UNIVERSIDADE DE ÉVORA. Rui Miguel Madeira Lança

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1 UNIVERSIDADE DE ÉVORA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA RURAL MESTRADO EM ENGENHARIA DO SOLO E DA ÁGUA CONTRIBUIÇÃO PARA O ESTUDO DE CHEIAS RECORRENDO A UM MODELO DISTRIBUÍDO Rui Miguel Madeira Lança Dissertação apresentada à Universidade de Évora para obtenção do grau de Mestre em Engenharia do Solo e da Água Orientador: Prof. Doutor António Carmona Rodrigues, Universidade Nova de Lisboa Faro, Fevereiro de 2000

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3 Agradecimentos Agradecimentos O autor deseja apresentar os seus agradecimentos a todas as pessoas e entidades/instituições que, de algum modo contribuíram para a elaboração deste trabalho. Em particular gostaria de agradecer: - Ao Professor Doutor António Carmona Rodrigues pela sua disponibilidade e prontidão na orientação deste trabalho; - Ao Eng. José Luís Teixeira da Costa, da Universidade do Algarve, Escola Superior de Tecnologia pelos seus conselhos práticos e apoio dado durante a realização deste trabalho; - Ao Instituto da Água (INAG), em especial à Engª Cláudia Brandão, pela disponibilização dos dados de campo, necessários à aferição deste trabalho; - Á Direcção Regional do Ambiente do Algarve (DRAA), em especial ao Sr. Cláudio pela sua prontidão em me disponibilizar os dados da estação meteorológica de São Brás de Alportel; - Aos meus pais pelo incentivo e apoio incondicional que sempre demonstraram. i

4 Agradecimentos ii

5 Resumo Resumo O presente trabalho visa fundamentalmente apresentar uma contribuição para o estudo de cheias em bacias hidrográficas. O estudo e compreensão dos fenómenos que provocam uma cheia é fundamental para a segurança das populações e dos bens que se encontram em zonas ciclicamente inundáveis. Estes locais são preferenciais para a fixação de população, tanto pela via de comunicação fluvial, como pela fertilidade dos solos aluvionares. O aspecto mais relevante deste trabalho consiste em apresentar um modelo de precipitação/escoamento superficial que toma em consideração o fenómeno distribuído em toda a área da bacia, sendo a metodologia válida para todos os pontos da bacia, encosta ou linha de água, conseguindo prever quais as modificações induzidas na relação precipitação/escoamento superficial devido a modificações na bacia. Possibilitando uma abordagem de controlo de cheias, não pela intervenção no leito como é usual, mas pelo reordenamento da bacia, práticas de conservação do solo e alteração do seu uso. O modelo baseia-se em equações físicas para modelar os fenómenos da infiltração e do escoamento superficial. Para modelar o escoamento superficial o modelo desenvolvido emprega a equação da onda cinemática. Esta equação é resolvida por dois métodos numéricos distintos, por forma a detectar acumulação de erros e problemas de convergência. A rede hidrográfica é alimentada por caudais de percurso que são determinados pelo excesso de precipitação, numa visão do escoamento superficial descrita por Horton, O excesso de precipitação é função da intensidade de precipitação e das características do solo. A modelação da infiltração é efectuada por dois métodos distintos, a equação de Green- Ampt e o método da Curva Número do Soil Conservation Service, por forma a que os resultados possam ser controlados e aferidos mais facilmente. O modelo desenvolvido é aplicado à bacia hidrográfica da Ribeira de Alportel, exemplo que serve para aferir os dados por retro-análise, comparando os resultados obtidos pela simulação com os valores de campo observados na estação hidrométrica de Bodega. Deste modo, é possível prever para possíveis cenários de alteração das condições da bacia hidrográfica qual a futura resposta da ribeira a eventos meteorológicos. iii

6 Resumo iv

7 Abstract Abstract The aim of this work is to give a contribute to the study of watersheds flood hydrographs. The study and comprehension of the processes involved in a flood is of fundamental interest to the population safety and goods that are located in places which are frequently flooded. Normally, these places have a very high population density because they have water nearby. The river is a good communication way and the soils are fertile. The most relevant aspect of this study is the presentation of one precipitation/runoff model, that deals with the process in all watershed area, which is able to predict and relate changes in the precipitation/runoff relation due to modification on soil use. This can be used in flood control works not by the intervention in the main channel, as it is usual, but by reordering the watershed, soil conservation practices and changes of soil use. The deterministic distributed model developed uses the kinematic wave equation to compute flood routing. This equation is solved by two distinct numerical methods. This technique is a way to detect the accumulation of errors and convergence problems. The hydrographic network is supplied by distributed inflow, which is calculated by the precipitation excess, in a vision of runoff generation described by Horton, The precipitation excess depends of the rainfall hyetograph and soil properties and its use. The infiltration is computed by two distinct methods, the Green-Ampt equation and the Soil Conservation Service Curve Number method, so that the results can be compared and controlled easier. The developed model is applied to the Ribeira de Alportel watershed, where by comparing the computed results with the observed ones in Bodega's level gage station, some soil data is calibrated by back-analysis. With this data the model is able to determinate the response of the watershed due a predicted rainfall. v

8 Abstract vi