Universidade do Minho - Escola de Engenharia MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL Plano de Trabalhos para Dissertação de Mestrado 2017/18

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1 Universidade do Minho - Escola de Engenharia MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL Plano de Trabalhos para Dissertação de Mestrado 2017/18 Tema: Soluções inovadoras de transposição sedimentar em embocaduras baseadas em estruturas submersas e cheias artificiais induzidas Aluno: Bruno Diogo Valença Gomes Dias Número do Aluno: Orientador: José Luís da Silva Pinho 1. Introdução As regiões litorais adquirem uma relevância muito especial para a vida humana, uma vez que aqui vive cerca de 70% da população mundial e é nestas zonas que se produzem e exploram a maior parte dos recursos marinhos utilizados pelo homem. Na gestão das zonas costeiras é fundamental o conhecimento dos processos físicos, químicos e biológicos que nelas ocorrem, sobretudo naquelas em que da pressão das actividades humanas resulta a sobre-exploração dos recursos disponibilizados, causando problemas ambientais relacionados com o equilíbrio dos ecossistemas naturais. Os estuários são sistemas naturais complexos que favorecem o desenvolvimento de aglomerados urbanos importantes, por propiciarem actividades com grande impacto sócio-económico, nomeadamente a portuária, a piscatória e as de lazer. As águas estuarinas resultam da mistura de águas fluviais e marinhas com regimes hidrodinâmicos condicionados pelas características da maré e das descargas fluviais. Estes ambientes são classificados como: desembocaduras de rios afogados, fiordes, com barra e tectónico. Os padrões de circulação e de mistura em estuários são: estratificados, parcialmente misturados e bem misturados. Para perceber estes padrões é necessário ter em conta as correntes termohalinas que derivam das variações de temperatura e salinidade nas massas de água. Quando estas são mais densas tendem a afundar e ascendem quando são menos densas. Um dos principais problemas associados aos estuários é o assoreamento em canais de navegação. Com este padrão sedimentar verificam-se alterações no fundo que podem impedir a navegação de embarcações de maior calado. Para evitar que tal aconteça são realizadas frequentemente dragagens que são muito dispendiosas. Coelho (2016) apresentou um trabalho pioneiro, aplicado ao estuário do rio Lima, em que se propõe soluções estruturais submersas que facilitam a transposição sedimentar na embocadura ou a criação de zonas preferências de deposição no seu interior de modo a facilitar os trabalhos de dragagens. As soluções apresentadas revelaram eficiência em cenário de cheia milenar. Para outros valores de descargas fluviais, deverão ser equacionadas outras soluções justificadas com base nos processos hidrodinâmicos e morfodinâmicos que envolvem o transporte sedimentar. Estas soluções podem ser estudadas com base em ferramentas hidroinformáticas. Um ambiente hidroinformático vocacionado para a resolução de problemas ambientais de sistemas costeiros inclui as seguintes componentes principais: (1) uma componente que permite a organização e o tratamento da grande quantidade de informação utilizada; (2) uma componente de simulação do sistema 1

2 natural através de modelos hidrodinâmicos e de transporte sedimentar; (3) e a terceira componente deverá ser formada por um conjunto de ferramentas que permita realizar, de forma eficaz, as tarefas de análise, visualização e edição de resultados. A ligação entre as três componentes é garantida por interfaces que deverão ser especialmente desenvolvidas para o efeito. Nesta dissertação será dada continuidade ao estudo acima mencionado de transporte sedimentar no estuário do rio Lima. Serão testadas novas soluções através do modelo do estuário disponível no Laboratório de Hidroinformática e que possam assegurar condições de navegação e o transporte de sedimentos para a zona costeira. Será dado especial enfoque à eficiência das soluções estruturais para diferentes descargas fluviais que simulem a efetiva capacidade instalada na bacia de produzir cheias artificiais através dos órgãos de descarga das barragens. 2. Objetivos A dissertação tem como objetivo o estudo dos processos de erosão e deposição no estuário do Rio Lima, Viana do Castelo através de modelação matemática e utilizando como ferramenta o software Delft3D. Pretende-se a avaliação de soluções que facilitem a transposição sedimentar em embocaduras baseadas em estruturas submersas e induzida por caudais fluviais. Salientam-se os seguintes objetivos específicos: - Atualização do modelo hidrodinâmico e de transporte de sedimentos existente para avaliar as condições termohalinas e consequentemente as condições de estratificação na massa de água no estuário do Rio Lima; - Obtenção de novas séries de dados de campo para a calibração/validação do modelo; - Definição de regimes de cheias artificiais com capacidade de exportação de sedimentos do estuário para a plataforma costeira; - Avaliação das soluções estruturais propostas em Coelho (2016) para o regime de cheias definido e proposta de novas soluções estruturais. 3. Metodologia O trabalho será iniciado com uma pesquisa aprofundada sobre os mecanismos de erosão, deposição e transporte de sedimentos, a influência da temperatura e a salinidade nos padrões de circulação e de transporte sedimentar e das soluções estruturais apresentadas em trabalhos anteriores, O trabalho será baseado num modelo numérico implementado com o software Delft3D. Será desenvolvida uma versão do modelo 3D que permite avaliar a influência das condições de estratificação nas condições de transporte de sedimentos em condições de cheias fluviais. Para a calibração do modelo serão realizados trabalhos de campo que permitam obter registos de temperatura e salinidade em diferentes pontos do estuário. Prevê-se ainda utilizar dados registados em 2

3 contínuo (temperatura e nível) através de sondas que serão instaladas em pelo menos dois locais distintos do estuário. Finalmente, procurar-se-á recolher amostras de sedimentos para a respetiva análise granulométrica. Na última fase serão realizadas simulações que permitam avaliar o desempenho de soluções estruturais para diferentes regimes de cheias artificiais induzidas. Estas serão definidas com base na capacidade instalada nas barragens de montante. 4. Resultados Esperados Com o trabalho a desenvolver espera-se contribuir para aumentar o conhecimento sobre a dinâmica do estuário e o transporte e/ou a deposição de sedimentos tendo em conta as condições de estratificação e a influência das correntes termohalinas. Serão ainda obtidos resultados de eficiência na transposição sedimentar da embocadura para soluções estruturais submersas, considerando diferentes descargas fluviais. 5. Faseamento e Calendarização 5.1 Faseamento Este trabalho será realizado compreendendo as seguintes fases: I. Estudo dos mecanismos de erosão, deposição e transporte sedimentar no estuário do rio Lima; Estudo dos fatores que influenciam a erosão, deposição e o transporte de sedimentos em condições de estratificação da coluna de água II. Estudo de software de modelação hidrodinâmica e morfodinâmica e do modelo do estuário do rio Lima Análise do funcionamento do software e características do modelo existente. III. Desenvolvimento do modelo numérico para consideração de condições de estratificação Desenvolvimento do modelo existente para consideração das condições de estratificação. IV. Recolha de dados de campo e calibração e validação do modelo Recolha de dados de campo relativos a temperatura, salinidade, níveis e sedimentos. Realização de simulações para calibração do modelo. V. Simulações e análise de resultados Definição e realização de um conjunto de simulações que permitam avaliar a eficiência das soluções estruturais submersas na transposição sedimentar da embocadura. A análise dos resultados será feita a 3

4 partir dos resultados obtidos com o modelo e das soluções propostas de minimizar a deposição de sedimentos no estuário. VI. Redação da dissertação A redação da dissertação incluirá o estado da arte relativo aos temas abordados, as metodologias utilizadas, os resultados e as principais conclusões. 5.2 Calendarização O plano de trabalhos conducente à Dissertação terá início em Março, apresentando-se de seguida, sob a forma de cronograma dividido em semanas de trabalho, o tempo previsto para a realização de cada uma das fases identificadas na subsecção anterior. Tempo (semanas) Fase I X X X Fase II X X X Fase III X X X X Fase IV X X X X Fase V X X X X Fase VI X X Fase VII X X X Fase VIII X X X Fase IX X X X X X X X X X Nota: O cronograma apresentado reflete a disposição temporal das fases e respetivas atividades a desenvolver pelo aluno durante o 2ºsemestre, admitindo que a Dissertação será entregue até meados de Junho e será defendida em Julho. Porém, de acordo com Despacho RT-15/2016, que aprova o calendário escolar para o ano letivo de , a data limite para entrega da Dissertação é dia 31 de Outubro de

5 Referências Bibliográficas Coelho, J. R. R. (2016). Transporte sedimentar no estuário do rio Lima: avaliação de soluções de minimização do assoreamento na embocadura. Dissertação de Mestrado de Engenharia Civil da Universidade do Minho. Duarte, A., & Vieira, J. (1997). Caracterização dos Ambientes Estuarinos. Mistura em Estuários. Universidade do Minho - Departamento de Engenharia Civil, (pp.1-15). Peixoto, J. (2012). Modelação hidrodinâmica tridimensional do Rio Douro. Dissertação de Mestrado de Engenharia Civil da Universidade do Minho. Pinho, J. L. S. (2000). Aplicação de modelação matemática ao estudo da hidrodinâmica e da qualidade da água em zonas costeiras. Guimarães: Tese de Doutoramento, Universidade do Minho. Pinho, J. L. S. (2005). Modelação da hidrodinâmica e dinâmica sedimentar no estuário do rio Cávado. Guimarães: Revista de Engenharia Civil, Universidade do Minho, Volume 24, (pp. 1-12). Sprovieri, F., Fontoura, J., Calliari, L., & Barletta, R. (2010). Modelagem numérica do transporte de areia na praia do Cassino 4º Seminário e Workshop em Engenharia Oceânica, (pp. 1-18). Rio Grande. Toggweiler, J. R. & Key, R. M. (2001). Ocean circulation: Thermohaline circulation. Encyclopedia of Atmospheric Sciences. Vieira, J. & Pinho, J. L. S. (2010). Salt Distribution In River Lima Estuary For Different Hydrodinamic Regimes, Associação Portuguesa dos Recursos Hídricos. O Aluno, O Orientador, 5