

�� ´�´ [5]

� �� + � �(�� )

�� + �(�� )� + � �(�� )

�� = �� − �� + � ��

�� + �� + ��

�� −��

�� ´�´ + �� ´´ + �

�� ´�´ [6]

Onde,

�� , � e �� são médias temporais das componentes da velocidade [m

s-1];

�̂ é a média temporal da pressão [Pa];

�´, ´ e �´ são flutuações das componentes da velocidade [m s-1].

As equações de Reynolds na forma tridimensional e a equação da continuidade

estabelecidas em termos de valores médios de �� , �, e �� , são o ponto de partida para o

estudo de escoamentos reais. Em domínios como as zonas costeiras, estas equações

deverão sofrer as adaptações necessárias para a consideração das particularidades que

lhes são inerentes: fundos pouco profundos predominantes e consideração de outras

forças aplicadas, como sejam, forças de Coriollis devidas à rotação da Terra, variações

da pressão atmosférica, atrito na superfície devido ao vento e a influência de gradientes

de massa volúmica provocados pela presença de substâncias tais como sal e poluentes

(Pinho, 2000).

Capítulo - 2

12

2.2.3 Dinâmica sedimentar e evolução do nível de talvegue

Para o transporte de sedimentos não coesivos, a abordagem de Van Rijn

representou um avanço significativo nas estimativas de transporte sólido e resistência ao

escoamento, devido ao rigor teórico e à qualidade apresentada nas suas análises. Além

de considerar o transporte sólido separado em transporte de fundo e suspensão, Van

Rijn procurou estudar e definir os critérios para identificar o início do transporte em

suspensão. (Rijn, 2003)

Na formulação Van Rijn distingue entre o transporte de fundo e transporte em

suspensão, tendo ambas uma contribuição relativa a correntes e ondas.

!" = !",# + !",� [7]

!$ = !$,# + !$,� [8]

Onde !" representa o transporte em suspensão, e !$ o transporte de fundo, !",# e

!",� representa respectivamente a contribuição relativa a correntes e ondas no transporte

em suspensão, !$,# e !$,� representam respectivamente a contribuição relativa a

correntes e ondas no transporte de fundo.

Os gradientes de transporte na direcção x e y são utilizados na equação de

conservação de sedimentos, equação 9, para determinar as variações do nível do fundo.

��%�� + �(&%,'(&),')

�� + �(&%,*(&),*)� = 0 [9]

Sendo:

!$,� = !$,#,� + !$,�,� , transporte de carga de fundo na direcção x

!$, = !$,#, + !$,�, , transporte de carga de fundo na direcção y

!",� = !",#,� + !",�,� , transporte de carga em suspensão na direcção x

!", = !",#, + !",�, , transporte de carga em suspensão na direcção y

O transporte tridimensional de sedimentos em suspensão pode ser calculado

resolvendo a equação tridimensional de advecção-difusão (balanço de massa) para

sedimentos em suspensão.

�#(ℓ)

�� + ��#(ℓ)

�� + ��#(ℓ)

� + ��-�)(ℓ) #(ℓ)

�� − �� .",�

(ℓ) �#(ℓ)

�� − �� .",

(ℓ) �#(ℓ)

� −�

�� .",�(ℓ) �#(ℓ)

�� = 0 [10]


13

Onde,

/(ℓ) concentração de massa da fracção de sedimentos

(ℓ) [kg/m3];

�, e � componentes da velocidade [m/s];

.",�(ℓ), .",

(ℓ) e .",�(ℓ) coeficientes de difusão da fracção de sedimentos

(ℓ) [m2/s];

�"(ℓ) velocidade de sedimentação da fracção de

sedimentos (ℓ) [m/s].

O transporte em suspensão relativo a corrente na direcção x e direcção y é obtido

pela equação 11 e 12.

!",#,� = 0 ��/ − .",��#�� 123

4 [11]

!",#, = 0 �/ − .",�#� 123

4 [12]

O transporte sólido de fundo calculado para todas as fracções de sedimentos pelo

método de Van Rijn, é obtido pela equação 13.

|!$| = 0,0067�"�"189(ℓ):9.8:<9.= [13]

onde,

!$ transporte solido no fundo [kg/m3];

7 disponibilidade relativa da fracção do sedimento na camada de

mistura;

: mobilidade dos sedimentos devido a ondas e correntes;

:< mobilidade excedente dos sedimentos.

: = �>??�

("-�)@ABC [14]

Capítulo - 2

14

:< = (�>??-�DE)�

("-�)@ABC [15]

<FF = GHI + JKLI [16]

Onde,

#M velocidade crítica para o início do movimento (com base numa

parametrização da curva Shields) [m/s];

H módulo da velocidade média segundo a direcção vertical

calculado a partir da velocidade na camada inferior, assumindo um perfil de

velocidades logarítmico [m/s];

JKL velocidade de pico na camada de fundo [m/s];

N massa volúmica relativa dos sedimentos.

O transporte sólido de fundo nas direcções x e y é calculado segundo as

equações 17 e 18.

!$,� = �%(�%�(�%�)C,B !$,# + !$,�/ON∅ [17]

!$, = �%(�%�(�%�)C,B !$,# + !$,�NQR∅ [18]

!$,# = &%G�(M�(I|M|#K"S [19]

T!$,�T = UT!$,#T [20]

U = (|VWX|-�DE)Y

(|�Z|-�DE)Y [21]

Com !$,� = 0 se U < 0.01, !$,# = 0 se U > 100, ^ corresponde ao ângulo entre

a direcção da corrente e a direcção da onda, e ∅ é o ângulo entre o local de direcção de

propagação das ondas e do eixo x.

O transporte em suspensão devido às ondas proposto por Van Rijn, é uma

estimativa do transporte de sedimentos em suspensão devido ao efeito da velocidade

assimétrica das ondas.


15

!$,� = 0.2 &̀V&aJbcd [22]

Onde,

!$,� transporte em suspensão devido às ondas [kg/m/s];

&̀V&a parâmetro de ajuste

Jb velocidade assimétrica das ondas

cd carga de sedimentos em suspensão

2.3 Programas de modelação

Neste capítulo é apresentado uma serie de programas de modelação e de cálculo

hidrodinâmico e de dinâmica sedimentar, que foram alvo de estudo para a realização do

modelo tridimensional do estuário do rio Douro.

2.3.1 Delft3D

O Delft3D é um programa de cálculo hidrodinâmico desenvolvido pela WL-Delft

Hydraulics, instituto de pesquisa da Holanda, é composto por um conjunto de

programas, com capacidade de simulação de escoamentos de massas de águas

superficiais. Tem uma estrutura flexível que simula fluxos em duas ou três dimensões,

assim como ondas, qualidade da água, ecologia, transporte de sedimento e morfologia

do fundo, com a capacidade de interação entre estes processos.

Os módulos que compõem o Delft3D são: FLOW (Hidrodinâmico); WAVE

(Ondas); SED (transporte de sedimentos); MOR (Morfodinâmica); WAQ (Qualidade de

água); PART (Traçadores); ECO (Ecologia) e CHEM (Química), estes módulos

possuem ferramentas de pré-processamento, processamento e pós-processamento, o que

facilita o trabalho de implementação de modelos para uma região específica.

Figura 3 - Arquitectura do sistema Delft3D (Delft3D-FLOW, 2011)

Capítulo - 2

16

O módulo hidrodinâmico Delft3D-FLOW é capaz de simular fluxos não

estacionários em duas ou três dimensões, fenómenos de transporte resultantes da maré,

descargas de água e efeitos meteorológicos, incluindo o efeito de diferença de densidade

devido a gradientes horizontais dos campos de temperatura e salinidade. O módulo

hidrodinâmico pode ser usado para efectuar simulações de fluxo em marés e oceanos,

regiões costeiras, estuários, reservatórios e rios.

As condições hidrodinâmicas (velocidade, níveis, densidade, salinidade, etc.)

calculadas pelo módulo Delft3D-Flow são usadas como dados de entrada para outros

módulos do Delft3D (Baptistelli, 2008).

Este modelo utiliza para resolução numérica das equações em que se baseia o

método das diferenças finitas e uma grelha curvilínea. A coordenada vertical usada pelo

modelo é uma coordenada sigma, evitando assim que os elementos da malha

interceptem a topografia do fundo, sendo possível adoptar outras opções em termos de

coordenadas verticais. O modelo tem por hipótese as aproximações usuais para regiões

de águas pouco profundas a variação longitudinal do campo de densidade é considerada

no cálculo da componente baroclínica da força de gradiente de pressão, e utiliza a

aproximação de Booussinesq para determinação dos coeficientes de difusão turbulenta.

O modelo resolve as equações de Navier-Stokes para um fluido incompressível, cuja

aceleração local e advetiva é adicionada ao efeito de Coriollis, e considera como

aproximação águas pouco profundas. Os movimentos verticais são processados com a

equação da continuidade (Andutta, 2011).

O modelo Delft3D-FLOW também tem em conta na sua formulação matemática

os fenómenos físicos, de gradientes de superfície livre (efeitos barotrópicos), fluxos

turbulentos de massa e momento, transporte de substâncias conservativas (sal, calor,

etc.), maré forçando as fronteiras abertas, variação espacial e temporal do atrito do

vento na superfície da água, variação espacial da tensão de atrito de fundo, a variação

espacial e temporal da pressão atmosférica na superfície da água, a variação temporal

nas fontes e sumidouros (ex. nos caudais de rios), efeito cobre-descobre devido à

variação da maré, trocas de calor através da superfície livre, evaporação e transpiração,

efeitos do fluxo secundário sobre as equações de quantidade de movimento, caudal

afluente e efluente (ex. descarga de rios), difusão de quantidade de movimento na

direcção vertical devido a ondas internas, influência das ondas sobre atrito de fundo (2D

e 3D), fluxo através de estruturas hidráulicas, fluxos de vento incluindo ciclone, furacão

e tufão, simulações de descargas térmicas, descarga de efluentes e tomadas de água em


17

qualquer localização e em qualquer profundidade da área modelada (módulo

advecção/difusão), cálculo de trajectórias, e simulações que consideram as inundações e

vazantes em planícies de maré (contornos móveis) para casos bidimensionais e

tridimensionais (Baptistelli, 2008).

O módulo Delft3D-MOR incorpora os efeitos das ondas, correntes e transporte

de sedimentos na evolução morfológica. Foi concebido para simular o comportamento

morfodinâmico de rios, estuários e zonas costeiras em escalas de tempo de dias a anos,

devido às complexas interações entre as ondas, correntes, transporte de sedimentos, e

batimetria. Para o cálculo do transporte em suspensão, e transporte de fundo são

utilizadas as equações de Van Rijn, Engelund-Hansen, Meyer-Peter-Muller, Bijker, e

Bailard (Tomlinson, 2006).

2.3.2 TELEMAC

O programa de cálculo TELEMAC foi inicialmente desenvolvido em França,

pelo Laboratoire National d`Hydraulique et Environnement (LNHE), um departamento

de pesquisa da companhia Electricité de France (EDF) em colaboração com outros

institutos de investigação. Está validado em conformidade com as recomendações da

International Association for Hydro-Environment Engineering and Reseacher (IAHR)

(Hervouet, 2000).

O programa TELEMAC-3D resolve as equações tridimensionais de Navier-

Stokes considerando as variações locais na superfície livre do fluido, desprezando as

variações de densidade na equação de conservação da massa, considerando a pressão

hidrostática e a aproximação de Boussinesq para resolver as equações de conservação

da quantidade de movimento. O programa TELEMAC-3D calcula a salinidade baseado

na lei de conservação de massa. A solução das equações é baseada no método dos

elementos finitos, que permite o controlo da distribuição de elementos na malha

utilizada, permitindo a definição da máxima resolução nas áreas de topografia de fundo

complexa, e baixa resolução nas regiões de menor interesse. A discretização vertical do

modelo é feita em coordenadas sigma, favorecendo a representação de variações

batimétricas. O modelo morfológico e de transporte de sedimento em suspensão

SediMorph funciona acoplado ao modelo hidrodinâmico (Peixoto, 2012).

O método de elementos finitos em que o TELEMAC se baseia, associado a uma

malha de cálculo, composta por elementos triangulares de diversos tamanhos e formas,

Capítulo - 2

18

permite que a topografia seja discriminada de forma adequada e, portanto, as geometrias

complexas da área de estudo podem ser tidas em conta. Os principais resultados, em

cada ponto da malha, são a velocidade em todas as três direcções e as concentrações de

quantidades transportadas. A profundidade da água é calculada nos pontos nodais da

malha de elementos finitos. As aplicações do TELEMAC-3D compreendem problemas

de escoamentos com superfície livre de superfície, tanto em massas de água costeiras

como em rios. O software tem em consideração para os processos de cálculo, a

influência da temperatura e / ou salinidade na densidade, o atrito de fundo, influência da

força de Coriollis, influência de factores climáticos (pressão do ar e do vento),

consideração das trocas térmicas com a atmosfera, fontes e sumidouros para o

movimento do fluido dentro do domínio do escoamento, modelos de turbulência

simples ou complexos (k-Epsilon), tendo em conta os efeitos da força de Arquimedes

(flutuabilidade), áreas secas do domínio computacional (planícies de maré).

As principais áreas de aplicação estão relacionadas com ambientes marítimos

através do estudo de correntes induzidas ou pelas marés ou gradientes de densidade,

com ou sem influência de forças externas do vento ou da pressão atmosférica. Pode ser

aplicado a grandes áreas como oceanos, ou a pequenos domínios como estuários e zonas

costeiras, para estudo do impacto de efluentes, plumas térmicas, transporte de

sedimentos, deposição de sedimentos e a sua espessura, representando uma análise de

cariz sedimentológica, e simular a temperatura da água ou salinidade (Mensencal,

2010).

Figura 4 - Ilustração de uma malha 3D (Mensencal, 2010)

O sistema é constituído por pré-processadores para digitalizar os dados e

descrever o problema, por programas de simulação e por pós-processadores para


19

representar os dados e analisar os resultados. A estrutura do sistema (Tabela 1)

apresenta os seguintes módulos (Mensencal, 2010):

Tabela 1 - Descrição dos módulos da estrutura do sistema

Estrutura e módulos do Sistema Descrição

Pré-processador

MATISSE Software concebido para gerar uma malha, utilizando dados batimétricos e/ou topográficos.

FUDAA-PREPRO

Interface do utilizador.

STBTEL Adaptação para programas geradores de malha comerciais existentes.

Hidrodinâmica

TELEMAC-2D

Software desenvolvido para realizar simulações hidrodinâmicas em duas dimensões horizontais no espaço.

TELEMAC-3D

Destina-se à realização de simulações hidrodinâmicas em três dimensões no espaço.

SPARTACUS-2D

Este módulo lagrangeano simula em duas dimensões fluxos laminares e turbulentos utilizando o método SPH (Smooth Particle Hydrodynamics).

Sedimentologia

SISYPHE

Projectado em duas dimensões para simular o transporte de sedimentos através do arrastamento destes no leito e em suspensão.

SEDI-3D Tem a mesma funcionalidade que o módulo SISYPHE mas em três dimensões está integrado no TELEMAC-3D.

Qualidade da água

SUBIEF-2D Simula o transporte de sedimentos suspensos e também traçadores em duas dimensões.

SEDI-3D Simula o transporte de elementos na água, está integrado no TELEMAC-3D.

Ondas

TOMAWAC Software configurado para simular o estado do mar em condições permanentes ou transitório usando um método espectral.

ARTEMIS Projectado para simular as mudanças nas características da agitação marítima quer numa massa de água costeira ou num porto.

Fluxo de águas subterrâneas

ESTEL-2D Fluxos e transporte de poluentes no subsolo médio em duas dimensões.

ESTEL-3D Fluxos e transporte de poluentes no subsolo médio em três dimensões.

Pós-processador

RUBENS FUDAA-PREPRO

POSTEL-3D

Capítulo - 2

20

2.3.3 RMA2

O programa RMA2 é um modelo hidrodinâmico bidimensional no plano

horizontal baseado num método de elementos finitos desenvolvido pelo US Army Corps

of Engineers. O cálculo da solução de elementos finitos é efectuado pela equação de

Reynolds obtida pelas equações de Navier-Stokes para escoamentos turbulentos. O

programa pode ser aplicado para calcular os níveis de água e distribuição de correntes

em torno de ilhas, em pontes, cruzamentos de rios, canais de bombagem, padrões de

correntes em rios, reservatórios e estuários (Donnell, 2011).

O programa RMA2 permite a obtenção de soluções em regime permanente ou

variável, com o estabelecimento de condições de fronteira variáveis ao longo do tempo.

As soluções são obtidas num determinado número de instantes, nos pontos nodais da

malha de elementos finitos. Apresenta como principal limitação a impossibilidade de

resolução de escoamentos supercríticos. Esta limitação advém do método numérico

empregue na resolução das equações de continuidade e conservação da quantidade de

movimento (Pinho, 2000).

O programa RMA2 permite a modelação de regiões que apenas se encontram

inundadas em determinados períodos de tempo, ideal para simulações de cheias. É

baseado nas equações de conservação de massa e quantidade de movimento integradas

segundo a coordenada vertical com as direcções horizontais, que são resolvidas por um

método de elementos finitos usando a técnica dos resíduos pesados de Galerkin. Os

elementos para a discretização espacial poderão ser rectangulares e/ou triangulares de

seis e oito nós, respectivamente.

Figura 5 - Tipos de elementos para a discretização espacial (Donnell, 2011)

O programa utiliza funções de forma quadráticas para velocidades e lineares

para a profundidade, a integração espacial é efectuada pelo método de Gauss, e as

derivadas temporais são discretizadas por uma aproximação de diferenças finitas. O

efeito do atrito no fundo é calculado usando os métodos de Manning ou Chezy, e as


21

características turbulentas dos escoamentos são considerados a partir de coeficientes de

viscosidade dinâmica (Peixoto, 2012).

O pré e pós-processamento de dados do programa RMA2 são realizados pelo

programa SMS (Surface-Water Modeling System), que permite criar e analisar resultados

de modelos hidrodinâmicos bidimensionais (2D) e tridimensionais (3D) de águas

superficiais. A partir desta interface é obtida a visualização dos resultados das

simulações, são criadas as condições iniciais das simulações, criados os ficheiros de

dados e as malhas de elementos finitos.

2.3.4 SED2D

O Programa SED2D (WES-HL, 2000) foi desenvolvido pelo US Army Corps of

Engineers. Pode ser aplicado ao estudo de problemas de dinâmica sedimentar em canais

em que o escoamento possa ser considerado bidimensional no plano horizontal, não

calculando problemas de hidrodinâmica como as elevações de água e velocidades do

escoamento que terão que ser calculados num programa auxiliar como o RMA2. Uma

suposição implícita do modelo SED2D é que as alterações na elevação do leito devido a

erosão e/ou deposição não afectam significativamente o campo do escoamento utilizado

no modelo fornecido no programa RMA2, sendo que caso não seja este verificado é

necessário voltar para a resolução da malha de base e se obter uma melhor solução

hidrodinâmica. O programa permite estudar duas categorias de sedimentos, sedimentos

não coesivos, como as areias e sedimentos coesivos como a argila, e analisar problemas

em que o material sedimentar seja constituído por um destes tipos de sedimentos, sendo

que para cada dimensão efectiva do material sedimentar, terá que ser realizado um

cálculo separado. Referente as capacidades do programa o mesmo permite a análise de

problemas em regime permanente ou em regime variado. As trocas de material entre o

fundo e a coluna de água podem ser consideradas ou desprezadas. As tensões

tangenciais no fundo podem ser calculadas a partir da equação de Manning ou de uma

lei de parede logarítmica, podendo ainda ser calculadas tensões tangenciais

considerando o efeito combinando de correntes e ondas (Pinho, 2005) (Donnell, 2006).

O programa é baseado num conjunto de conceitos apresentados em seguida: o

problema de dinâmica sedimentar pode ser agrupado nos processos elementares erosão,

ressuspensão, transporte e sedimentação. O escoamento apresenta um potencial para

erodir, ressuspender e transportar sedimentos independentemente da sua presença nos

domínios modelados. Os sedimentos mantêm-se em repouso no fundo do canal nas

Capítulo - 2

22

situações em que o escoamento apresentar características que originem tensões

tangenciais inferiores ao valor crítico da tensão para início da erosão. Mesmo após o

início do movimento dos sedimentos a batimetria poderá não sofrer qualquer alteração

se a erosão for compensada pela sedimentação que ocorre de forma independente e,

também, de forma contínua. No transporte de sedimentos coesivos estes irão

permanecer em suspensão enquanto a tensão tangencial no fundo for superior ao valor

crítico de deposição. Em geral, a ocorrência simultânea de sedimentação e erosão de

material coesivo não ocorre. A estrutura de fundos formados por materiais coesivos

varia com o tempo e com o estado de tensão. A maior parte dos sedimentos é

transportado em suspensão, mesmo que parte desse material seja transportado junto ao

fundo.

2.3.5 MIKE3

O programa MIKE3 foi desenvolvido pelo (DHI), pode ser aplicado ao estudo de

problemas de simulação hidrodinâmicos tridimensionais de superfície livre, dinâmica

sedimentar e processos de qualidade de água (DHI, 2011). É um sistema de modelação

projectado para o estudo da oceanografia, regiões costeiras, estuários e lagos, com

variações de temperatura e densidades. O sistema é totalmente tridimensional, resolve

equações de impulso e de continuidade nas três direcções cartesianas. Resolve

problemas em regime variável para variações de densidade e batimetria, considerando

também elevações das marés, correntes e outras condições hidrográficas. O cálculo da

solução de elementos finitos é efectuado pela equação de Reynolds obtida pelas

equações de Navier-Stokes incluindo os efeitos de turbulência e de densidade variável,

juntamente com a equação de conservação de massa.

O programa MIKE3 é composto por três módulos fundamentais: O módulo

hidrodinâmico (HD), o módulo de turbulência e o módulo de advecção-dispersão (AD).

No módulo de hidrodinâmica, as variáveis são as componentes de velocidade nas três

direcções e as pressões do fluido. As equações do modelo são discretizadas num

esquema implícito de diferenças finitas. Várias características, tais como descrição de

superfície livre, a descrição de fluxo laminar e variações de densidade são

opcionalmente invocadas nos três módulos fundamentais. Uma série de módulos

encontram-se também implementados no programa, como o módulo de advecção-

dispersão de substâncias conservativas ou linearmente decadente, o módulo de

qualidade da água (WQ), de eutrofização (EU), simulando o crescimento de algas e


23

produção primária, um módulo de transporte de lodos (MT), simulação de erosão e

deposição de material coesivo, e um módulo de transporte de sedimentos (PA).

O sistema baseia-se na modelação da conservação da massa e da quantidade de

movimento, em três dimensões de um fluido newtoniano, baseando-se no conceito de

viscosidade turbulenta de Boussinesq referente as tensões de Reynolds para o campo de

velocidade média. Para lidar com as variações de densidade, são consideradas as

equações de conservação de salinidade e temperatura.

O transporte de quantidades escalares, tais como a salinidade e temperatura, é

resolvido no módulo advecção-dispersão usando um técnica explícita, de diferenças

finitas baseado na interpolação quadrática a montante em três dimensões. O esquema de

diferenças finitas apresenta características de robustez no que se refere à dispersão

numérica, estabilidade e conservação de massa (Danish Hydraulic Institute, 2001).

Figura 6 - Estrutura do sistema de modelação MIKE 3 adaptado de (Danish Hydraulic

Institute, 2001)

Capítulo - 2

24

25

3

3. Modelo do estuário do rio Douro

3.1 Bacia hidrográfica e estuário do rio Douro

A bacia hidrográfica do rio Douro tem uma superfície de 97.603 km2 estando

19,1% localizada em território português (cerca de 18.643 km2) e o restante em território

espanhol. É uma das mais extensas e mais pluviosas Baicas hidrográficas da Península

Ibérica. Neste rio estão construídas barragens de “fio de água” com pequena capacidade

de armazenamento. As margens do estuário são elevadas e com pequena secção

transversal. Devido ao conjunto de condições descritas, o rio está sujeito a grandes

cheias tendo as albufeiras construídas no rio, no trecho nacional, pequena capacidade de

as modelar.

O escoamento anual do rio Douro é, em média, de 22 860 hm3, correspondendo

um escoamento de 9 200 hm3 com origem em precipitação na bacia nacional e o

restante em Espanha. Estima-se que a bacia hidrográfica do rio Douro, em território

nacional, apresente uma capacidade total de armazenamento de recursos hídricos de 1

078 hm3, em regime regularizado. A bacia hidrográfica do rio Douro é a bacia nacional

que apresenta o maior valor de escoamento na sua foz, em termos de volume de águas.

Tem numerosos afluentes em território nacional, sendo os mais importantes o Sabor, o

Tua, o Corgo, o Tâmega, o Sousa, o Águeda, o Coa, o Távora, o Varosa, o Paiva e o

Arda (Infopedia, 2013).

Para a bacia hidrográfica do rio Douro foram projetados diversos

aproveitamentos hidroelétricos, estando implantados no próprio rio Douro a barragem

de Miranda, a barragem do Picote, a barragem de Bemposta, a barragem do Pocinho, a

barragem da Valeira, a barragem da Régua, a barragem do Carrapatelo e a barragem de

Crestuma.

Capítulo - 3

26

Figura 7 - Bacia hidrográfica do Douro

O estuário tem um comprimento de 22 km, estando a propagação da maré

limitada a montante pela barragem de Crestuma. A penetração da cunha salina depende

de factores como o caudal do rio e da amplitude da maré, atingindo apenas a barragem

de Crestuma em condições de caudal do rio excepcionalmente baixo.

O estuário do Douro representado na Figura 8 localiza-se entre as cidades de

Porto e Gaia, respectivamente nas margens norte e sul e é constituído por um vale

estreito, com largura mínima de 135 m na Ponte D. Luís a 6 km da embocadura. A

jusante da Ponte da Arrábida, o estuário alarga atingindo a largura máxima de 1300 m.

O estuário superior é estreito e tem uma profundidade normalmente superior a 10 m. No

estuário inferior a largura aumenta e a profundidade diminui, só ultrapassando os 10 m

excepcionalmente no canal principal, o qual permanece confinado à margem norte.

Modelo do estuário do rio Douro

27

Figura 8 - Estuário do rio Douro (Google Earth, 2013)

Na embocadura, está localizado o banco de areia do Cabedelo disposto

perpendicularmente ao eixo do estuário, confinando o escoamento ao canal estreito

junto à margem norte. O Cabedelo é um banco arenoso sendo a sua forma modulada

pelo regime de agitação e pelo escoamento devido ao rio e à maré. Em situações de

cheia, para caudais da ordem dos 10 000 m3/s o banco é galgado e destruído pelo

escoamento, sendo reconstruído progressivamente pelo escoamento depois de terminada

a cheia. É observável (Figura 9) que ao longo do tempo o banco de areia tem migrado

para montante no estuário.

A instabilidade na parte sudeste do banco de areia pode representar uma ameaça

para uma reserva natural local existente. O tamanho e a forma variável do banco de

areia causaram incómodo frequente para a navegação, afetando a largura e profundidade

do canal de navegação. Com o objetivo de melhorar a segurança da navegação, entre

2004 e 2008 foi construído um quebra-mar para estabilizar o banco de areia,

apresentado na figura 9 (Bastos et al., 2012)

Capítulo - 3

28

Figura 9 - Evolução ao longo do tempo da restinga (Google Earth, 2013)

O caudal médio anual num ano típico na barragem de Crestuma situa-se em

torno dos 450 m3s-1, sendo 700 m3 s-1 e 200 m3 s-1 para anos húmidos e secos,

respectivamente. Este caudal apresenta uma marcada variabilidade entre os meses de

Inverno e os de Verão, podendo em situações de cheia exceder os 10 000 m3s-1 (INAG,

2000).

Em termos de mistura vertical, o estuário pode normalmente ser considerado

como verticalmente homogéneo, apresentando no entanto uma cunha salina em

situações de caudal elevado. Para condições médias, o estuário é parcialmente

misturado com uma modulação na estratificação de marés vivas a mortas

(Bordalo,1991; HIDROMOD, 1995).

3.2 Modelo tridimensional do estuário do rio Douro

A fase inicial do trabalho de modelação consiste na construção de uma grelha

para discretização do domínio espacial do modelo. Para tal, foram definidas as

fronteiras fechadas do estuário do rio Douro, através do programa Google Earth, com a

ferramenta “adicionar caminho” (figura 10) criando um ficheiro do tipo *.kml, e

posteriormente corrigido localmente através da análise dos ortofotomapas.

Para que a construção do modelo fosse toda efectuada no mesmo sistema de

coordenadas, foi utilizado o programa Global Mapper (figura 10) para converter o

ficheiro *.kml, do modelo, como a batimetria do estuário, para o sistema de

07-09-2003 16-05-2004 30-10-2006

26-06-2007 11-10-2009 22-06-2012


29

coordenadas UTM (Universal Transverse Mercator coordinate system), e

transformando os dados do domínio das fronteiras fechadas do modelo do estuário num

ficheiro do tipo *.ldb para que este fosse reconhecido pelo programa Delft3d, programa

que foi utilizado neste trabalho.

Figura 10 - Representação das fronteiras terrestres do estuário no programa Google Earth (esquerda) e Global Mapper (direita)

Na construção da grelha do modelo procurou-se obter um refinamento na zona

da restinga para uma melhor compreensão e estudo desse local relativamente à sua

dinâmica sedimentar e ao mesmo tempo ter uma grelha que permitisse a execução do

programa com tempos CPU aceitáveis. A grelha foi considerada mais larga em locais de

menor interesse para o estudo como é o caso do oceano e parte interior do estuário do

rio Douro. Para se atingirem estes objectivos, estudou-se a construção de grelhas

utilizando diferentes técnicas que são em seguida apresentadas.

A primeira técnica utilizada foi o domain decomposition que consiste na

construção de um modelo dividido em múltiplos domínios (figura 11), o que permite

uma maior flexibilidade relativamente ao domínio e refinamento da grelha, e um

refinamento local acentuado apenas na região de interesse.

Figura 11 - Princípio da técnica domain decomposition (Delft3D-FLOW, 2011)

Capítulo - 3

30

Para esta construção foi utilizado o módulo RFGRID do Delft3D utilizando o

ficheiro do tipo *.ldb, criado para a definição das fronteiras fechadas e gerando uma

grelha rectangular com o respectivo refinamento para cada local de domínio a construir

através da ferramenta create rectangular grid, e posteriormente a eliminação da grelha

fora do domínio do modelo através do comando delete interior or exterior block. Os

múltiplos domínios criados consistem no domínio do rio Douro, no domínio da restinga,

da zona costeira e do oceano, cada um com espaçamentos diferentes, sendo o domínio

da restinga o que apresenta o maior refinamento com uma grelha espaçada de 10 m nas

duas direções horizontais, enquanto a zona do oceano apresenta o menor refinamento

com a grelha espaçada em 200 m. De modo a que os múltiplos domínios comunicassem

entre eles procedeu-se a criação das fronteiras coincidentes de cada subdomínio através

da ferramenta DD Boundaries, que através da delimitação cria um ficheiro do tipo *.ddb

(figura 12). Apos a sua conclusão, a grelha apresenta um total de 42899 células de

cálculo, sendo 972 da grelha do oceano, 3450 da grelha da zona costeira, 36234 da

grelha da restinga, e 2243 da grelha do rio Douro.

Figura 12 - Representação dos múltiplos domínios do estuário (esquerda) e do domínio da restinga (direita)

Uma outra técnica de construção do modelo utilizada foi a técnica de NESTHG,

que consiste na criação de um modelo global do estuário menos refinado e um modelo

local da restinga com maior refinamento, sendo posteriormente sobrepostos os dois

modelos e utilizada a informação do modelo global que transitará para a informação do

modelo local (figura 13), através da interpolação bilinear dos resultados calculados

computacionalmente nas estações definidas no modelo global do estuário.


31

Figura 13 - Principio do modelo NESTHG (Delft3D-FLOW, 2011)

Para a construção do modelo global do estuário e do modelo local da restinga

(figura 14) foi utilizado o modulo RFGRID do Delft3D e utilizado o mesmo método de

criação das grelhas que foi utilizado no método do domain decomposition, apresentado

uma grelha com um espaçamento de 10 m para o modelo local da restinga, enquanto

que para o modelo global do estuário optou-se pela criação de uma grelha através da

opção baseada em splines para delimitar as fonteiras fechadas do modelo definidas no

ficheiro do tipo *.ldb, criado anteriormente, e com um refinamento reduzido visto que

se pretende um cálculo mais rápido neste modelo. Apos a criação do modelo global do

estuário e do modelo local da restinga procedeu-se à criação das estações no modelo

global que transitam informação para as fronteiras do modelo local, através do módulo

NESTHD1 que cria um ficheiro do tipo *.obs. Obtidas as estações procedeu-se ao

cálculo do modelo global, e de seguida à criação de um ficheiro do tipo *.bct através do

modulo NESTHD2, que por interpolação bilinear transfere os dados da altura da água e

da velocidade nas estações definidas no modelo global para as fonteiras do modelo local

da restinga. Após a sua conclusão, a grelha apresenta um total de 37080 células de

cálculo, sendo 846 referentes à grelha do modelo global, e 36234 da grelha do modelo

local.

Figura 14 - Representação do modelo global do estuário (esquerda) e do modelo local da restinga (direita)

Capítulo - 3

32

Por fim utilizou-se o método de criação da grelha utilizando um refinamento

local (figura 15), através do modulo RFGRID do Delft3D, e do ficheiro do tipo *.ldb,

criado anteriormente para a definição das fronteiras fechadas, gerando uma grelha

rectangular com um refinamento homogéneo para todo o domínio a construir através da

ferramenta “create rectangular grid”, e posteriormente a eliminação da grelha fora do

domínio do modelo através do comando “delete interior or exterior block”. De modo a

refinar mais o local da restinga, recorreu-se à opção “Refine grid locally” que permite o

refinamento da grelha para um subdomínio horizontal e vertical, tendo como limitação

este método, o refinamento de todo esse subdomínio, ou seja todo o subdomínio

horizontal e vertical da grelha será refinado, procedendo-se então a um refinamento

local da grelha da restinga definindo-se um espaçamento de 20 m. Para os locais da

grelha em que se pretende um menor refinamento com o objetivo de reduzir o tempo de

cálculo recorreu-se à opção “Derefine grid locally”. Apos a sua conclusão, a grelha

apresenta um total de 12267 células de cálculo, estando 6351 células localizadas na

restinga conforme ilustrado na figura 15.

Figura 15 - Representação da grelha utilizando um refinamento local na restinga

Constatou-se que os dois primeiros modelos em que as grelhas foram criadas

com o Domain Decomposition e o NESTHG revelavam alguma instabilidade numérica

nos processos de cálculo, pelo que se optou por utilizar a grelha em que foi realizado

um refinamento local. O processo de cálculo é efectuado num período de tempo

satisfatório de aproximadamente 3 horas para uma simulação de 48 horas.

3.2.1 Batimetria do modelo do estuário do rio Douro

Para definição da batimetria do modelo foi utilizado o módulo QUICKIN do

Delft3D usando duas batimetrias existentes disponíveis, uma disponibilizada pela

Administração do Porto do Douro e Leixões, referente ao local da restinga com 6 m de

resolução e outra mais abrangente, incluindo parte do trecho do rio Douro e parte do


33

Oceano Atlântico com uma resolução de 100 m, disponibilizada pelo Instituto

Hidrográfico e apresentada na figura 16. De modo a serem utilizadas pelo módulo

QUICKIN para o modelo construído as batimetrias foram convertidas para o mesmo

sistema de coordenadas UTM utilizado para a grelha, pelo pograma Global Mapper e

para o mesmo nível de referência utilizado pelo programa Delft3D que é o zero

hidrográfico. As batimetrias foram introduzidas no modelo através de um ficheiro tipo

*.xyz e interpoladas para as células da grelha através da opção “triangular

interpolation”. Parte do trecho do rio Douro foi introduzida através da opção “depth

linear” uma vez que apenas se conhecia a cota de fundo do estuário na barragem de

Crestuma. Para a definição de camadas segundo a direcção vertical do modelo foi

utilizado o módulo Flow Input onde se utilizara um número de 10 camadas com

espaçamento vertical idêntico (cada camada apresenta uma espessura de 10% da

profundidade local).

Figura 16 - Representação da batimetria do modelo do estuário

3.3 Condições de Fronteira

Foram definidas duas fronteiras abertas no modelo de modo a caracterizar o

escoamento hidrodinâmico e a análise à dinâmica sedimentar no estuário, em função da

variação de maré do oceano e da descarga fluvial no rio Douro, localizada na barragem

de Crestuma. Para tal foram criadas duas fronteiras (boundaries) no módulo Flow input

do Delft3D, como mostra a figura 17.

Capítulo - 3

34

Figura 17 - Fronteiras abertas no modelo

A condição de fronteira criada a montante no estuário do rio Douro, na barragem

de Crestuma, é do tipo Total discharge em combinação com o tipo Time-series com

uma distribuição vertical hidraulicamente uniforme, onde são introduzidos os valores de

caudal descarregados pela barragem e posteriormente os valores de concentração de

sedimentos considerada na água descarregada. A condição de fronteira referente ao

Oceano Atlântico é do tipo Water level em combinação com o tipo Astronomic

requerendo esta condição o conhecimento das componentes astronómicas da maré.

De modo a serem definidos os caudais a utilizar na condição de fronteira

referente às descargas da barragem de Crestuma, foram analisados os dados

disponibilizados pelo SNIRH no período de 01-01-1986 a 03-07-2013, da estação

hidrometria de Crestuma (figura 18). Os dados disponibilizados pelo INAG referem que

o caudal médio anual num ano típico na barragem de Crestuma se situa em torno dos

450 m3/s , sendo 700 m3/s e 200 m3/s em anos húmidos e secos respectivamente,

podendo para situações de cheia exceder os 10 000 m3/s (INAG, 2000).

Figura 18 - Descargas da barragem de Crestuma no período de 01-01-1986 a 03-07-

2013 (SNIRH, 2013)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

01-01-1986 24-06-1991 14-12-1996 06-06-2002 27-11-2007 19-05-2013

Caudal Crestumam3/s


35

Para a fronteira referente ao Oceano Atlântico foram definidos três tipos de

marés distintas, uma maré viva, uma maré morta e uma maré com valores intermédios

aos valores obtidos pelas duas marés anteriores, sendo que para tal recorreu-se ao

instituto hidrográfico para a observação dos valores de maré que seriam relevantes para

este estudo. Sendo esta condição de fronteira do tipo Astronomic as componentes

astronómicas consideradas e respectivas amplitudes e fases são apresentadas na tabela 2.

Tabela 2 - Componentes astronómicas da maré

Componentes astronómicas Amplitude (m) Fase (graus)

M2 1,0410 73,81590

S2 0,3630 102,40000

N2 0,2220 55,06030

K2 0,1060 100,71790

K1 0,0690 59,05890

O1 0,0600 315,45700

NU2 0,0400 61,18740

MU2 0,0370 32,33180

SA 0,0310 106,65890

2N2 0,0310 38,60460

MSF 0,0270 143,78410

Os valores de concentração de sedimentos na fronteira referente ao rio Douro,

foram considerados tendo em análise os valores de rios portugueses disponibilizados

pelo SNIRH, bem como vários artigos sobre rios internacionais, com características

semelhantes às do rio Douro, visto que esta informação especificamente para o caso do

rio Douro é praticamente nula ou inexistente. Deste modo foram considerados os

valores presentes na tabela 3 (Hickin, 1995).

Tabela 3 - Concentrações de sedimentos consideradas

Frequência Concentração de sedimentos (mg/L)

Muito Alta 0 - 100

Alta 100 - 500

Normal 500 - 1000

Baixa 1000 - 5000

Capítulo - 3

36

3.4 Calibração do modelo do estuário do rio Douro

A calibração do modelo foi realizada utilizando registos de níveis de maré, tendo

em consideração os valores da estação do porto de Leixões, disponibilizado pelo

instituto hidrográfico num período de 48 horas. Comparou-se os três tipos de marés que

serão alvo de estudo, concretamente uma maré viva uma maré morta e um período onde

a maré apresenta uma serie de valores intermédios às marés anteriores visto que esta

será importante para o estudo da dinâmica sedimentar a longo prazo. O ponto de

observação do modelo onde se obterá os valores das marés encontra-se no oceano,

conforme apresentado pela figura 19, sendo que a comparação deveria ter sido realizada

para pontos no interior do estuário, não sendo esta possível devido à falta de registos na

situação de configuração actual das obras da embocadura.

Figura 19 - Localização do ponto escolhido para a obtenção dos valores da elevação da superfície livre.

A maré viva foi comparada com base nos dados obtidos na estação do porto de

Leixões referentes ao período de 29 de Março de 2002 a 31 de Março de 2002 com

início às 00:00 horas (figura 20).


37

Figura 20 - Curvas de elevação de superfície para maré viva

A maré morta foi comparada com base nos dados obtidos na estação do porto de

Leixões referentes ao período de 08 de Janeiro de 2010 a 10 de Janeiro de 2010 com

início às 00:00 horas (figura 21).

Figura 21 - Curvas de elevação de superfície para maré morta

O valor intermédio da maré foi comparado com base nos dados obtidos na

estação do porto de Leixões referentes ao período de 02 de Janeiro de 2000 a 04 de

Janeiro de 2000 com início às 00:00 horas (figura 22).

-2,5

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 500 1000 1500 2000 2500

Maré Viva de 29-03-2002 a 31-03-2002

Delft3D

Instituto

Hidrográfico

Minutos

Metros

-1

-0,75

-0,5

-0,25

0

0,25

0,5

0,75

1

0 500 1000 1500 2000 2500

Maré Morta de 08-01-2010 a 10-01-2010

Delft3D

Instituto

Hidrográfico

Metros

Minutos

Capítulo - 3

38

Figura 22 - Curvas de elevação de superfície para o valor intermédio da maré

Ao observar as figuras anteriores pode-se concluir que para maré viva os valores

simulados pelo modelo apresentam um comportamento perfeito em comparação com os

valores reais, enquanto para maré morta e para o valor intermédio de maré o modelo

apresenta um pequeno desvio dos valores reais, com um erro sempre inferior a 0,1 m,

em baixa-mar para a maré morta e em preia-mar para o valor intermédio de maré.

Apesar dos pequenos desvios da curva do modelo simulado, pode-se admitir que esta

apresenta uma boa aproximação aos valores da curva registada no marégrafo do Porto

de Leixões. Conclui-se ainda que dos muitos factores que podem influenciar a elevação

da superfície livre, nesta simulação apenas foram consideradas as componentes

astronómicas expostas na tabela 2, ficando de fora o vento, a pressão e o caudal fluvial

que pode explicar as diferenças verificadas. Foi assumido com valor constante ao longo

das simulações e igual ao valor médio diário registado em Crestuma.

Segundo descrito pelo Instituto Nacional da Água (INAG, 2012) existem dois

vórtices induzidos pelo jacto de saída, um ciclónico a sul (a) e outro anticiclónico a

norte (b), características apresentadas pelo modelo conforme apresentado na figura 23.

Figura 23 - Representação esquemática dos vórtices induzidos pelo jacto de saída

-1,25

-1

-0,75

-0,5

-0,25

0

0,25

0,5

0,75

1

1,25

0 500 1000 1500 2000 2500

Valor Intermédio da Maré 02-01-2000 a

04-01-2000Delft3D

Instituto

Hidrográfico

Metros

Minutos


39

Foi ainda realizada uma análise de sensibilidade dos resultados às variações do

valor do coeficiente de rugosidade de Manning: definiram-se três valores distintos do

coeficiente, um valor para condições de rugosidade baixas, um para condições regulares

e um outro para condições de elevada rugosidade das paredes do canal, simuladas pelo

modelo num período de 48 horas para um valor constante do caudal do rio Douro de

450 ef/N. Constatou-se que a variação do coeficiente apenas afectava de forma

significativa a velocidade horizontal da camada de fundo, enquanto na camada

superficial o valor permanece constante. Pode-se constatar que para coeficientes de

rugosidade de Manning mais elevados o valor da velocidade horizontal na camada de

fundo (figura 24) na Ponte da Arrábida, é mais baixa, comparativamente com valores

mais reduzidos do coeficiente, que implicam velocidades mais altas. Definiu-se para o

modelo um valor constante do coeficiente de rugosidade Manning de 0,033 N ∗ e-�/f,

correspondendo a canais com leito arenoso e lodoso e as paredes laterais em pedra, em

condições regulares, por ser o que mais se aproxima às características gerais do estuário

do rio Douro.

Figura 24 - Velocidade horizontal na camada de fundo junto à Ponte da Arrábida em função do coeficiente de rugosidade de Manning

Outro aspeto analisado foi a sensibilidade dos resultados das velocidades em

função do modelo de turbulência adoptado uma vez que o programa Delft3D permite o

cálculo recorrendo a quatro tipos de modelos de turbulência: o k-Epsilon, o k-L, o

Algebric, e Constante. Para tal foi simulado um período de 48 horas para um valor

constante do caudal do rio Douro de 450 ef/N, e comparando-se os resultados obtidos

no local coincidente com a localização da Ponte da Arrábida. Constatou-se que, os

modelos k-Epsilon, k-L e Algebric, apresentam resultados muito semelhantes, com uma

ligeira diferença do modelo k-Epsilon, que apresenta resultados mais estáveis, conforme

se pode ver na figura 25. O modelo do tipo Constante apresenta valores bastante

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 500 1000 1500 2000 2500

Velocidade Horizontal

0,025

0,045

0,033

min

m/s Coeficiente

de

rugosidade

Manning

(N ∗ e−1/3)

Capítulo - 3

40

distintos dos valores reais. Consequentemente o modelo adoptado como referencia para

as simulações é o modelo de turbulência k-Epsilon.

Figura 25 - Velocidade horizontal na camada de fundo junto à Ponte da Arrábida em função do modelo de turbulência tridimensional

,000

,1000

,2000

,3000

,4000

,5000

,6000

,7000

0 500 1000 1500 2000 2500

Velocidade Horizontal

k-Epsilon

k-L

Algebraic

Constant

min

m/s

Modelo de

turbulencia

41

4

4. Análise e discussão dos resultados

4.1 Aspetos gerais

Devido à grande quantidade de resultados obtidos decidiu-se optar por uma

organização deste capítulo em quatro grandes secções: (A) apresentação dos cenários de

modelação alvos de estudo, (B) apresentação dos resultados da análise hidrodinâmica,

(C) dos resultados da análise à dinâmica sedimentar, e (D) dos resultados no caso de

colapso das estruturas de defesa na embocadura do estuário do rio Douro. Consideram-

se os seguintes resultados dentro de cada conjunto:

A – Cenários de modelação

B – Análise da hidrodinâmica no estuário do rio Douro

B1 – Análise da maré

B2 – Análise da velocidade do escoamento

C – Análise da dinâmica sedimentar no estuário do rio Douro

C1 – Análise da influência exercida pelo caudal fluvial

C2 – Análise da influência exercida pela maré na morfologia do estuário

C3 – Análise da influência da dimensão dos sedimentos presentes no estuário

C4 – Análise da influência da massa volúmica dos sedimentos

D – Análise no caso de ruptura das estruturas de defesa na embocadura

D1 – Impactos na hidrodinâmica

D2 – Impactos na dinâmica sedimentar

Capítulo - 4

42

4.2 Cenários de modelação

Os cenários definidos para modelação apresentados na tabela 4 resultam da

combinação da variação da maré e do caudal de descarga da barragem de Crestuma,

bem como da concentração de sedimentos na água do rio Douro.

A variação das diferentes variáveis em estudo resultou na consideração dos

diferentes cenários que foram organizados em grupos temáticos de análise de problemas

específicos. Visto que a definição de algumas variáveis como a massa volúmica dos

sedimentos presentes no estuário e o seu diâmetro serem de difícil definição, admitiu-se

uma série de valores verossímeis, nas simulações realizadas.

Define-se ainda um cenário acidental, onde é considerada a destruição das

estruturas de defesa existente na restinga, de modo a possibilitar a análise do impacto

desta situação na hidrodinâmica e dinâmica sedimentar do estuário.

.

Capítulo - 4

43

Tabela 4 - Cenários considerados para modelação

Problema em

análise Cenário Tipo de Maré

Caudal

(m3/s)

Coeficiente

de

rugosidade

Manning

(s*m-1/3

)

Coeficiente

de

viscosidade

horizontal

(m2/s)

Coeficiente

de difusão

horizontal

(m2/s)

Modelo de

turbulência

3D

Massa

volúmica dos

sedimentos

(kg/m3)

Diâmetro

médio de

sedimento

D50 (μm)

Concentração

de

sedimentos

Crestuma

(kg/m3)

Tempo de

simulação

0 - Calibração

1 Intermédia 450 0,025 1 1 k-Epsilon 2650 200 0,5 2 dias



4 Intermédia 450 0,033 1 1 k-L 2650 200 0,5 2 dias

5 Intermédia 450 0,033 1 1 Algebraic 2650 200 0,5 2 dias

6 Intermédia 450 0,033 1 1 Constant 2650 200 0,5 2 dias

1 - Análise

hidrodinâmica

7 Maré viva 200 0,033 1 - k-Epsilon - - - 2 dias




11 Maré morta 200 0,033 1 - k-Epsilon - - - 2 dias




Capítulo - 4

44

Problema em

análise Cenários Tipo de maré

Caudal

(m3/s)

Coeficiente

rugosidade

Manning

(s*m-1/3

)

Coeficiente

viscosidade

horizontal

(m2/s)

Coeficiente

de difusão

horizontal

(m2/s)

Modelo de

turbulência

3D

Massa

volúmica dos

sedimentos

(kg/m3)

Diâmetro

médio de

sedimento

D50 (μm)

Concentração

sedimentos

Crestuma

(kg/m3)

Tempo de

simulação

2 - Análise

morfodinâmica

(caudal)



17 Intermédia 700 0,033 1 1 k-Epsilon 2650 200 1 2 dias


19 Intermédia 450 0,033 1 1 k-Epsilon 2650 200 0,5 1 anos






3 - Análise

morfodinâmica

(maré)


26 Maré viva 450 0,033 1 1 k-Epsilon 2650 200 0,5 2 dias

27 Maré morta 450 0,033 1 1 k-Epsilon 2650 200 0,5 2 dias

4 - Análise

morfodinâmica

(dimensão de

sedimento)




5 - Análise

morfodinâmica

(densidade de

sedimentos)




6 - Análise

morfodinâmica

(rutura)




Capítulo - 4

45

4.3 Análise da hidrodinâmica no estuário do rio Douro

4.3.1 Elevação da superfície livre

A figura 26 apresenta o local à saída do estuário onde se efectuou a análise das alturas

da água induzidas pelas marés e pelo caudal do rio Douro, e apresentadas nas figuras 27 a 30,

para um caudal descarregado pela fronteira a montante (Crestuma) de 200 m3/s, 450 m3/s 700

m3/s e 10 000 m3/s, respectivamente.

Figura 26 - Planta do modelo com a localização do ponto escolhido para a obtenção dos valores da elevação da superfície livre.

Figura 27 - Gráfico com a elevação da superfície ao longo do tempo para o caudal de 200 m³/s.

-2,5

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 500 1000 1500 2000 2500

Mare viva Mare Morta

minutos

Ele

vaçã

o(m

etr

os)

Capítulo - 4

46



Figura 30 - Gráfico com a elevação da superfície ao longo do tempo para o caudal de 10 000 m³/s.

Na análise dos gráficos de elevação de superfície, os aspetos que mais se destacam,

são a diferença de amplitudes entre os dois tipos de marés, apresentando a maré morta uma

diferença de amplitude de aproximadamente um metro menor que os valores da maré viva, e a

diferença de valores, na situação de cheia (caudal de 10 000 m3/s) para os resultados obtidos

-2,5

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 500 1000 1500 2000 2500

Mare viva Mare morta

minutos

Ele

vaçã

o (

me

tro

s)

-2,5

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 500 1000 1500 2000 2500


Ele

vaçã

o(m

etr

os)

minutos

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 500 1000 1500 2000 2500


minutos

Ele

vaçã

o (

me

tro

s)

Análise e discussão dos resultados

47

para caudais de 200 m3/s, 450 m3/s, e 700 m3/s, que apresentam valores bastante análogos,

conforme é apresentado na tabela 5.

Tabela 5 - Valores de amplitude para os diferentes cenários

Amplitude (metros)

Maré viva Maré morta

Tempo

(min) Q200 Q450 Q700 Q10000 Q200 Q450 Q700 Q10000

180 1,90383 1,91341 1,91451 2,24200 0,91310 0,91212 0,91282 1,46005

560 -1,91054 -1,91000 -1,90845 -0,68879 -0,88037 -0,87874 -0,87715 -0,02181

930 1,74516 1,74946 1,74712 2,20881 0,76584 0,76584 0,76535 1,33557

1290 -1,80106 -1,79932 -1,79755 -0,63110 -0,75773 -0,75557 -0,75277 0,07362

1660 1,87938 1,88465 1,88339 2,33201 0,71353 0,71464 0,71475 1,28748

2030 -1,86279 -1,86151 -1,85939 -0,66411 -0,72269 -0,72045 -0,71741 0,10118

2410 1,73115 1,73499 1,73369 2,19476 0,65652 0,65820 0,65831 1,23466

Na tabela 5 os valores em preia-mar e baixa-mar são sempre máximos para o caudal

de cheia de 10 000 m3/s, como seria de esperar, devido a localização da estação de observação

se localizar à saída do estuário conforme identificado anteriormente na figura 26. Para caudais

de cheia o nível da água é agravado até à embocadura.

No restante estuário, a quando a baixa-mar é exposta uma grande área da restinga

sendo esta maior ou menor conforme seja maré viva ou maré morta, criando assim um grande

banco de areia na parte sul do estuário, sendo posteriormente coberta parcialmente na

transição para preia-mar, mas não totalmente coberta criando assim uma barreira ao

escoamento da água do rio Douro para o oceano, que se processa sempre na parte norte do

estuário, aumentado a altura da água no interior do estuário.

No caso de cheia, para um caudal de 10 000 m3/s, escoado pelo rio Douro, a restinga é

submersa quase na sua totalidade, apresentando uma grande altura de água para montante do

quebra-mar aumentando o seu valor à medida que se desloca para o interior do estuário. A

maré também tem uma grande influência no interior do estuário para qualquer tipo de caudal

do rio Douro, apresentando em preia-mar um valor de 4,418 metros (m) na Ponte da Arrábida

para maré viva e de 3,922 m para maré morta, em relação ao zero hidrográfico. Observa-se

ainda que para os caudais de 200 m3/s, 450 m3/s e 700 m3/s esta diferença de altura de água é

aproximadamente de um metro sendo maior do que no caso da situação de cheia.

Estas características são apresentadas nas figuras 31 e 32 obtidas para os cenários 7 a

14 apresentados na tabela 4.

Capítulo - 4

48

Figura 31 - Nível da superfície da água em baixa-mar (esquerda) e preia-mar (direita) no estuário para os cenários de maré viva

Simulação 7 – baixa-mar (200 m3/s) Simulação 7 – preia-mar (200 m3/s)

Simulação 8 – baixa-mar (450 m3/s)

Simulação 8 – preia-mar (450 m3/s)






49

Figura 32 - Nível da superfície da água em baixa-mar (esquerda) e preia-mar (direita) no estuário

para os cenários de maré morta









Capítulo - 4

50

4.3.2 Velocidade das correntes

Na análise dos resultados das velocidades no estuário, serão identificadas as zonas de

velocidade máxima e o tipo de escoamento ocorrido, assim como a variação da velocidade em

profundidade nas zonas de maior interesse e os valores de velocidade à saída do estuário ao

longo do tempo.

Os valores da velocidade horizontal máxima na camada superficial são apresentados

na figura 33, assim como os vectores de velocidade correspondentes, para o cenário 8, com

um caudal fluvial de 450 m3/s, com maré viva, que ocorre a 28,17 horas apos início da

simulação, e corresponde à vazante do estuário apos a preia-mar ter ocorrido. É identificável

que para este cenário a velocidade máxima ocorre na saída do estuário com um valor máximo

de aproximadamente 1,579 m/s, devido ao estreitamento da seção transversal gerado pela

presença do quebra-mar. Os valores mais elevados de velocidade acontecem na parte norte da

embocadura do estuário, enquanto na zona sul da embocadura a velocidade é muito próxima

do valor nulo, devido ao escoamento ser processado pela parte norte do estuário como é

demostrado pelos vectores de velocidade do escoamento (figura 33).

A influência da velocidade do escoamento proveniente do rio Douro no oceano vai

diminuindo à medida que se desloca para jusante da embocadura, conforme é observável pela

pluma formada na figura 33, que apresenta um valor nulo a aproximadamente 3200 m de

distância da saída do estuário para este cenário. Como já referido anteriormente no capítulo

3.4, são visíveis dois vórtices em zonas adjacentes à embocadura do estuário, que resultam da

circulação do escoamento para o oceano formando um jacto de água na direcção do oceano,

no momento da vazante do estuário. Os vórtices formados são de dois tipos, sendo um na

direcção anti-horária e outro na direcção horária a sul e a norte do jacto de água,

respectivamente.


51

Figura 33 - Representação da velocidade superficial máxima (superior) e dos vectores velocidade

(inferior) para o cenário 8.

São apresentados nas figuras 34 e 35, os valores de velocidade superficial ao longo de

um eixo longitudinal do estuário do rio Douro, compreendido entre o oceano e a Ponte do

Freixo, para o momento de ocorrência da máxima velocidade correspondente à vazante do

estuário após a preia-mar, para os cenários da análise hidrodinâmica de maré viva (cenário 7 a

10) e de maré morta (cenário 11 a 14), respectivamente. Nas figuras 34 e 35 estão ilustradas

as localizações da entrada do estuário (EE), ermida de São Miguel-o-Anjo (SM), da Ponte da

Arrábida (PA), da Ponte do Infante (PI) e da Ponte do Freixo (PF).

Através da comparação dos gráficos apresentados, pode-se concluir que as velocidades

obtidas a quando da maré viva são maiores do que as de maré morta, como seria esperado

devido às enchentes e vazantes do estuário deslocarem maiores volumes de água,

apresentando a maré viva um máximo de velocidade de 5,91 m/s enquanto para o cenário de

maré morta esse valor é de 5,65 m/s, localizado na entrada do estuário. É também patente que

quanto maior for o caudal maior será a velocidade de escoamento, destacando-se os valores de

cheia (caudal de 10 000 m3/s) dos valores correspondentes aos caudais de 200 m3/s, 450 m3/s

e 700 m3/s, que se mantêm próximos em todo o desenvolvimento do perfil longitudinal

analisado. O valor de velocidade do escoamento para o cenário de cheia chega a um máximo

de 5,91 m/s, enquanto para os caudais 200 m3/s, 450 m3/s e 700 m3/s os valores de

escoamento apresentam um máximo de 1,46 m/s, 1,54 m/s e 1,66 m/s, respectivamente para a

Capítulo - 4

52

situação de maré viva, na zona de entrada do estuário o que evidencia a elevada diferença da

velocidade na situação de cheia.

Nas figuras 34 e 35 são evidenciadas quatro zonas onde a velocidade atinge valores

mais elevados. A principal zona ocorre na entrada do estuário devido ao estreitamento da

seção gerado pela presença do quebra-mar, o segundo pico de velocidade ocorre na zona mais

profunda do estuário que se situa perto da ermida de São Miguel-o-Anjo (na coordenada x

527844), o terceiro pico encontra-se junto à Ponte da Arrábida (na coordenada x 530067),

com a característica de apenas se evidenciar para o caudal de cheia, enquanto para caudais

mais reduzidos este valor não ultrapassa os valores que ocorrem na ermida de São Miguel-o-

Anjo. O quarto pico ocorre entre a Ponte do Infante e a Ponte do Freixo (na coordenada x

534467), sendo o segundo maior valor de velocidade para os caudais de 200 m3/s, 450 m3/s e

700 m3/s com os valores de 1,14 m/s, 1,30 m/s e 1,48 m/s em maré viva e de 0,67 m/s, 0,90

m/s e 1,15 m/s para maré morta, respectivamente.

Figura 34 - Velocidade superficial ao longo do perfil longitudinal para os cenários 7 (Q200), 8 (Q450),

9 (Q700) e 10 (Q10000).

0

1

2

3

4

5

6

525309 527309 529309 531309 533309 535309

Q200 Q450 Q700 Q10000

Ve

loci

da

de

(m

/s)

Cordenada x (metros)

EE

|

|

PA

|

|

|

|

PI

|

|

PF

|

SM

|


53

Figura 35 - Velocidade superficial ao longo do perfil longitudinal para os cenários 11 (Q200), 12

(Q450), 13 (Q700) e 14 (Q10000).

Da análise dos resultados apresentados nas figuras 34 e 35 verifica-se a existência de

variações de velocidade com maior ênfase na parte interior do estuário (parte fluvial), no

instante de vazante a quando da obtenção do máximo valor de velocidade de escoamento na

camada superficial. É visível ainda na figura 36, correspondente ao cenário 10 (cenário mais

desfavorável), que o número de Froude (obtido através da expressão Fr = U/√(gh)) é superior

a um, na zona interior do banco de areia, ocorrendo apenas no mesmo instante que é

representado nas figuras 34 e 35, não voltando a ultrapassar esse valor, no restante tempo de

simulação, nem nos outros cenários considerados na análise hidrodinâmica.

Com isto conclui-se que mesmo no pior cenário possível de caudal de cheia e

considerando uma maré viva, na secção de descarga superior ao quebra-mar o regime de

escoamento, segundo o número de Froude é fluvial para todo o tempo de simulação, com um

valor máximo próximo de 0,30, enquanto no banco de areia o regime de escoamento é

torrencial nesse mesmo instante de tempo, com um numero de Froude próximo de 1,01 que

ocorre numa pequena região da restinga, local este que é submerso pela água proveniente do

rio Douro, como demostrado pela simulação 10 da figura 31.

As forças de inércia nesta região adquirem preponderância relativamente às forças

gravíticas pelas velocidades atingidas pelo que trata-se de uma zona especialmente sensível.

Contudo, estes resultados deverão ser encarados com prudência dadas as limitações

resultantes da resolução espacial adoptada para o modelo.

0

1

2

3

4

5

6

525309 527309 529309 531309 533309 535309

Q200 Q450 Q700 Q10000

Ve

loci

da

de

(m/s

)


EE

|

|

PA

|

|

|

PI

|

PF

|

|

|

|

SM

Capítulo - 4

54

Figura 36 - Número de Froude no estuário do rio Douro para o cenário 10 (Q10000).

Os gráficos das figuras 37 a 40 apresentam os resultados da velocidade superficial à

saída do estuário, na estação de observação representada na figura 26, para os cenários de

análise hidrodinâmica 7 a 14, ao longo de um período de tempo com 2360 minutos de

simulação, combinando dois tipos de maré para cada caudal.

A principal característica que se pode constatar pela análise aos gráficos é a

velocidade do escoamento aumentar com o caudal, visto que quanto maior for o volume de

água descarregado à saída do estuário maior será a velocidade de escoamento, sendo esta

característica notória na diferença de valores entre as curvas de maré morta e de maré viva,

evidenciando que o estado da maré também é um factor a ter em conta a quando da análise à

variação de velocidade neste sistema.

Nos gráficos das figuras 37 a 39, estão representados dois tipos de curvas: uma curva

(1) e uma curva (2), presentes para os cenários de maré viva e de maré morta. Estas curvas

representam a mudança no sentido do escoamento, ou seja o pico da curva (1) ocorre quando

há uma enchente do estuário com a água proveniente do oceano a escoar para o seu interior

até se dar a ocorrência da preia-mar, e o pico da curva (2) ocorre quando acontece o refluxo

da água, ou seja a água que outrora tinha transposto a foz do estuário, volta a sair em direcção

ao oceano até ao ponto da baixa-mar, ocorrendo estes dois tipos de curvas de forma alternada

em conformidade com o ciclo da maré. O gráfico da figura 40, relativo ao caudal de cheia de

10 000 m3/s, apresenta apenas um tipo de curva devido a não ocorrer nenhuma inversão no

escoamento, encontrando-se a água proveniente do rio Douro sempre a sair do estuário em

direcção ao oceano, apenas aumentando e diminuindo a sua velocidade consoante a

ocorrência do ciclo da maré, ocorrendo o mesmo no cenário de maré morta com um caudal


55

fluvial de 700 m3/s visível na figura 39. Constatou-se que para o modelo de cálculo, não

ocorre a inversão do sentido de escoamento na situação de maré viva, para caudais fluviais

superiores a 1 200 m3/s.

Nas figuras 39 e 40 é notório que a curva de maré morta não apresenta mudanças no

sentido do escoamento na camada superficial, sendo que esta situação poderá ocorrer apenas

nas camadas mais profundas, devido à mudança de direcção de escoamento ocorrer primeiro

nas camadas inferiores, propagando-se posteriormente para as camadas superiores.

Figura 37 - Velocidade superficial para o caudal de 200 m³/s com maré morta e maré viva na entrada

do estuário.


do estuário.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

0 500 1000 1500 2000


Ve

loci

da

de

(m

/s)

minutos

(1)

(2)

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

0 500 1000 1500 2000


minutos

Ve

loci

da

de

(m

/s)

(2)

(1)

Capítulo - 4

56


do estuário.

Figura 40 - Velocidade superficial para o caudal de 10000 m³/s com maré morta e maré viva na

entrada do estuário.

Nas Figuras 42 a 45 são apresentados os gráficos correspondentes à variação da

velocidade horizontal com a profundidade no momento da ocorrência da velocidade máxima

na camada superficial, para cada caudal fluvial e para cada tipo de maré considerado na

análise hidrodinâmica, correspondendo cada curva a estações de observação representadas na

figura 41, posicionadas nos locais onde ocorrem os principais picos de velocidade

identificados anteriormente.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

0 500 1000 1500 2000


minutos

Ve

loci

da

de

(m/s

)

(2)

(1)

3

3,5

4

4,5

5

5,5

6

6,5

7

0 500 1000 1500 2000


minutos

Ve

loci

da

de

(m

/s)


57

Figura 41 - Localização das estações de observação para o estudo dos perfis verticais de velocidade

As curvas apresentadas nas figuras 42 a 45 apresentam todas valores superiores para a

velocidade na camada superficial, devido ao instante de tempo corresponder à vazante da

água contida no estuário, e não ter sido considerado no cálculo o efeito do vento que poderia

de alguma forma alterar esses valores. Os valores das camadas superficiais vão diminuindo

com a profundidade, de uma forma menos acentuada até aproximadamente metade da altura

da coluna de água, acentuando-se essa diminuição cada vez mais à medida que a profundidade

aumenta. Em todos os cenários hidrográficos a curva correspondente à saída do estuário

(estação 2) é a que apresenta uma curvatura superior na passagem da penúltima camada para a

ultima, devido à acção da maré que se desloca na mesma direcção ao do escoamento fluvial

para este instante de tempo. A estação de observação 1 apesar de estar colocada na saída do

estuário apresenta valores redúzios, isto deve-se ao facto de esta estar na imediação da pluma

formada pelo jacto de água descarregada do estuário e não no seu interior, o que em

concordância com a figura 33, é bastante significativo.

Figura 42 - Perfil vertical de velocidade em cada estação para o caudal de 200 m³/s (esquerda) e

450 m³/s (direita) em maré viva

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 0,5 1 1,5

Estação1 Estação2 Estação3

Estação4 Estação5

(m/s)

Ca

ma

da

s

Camadas

123456789

10

0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75



(m/s)

Camadas

Capítulo - 4

58


10000 m³/s (direita) em maré viva


450 m³/s (direita) em maré morta


10000 m³/s (direita) em maré morta

123456789

10

0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75



(m/s)

Camadas

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 1 2 3 4 5 6Estação1 Estação2 Estação3


(m/s)

Camadas

123456789

10

0 0,2 0,4 0,6 0,8Estação1 Estação2 Estação3Estação4 Estação5

(m/s)

Camadas

123456789

10

0 0,25 0,5 0,75 1



(m/s)

Camadas

123456789

10

0 0,25 0,5 0,75 1 1,25



(m/s)

Camadas

1234567

89

10

0 2 4 6Estação1 Estação2 Estação3


(m/s)

Camadas


59

4.4 Análise da dinâmica sedimentar no estuário do rio Douro

4.4.1 Acção do caudal fluvial

Nas figuras 46 a 49 apresenta-se os valores da erosão e sedimentação no estuário para

sedimentos não coesivos, ao fim de 36 horas de simulação, e com caudais fluviais de 200

m3/s, 450 m3/s, 700 m3/s e 10 000 m3/s, sendo também apresentado o perfil longitudinal dos

mesmos valores referente à zona central do leito do rio desde o oceano ate à Ponte do Freixo.

Figura 46 - Valor de erosão e sedimentação em planta (superior) e em perfil longitudinal (inferior)

do estuário para o cenário 15

-6,000E-03

-4,000E-03

-2,000E-03

0,000E+00

2,000E-03

4,000E-03

526000 527000 528000 529000 530000 531000 532000 533000 534000 535000 536000

Q200

Ero

são

/Se

dim

en

taçã

o (

m)


PA PI PF SM

Capítulo - 4

60

Figura 47 - Valor de erosão e sedimentação em planta (cima) e em perfil longitudinal (baixo) do

estuário para o cenário 16



-1,000E-02

-5,000E-03

0,000E+00

5,000E-03

1,000E-02

526000 527000 528000 529000 530000 531000 532000 533000 534000 535000 536000

Q450Cordenada x (metros)

Ero

são

/ S

ed

ime

nta

ção

(m

)

-0,03

-0,02

-0,01

0

0,01

0,02

0,03

526000 527000 528000 529000 530000 531000 532000 533000 534000 535000 536000

Q700

Ero

são

/ S

ed

ime

nta

ção

(m

)


SM PA PI PF

SM PA PI PF


61



As principais zonas com valores de erosão e sedimentação mais significativas estão

localizadas junto à embocadura (sendo esta a zona que apresenta valores mais elevados), a

jusante da Ponte da Arrábida e ente a Ponte do Infante e a Ponte do Freixo, correspondendo

aos locais onde se registam os valores mais elevados de velocidade, identificados

anteriormente no capítulo 4.3.2.

O transporte de sedimentos é feito predominantemente em direcção ao mar para todos

os cenários considerados, e é visível a existência de erosão localizada no início do quebra-

mar, seguido de uma pequena deposição de sedimentos que forma um banco de areia a jusante

deste, que vai reduzindo de valor à medida que se desloca para o oceano devido as correntes

tenderem a ser de menor intensidade.

Como seria de esperar há uma forte relação entre os valores de erosão e sedimentação

com os valores do caudal fluvial do rio Douro, apresentando um valor máximo de erosão e de

sedimentação de sedimentos junto à embocadura de 0,00401 m e 0,00285 m respectivamente,

em relação ao valor inicial, para um caudal fluvial de 200 m3/s. Estes valores aumentam caso

-15

-10

-5

0

5

526000 527000 528000 529000 530000 531000 532000 533000 534000 535000 536000

10000Cordenada x (metros)

Ero

são

/ Se

dim

en

taçã

o (

m)

SM PA PI PF

Capítulo - 4

62

o caudal também aumente, apresentando resultados de 0,00881 m e 0,00650 m para um

caudal fluvial de 450 m3/s e 0,02073 m e 0,01470 m, para um caudal fluvial de 700 m3/s para

erosão e sedimentação respectivamente, atingindo o valor de 0,02250 m de deposição junto às

margens do quebra-mar norte para este mesmo caudal. Observam-se nesse caso valores

máximos 2 vezes superiores para caudais de 450 m3/s em comparação com o de caudal de 200

m3/s, e 5 vezes superiores comparado com o caudal de 700 m3/s.

Relativamente à zona entre a Ponte do Infante e a Ponte do Freixo é visível um

aumento da erosão e da sedimentação ainda mais acentuado quando se aumenta o valor do

caudal fluvial, atingindo um valor máximo de erosão e sedimentação de sedimentos de

0,00015 m e 0,00119 m para um caudal fluvial de 200 m3/s, 0,00594 m e 0,00593 m para um

caudal fluvial de 450 m3/s, e 0,02309 m e 0,02350 m para um caudal fluvial de 700 m3/s,

respectivamente.

No cenário de cheia (figura 49), considerando um caudal fluvial de 10 000 m3/s existe

uma grande alteração da configuração de fundo do estuário, apresentando grandes valores de

erosão e de sedimentação principalmente na zona da embocadura e junto a Ponte da Arrábida.

Os valores mais elevados de erosão estão predominantemente situados no meio do canal onde

se desloca a maior parte do volume de água e a maiores velocidades, arrastando consigo os

sedimentos do leito, enquanto os valores mais elevados de sedimentação encontram-se

localizados nas margens, onde o escoamento se efectua a velocidades menores. Os valores de

erosão máximos são de 11,55 m junto à embocadura e de 10,27 m junto a Ponte da Arrábida,

enquanto os valores máximos de sedimentação são de aproximadamente 4 m nas margens da

embocadura e junto à Ponte da Arrábida.

Na figura 50 é apresentado o nível do fundo em relação ao zero hidrográfico em perfil

longitudinal referente à zona central do leito para o cenário de cheia, no início e no final da

simulação. Constata-se a criação de duas zonas profundas que chegam aos 20 m e 18 m de

profundidade localizadas na embocadura e junto à Ponte da Arrábida, resultantes da grande

erosão que ocorreu nessas zonas durante a simulação, enquanto nas margens do leito o terreno

aumentou o seu valor inicial em 4 m, o que poderá ser desfavorável para a circulação de

grandes embarcações na zona e deverá ser sujeito a dragagens.


63

Figura 50 - Nível do leito inicial e final para o cenário 18 em relação ao zero hidrográfico

A figura 51 apresenta a localização de 6 pontos no estuário que serão alvo do estudo

da dinâmica sedimentar. A selecção de cada localização foi estabelecida nas zonas da

embocadura do estuário, onde ocorrem os valores mais elevados de erosão e sedimentação

para o caso mais genérico de ocorrência, que é apresentado pelo cenário 16. Os pontos

escolhidos serão denominados como estações de observação.

Figura 51 - Localização das estações de observação para o estudo da dinâmica sedimentar no

estuário

-25

-20

-15

-10

-5

0

526000 527000 528000 529000 530000 531000 532000 533000 534000 535000 536000

Nível inicial Nível final Cordenada x (metros)

Pro

fun

did

ad

ee

m r

ela

ção

ao

ze

ro

hid

rog

ráfi

co (

m)

SMEE PA PI PF

Capítulo - 4

64

O caudal fluvial influencia muito os valores da erosão e sedimentação dos sedimentos

não coesivos, sendo exemplo dessa influência os resultados apresentados nas figuras 52 e 53,

que representam os valores de velocidade directamente relacionadas com o caudal fluvial, e

os valores da erosão na embocadura do estuário (estação de observação 3 da figura 51), ao

longo de um período de simulação com 2 000 minutos.

Figura 52 - Valor da velocidade de fundo tautócrono com a erosão/sedimentação à saída do

estuário para o cenário 15 (esquerda) e para o cenário 16 (direita)

Figura 53 - Valor da velocidade de fundo tautócrono com a erosão/sedimentação à saída do


Da análise da figura 52, é visível que os valores da erosão e sedimentação apenas se

alteram a quando da vazante do estuário, e mantêm-se constantes no momento da enchente

proporcionado pelo ciclo das marés, devendo-se ao facto de as velocidades serem superiores

no caso da vazante e por se ter considerado nula a concentração de sedimentos na fronteira

oceânica. É também evidente que quanto maior for o caudal fluvial maior será a erosão

provocada nesse local no momento da vazante. Nos gráficos da figura 53 são apresentadas as

simulações para um caudal fluvial igual a 700 m3/s e 10 000 m3/s, respectivamente,

-0,0045-0,004-0,0035-0,003-0,0025-0,002-0,0015-0,001-0,00050

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0 500 1000 1500 2000

Velocidade Erosão / Sedimentação

m/s m

min

-0,012

-0,01

-0,008

-0,006

-0,004

-0,002

0

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 500 1000 1500 2000


m/s m

min

-0,025

-0,02

-0,015

-0,01

-0,005

0

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0 500 1000 1500 2000

Velocidade Erosão / Sedimentaçãomin

mm/s

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

0 500 1000 1500 2000


min

mm/s


65

observando-se em ambos os casos que a água do rio Douro encontra-se ao longo de toda a

simulação a ser descarregada para o oceano. Porém no cenário 17 (Q700), é visível que a

erosão não é sempre constante ao longo da simulação, devendo-se ao facto de no momento da

transição de preia-mar para baixa-mar as velocidades aumentarem devido ao caudal

descarregado ser maior na embocadura e diminuírem para valores inferiores na transição de

baixa-mar para preia-mar, sendo estes valores de velocidade demasiado baixos para

arrastarem as partículas de areia, provocando assim um período de tempo onde o nível do

fundo se mantém constante. É visível no gráfico da figura 53 que o valor da velocidade

necessária para arrastar as partículas de areia com as características descritas para o cenário

17, localizadas na estação de observação 3, é aproximadamente 0,3 m/s. Relativamente à

situação de cheia (Q10000) são obtidos grandes valores de velocidade devido ao grande

volume de água descarregado pelo estuário para o oceano, o que provoca constantemente

grandes erosões na embocadura do estuário.

Os gráficos das figuras 54 a 59 apresentam os valores da erosão e sedimentação para

as 6 estacoes de observação evidenciadas na figura 51, em função dos vários valores de

caudal fluvial analisados (200 m3/s, 450 m3/s, 700 m3/s e 10 000 m3/s) ao longo de um

período de simulação de 2 000 minutos.

Figura 54 - Valor da erosão/sedimentação na estação de observação 1 relativos a cada caudal

fluvial

0,000E+00

1,000E-03

2,000E-03

3,000E-03

4,000E-03

5,000E-03

0 500 1000 1500 2000

Q200 Q450 Q700 min

metros

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0 500 1000 1500 2000

Q10000 min

metros

Capítulo - 4

66


fluvial


fluvial


fluvial

0,000E+00

2,000E-03

4,000E-03

6,000E-03

8,000E-03

1,000E-02

1,200E-02

1,400E-02

1,600E-02

0 500 1000 1500 2000

Q200 Q450 Q700

metros

min

0

0,5

1

1,5

2

0 500 1000 1500 2000

Q10000 min

metros

-0,025

-0,02

-0,015

-0,01

-0,005

0

0 500 1000 1500 2000

Q200 Q450 Q700

minmetros

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

0 500 1000 1500 2000

Q10000

minmetros

0,000E+00

1,000E-03

2,000E-03

3,000E-03

4,000E-03

5,000E-03

0 500 1000 1500 2000

Q200 Q450 Q700

metros

min

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

0 500 1000 1500 2000

Q10000

metros min


67


fluvial


fluvial

Algo comum a todos os gráficos são os valores de erosão e sedimentação serem

maiores para caudais superiores, o que seria de esperar, como observado anteriormente. O

ponto de observação onde se obteve o maior valor de erosão ao fim do período de simulação

foi na estação de observação 3 localizada à entrada do estuário com um valor de 0,00410 m,

0,00954 m e 0,02239 m para os caudais 200 m3/s, 450 m3/s e 700 m3/s respectivamente, e o

maior valor de sedimentação obtido, foi na estação de observação número 1 a jusante da

entrada do estuário, com um valor de 0,00038 m, 0,00126 m e 0,00440 m para os caudais 200

m3/s, 450 m3/s e 700 m3/s, respectivamente, sendo estes sedimentos depositados oriundos da

erosão existente a montante.

Na figura 56 exemplo onde se obteve os maiores valores de erosão, pode-se observar

que para cada ciclo de maré no local onde se situa o ponto de observação 3 há uma erosão de

0,00159 m para um caudal fluvial de 200 m3/s, enquanto para 450 m3/s há uma erosão de

0,00348 m, sendo 2 vezes superior ao exemplo anterior, e para 700 m3/s há uma erosão de

0,00797 m, 5 vezes superior ao primeiro exemplo.

-0,0001

0

0,0001

0,0002

0,0003

0,0004

0,0005

0,0006

0,0007

0,0008

0 500 1000 1500 2000

Q200 Q450 Q700 min

metros

-1,6

-1,4

-1,2

-1

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0

0 500 1000 1500 2000

Q10000

metros min

-0,0005

0

0,0005

0,001

0,0015

0,002

0,0025

0,003

0,0035

0 500 1000 1500 2000

Q200 Q450 Q700

metros

min-5

-4

-3

-2

-1

0

0 500 1000 1500 2000

Q10000

minmetros

Capítulo - 4

68

Relativamente à figura 54 onde se obteve os valores de maior sedimentação, em cada

ciclo de maré há uma sedimentação de areia de 0,000153 m para um caudal fluvial de 200

m3/s, enquanto para 450 m3/s há uma erosão de 0,000485 m, sendo 3 vezes superior ao

exemplo anterior, e para 700 m3/s há uma erosão de 0,001635 m, 11 vezes superior ao

primeiro exemplo.

No caso do caudal de cheia (Q10000) apenas nas estações de observação 1 e 2 se

registam valores de sedimentação no final da simulação, com valor de 2,74 m e 1,73 m,

respectivamente, estando estas localizadas no oceano, fora do estuário do rio Douro, enquanto

para as restantes estações, todas localizadas no interior do estuário, onde outrora havia valores

de deposição dos sedimentos de areia, apenas se registam valores de erosão devido às

elevadas velocidades de escoamento que se fazem sentir na camada de fundo do rio Douro,

fazendo com que as partículas de areia sejam arrastadas em grande quantidade tanto para fora

do estuário como para as margens do leito do rio. O valor mais elevado de erosão é registado

na estação de observação numero 3 localizado na embocadura do estuário, como seria de

esperar devido ao estreitamento da seção do leito do rio proporcionado pelo quebra-mar, que

impõe um aumento da velocidade nesse local, apresentado um valor de erosão de 12,095 m,

com velocidade que variam ente os 2,8 m/s e 2,0 m/s na camada de fundo.

A figura 60 apresenta a evolução dos valores da erosão e sedimentação na foz do

estuário ao longo de um período de 10 anos, considerando um caudal fluvial de 450 m3/s,

constantes durante toda a simulação.

Observa-se um deslocamento progressivo para jusante em direcção ao oceano da

sedimentação e erosão após o quebra-mar, com um valor máximo próximo dos 5,0 m e dos

4,5 m, respectivamente, ao fim da simulação com um período de 10 anos. Estes valores

máximos não apresentam um crescimento linear ao longo do tempo, obtendo uma

sedimentação ao fim de um ano um máximo de 2,5 m, enquanto para os anos seguintes este

valor cresce para 3,5 m ao fim de 2 anos, sendo 1,4 vezes superior, 4 m ao fim de 4 anos,

sendo 1,6 vezes superior, 4,5 m ao fim de 6 anos sendo 4,9 vezes superior, 2,3 m ao fim de 8

anos, sendo 2,5 vezes superior e 5,3 m ao fim de 10 anos sendo 2,7 vezes superior ao valor

obtido no primeiro ano, apresentando assim um crescimento menor a cada ano que passa.


69

Figura 60 - Valor da erosão e sedimentação no estuário do rio Douro ao longo de 10 anos

Relativamente ao nível de fundo em relação ao zero hidrográfico (figura 61) no final

do período dos 10 anos, há uma alteração significativa a jusante do quebra-mar, com uma

deposição de areia localizada que passa da cota -11,9 m para a cota -7,9 m e uma escavação

de 10,2 m para 12,5 m. No interior do estuário, apesar de haver uma sedimentação ao longo

dos 10 anos de 2 m junto a Ponte da Arrábida, a cota de fundo não sofre grandes alterações

enquanto na zona entre a Ponte da Arrábida e do quebra-mar coordenadas x 527333 m a

527800 m há uma acumulação de sedimentos que altera a cota de -7,86 m para -6,95 m.

Comparando os valores obtidos ao fim de 10 anos com um caudal constante de 450

m3/s, e os valores obtidos ao fim de 36 horas de simulação para um caudal de cheia de 10 000

m3/s (figura 49) conclui-se que o valor máximo de erosão obtido na embocadura do estuário

ao fim das 36 horas é aproximadamente 3 vezes superior ao valor obtido ao fim de 10 anos

sendo 11,55 m e 4,50 m respectivamente, o que demostra bem a grande influência que o valor

do caudal fluvial tem no valor da erosão e da sedimentação.

Simulação 19 – 1 ano Simulação 20 – 2 anos

Simulação 21 – 4 anos Simulação 22 – 6 anos

Simulação 23 – 8 anos Simulação 24 – 10 anos

Capítulo - 4

70

Figura 61 - Nível futuro do fundo em relação ao zero hidrográfico

A figura 62 apresenta os valores de concentração máxima de sedimentos em planta e

em perfil transversal da zona onde se registou o valor máximo da concentração de sedimentos

no estuário, em função dos caudais fluviais 200 m3/s, 450 m3/s, 700 m3/s e 10 000 m3/s. Estes

valores máximos de concentração de sedimentos foram obtidos no instante de tempo referente

ao momento da vazante com maior velocidade.

A concentração de sedimentos variou ao longo do tempo de forma semelhante ao

caudal descarregado na embocadura, havendo uma forte relação entre a concentração de

sedimentos em suspensão e sobre o fundo, e a velocidade de descarga podendo indicar que a

carga suspensa é originada do arrastamento provocado pelo escoamento.

Como seria de esperar os maiores valores de concentração de sedimentos são obtidos

com caudas fluviais maiores, ocorrendo a máxima concentração no local onde se localizam os

valores de máxima velocidade próximos do quebra-mar. Os valores máximos localizados na

camada de fundo, obtidos para o caudal de 200 m3/s foram de 0,024 kg/m3, para 450 m3/s

foram de 0,047 kg/m3, para 700 m3/s, foram de 0,090 kg/m3 e para o caudal de cheia de 10

000 m3/s foram de 4,250 kg/m3 sendo este um valor bastante elevado devido ao facto de

grande quantidade dos sedimentos de areia serem arrastados pelo escoamento alterando de

forma significativa a morfologia do fundo do canal conforme observado na figura 62.

Como se pode constatar nos perfis transversais da figura 62, na superfície e no fundo o

valor da concentração de sedimentos são diferentes e a sua distribuição não é uniforme, aliás

o valor vai diminuindo consideravelmente à medida que se aproxima da superfície, tendo nos

casos dos caudais de 200 m3/s, 450 m3/s e 700 m3/s um valor nulo na camada superficial,

enquanto para o caudal de cheia de 10 000 m3/s a camada superficial apresenta um valor de

0,8 kg/m3. Esta distribuição de valores da concentração deve-se essencialmente às

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

526000 526500 527000 527500 528000 528500 529000 529500 530000

Inicial 2 ano 4 ano 6 ano 8 ano 10 ano


Pro

fun

did

ad

ee

m r

ela

ção

ao

ze

ro h

idro

grá

fico

(m

)

EE SM


71

características dos sedimentos, para além das diferenças nas velocidades da corrente (sentido,

direcção e valor).

Figura 62 - Concentração máxima de sedimentos em planta (esquerda) e em perfil transversal

(direita) no estuário em função do caudal fluvial

Simulação 15 - 200 m3/s Perfil transversal



Simulação 18 – 10000 m3/s Perfil transversal

Capítulo - 4

72

4.4.2 Acção da maré

Para se quantificar os impactos que os diferentes tipos de maré provocam no estuário,

são apresentados na figura 63 os valores da erosão e sedimentação no estuário do rio Douro

para sedimentos não coesivos, ao fim de uma simulação com 36 horas, para os casos de maré

viva, maré morta e um valor intermédio da maré, com um caudal fluvial constante de 450

m3/s, sendo também apresentado uma simulação com os valores intermédios da maré ao fim

de um período de simulação com 10 anos.

Figura 63 - Valor da erosão e sedimentação no estuário do rio Douro para os vários tipos de maré e

valor ao fim de 10 anos

Através da análise da figura 63 é visível que quanto maior for o valor da amplitude de

maré maior será o valor da erosão e sedimentação, concluindo-se que o tipo de maré

influencia consideravelmente estes valores. A diferença de valores deve-se ao facto de que

quanto maior for a amplitude da maré maior será o volume de água que entra e é

posteriormente descarregado do estuário durante os ciclos de preia-mar e baixa-mar,

ocorrendo velocidades de escoamento maiores para marés vivas e velocidades menores para

marés mortas, provocando um maior ou menor transporte dos sedimentos.

Observa-se que os valores máximos de erosão e de sedimentação ocorrem junto ao

quebra-mar, local onde se obtêm os máximos valores de velocidade de escoamento,

registando-se 0,0640 m e 0,0064 m de sedimentação para maré viva e maré morta,

Simulação 26 - maré viva Simulação 27 - maré morta

Simulação 25 – maré intermédia Simulação 24 - maré intermédia 10 anos


73

respectivamente, e 0,0910 m e 0,0072 m de erosão para maré viva e maré morta,

respectivamente. Conclui-se, assim, que o valor de sedimentação máximo em maré viva é 10

vezes superior ao registado em maré morta e que o valor de erosão máximo em maré viva é

13 vezes superior ao registado em maré morta, o que é bastante significativo e evidencia a

importância que o tipo de maré pode exercer sobre a erosão e sedimentação no estuário.

Como analisado o valor de amplitude da maré influencia muito os valores da erosão e

sedimentação dos sedimentos não coesivos, sendo exemplo dessa influência os gráficos

apresentados na figura 64, que representam os valores da amplitude da maré viva e maré

morta, em correspondência com os valores da erosão na embocadura do estuário (estação de

observação 3 da figura 51), ao longo de um período de simulação com 2120 minutos.

Figura 64 - Valor da amplitude de maré tautócrono com a erosão/sedimentação à saída do estuário

para o cenário 26 (esquerda) e para o cenário 27 (direita)

Nos dois gráficos da figura 64, é visível que grande parte da erosão ocorre no período

de transição de preia-mar para baixa-mar, ou seja no momento da vazante do estuário, pois é

neste momento que a velocidade do escoamento é suficientemente elevada para mobilizar os

sedimentos, como analisado anteriormente através da figura 53, e mantendo-se constante no

momento da enchente do estuário no caso de maré morta enquanto para o gráfico da maré

viva sofre uma ligeira erosão neste período, devido ao volume de água que transita para o

interior do estuário ser maior do que no caso de maré morta, o que corresponde a velocidades

mais elevadas.

É visível a diferença de valores da erosão no caso da simulação com maré viva e no

caso de maré morta, havendo uma erosão para cada ciclo de maré de aproximadamente

0,0297 m no caso de maré viva, enquanto a erosão em cada ciclo de maré é de 0,0025 m no

-0,09

-0,08

-0,07

-0,06

-0,05

-0,04

-0,03

-0,02

-0,01

0

-2,5

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 500 1000 1500 2000

Maré Viva

Erosão / Sedimentação

metros (maré) metros (E/S)

minutos-0,008

-0,007

-0,006

-0,005

-0,004

-0,003

-0,002

-0,001

0

-1

-0,75

-0,5

-0,25

0

0,25

0,5

0,75

1

0 500 1000 1500 2000

Maré MortaErosão / Sedimentação

metros (maré) metros (E/S)

minutos

Capítulo - 4

74

caso de actuar a maré morta na embocadura do estuário (estação de observação 3), o que

evidencia uma diferença 12 vezes superior na erosão na simulação de maré viva para a de

maré morta, nessa zona.

Os gráficos das figuras 65, 66 e 67 apresentam os valores da erosão e sedimentação

para as 6 estações de observação indicadas na figura 51, em função das várias amplitudes de

maré analisadas (maré viva, maré morta e valor intermédio de maré) ao longo de um período

que engloba três ciclos de maré.

Figura 65 - Valor da erosão/sedimentação na estação de observação 1 (esquerda) e na estação de

observação 2 (direita) relativo a cada tipo de maré



0,000E+00

2,000E-03

4,000E-03

6,000E-03

8,000E-03

1,000E-02

1,200E-02

1,400E-02

1,600E-02

1,800E-02

0 500 1000 1500

Valor médio Maré viva Maré morta

metros

min

0,000E+00

1,000E-02

2,000E-02

3,000E-02

4,000E-02

5,000E-02

0 500 1000 1500


metros

min

-9,000E-02

-8,000E-02

-7,000E-02

-6,000E-02

-5,000E-02

-4,000E-02

-3,000E-02

-2,000E-02

-1,000E-02

0,000E+00

0 500 1000 1500 2000


metros min

-2,000E-03

0,000E+00

2,000E-03

4,000E-03

6,000E-03

8,000E-03

1,000E-02

1,200E-02

1,400E-02

1,600E-02

0 500 1000 1500 2000


metros min


75



Algo comum a todos os gráficos apresentados é a discrepância entre os valores das

simulações com maré viva e com maré morta, sendo que nas simulações que utilizam a maré

viva os valores são muito superiores em relação aos de maré morta tanto no caso de

sedimentação como no de erosão.

Segundo os resultados obtidos nas figuras anteriores é notório que os valores de erosão

e de sedimentação são similares para o caso de maré morta e para o caso do valor intermédio

da maré, podendo-se concluir que mesmo com maior velocidade na maré intermédia, essa não

é suficiente para mobilizar os sedimentos.

O ponto de observação onde se obteve o maior valor de erosão ao fim do período de

simulação foi na estação de observação 3 localizada à entrada do estuário com um valor de

0,0814 m, 0,0074 m e 0,0095 m para os casos de maré viva, maré morta, e valor intermédio

da maré, respectivamente, e o maior valor de sedimentação obtido, foi na estação de

observação número 2 a jusante da entrada do estuário, com um valor de 0,0469 m, 0,0048 m e

0,0059 m para os casos de maré viva, maré morta, e valor intermédio da maré

respectivamente, sendo estes sedimentos depositados oriundos da erosão existente a montante.

Na figura 65 estação de observação 2, exemplo onde se obteve os valores de maior

sedimentação, em cada ciclo de maré, há uma sedimentação de areia de 0,0469 m para o caso

de maré viva, enquanto para o caso de maré morta há uma sedimentação de 0,0048 m, sendo

10 vezes superior ao exemplo anterior, e para o caso do valor intermédio da maré há uma

sedimentação de 0,0059 m, 8 vezes superior ao primeiro caso.

-1,000E-03

0,000E+00

1,000E-03

2,000E-03

3,000E-03

4,000E-03

5,000E-03

6,000E-03

7,000E-03

8,000E-03

0 500 1000 1500


metros

min0,000E+00

1,000E-03

2,000E-03

3,000E-03

4,000E-03

5,000E-03

6,000E-03

7,000E-03

8,000E-03

0 500 1000 1500Valor médio Maré viva Maré morta

min

metros

Capítulo - 4

76

A figura 68 apresenta os valores de concentração máxima de sedimentos de areia em

planta e em perfil transversal da zona onde se registou o valor máximo de concentração no

estuário, em função dos tipos de maré analisados, valor intermédio da maré, maré viva e maré

morta, correspondendo às simulações 25, 26 e 27, respectivamente. Estes valores máximos de

concentração de sedimentos foram obtidos no instante de tempo referente ao momento da

vazante do estuário, correspondendo ao instante que se regista o maior valor da velocidade do

escoamento.


(direita) no estuário em função do tipo de maré

Simulação 25 - valor intermédio da maré Perfil transversal

Simulação 26 - maré viva Perfil transversal

Simulação 27 - maré morta Perfil transversal


77

Deduz-se que, os maiores valores de concentração de sedimentos são obtidos com

amplitudes de maré maiores, ocorrendo a máxima concentração de sedimentos nas

proximidades do quebra-mar, onde se localizam os valores de máxima velocidade de

escoamento. Os valores máximos localizados na camada de fundo, obtidos para o caso de

maré viva foram de 0,334 kg/m3, para o caso de maré morta foram 0,0436 kg/m3, e para o

caso do valor intermédio da maré foram 0,0458 kg/m3.

Através da análise dos perfis transversais da figura 68, na superfície e no fundo o valor

da concentração de sedimentos são diferentes e a sua distribuição não é uniforme, ou seja o

valor vai diminuindo consideravelmente à medida que se aproxima da superfície, possuindo

nos casos de maré viva, maré morta e valor intermédio da maré um valor nulo na camada

superficial. Esta distribuição de valores da concentração deve-se às características dos

sedimentos, e das diferenças nas velocidades da corrente (sentido, direcção e valor), havendo

uma maior variação dos valores da concentração com o tipo de maré que atua no estuário do

que a ocorrida pela variação dos caudais fluviais, exceptuando o caso de cheia. As variações

na concentração nas seções transversais, entre as margens e o meio do canal, são também

devidas às variações de velocidade de escoamento.

As tabelas 6 e 7 representam os valores máximos da concentração de sedimentos

registados nas seis estações de observação identificadas na figura 51, para as camadas

superiores, inferiores e intermédias (camada 6), bem como o respectivo instante de tempo em

que os valores máximos ocorrem desde o início da simulação.

Os valores correspondentes às primeiras 12 horas de simulação não foram

considerados validos, devido à instabilidade dos resultados que ocorre no modelo no início da

simulação (transição de situação estática para situação dinâmica). Analisando de uma forma

geral as seis estações de observação, observa-se que os valores da camada inferior são

sensivelmente 2,4 vezes superiores aos da camada intermédia e 12,4 vezes superiores aos da

camada superior para o caso de maré viva, e os valores da camada inferior são sensivelmente

3,4 vezes superiores aos da camada intermédia e 10,1 vezes superiores aos da camada

superior para o caso de maré morta. É também observado que o instante de tempo em que os

valores máximos da concentração de sedimentos ocorrem, é sensivelmente próxima, o que

indica a ocorrência de picos de valores, em um determinado momento específico do ciclo da

maré (período de vazante ou de enchente do estuário).

Capítulo - 4

78

Tabela 6 - Valores máximos da concentração de sedimentos para a estação 1, 2 e 3

Local Maré

Estação 1 Estação 2 Estação 3

Valor

(kg/m3)

Instante Valor

(kg/m3)

Instante Valor

(kg/m3)

Instante

(h:m:s) (h:m:s) (h:m:s)

Superfície

Maré media 0,000676 28:00:00 0,000552 41:20:00 0,000135 40:40:00

Maré viva 0,011500 31:20:00 0,013100 32:00:00 0,004269 32:00:00

Maré morta 0,000328 24:40:00 0,000310 24:40:00 0,000065 25:20:00

Intermédio

Maré media 0,004211 40:40:00 0,004810 41:20:00 0,003005 40:40:00

Maré viva 0,067200 31:20:00 0,069900 32:00:00 0,041300 32:00:00

Maré morta 0,002291 25:20:00 0,003027 24:40:00 0,001842 25:20:00

Fundo

Maré media 0,009284 40:40:00 0,011700 40:40:00 0,023600 40:40:00

Maré viva 0,138600 31:20:00 0,137200 32:00:00 0,204100 32:00:00

Maré morta 0,005092 25:20:00 0,007469 25:20:00 0,015900 25:20:00

Tabela 7 - Valores máximos da concentração de sedimentos para a estação 4, 5 e 6

Local Maré

Estação 4 Estação 5 Estação 6

Valor

(kg/m3)

Instante Valor

(kg/m3)

Instante Valor

(kg/m3)

Instante

(h:m:s) (h:m:s) (h:m:s)

Superfície

Maré media 0,000687 40:40:00 0,000710 41:20:00 0,000287 40:40:00

Maré viva 0,013900 32:00:00 0,021800 32:40:00 0,005180 31:20:00

Maré morta 0,003351 25:20:00 0,000288 26:00:00 0,000144 25:20:00

Intermédio

Maré media 0,000495 40:40:00 0,005421 41:20:00 0,001601 40:40:00

Maré viva 0,066300 32:00:00 0,098200 32:40:00 0,020800 31:20:00

Maré morta 0,002754 25:20:00 0,002576 26:00:00 0,000848 25:20:00

Fundo

Maré media 0,013200 40:40:00 0,014500 41:20:00 0,003258 40:40:00

Maré viva 0,142800 32:00:00 0,199800 32:40:00 0,039100 31:20:00

Maré morta 0,007799 25:20:00 0,007377 26:00:00 0,001674 25:20:00

4.4.3 Influência da dimensão dos sedimentos

De modo a avaliar o impacto que a dimensão dos sedimentos presentes no estuário do

rio Douro têm nos valores da erosão e sedimentação, foram seleccionados três valores de

diâmetro médio dos sedimentos (D50) não coesivos, pertencentes à subclasse das areias, uma

areia grosseira (D50 igual a 750 µm), uma areia média (D50 igual a 375 µm), e uma areia fina

(D50 igual a 200 µm), e feita a simulação num período de 36 horas com uma maré de valor

intermédio e um caudal fluvial constante de 450 m3/s, estando os resultados da erosão e

sedimentação apresentados na figura 69 sendo também apresentado o valor para uma

simulação ao fim de um período de 10 anos com uma areia fina.


79

Figura 69 - Valor da erosão e sedimentação no estuário do rio Douro para os vários tipos de D50 e

valor ao fim de 10 anos

Através da análise da figura 69 é visível que os valores da erosão e sedimentação estão

directamente relacionados com a dimensão dos sedimentos de areia, variando consoante a

dimensão dos mesmos, ou seja valores de D50 elevados originam valores de erosão e

sedimentação baixos, enquanto valores de D50 baixos originam valores de erosão e

sedimentação elevados, devendo-se ao facto de quanto menor for a dimensão das partículas

mais facilmente são arrastadas para uma dada velocidade de escoamento.

Nas simulações realizadas (cenários 28, 29 e 30), deduz-se que os valores máximos de

erosão e de sedimentação ocorrem na proximidade do quebra-mar, local onde se obtêm os

máximos valores de velocidade de escoamento, arrastando assim maior quantidade de

sedimentos consoante a sua dimensão, registando-se um valor máximo de erosão de 0,0096 m

para um D50 igual a 200 µm, 0,0086 m para um D50 igual a 375 µm, e 0,0067 m para um D50

igual a 750 µm, enquanto para a sedimentação máxima obteve-se também na zona junto ao

quebra-mar, seguidamente à zona de máxima erosão, com um valor de 0,0060 m para um D50

igual a 200 µm, 0,0053 m para um D50 igual a 375 µm, e 0,0045 m para um D50 igual a 750

µm. Conclui-se assim que aumentando em 1,88 vezes o valor de D50 (200 µm para 375 µm),

obteve-se um valor máximo de sedimentação e erosão aproximadamente 1,13 e 1,12 vezes

superiores respectivamente, e que aumentando em 3,75 vezes o valor de D50 (200 µm para

750 µm), obteve-se um valor máximo de sedimentação e erosão 1,33 e 1,43 vezes superiores

Simulação 29 - 750 µm Simulação 30 - 375 µm

Simulação 28 - 200 µm Simulação 24 -200 µm 10 anos

Capítulo - 4

80

respectivamente, o que é bastante significativo e evidencia a importância que a dimensão dos

sedimentos pode exercer sobre a erosão e sedimentação no estuário.

Os gráficos apresentados nas figuras 70, 71 e 72 exibem os valores da erosão e

sedimentação que ocorreram no local das 6 estações de observação evidenciadas na figura 51,

em função do diâmetro médio dos sedimentos (D50) seleccionados para uma areia grosseira,

uma areia media e uma areia fina ao longo de um período de simulação com 2 000 minutos,

que engloba três ciclos de maré.


observação 2 (direita) relativo a cada diâmetro médio dos sedimentos



0

0,0002

0,0004

0,0006

0,0008

0,001

0,0012

0,0014

0 500 1000 1500 2000

750 375 200D50 (μm) min

metros

-1,000E-03

0,000E+00

1,000E-03

2,000E-03

3,000E-03

4,000E-03

5,000E-03

6,000E-03

7,000E-03

0 500 1000 1500 2000

200 750 375D50 (μm)min

metros

-1,200E-02

-1,000E-02

-8,000E-03

-6,000E-03

-4,000E-03

-2,000E-03

0,000E+00

0 500 1000 1500 2000

200 750 375

minmetros

D50 (μm)

0,000E+00

2,000E-04

4,000E-04

6,000E-04

8,000E-04

1,000E-03

1,200E-03

1,400E-03

1,600E-03

0 500 1000 1500 2000

200 750 375

metros

D50 (μm) min


81



A principal conclusão a evidenciar é que os valores de erosão e sedimentação são

maiores para dimensões de sedimentos menores, o que seria de esperar, como observado

anteriormente.

Apos a análise de todos os pontos de observação registou-se que o maior valor de

erosão ao fim do período de simulação foi na estação de observação 3 localizada à entrada do

estuário, e o maior valor de sedimentação obtido, foi na estação de observação número 2 a

jusante da entrada do estuário, sendo estes sedimentos depositados oriundos da erosão

existente a montante.

Através da análise aos dados da figura 70, referente à estação de observação 2,

exemplo onde se obteve os valores de maior sedimentação, depreende-se que em cada ciclo de

maré há uma sedimentação de 0,00217 m para o caso de D50 igual a 200 µm, enquanto para o

caso de D50 igual a 375 µm há uma sedimentação de 0,00193 m, sendo 1,2 vezes inferior ao

exemplo anterior, e para o caso de D50 igual a 750 µm há uma sedimentação de 0,00155 m,

1,4 vezes inferior ao primeiro caso. Relativamente há estação de observação 3 exemplo onde

se obteve os valores de maior erosão, depreende-se que em cada ciclo de maré há uma erosão

de 0,0095 m para o caso de D50 igual a 200 µm, enquanto para o caso de D50 igual a 375 µm

há uma erosão de 0,00860 m, sendo 1,1 vezes inferior ao exemplo anterior, e para o caso de

D50 igual a 750 µm há uma erosão de 0,00670 m, 1,4 vezes inferior ao primeiro caso.

É também visível na estação de observação numero 1 e na figura 69 que o valor de

sedimentação para cada ciclo de maré apresenta uma grande discrepância de valores no caso

de D50 igual a 200 µm em comparação com os outros dois diâmetros analisados, o que indica

que a pluma de sedimentação formada à saída do estuário é sensivelmente maior para o caso

-3,000E-04

-2,000E-04

-1,000E-04

0,000E+00

1,000E-04

2,000E-04

3,000E-04

0 500 1000 1500 2000

200 750 375

metros

minD50 (μm)

-1,000E-04

0,000E+00

1,000E-04

2,000E-04

3,000E-04

4,000E-04

5,000E-04

6,000E-04

7,000E-04

8,000E-04

0 500 1000 1500 2000

200 750 375D50 (μm) min

metros

Capítulo - 4

82

de D50 igual a 200 µm, ou seja quando menor for a dimensão dos sedimentos maior será o

alcance da pluma de sedimentação formada á saída da embocadura do estuário.

Na estação de observação numero 5 foram obtidos valores de sedimentação de

0,00024 m para o caso de D50 igual a 200 µm, enquanto para os casos de D50 igual a 375 µm,

e a 750 µm, ocorre erosão de 0,00015 m e 0,00025 m respectivamente, o que evidencia que a

sedimentação se efectua mais a jusante para estes dois casos, e a montante dessa zona apenas

ocorre erosão no fundo do rio.

Na figura 73 é apresentada uma comparação em planta da embocadura do estuário do rio

Douro entre a erosão/sedimentação e concentração de sedimentos do cenário 28. Na figura 74 são

apresentados os valores da concentração de sedimentos sincronizado com a erosão/sedimentação à

saída do estuário referente ao ponto de observação 3 da figura 51 para o cenário 28 e para o cenário

de cheia 18 durante um período de simulação de 2080 minutos.

Figura 73 - Comparação entre erosão/sedimentação (esquerda) e concentração de sedimentos

(direita)

Figura 74 - Valor da concentração de sedimentos tautócrono com a erosão/sedimentação à saída do


-1,200E-02

-1,000E-02

-8,000E-03

-6,000E-03

-4,000E-03

-2,000E-03

0,000E+00

0

0,005

0,01

0,015

0,02

0,025

0 500 1000 1500 2000

Concentração de sedimentosErosão / Sedimentação

kg/m³ metros

min

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

0123456789

0 500 1000 1500 2000

Concentração de sedimentos

Erosão / Sedimentação

min

metroskg/m³


83

Os valores de erosão/sedimentação estão directamente associados aos da concentração

de sedimentos, como se pode observar pelas figuras 73 e 74, que evidenciam que as

localizações dos valores significativos de erosão/sedimentação ocorrem nos mesmos locais do

estuário que ocorrem os valores significativos da concentração de sedimentos, e que estes

também ocorrem nos mesmos intervalos de tempo durante a simulação. A figura 73

representada em planta corresponde ao instante de tempo da vazante do estuário, minuto1640,

onde se obtém o máximo valor da concentração de sedimentos. É visível pela figura 74, no

gráfico correspondente ao cenário 28, que em ambos os casos apenas há variação dos valores

no momento da vazante do estuário período de transição de preia-mar para baixa-mar, o que

se deve à elevada velocidade de escoamento que ocorre nesse período de tempo, como visto

anteriormente, enquanto no caso de cheia há uma variação contínua dos valores para ambos os

casos devido ao elevado volume de água fluvial que é descarregada para o oceano

continuamente durante todo o período da simulação.

A figura 75 apresenta os valores da concentração máxima de sedimentos de areia em

planta e em perfil transversal da zona onde se registou o valor máximo de concentração no

estuário, em função do diâmetro médio dos sedimentos (D50) analisados, 200 µm, 375 µm e

750 µm, correspondendo às simulações 28, 30 e 29, respectivamente. Estes valores máximos

de concentrarão de sedimentos foram obtidos no instante de tempo referente ao momento da

vazante do estuário, correspondendo ao minuto 1640, instante que se regista o maior valor da

velocidade do escoamento.

A concentração de sedimentos variou ao longo do tempo de forma semelhante ao

caudal descarregado na embocadura, havendo uma forte relação entre a concentração de

sedimentos em suspensão e sobre o fundo com a velocidade de descarga e o diâmetros médios

dos sedimentos, podendo indicar que a carga suspensa é originária do arrastamento provocado

pelo escoamento.

Como seria de esperar maiores valores de concentração de sedimentos são obtidos

para diâmetros médios dos sedimentos (D50) menores, ocorrendo a máxima concentração no

local onde se localizam os valores de máxima velocidade próximos do quebra-mar. Os valores

máximos localizados na camada de fundo, obtidos para o caso de D50 igual a 200 µm foram

de 0,047 kg/m3, para o caso de D50 igual a 375 µm foram 0,025 kg/m3, e para o caso de D50

igual a 750 µm foram 0,004 kg/m3.

Capítulo - 4

84


(direita) no estuário em função da dimensão dos sedimentos

Como se pode constatar nos perfis transversais da figura 75, na superfície e no fundo

os valores da concentração de sedimentos são diferentes e a sua distribuição não é uniforme,

aliás o valor vai diminuindo consideravelmente à medida que se aproxima da superfície, tendo

nos casos de D50 iguais a 200 µm, 375 µm e 750 µm um valor nulo na camada superficial,

sendo este valor nulo atingido em camadas mais profundas á medida que o diâmetro médio

dos sedimentos é maior, ou seja no caso de D50 igual a 200 µm, o valor nulo é atingido a

aproximadamente 2,5 m da superfície, enquanto no caso de D50 igual a 375 µm, o valor nulo

é atingido a aproximadamente 3,9 m da superfície, e no caso de D50 igual a 750 µm, o valor

nulo é atingido a aproximadamente 4,8 m da superfície no local referente a embocadura do

estuário (perfis transversais da figura 75). Esta distribuição de valores da concentração deve-

Simulação 28 - 200 µm Perfil transversal




85

se essencialmente às características dos sedimentos de areia, como o diâmetro médio dos

sedimentos, para além da diferença do vector da velocidade (sentido, direcção e valor). As

variações na concentração nas seções transversais, entre as margens e o meio do canal, são

também devidas à velocidade de escoamento ser maior.

As figuras 77, 79 e 81, mostram os resultados obtidos para o transporte de sedimentos

no fundo e em suspensão em função do diâmetro médio dos sedimentos 200 µm, 375 µm e

750 µm respectivamente, localizados à saída do estuário, no ponto de observação apresentado

na figura 26, durante um período de simulação com 2160 minutos que engloba três ciclos de

maré. As figuras 78, 80 e 82, mostram os mesmos dados em função do diâmetro médio dos

sedimentos 200 µm, 375 µm e 750 µm, respectivamente, em planta na zona de embocadura do

estuário, no instante de tempo em que se obtêm os valores máximos durante toda a simulação,

e que corresponde à terceira vazante que ocorre no estuário durante a simulação.

Figura 76 - Transporte de sedimentos no fundo (esquerda) e em suspensão (direita) no estuário para

o cenário 28

Figura 77 - Valor do transporte de sedimentos no fundo e em suspensão à saída do estuário para o

cenário 28

0,00

3,00

6,00

9,00

12,00

15,00

0 500 1000 1500 2000

Transporte

de

sedimentos

no fundo

Transporte

de

sedimentos

em

suspensão

cm3/s/m

minutos

Simulação 28 - fundo Simulação 28 - suspensão

Capítulo - 4

86


o cenário 29


cenário 29


o cenário 30


cenário 30

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

0 500 1000 1500 2000

Transporte

de

sedimentos

no fundo

Transporte

de

sedimentos

em

suspensão

cm3/s/m

minutos

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

0 500 1000 1500 2000

Transporte

de

sedimentos

no fundo

Transporte

de

sedimentos

em

suspensão

cm3/s/m

minutos

Simulação 29 - fundo

Simulação 29 - suspensão




87

Como seria de esperar o transporte mais significativo de sedimentos ocorreu na

embocadura do estuário, próximo do quebra-mar onde se encontram os valores de velocidade

de escoamento mais elevados. O segundo maior valor encontra-se junto à ermida de São

Miguel-o-Anjo, na zona mais profunda do estuário.

Através da análise das figuras 76, 78 e 80, observa-se que à medida que o diâmetro

médio dos sedimentos aumenta os valores de transporte dos sedimentos no fundo vai subindo,

e em contrapartida os valores de transporte dos sedimentos em suspensão vai baixando, o que

é compreensível pois como analisado anteriormente, a concentração de sedimentos nas

camadas superiores é menor para valores de D50 maiores. Observa-se também pelas figuras

77, 79 e 81, que apenas nos períodos de maior velocidade de escoamento, devido ao

fenómeno de vazante do estuário, os valores de transporte de sedimentos não são nulos.

4.4.4 Influência da massa volúmica dos sedimentos

Com o intuito de avaliar o impacto que a massa volúmica que os sedimentos de areia

presentes no estuário do rio Douro têm nos valores da erosão e sedimentação, foram

seleccionados três valores distintos de massa volúmica verossímeis que os sedimentos não

coesivos de areia podem apresentar, com 1900 kg/m3, 2650 kg/m3 e 2800 kg/m3. Foi

posteriormente realizada uma simulação num perdido de 36 horas com uma maré de valor

intermédio, um caudal fluvial constante de 450 m3/s e um valor de diâmetro médio dos

sedimentos (D50) igual a 200 µm, correspondendo a uma areia fina, estando os resultados da

erosão e sedimentação apresentados na figura 82 sendo também apresentado o valor para uma

simulação ao fim de um período de 10 anos com uma massa volúmica de 2650 kg/m3.

Através da análise da figura 82 é visível que os valores da erosão e sedimentação estão

directamente relacionados com a massa volúmica dos sedimentos de areia, variando

consoante a densidade dos mesmos, ou seja valores de massa volúmica elevados originam

valores de erosão e sedimentação baixos, enquanto valores de massa volúmica baixos

originam valores de erosão e sedimentação elevados, devendo-se ao facto de quanto menor

for a peso das partículas mais facilmente são arrastadas para uma dada velocidade de

escoamento originada pelo volume de água circundante, do que seria para partículas de maior

dimensão, devido ao seu peso ser mais elevado.

Capítulo - 4

88

Figura 82 - Valor da erosão e sedimentação no estuário do rio Douro para as várias massas

volúmicas dos sedimentos e valor ao fim de 10 anos

É descrito e analisado mais pormenorizadamente no capítulo A do anexo, os valores

da erosão/sedimentação apresentados pela figura 82 e nas estações de observação, bem como

a concentração de sedimentos nos cenários analisados neste capítulo (cenários 31, 32 e 33).

As figuras 84, 86 e 88, mostram os dados obtidos sobre o transporte de sedimentos no

fundo e em suspensão em função da massa volúmica dos sedimentos de areia com 1900

kg/m3, 2650 kg/m3 e 2800 kg/m3 respectivamente, localizados à saída do estuário, no ponto de

observação apresentado anteriormente na figura 26, durante um período de simulação com

2160 minutos que engloba três ciclos de maré. As figuras 83, 85 e 87, mostram os mesmos

dados em função da massa volúmica dos sedimentos de areia com 1900 kg/m3, 2650 kg/m3 e

2800 kg/m3 respectivamente, em planta da zona de embocadura do estuário do rio Douro, no

instante de tempo que se obtêm os valores máximos durante toda a simulação, e que

corresponde à terceira vazante que ocorre no estuário durante a simulação. Nestas simulações

foi considerado um valor de D50 igual a 200 µm.

Simulação 32 - 1900 kg/m3 Simulação 33 - 2800 kg/m3

Simulação 31 - 2650 kg/m3 Simulação 24 - 2650 kg/m3 10 anos


89

Figura 83 - Transporte de sedimentos no fundo (esquerda) e em suspensão (direita) no estuário para o

cenário 31


cenário 31

Figura 85 - Transporte de sedimentos no fundo (esquerda) e em suspensão (direita) no estuário para o cenário 32


cenário 32

0,00

3,00

6,00

9,00

12,00

15,00

0 500 1000 1500 2000

Transporte

de

sedimentos

no fundo

Transporte

de

sedimentos

em

suspensão

cm3/s/m

minutos

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

0 500 1000 1500 2000

Transporte

de

sedimentos

no fundo

Transporte

de

sedimentos

em

suspensão

cm3/s/m

minutos





Capítulo - 4

90


o cenário 33


cenário 33

Como seria de esperar o maior transporte de sedimentos ocorreu na embocadura do

estuário, próximo do quebra-mar onde se encontram os valores de velocidade de escoamento

mais elevados. O segundo maior valor encontrasse junto à ermida de São Miguel-o-Anjo, na

zona mais profunda do estuário.

Através da análise das figuras 83, 85 e 87, observa-se que à medida que o valor da

massa volúmica dos sedimentos de areia aumenta os valores de transporte de sedimentos no

fundo e em suspensa vão diminuindo de valor, o que é compreensível visto que com o

aumento da massa volúmica as partículas de sedimentos exigem maior esforço para passaram

de um estado estático para um estado dinâmico. Observa-se também pelas figuras 84, 86 e 88,

que apenas nos períodos de maior velocidade de escoamento, devido ao fenómeno de vazante

do estuário, os valores de transporte de sedimentos não são nulos.

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

0 500 1000 1500 2000

Transporte

de

sedimentos

no fundo

Transporte

de

sedimentos

em

suspensão

cm3/s/m

minutos




91

4.5 Análise no caso de ruptura das estruturas de defesa na embocadura

De modo a analisar o comportamento do escoamento e da dinâmica sedimentar no

estuário do rio Douro sem as estruturas de defesa na embocadura (quebra-mar e molho norte),

para um caso hipotético de colapso das estruturas ou com o objetivo de efectuar uma análise

ao historial destes comportamentos antes da construção recente do quebra-mar (2004 a 2008),

foram retirados do modelo os molhes norte e sul da embocadura, e mantido todas as restantes

características do modelo do estuário, descritas anteriormente no capitulo 3 referente à

construção do modelo.

4.5.1 Análise Hidrodinâmica

As figuras 89 (caudal fluvial de 450 m3/s) e 90 (caudal fluvial de 10000 m3/s)

apresentam as elevação da superfície ao longo do tempo de simulação, em relação ao zero

hidrográfico, na estação de observação localizada à saída do estuário (figura 26), para os

casos de ruptura e sem ruptura das estruturas de defesa, atuado no estuário um valor

intermédio de maré.

Figura 89 - Elevação da superfície ao longo do tempo para o para os cenários 34 e 16

Figura 90 - Elevação da superfície ao longo do tempo para o para os cenários 35 e 18

-1

-0,75

-0,5

-0,25

0

0,25

0,5

0,75

1

0 500 1000 1500 2000 2500

Com

quebra-mar

Sem

quebra-mar

metros

minutos

-1

-0,75

-0,5

-0,25

0

0,25

0,5

0,75

1

1,25

1,5

0 500 1000 1500 2000 2500

Com

quebra-mar

Sem

quebra-mar

metros

minutos

Capítulo - 4

92

O principal aspecto a reter na análise dos gráficos de elevação de superfície, é a

diferença de amplitudes entre os dois tipos de cenários com estruturas e sem estruturas de

defesa no local de observação, para o caso de caudal de cheia de 10 000 m3/s, apresentando

uma diminuição de aproximadamente 0,5 m nos instantes de preia-mar e baixa-mar no caso de

ruptura em comparação ao caso da estrutura se manter intacta, pelo que indicia uma maior

resistência ao escoamento neste ultimo caso, provocando um aumento do nível da água no

interior do estuário. Para um caudal fluvial médio anual de 450 m3/s os valores da elevação da

superfície mantêm-se análogos para os dois casos de estudo ao longo de todo o período de

simulação.

Na comparação entre os dois cenários analisados, com ruptura e sem ruptura das

estruturas de defesa, para os restantes locais do estuário, no caso de um caudal fluvial médio

anual de 450 m3/s, os valores do nível de água mantêm-se análogos no momento de baixa-

mar, e sofrem uma ligeira diminuição no caso da ausência das estruturas a quando do

momento de preia-mar, para montante da embocadura. No caso de cheia, para um caudal de

10 000 m3/s, escoado pelo rio Douro, os valores de nível de água sofrem uma moderada

diminuição no caso da ausência das estruturas de defesa para montante da embocadura, em

todos os instantes da simulação (baixa-mar e preia mar).

Estas características estão esplanadas na figura 91 que representa em planta a altura da

superfície de água no estuário em baixa-mar e em preia-mar para os cenários de caudal fluvial

médio anual e caudal de cheia com ruptura e sem ruptura das estruturas de defesa em relação

ao zero hidrográfico.


93

Figura 91 - Nível de água em baixa-mar e em preia-mar para os cenários de ruptura (esquerda) e

sem ruptura (direita) das estruturas de defesa

Na figura 92 são apresentados os valores da velocidade superficial em planta no caso

de ruptura das estruturas de defesa, e em perfil longitudinal para os dois casos de ruptura e

sem ruptura, compreendidos entre o oceano e a Ponte do Freixo, para o momento de

ocorrência da máxima velocidade correspondente à vazante do estuário após a preia-mar,

considerando um caudal fluvial de 450 m3/s.

Simulação 34 – baixa-mar - 450 m3/s Simulação 16 – baixa-mar - 450 m3/s

Simulação 34 – preia-mar - 450 m3/s Simulação 16 – preia-mar - 450 m3/s

Simulação 35 – baixa-mar - 10000 m3/s Simulação 18 – baixa-mar - 10000 m3/s

Simulação 35 – preia-mar - 10000 m3/s Simulação 18 – preia-mar - 10000 m3/s

Capítulo - 4

94

Figura 92 - Velocidade superficial em planta (cima) e em perfil longitudinal (baixo) do estuário

para um caudal fluvial de 450 m³/s (cenário 34)

Neste cenário a remoção das estruturas de defesa, provoca uma diminuição acentuada

de velocidade localizada à entrada do estuário, com o valor máximo da velocidade de 0,93

m/s a diminuir para 0,59 m/s, ou seja 1,6 vezes inferior, devido ao alargamento da seção do

rio. Deste modo a velocidade máxima localizada no estuário encontra-se entre a Ponte do

Infante e a Ponte do Freixo (na coordenada x 534466), com um valor de 0,78 m/s, e a

velocidade máxima junto à embocadura encontra-se mais a montante que no cenário de não

ruptura das estruturas, na zona mais profunda do estuário junto à ermida de São Miguel-o-

Anjo (na coordenada x 527911), com um valor de 0,73 m/s. Para montante do quebra-mar ate

à Ponte do Freixo os valores da velocidade superficial são análogos em ambas as situações de

ruptura e de não ruptura das estruturas de defesa. Verifica-se também que a direcção do jacto

e consequentemente a forma como este se dispersa no oceano, é fortemente influenciada pelas

estruturas de defesa, sendo que no caso de ruptura o jacto é desviado para oeste em forma de

pluma alongada.

No capítulo B do anexo são apresentados pormenores relativos à análise

hidrodinâmica da velocidade horizontal na embocadura e em profundidade em maior

pormenor para o caso de ruptura das estruturas de defesa.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

526000 528000 530000 532000 534000

Com

quebra-mar

Sem

quebra-mar

Ve

loci

da

de

(m

/s)

Cordenada x(m)

SM PA PI PF


95

4.5.2 Análise à dinâmica sedimentar

Para se quantificar os impactos que a ruptura das estruturas de defesa na embocadura

provocam nos valores da erosão e sedimentação relativos ao estuário do rio Douro, são

apresentados na figura 93 os referidos valores, para sedimentos não coesivos, ao fim de um

período de simulação com 36 horas, para os casos de caudal médio anual de 450 m3/s e para o

caudal de cheia de 10 000 m3/s, comparando os cenários com ruptura e sem ruptura das

estruturas de defesa. São também apresentados os valores finais da erosão e sedimentação ao

fim de um período de simulação com 10 anos, com um caudal fluvial médio anual constante

de 450 m3/s para os cenários com ruptura e sem ruptura das estruturas de defesa. Em todas as

simulações em análise é aplicado o valor intermédio da maré.

Figura 93 - Valor da erosão e sedimentação no estuário para os cenários de ruptura e sem ruptura

das estruturas de defesa e ao fim de 10 anos

Simulação 34 – sem estruturas (450 m3/s) Simulação 16 – com estruturas (450 m3/s)


Simulação 36 – sem estruturas (10 anos) Simulação 24 – com estruturas (10 anos)

Capítulo - 4

96

Através da análise da figura 93 é visível que para os cenários de ruptura das estruturas

de defesa, os valores da erosão e sedimentação são menores, o que seria de esperar uma vez

que esta situação reduz a velocidade de escoamento na embocadura do estuário.

Os valores máximos de erosão e sedimentação apos ruptura ocorrem mais a montante

do quebra-mar, na zona mais profunda do estuário junto à ermida de São Miguel-o-Anjo,

enquanto para o caso de não ruptura os valores máximos ocorrem mais a jusante que a

situação anterior, junto ao quebra-mar no local onde se obtêm os valores de máxima

velocidade. Sendo um dos principais objectivos que levaram à construção do quebra-mar a

redução dos valores da erosão e sedimentação no interior do estuário, de modo a reduzir a

necessidade de futuras dragagens, é apurado pelos resultados obtidos que esta intenção é

obtida com sucesso a longo prazo.

A figura 94 apresenta os valores de concentração máxima de sedimentos de areia na

camada de fundo, localizados na foz do estuário, para os casos de ruptura e sem ruptura das

estruturas de defesa na embocadura, em função do caudal médio anual de 450 m3/s e do

caudal de cheia de 10 000 m3/s, considerando um valor intermédio da maré. Estes valores

máximos de concentrarão de sedimentos foram obtidos no instante de tempo referente ao

momento da vazante do estuário, correspondendo ao instante que se regista o maior valor da

velocidade do escoamento.

Figura 94 - Concentração máxima de sedimentos no estuário para os cenários de ruptura e sem

ruptura das estruturas de defesa

Simulação 34 – sem estruturas (450 m3/s)

Simulação 16 – com estruturas (450 m3/s)



97

Através da análise da figura 94 é visível que o valor mais elevado da concentração de

sedimentos para o caudal médio anual de 450 m3/s, é obtido na situação de não ruptura das

estruturas de defesa, e contrariamente, no caso de caudal de cheia de 10 000 m3/s, o valor

mais elevado de concentração de sedimentos ocorre na situação de ruptura das estruturas de

defesa localizando-se junto ao quebra-mar.

Verifica-se também que a direcção do jacto de concentração de sedimentos e

consequentemente a forma como este se dispersa no oceano, é fortemente influenciada pelas

estruturas de defesa, sendo que no caso de ruptura o jacto é desviado para oeste em forma de

pluma alongada, enquanto no caso de não ruptura este é desviado para sudoeste.

No capítulo B do anexo é descrito mais pormenorizadamente os valores da

erosão/sedimentação e concentração de sedimentos nos cenários de ruptura e não ruptura das

estruturas de defesa analisados anteriormente.

Capítulo - 4

98

99

5

5. Conclusões e sugestões para trabalhos futuros

5.1 Conclusões

Este trabalho teve como objectivo principal a análise da hidrodinâmica,

recorrendo a um modelo de circulação tridimensional em situações normais e

excepcionais, e a caracterização da dinâmica sedimentar no estuário do rio Douro,

suportadas por ferramentas de modelação matemática.

Para cumprir estes objectivos houve a necessidade de aprendizagem e de

desenvolver uma caracterização pormenorizada das ferramentas de modelação

hidrodinâmicas e de dinâmica sedimentar. Foram concebidos uma série de cenários,

possíveis de ocorrerem com interesse para uma análise e investigação das características

hidrodinâmicas e de sedimentação erosão no estuário do rio Douro.

Perante os resultados obtidos e analisados, este estudo possibilitou retirar as

seguintes conclusões:

Retiram-se as seguintes conclusões gerais do trabalho desenvolvido:

� A aplicação de modelos matemáticos ao estudo da hidrodinâmica e da

dinâmica sedimentar em zonas estuarinas, demonstrou que esta

ferramenta de modelação matemática (Delft3D) é particularmente útil

para a análise destes sistemas aquáticos. A calibração e validação destes

modelos através de dados obtidos por medições, e de características e

comportamentos das massas de água intrínsecas ao estuário, permite

construir poderosos meios informáticos de grande utilidade na análise e

investigação relativamente às áreas da hidrodinâmica e da dinâmica

sedimentar nos sistemas estuarinos.

� Através da análise hidrodinâmica pode-se deduzir que a velocidade do

escoamento no estuário do rio Douro depende com maior importância e

Capítulo - 5

100

relevância de dois factores que são o caudal descarregado pela barragem

de Crestuma, e o tipo de maré que actua no estuário. O caudal porque

quanto maior o volume de água descarregado pela barragem de Crestuma

num dado intervalo de tempo, maior será a velocidade de escoamento

numa dada secção do canal do rio Douro. A maré porque quanto maior

for a amplitude de maré maior será o volume de água oceânica que é

deslocada durante o período de enchente e de vazante do estuário,

gerando velocidades de escoamento mais elevadas. Os valores máximos

da velocidade de escoamento localizam-se na zona junto ao quebra-mar,

devido à redução da secção transversal.

� Os valores associados à dinâmica sedimentar estão inteiramente

dependentes das condicionantes hidrodinâmicas anteriormente referidas

como o caudal fluvial e a amplitude da maré, registando-se durante o

período da vazante uma maior concentração de sedimentos relativamente

à enchente, o que sugere que nem toda a quantidade de sedimentos volta

com a enchente da maré, uma grande parte parece capaz de avançar em

direcção à embocadura. A descarga fluvial apresenta-se como factor

chave para os sedimentos saírem do estuário para o oceano, sendo que

nos cenários de cheia a morfologia de fundo do rio é completamente

alterada, devido à descarga de grandes quantidades de água em tempo

reduzido. Os resultados da erosão, sedimentação e concentração de

sedimentos são também amplamente condicionados pelas características

dos sedimentos não coesivos, como o diâmetro médio dos sedimentos e a

sua massa volúmica. Os valores mais elevados de erosão e sedimentação

ocorrem na mesma zona que os valores mais elevados da concentração

de sedimentos, junto ao quebra-mar, onde se registam os valores

máximos da velocidade de escoamento, estando directamente

relacionados.

� Da análise de ruptura das estruturas de defesa, podemos afirmar que o

seu colapso origina velocidades de escoamento, erosões/sedimentações e

consequentemente valores da concentração de sedimentos menores no

estuário do rio Douro, alterando a localização onde estes valores

máximos ocorrem para a zona mais profunda do estuário junto à ermida

de São Miguel-o-Anjo ao invés de ocorrerem mais a jusante na zona

junto ao quebra-mar. Para situações de cheia, observa-se uma diminuição

Conclusões

101

considerável dos valores de nível da água junto à embocadura do estuário

em relação ao cenário de não ruptura.

Salientam-se as seguintes conclusões específicas relativamente à análise

hidrodinâmica:

� À saída do estuário do rio Douro, registou-se uma diferença de amplitude

da maré de aproximadamente um metro em relação à maré morta e maré

viva.

� Relativamente à altura da água, é exposta uma grande área da restinga no

momento de baixa-mar, sendo esta maior ou menor conforme seja maré

viva ou maré morta criando assim um grande banco de areia na parte sul

do estuário, sendo posteriormente coberta parcialmente na transição para

preia-mar, mas não totalmente coberta criando assim uma barreira ao

escoamento da água do rio Douro para o oceano, que se processa sempre

na parte norte do estuário para as situações de caudal médio anual, em

anos húmidos e em anos secos, que são descarregados pela barragem de

Crestuma. No caso de caudal de cheia, de 10 000 m3/s, escoado pelo rio

Douro, a restinga é submersa quase na sua totalidade.

� Os valores mais elevados da velocidade ocorrem na parte superior da

embocadura do estuário devido ao estreitamento da seção transversal

gerado pela presença do quebra-mar, enquanto na parte inferior da

embocadura no interior do estuário a velocidade é muito próxima do

valor nulo.

� São visíveis dois vórtices posteriores à embocadura do estuário, um na

direcção anti-horária e outro na direcção horaria a sul e a norte do jacto

de água, respectivamente.

� Em todo o desenvolvimento do estuário do rio Douro, desde o oceano até

à barragem de Crestuma, são evidenciadas quatro zonas onde a

velocidade atinge picos. A principal zona onde este fenómeno acontece é

na entrada do estuário devido ao estreitamento da seção gerada pela

presença do quebra-mar, e onde ocorrem os valores mais elevados da

velocidade de escoamento, o segundo pico de velocidade ocorre na zona

mais profunda do estuário que se situa perto da ermida de São Miguel-o-

Anjo, o terceiro pico ocorre junto à Ponte da Arrábida e o quarto pico

ocorre entre a Ponte do Infante e a Ponte do Freixo.

Capítulo - 5

102

� Constatou-se que não ocorre a inversão do sentido de escoamento na

situação de maré viva, para caudais fluviais superiores a 1200 m3/s, e em

mare morta para caudais fluviais igual ou superiores a 700 m3/s.

� Os valores superiores da velocidade ocorrem à superfície, e vão

diminuindo com a profundidade, de uma forma menos acentuada até

aproximadamente metade da altura da coluna de água, acentuando-se

cada vez mais à medida que a profundidade aumenta

Salientam-se as seguintes conclusões específicas relativamente à análise da

dinâmica sedimentar:

� As zonas que apresentam maiores valores de erosão e sedimentação estão

localizadas junto à embocadura (sendo esta a que apresenta valores mais

elevados), a jusante da Ponte da Arrábida e ente a Ponte do Infante e a

Ponte do Freixo.

� O transporte de sedimentos é feito predominantemente em direcção ao

mar para todos os cenários considerados, e é visível a existência de

erosão localizada no início do quebra-mar, seguido de uma deposição de

sedimentos formando um banco de areia a jusante deste, que vai

reduzindo de valor à medida que se desloca para o oceano devido as

correntes tenderem a ser de menor intensidade.

� No cenário de cheia com caudal de 10 000 m3/s existe uma grande

alteração da configuração de fundo do estuário, apresentando grandes

valores de erosão e de sedimentação principalmente na zona da

embocadura e junto a Ponte da Arrábida. Os valores mais elevados de

erosão estão predominantemente situados no meio do canal onde se

desloca a maior parte do volume de água e a maiores velocidades,

arrastando consigo os sedimentos do leito, enquanto os valores mais

elevados de sedimentação encontra-se localizado nas margens.

� Relativamente à profundidade em relação ao zero hidrográfico do leito

do rio referente à zona central do leito para o cenário de cheia constata-se

a criação de duas zonas profundas que chegam aos 20 m e 18 m de

profundidade localizadas na embocadura e junto à Ponte da Arrábida,

oriundas da grande erosão que ocorreu nessas zonas durante a simulação,

enquanto nas margens do leito o fundo eleva-se em 4 m relativamente à

Conclusões

103

posição inicial, o que poderá ser desfavorável para as condições de

navegabilidade.

� É conclusivo que os valores da erosão, sedimentação e concentração de

sedimentos apenas se alteram a quando da vazante do estuário, e

mantêm-se constantes no momento da enchente proporcionado pelo ciclo

das marés, devendo-se ao facto de as velocidades de escoamento serem

superiores no período da vazante.

� Os valores de velocidade são demasiado baixos no momento da enchente

do estuário, para arrastarem as partículas de areia na zona do quebra-mar,

provocando assim um período de tempo onde o fundo se mantém

constante. É perceptível que o valor da velocidade necessária para

arrastar as partículas de areia com as características descritas para o

cenário 17, localizadas à saída do estuário junto ao quebra-mar (estação

de observação 3), é aproximadamente 0,3 m/s. Relativamente ao caudal

de cheia, de 10 000 m3/s são obtidos grandes valores de velocidade

devido ao grande volume de água descarregado pelo estuário para o

oceano, o que provoca constantemente grandes erosões na embocadura

do estuário.

� A concentração de sedimentos variou ao longo do tempo de forma

semelhante ao caudal descarregado na embocadura, havendo uma forte

relação entre a concentração de sedimentos em suspensão e sobre o

fundo e a velocidade de descarga.

� O valor da concentração de sedimentos divergem da superfície para o

fundo do canal do rio, e a sua distribuição não é uniforme, aliás o valor

vai diminuindo consideravelmente à medida que se aproxima da

superfície, tendo nos casos de caudal médio anual, em anos húmidos e

em anos secos um valor próximo de nulo na camada superficial,

enquanto para o caudal de cheia de 10 000 m3/s a camada superficial

apresenta um valor de aproximadamente 0,8 kg/m3. Esta distribuição de

valores da concentração deve-se essencialmente às características dos

sedimentos, para além das diferenças nas correntes (sentido, direcção e

valor das velocidades).

� Algo comum aos cenários da maré analisados é a discrepância entre os

valores das simulações com maré viva e com maré morta, sendo que nas

simulações que utilizam a maré viva os valores são muito superiores em

Capítulo - 5

104

relação aos de maré morta tanto no caso de sedimentação como no de

erosão.

� Registou-se que à medida que o diâmetro médio dos sedimentos aumenta

os valores de transporte de sedimentos no fundo vão subindo de valor, e

em contrapartida os valores de transporte de sedimentos em suspensão

vão baixando de valor, enquanto no caso da alteração da massa volúmica

os valores de transporte de sedimentos no fundo e em suspensão vão

diminuindo de valor à medida que o valor da massa volúmica dos

sedimentos aumenta. Apenas nos períodos de maior velocidade de

escoamento, devido ao fenómeno da vazante do estuário, os valores de

transporte de sedimentos não são nulos.

5.2 Sugestões para trabalhos futuros

Como sugestões para trabalhos futuros, salienta-se a realização de análises às

condições hidrodinâmicas e de dinâmica sedimentar para um período de tempo maior.

Seria interessante fazer a conceção de um modelo local do estuário, sendo o seu

domínio meramente a região da restinga, com objetivo de construir uma grelha onde se

obtivesse um grande refinamento desse local, permitindo deste modo uma análise

mais pormenorizada à dinâmica sedimentar do banco de areia do cabedelo.

Uma outra sugestão passa por fazer o mesmo estudo implementando no modelo,

a acção de correntes termohalinas e de estratificação térmica, a acção das ondas, e do

vento, que provocam movimentos das massas de água importantes para o estudo da

hidrodinâmica e da dinâmica sedimentar no estuário do rio Douro.

Relativamente ao tipo de sedimentos analisados, era importante ser feito um

estudo mais abrangente, contemplando sedimentos coesivos, possibilitando o estudo da

floculação, para a determinação de tamanho e densidade dos flocos, em condições

hidrodinâmicas diversas, o estudo de deposição de sedimentos coesivos no estuário, e a

determinação das propriedades de erosão de sedimentos coesivos quando submetidos a

diversos tipos de escoamentos.

Sugere-se também que se faça uma previsão do aumento que o nível médio da

água do mar poderá alcançar no futuro, devido às alterações climáticas, e aplicar os

Conclusões

105

resultados dessa previsão no modelo, tendo como objetivo saber quais as zonas

inundadas do estuário, o desempenho que o quebra-mar apresentará, e o comportamento

que o banco de areia do cabedelo irá ter em diferentes condições hidrodinâmicas.

Por fim, teria interesse ainda a criação de uma plataforma de modelação

operacional em ambiente Web suportada no modelo implementado que permita a

visualização dos resultados de simulações em ambiente Web e a interação com o

modelo instalado num servidor remoto, definindo-se e accionando-se a execução remota

de novas simulações o que permitiria a partilha e divulgação dos resultados obtidos.

106

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Bibliografia

110

Anexo

111

Anexo

Anexo

A. Influência da massa volúmica dos sedimentos na análise da dinâmica sedimentar

Nas simulações realizadas (cenários 31, 32 e 33), apresentados anteriormente na

figura 82, observa-se que os valores máximos de erosão e de sedimentação ocorrem

junto ao quebra-mar, local onde se obtêm os valores máximos da velocidade de

escoamento, arrastando assim maior quantidade de sedimentos de areia consoante a sua

massa volúmica, registando-se um valor máximo de erosão de 0,0290 m para uma

massa volúmica igual a 1900 kg/m3, 0,0095 m para uma massa volúmica igual a 2650

kg/m3, e 0,0082 m para uma massa volúmica igual a 2800 kg/m3, enquanto para a

sedimentação obteve-se também na zona do junto ao quebra-mar a jusante dos valores

máximos de erosão, com um valor máximo de 0,016 m para uma massa volúmica igual

a 1900 kg/m3, 0,006 m para uma massa volúmica igual a 2650 kg/m3, e 0,005 m para uma

massa volúmica igual a 2800 kg/m3. Concluísse assim que aumentando em 1,4 vezes o

valor da massa volúmica (1900 kg/m3 para 2650 kg/m3), obteve-se um valor máximo de

sedimentação e erosão são 2,7 e 3,1 vezes superiores respectivamente, e que

aumentando em 1,5 vezes o valor da massa volúmica (1900 kg/m3 para 2800 kg/m3),

obteve-se um valor máximo de sedimentação e erosão 3,2 e 3,5 vezes superiores

respectivamente, o que é bastante significativo e evidencia a importância que a massa

volúmica dos sedimentos pode exercer sobre a erosão e sedimentação no estuário.

Os gráficos apresentados nas figuras 95, 96 e 97 exibem os valores da erosão e

sedimentação que ocorreram no local das 6 estacoes de observação evidenciadas na

figura 51, em função da massa volúmica dos sedimentos de areia seleccionadas (1900

kg/m3, 2650 kg/m3 e 2800 kg/m3) ao longo de um período de simulação com 2000

minutos, que engloba três ciclos de maré.

Anexo

112

Figura 95 - Valor da erosão/sedimentação na estação de observação 1 (esquerda) e na

estação de observação 2 (direita) relativo a cada massa volúmica dos sedimentos





0,000E+00

1,000E-03

2,000E-03

3,000E-03

4,000E-03

5,000E-03

6,000E-03

0 500 1000 1500 2000

d2650 d1900 d2800 min

metros

0,000E+00

2,000E-03

4,000E-03

6,000E-03

8,000E-03

1,000E-02

1,200E-02

1,400E-02

1,600E-02

1,800E-02

0 500 1000 1500 2000

d2650 d1900 d2800 min

metros

-3,500E-02

-3,000E-02

-2,500E-02

-2,000E-02

-1,500E-02

-1,000E-02

-5,000E-03

0,000E+00

0 500 1000 1500 2000

d2650 d1900 d2800

minmetros

0,000E+00

1,000E-03

2,000E-03

3,000E-03

4,000E-03

5,000E-03

0 500 1000 1500 2000

d2650 d1900 d2800 min

metros

-2,000E-04

-1,000E-04

0,000E+00

1,000E-04

2,000E-04

3,000E-04

4,000E-04

5,000E-04

0 500 1000 1500 2000

d2650 d1900 d2800 min

metros

0,000E+00

5,000E-04

1,000E-03

1,500E-03

2,000E-03

2,500E-03

3,000E-03

3,500E-03

0 500 1000 1500 2000

d2650 d1900 d2800 min

metros

Anexo

113

Algo comum a todos os gráficos apresentados são os valores de erosão e

sedimentação serem maiores para massas volúmicas de sedimentos de areia menores, o

que seria de esperar, como observado anteriormente.

O ponto de observação onde se obteve o maior valor de erosão ao fim do período

de simulação foi na estação de observação 3 localizada à entrada do estuário com um

valor de 0,02898 m, 0,00954 m e 0,00818 m para os casos de massa volúmica igual a

1900 kg/m3, 2650 kg/m3, e 2800 kg/m3 respectivamente, e o maior valor de sedimentação

obtido, foi na estação de observação número 2 a jusante da entrada do estuário, com um

valor de 0,01598 m, 0,00592 m e 0,00507 m para os casos de massa volúmica dos

sedimentos igual a 1900 kg/m3, 2650 kg/m3, e 2800 kg/m3 respectivamente, sendo estes

sedimentos depositados oriundos da erosão existente a montante.

Na figura 95 estação de observação 2, exemplo onde se obteve os valores de

maior sedimentação, em cada ciclo de maré, há uma sedimentação de areia de 0,00593

m para o caso de massa volúmica igual a 1900 kg/m3, enquanto para o caso de massa

volúmica igual a 2650 kg/m3 há uma sedimentação de 0,00217 m, sendo 2,7 vezes

inferior ao exemplo anterior, e para o caso de massa volúmica igual a 2800 kg/m3 há uma

sedimentação de 0,00187 m, 3,2 vezes inferior ao primeiro caso. Relativamente há

estação de observação 3 exemplo onde se obteve os valores de maior erosão, em cada

ciclo de maré, há uma erosão de 0,01063 m para o caso de massa volúmica igual a 1900

kg/m3, enquanto para o caso de massa volúmica igual a 2650 kg/m3 há uma erosão de

0,00348 m, sendo 3,1 vezes inferior ao exemplo anterior, e para o caso de massa

volúmica igual a 2800 kg/m3 há uma erosão de 0,00299 m, 3,6 vezes inferior ao primeiro

caso.

Na estação de observação número 5 ocorre uma erosão seguida de sedimentação

em cada ciclo de maré, obtendo-se valores de erosão de aproximadamente 0,000098 m,

0,000020 m e 0,000017 m, e valores de sedimentação de aproximadamente 0,000230 m,

0,000120 m e 0,000095 m para as massas volúmicas dos sedimentos de valor igual a

1900 kg/m3, 2650 kg/m3 e 2800 kg/m3 respectivamente, durante cada ciclo de maré.

A figura 98 apresenta os valores da concentração máxima de sedimentos de areia

em planta e em perfil transversal da zona onde se registou o valor máximo de

concentração no estuário do rio Douro, em função da massa volúmica dos sedimentos

de areia analisados, 1900 kg/m3, 2650 kg/m3 e 2800 kg/m3, correspondendo às simulações

Anexo

114

32, 31 e 33 respectivamente. Estes valores máximos de concentrarão de sedimentos

foram obtidos no instante de tempo referente ao momento da vazante do estuário,

instante que se regista o maior valor da velocidade do escoamento.

Figura 98 - Concentração máxima de sedimentos em planta (esquerda) e em perfil

transversal (direita) no estuário em função da massa volúmica dos sedimentos

Verificou-se que a concentração de sedimentos variou ao longo do tempo de

forma semelhante ao caudal descarregado na embocadura, havendo uma forte relação

entre a concentração de sedimentos em suspensão e sobre o fundo com a velocidade de

descarga e a massa volúmica dos sedimentos, podendo indicar que a carga suspensa é

originária do arrastamento provocado pelo escoamento.

Simulação 31 - 2650 kg/m3 Perfil transversal



Anexo

115

Como seria de esperar maiores valores de concentração de sedimentos são

obtidos para massas volúmicas dos sedimentos menores, ocorrendo o valor de máxima

concentração no local onde se localizam os valores de velocidade máxima próximos do

quebra-mar. Os valores máximos de concentração de sedimentos localizados na camada

de fundo, obtidos para o caso de massa volúmica igual a 1900 kg/m3 foram de 0,092

kg/m3, para o caso de massa volúmica igual a 2650 kg/m3 foram 0,046 kg/m3, e para o

caso de massa volúmica igual a 2800 kg/m3 foram 0,041 kg/m3.

Como se pode constatar nos perfis transversais da figura 98, na superfície e no

fundo o valor da concentração de sedimentos são diferentes e a sua distribuição não é

uniforme, aliás o valor vai diminuindo consideravelmente à medida que se aproxima da

superfície, tendo nos casos de massa volúmica iguais a 1900 kg/m3, 2650 kg/m3 e 2800

kg/m3 um valor nulo na camada superficial, sendo este valor nulo atingido em camadas

mais profundas á medida que a massa volúmica dos sedimentos é maior. Esta

distribuição de valores da concentração deve-se essencialmente às características dos

sedimentos de areia, como a massa volúmica dos sedimentos, para além da diferença do

vector da velocidade (sentido, direcção e valor). As variações na concentração nas

seções transversais, entre as margens e o meio do canal, são também devidas à

velocidade de escoamento ser maior.

B. Análise ao caso de ruptura das estruturas de defesa na embocadura

Os gráficos das figuras 99 a 100 apresentam os resultados da velocidade

superficial à saída do estuário, na estação de observação representada na figura 26, para

os caudais fluviais de 450 m3/s e 10 000 m3/s, ao longo de um período de tempo com

2870 minutos de simulação, combinando os dois tipos de situação em análise, com

ruptura e sem ruptura das estruturas de defesa.

A principal característica que se pode constatar pela análise aos gráficos é a

velocidade do escoamento diminuir após a ruptura das estruturas de defesa, visto que

quanto maior for a secção transversal da embocadura do estuário, menor será a

velocidade de escoamento, sendo esta característica notória na diferença de valores

entre as curvas sem ruptura e com ruptura das estruturas de defesa, chegando a uma

diferença máxima de 0,33 m/s e 1,33 m/s, para os caudais fluviais de 450 m3/s e 10 000

m3/s respectivamente, ocorrendo em instantes de tempo diferentes, em preia-mar para o

Anexo

116

caudal médio anual e em baixa-mar para o caudal de cheia. À semelhança do que

acontecia nos cenários sem ruptura das estruturas de defesa apenas no cenário de caudal

de cheia é que não existe mudança na direcção do escoamento.

Figura 99 - Velocidade superficial na entrada do estuário para o caudal de 450 m³/s sem

ruptura e com ruptura das estruturas de defesa

Figura 100 - Velocidade superficial na entrada do estuário para o caudal de 10000 m³/s sem

ruptura e com ruptura das estruturas de defesa

Na figura 101 são apresentados os gráficos correspondentes à variação da

velocidade horizontal com a profundidade no instante de ocorrência da velocidade

máxima na camada superficial, para o caudal médio anual e para o caudal de cheia,

considerando o cenário de ruptura das estruturas de defesa, correspondendo cada curva

às estações de observação representadas na figura 41.

As curvas expostas em ambos os gráficos apresentam todas valores superiores

para a velocidade na camada superficial, devido ao instante de tempo corresponder à

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 500 1000 1500 2000 2500

Sem quebra-mar Com quebra-mar

minutos

Ve

loci

da

de

(m

/s)

0

1

2

3

4

5

6

0 500 1000 1500 2000 2500

Sem quebra-mar Com quebra-mar

Ve

loci

da

de

(m

/s)

minutos

Anexo

117

vazante da água contida no estuário, e não ter sido considerado no cálculo o efeito do

vento que poderia de alguma forma transmutar os valores das curvas.

Com a excepção da estação 5 os valores das curvas à medida que se aproximam

do oceano vão diminuindo, contrariamente ao que ocorria no caso de não ruptura,

devido à velocidade máxima na embocadura se encontrar mais para jusante, próximo da

estação de observação 4, sendo por este motivo esta a curva que apresenta uma

curvatura superior na passagem da penúltima camada para a ultima, com o atenuante da

acção da maré que se desloca na mesma direcção ao do escoamento fluvial para este

instante de tempo, e sendo que este será introduzindo no estuário pelas camadas mais

profundas.

Figura 101 - Perfil vertical de velocidade em cada estação para o caudal de 450 m³/s

(esquerda) e 10000 m³/s (direita) relativo aos cenários 34 e 35

Relativamente à análise da dinâmica sedimentar com e sem rotura das estruturas

de defesa pode-se concluir o seguinte sobre a erosão/sedimentação apresentada

anteriormente na figura 93, e sobre a concentração de sedimentos apresentada

anteriormente na figura 94:

Analisando as simulações da figura 93 com um período de 36 horas e um caudal

fluvial médio anual de 450 m3/s, os valores máximos de erosão e sedimentação apos

ruptura, ocorrem mais a montante do quebra-mar, na zona mais profunda do estuário

junto à ermida de São Miguel-o-Anjo, com um valor máximo de erosão e sedimentação

de 0,0020 m e 0,0018 m respectivamente, enquanto para o caso de não ruptura os

valores máximos ocorrem mais a jusante que a situação anterior, junto ao quebra-mar no

local onde se obtêm os valores de máxima velocidade, e que vão reduzindo de valor à

123

456789

10

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

Estação1 Estação2 Estação3Estação4 Estação5

m/s

Camadas

123456789

10

1 1,5 2 2,5 3 3,5 4Estação1 Estação2 Estação3Estação4 Estação5

m/s

Camadas

Anexo

118

medida que se deslocam para o oceano devido as correntes tenderem a ser de menor

intercidade

No caso das simulações com caudal de cheia de 10 000 m3/s, e para um período

de 36 horas, os valores máximos de erosão obtidos são muito superiores no caso de não

ruptura das estruturas de defesa, apresentando um valor máximo junto ao quebra-mar de

11,55 m, sendo aproximadamente 2 vezes mais elevados em comparação com o caso de

ruptura, que apresenta um valor máximo de erosão de 5 m. Os valores de sedimentação

também são superiores para o caso de não ruptura das estruturas de defesa, com um

valor aproximadamente de 4,6 m e um valor de 4,1 m para o caso de ruptura, a jusante

do cabedelo, com a direcção do jacto de sedimentação influenciada pelo quebra-mar

desviado para sudoeste em forma de pluma, enquanto no caso de ruptura este é desviado

na direcção oeste.

Para uma simulação com um período de 10 anos, com um caudal fluvial médio

anual constante de 450 m3/s, os valores máximos da erosão e sedimentação obtidos no

cenário de ruptura das estruturas de defesa são deslocados para montante do quebra-

mar, junto à ermida de São Miguel-o-Anjo, em comparação com o caso de não ruptura

das estruturas de defesa, apresentando um valor máximo de erosão de 4,0 m situado no

meio do canal onde se desloca a maior parte do volume de água, arrastando consigo os

sedimentos do leito, e um valor máximo de sedimentação de 2,9 m localizado junto às

margens.

Fazendo uma comparação ente o cenário de cheia de caudal igual a 10 000 m3/s

com um período de simulação de 36 horas, com o cenário de caudal fluvial médio anual

de 450 m3/s com um período de simulação de 10 anos, para o caso de rotura das

estruturas de defesa na embocadura (simulação 35 e simulação 36), concluísse que

apesar de o cenário de cheia ocorrer em um curto intervalo de tempo, obtêm-se valores

máximos superiores de erosão e sedimentação de aproximadamente 1,3 e 1,4 vezes

superiores, respectivamente, o que evidencia a grande influencia do caudal fluvial. Um

outro facto que se retém, é a obtenção de valores elevados de sedimentação a jusante da

embocadura para o caso de cheia, o que não ocorre no caso de caudal médio anual.

Através da análise da figura 94 apresentada anteriormente é visível que o valor

maios elevado da concentração de sedimentos para o caudal médio anual de 450 m3/s, é

obtido na situação de não ruptura das estruturas de defesa, localizando-se junto ao

Anexo

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quebra-mar, com um valor de 0,047 kg/m3, enquanto para o caso de ruptura das

estruturas de defesa o valor da concentração de sedimentos é de 0,019 kg/m3, sendo 2,5

vezes inferior, estando localizado junto à ermida de São Miguel-o-Anjo onde se

registam os valores de máxima velocidade de escoamento.

Para o caso de caudal de cheia de 10 000 m3/s, contrariamente ao que ocorre

para o caudal médio anual, o valor mais elevado de concentração de sedimentos é

obtido na situação de ruptura das estruturas de defesa, com um valor de 5,1 kg/m3,

estando localizado a jusante do cabedelo. No caso de não haver ruptura das estruturas de

defesa o valor da concentração de sedimentos é de 4,25 kg/m3, sendo 1,2 vezes inferior,

localizado junto ao quebra-mar, onde se registam os valores de máxima velocidade de

escoamento devido ao estreitamento da seção transversal, proporcionado pelo quebra-

mar.

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João Fernando Faria de Almeida - repositorium.sdum.uminho.pt · i Agradecimentos Gostaria de deixar o meu apreço às diversas pessoas que de alguma maneira me auxiliaram durante