IMPACTE DO SISTEMA ALQUEVA-PEDROGÃO NA HIDRODINÂMICA E SALINIDADE DO ESTUÁRIO DO GUADIANA

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1 IMPACTE DO SISTEMA ALQUEVA-PEDROGÃO NA HIDRODINÂMICA E SALINIDADE DO ESTUÁRIO DO GUADIANA André B. FORTUNATO Doutor em Eng. ia do Ambiente, LNEC, Av. do Brasil, 101, , Lisboa, , afortunato@lnec.pt Anabela OLIVEIRA Doutora em Eng. ia do Ambiente, LNEC, Av. do Brasil, 101, , Lisboa, , aoliveira@lnec.pt Lígia PINTO Mestre em Ciências Geofísicas, LNEC, Av. do Brasil, 101, , Lisboa, , llpinto@lnec.pt RESUMO A entrada em funcionamento dos empreendimentos de Alqueva-Pedrogão e de Andévalo- Chanza irá alterar o regime de caudais afluentes ao estuário do Guadiana, afectando indirectamente o comportamento físico, químico e biológico do estuário. O presente trabalho descreve as mudanças que se prevêem na hidrodinâmica e na intrusão salina. As previsões foram efectuadas com modelos numéricos bidimensionais validados com dados de campo. Os resultados foram condensados através de integrações espaciais e temporais, para descrever de forma perceptível grandezas com elevada variabilidade. A avaliação das alterações baseou-se na comparação com os valores obtidos para a situação de referência, para anos secos, médios e húmidos. As alterações na hidrodinâmica foram caracterizadas através dos tempos de residência médios e da estratificação salina. Os tempos de residência diminuem em anos secos e aumentam em anos húmidos, conduzindo a uma menor diferenciação entre anos húmidos, médios e secos. A estratificação diminui em resultado dos menores caudais, mas mantém-se o desenvolvimento regular de estratificação parcial ou total nos vários tipos de anos. As alterações na salinidade foram caracterizadas através dos limites de intrusão salina e do zonamento do estuário nas várias classes halinas. A intrusão salina aumenta em geral alguns quilómetros devido à diminuição do caudal, em particular em Setembro e Outubro. Este aumento conduz também ao deslocamento para montante das várias classes halinas e das zonas com maior variação de salinidade. Em resumo, as alterações na hidrodinâmica e salinidade do estuário do Guadiana provocadas pela operação recomendada para os empreendimentos de Alqueva-Pedrogão e Andévalo-Chança serão modestas. Palavras chave: Hidrodinâmica, Salinidade, Estratificação, Modelação matemática, Indicadores. 1

2 1 INTRODUÇÃO A necessidade sentida pelas administrações Portuguesa e Espanhola de mitigar potenciais impactes negativos dos empreendimentos de Alqueva-Pedrogão e Andévalo-Chança, no trecho internacional do estuário do Guadiana, motivou o Estudo das Condições Ambientais no Estuário do Rio Guadiana e Zonas Adjacentes. Este estudo visou caracterizar a zona internacional do estuário do Guadiana, avaliar eventuais efeitos negativos das intervenções previstas no estuário e na zona costeira adjacente, e definir medidas mitigadoras para eventuais problemas. Devido à sua multi-disciplinaridade, o estudo foi dividido em sete componentes temáticas: Fluvial, Estuarial, Dinâmica Costeira, Águas Subterrâneas, Ecossistemas, Sócio-economia e Sistema de Informação. Por sua vez, a componente estuarial incluiu três sub-componentes: Transporte de Sedimentos, Qualidade Ambiental, e Hidrodinâmica e Salinidade. Esta última visou prever as consequências das alterações no regime de caudal afluente na circulação e intrusão salina no estuário. Esta previsão permitiu apoiar a avaliação das alterações bioquímicas no estuário pelas componentes Ecossistemas e Qualidade Ambiental. Este estudo foi executado em três fases. Primeiro, foram coligidos e analisados os dados históricos sobre o estuário (CARDOSO DA SILVA et al. (2000)). Esta análise permitiu uma caracterização preliminar da situação de referência, definida como a situação anterior à construção do sistema Alqueva-Pedrogão, e identificar as lacunas nos dados existentes. Durante a segunda fase, desenvolveram-se e validaram-se os modelos numéricos apropriados, e caracterizou-se a situação de referência (FORTUNATO et al. (2002a)). Paralelamente, foram ainda efectuadas campanhas de campo, incluindo levantamentos batimétricos e medições de salinidade, níveis de maré e velocidades (OLIVEIRA e FORTUNATO (2001), PINTO (2003), PINTO et al. (2004a)). Limitações de prazo forçaram a alguma sobreposição temporal entre a segunda fase e as campanhas de campo, limitando assim a utilização de parte dos dados. Finalmente, a terceira fase consistiu na previsão da circulação e da intrusão salina no estuário após a entrada em funcionamento pleno dos novos empreendimentos e na proposta de medidas de gestão. No âmbito destas medidas de gestão foram recomendadas alterações ao regime proposto de caudais médios mensais no estuário após empreendimentos. O novo regime de caudais, que inclui as recomendações de alteração dos valores médios mensais, é aqui denominado de situação futura. O presente artigo descreve a forma como a alteração das afluências fluviais afectará a dinâmica do estuário do Guadiana. Apresenta-se primeiro a metodologia seguida, incluindo a descrição dos modelos e da sua aplicação, assim como a forma de integrar os resultados dos modelos em parâmetros claros e concisos. Estes parâmetros são depois utilizados para caracterizar e discutir as alterações previstas na circulação e na intrusão salina. O artigo termina com um resumo das principais conclusões e uma discussão dos benefícios deste projecto, no que respeita à hidrodinâmica e salinidade. 2 METODOLOGIA 2.1 Abordagem A avaliação dos impactes da alteração dos caudais afluentes ao estuário do Guadiana foi feita com base na análise comparativa dos resultados de vários modelos matemáticos para os caudais médios mensais na situação de referência e na situação futura. Nesta análise foram considerados os caudais médios mensais com probabilidades de não excedência de 20%, 50% e 80%. Os anos com estas características são referidos como anos secos, médios e húmidos, respectivamente. O mês foi escolhido como unidade base para a análise estatística dos caudais por várias razões. Primeiro, a informação disponível em tempo útil sobre o regime de exploração de Alqueva-Pedrogão apenas incluiu caudais médios mensais. Por outro lado, a operação do sistema Alqueva-Pedrogão deverá aumentar a regularidade dos caudais afluentes ao estuário a pequenas escalas temporais. 2

3 Exceptuam-se variações diárias associadas à produção de energia. No entanto, uma análise de sensibilidade indicou que variações diurnas de caudal da ordem de grandeza do caudal médio diário são pouco relevantes nas trocas entre o estuário e o mar. Finalmente, os tempos de residência médios no estuário variam aproximadamente entre uma semana e cinco meses, para caudais entre 300 e 8 m 3 /s, respectivamente. Variações de caudal com escalas temporais inferiores a estes valores deverão por isso ter um efeito reduzido na salinidade. Nesta análise foram utilizados três modelos matemáticos bidimensionais horizontais: o modelo hidrodinâmico ADCIRC (LUETTICH et al. (1991)), o modelo de transporte de sal VELA (OLIVEIRA et al. (2000), (2004)) e o modelo de transporte de partículas Lagrangeanas VELApart (OLIVEIRA e BAPTISTA (1997)). A escolha de modelos integrados na vertical deveu-se, por um lado à sua maior rapidez de implementação e de cálculo, e, por outro, à inexistência em tempo útil de dados adequados à validação de modelos tridimensionais. Os modelos matemáticos podem gerar volumes de informação muito elevados, muitas vezes de difícil apreensão pelos destinatários dos estudos. É assim conveniente integrar a informação gerada por estes modelos, de forma a facilitar a sua utilização e compreensão. Neste estudo esta integração foi efectuada através de vários parâmetros, genericamente designados por indicadores. 2.2 Breve descrição dos modelos A hidrodinâmica foi simulada com o modelo ADCIRC (LUETTICH et al. (1991)). Este modelo resolve as equações de águas pouco profundas integradas na vertical, assumindo a incompressibilidade do fluído, pressão hidrostática e efectuando a aproximação de Boussinesq. A equação de continuidade é substituída pela equação de continuidade-onda generalizada para melhor estabilidade e eficiência numérica. As equações são discretizadas no espaço por elementos finitos triangulares lineares. A discretização temporal é feita através de um método semi-implícito. O modelo de transporte VELA (OLIVEIRA et al. (2000), (2004)) resolve a equação de transporte bidimensional para traçadores conservativos. Este modelo combina volumes finitos e métodos Eulerianos-Lagrangianos com base em malhas não estruturadas e permite o uso de malhas distintas no escoamento e no transporte. Evita também a geração de erros de massa através de um método de elevada precisão para o cálculo das linhas características e de um método de integração para o cálculo dos integrais na base das linhas características. Finalmente, este modelo utiliza uma técnica de correcção de fluxo que permite evitar o aparecimento de oscilações numéricas sem introduzir perdas de precisão ou erros de massa (OLIVEIRA e FORTUNATO (2002)). O cálculo dos tempos de residência (TRs) foi feito com o modelo Lagrangiano VELApart (OLIVEIRA e BAPTISTA (1997)). Este modelo resolve a equação de transporte para partículas individuais não reactivas, dividindo-a na componente advectiva e na componente difusiva. A advecção é resolvida por um método de Runge-Kutta adaptativo embebido de 4ª ordem, cuja precisão é controlada pelo utilizador (OLIVEIRA e BAPTISTA (1997)). A difusão horizontal é depois calculada por random walk. 2.3 Aplicação ao estuário do Guadiana O domínio de cálculo para todos os modelos estende-se desde Mértola, próximo do limite de montante da maré dinâmica, até cerca de 20 km da embocadura. Dado que os esteiros do sapal de Castro Marim não influenciam significativamente a hidrodinâmica e a salinidade no estuário (FORTUNATO e OLIVEIRA (2001)), as simulações foram efectuadas com uma malha de cálculo que não representa estes esteiros, para maior eficiência computacional. O domínio de cálculo foi discretizado com uma malha de cerca de nós, com uma resolução entre 16 e 1600 m (Figura 1). A batimetria foi interpolada com base em dados do IPTM a montante da ponte Internacional, dados recolhidos neste estudo (medidos em 2001) desde esta secção até à embocadura, e dados do IH, para a zona costeira e plataforma continental (FORTUNATO et al. (2002a)). 3

4 a) b) ) ) Figura 1 Malha de cálculo: a) malha completa; b) detalhe da embocadura. As simulações hidrodinâmicas foram forçadas na fronteira oceânica pelos resultados de um modelo de propagação de maré para toda a costa portuguesa (FORTUNATO et al. (2000), (2002b)), tendo sido utilizadas 11 constituintes de maré. Na fronteira de montante, o modelo foi forçado por caudais fluviais constantes. Face à gama de caudais a ensaiar, foram efectuadas simulações para o seguinte conjunto de caudais base: 1, 2, 4, 8, 15, 25, 50, 100, 200 e 300 m 3 /s. Para cada valor de caudal foram realizadas simulações de 20 dias, tendo sido os últimos 18 dias analisados harmonicamente para as frequências usadas no modelo ADCIRC. Foi utilizado um passo de cálculo de 3 s e um coeficiente de difusão de 1 m 2 /s. Uma validação detalhada do modelo é apresentada em FORTUNATO et al. (2002a). O modelo de salinidade foi forçado pelos campos de velocidade no domínio da frequência resultantes do modelo ADCIRC, e por condições de fronteira de 0 ppm em Mértola e 36.3 ppm na fronteira exterior. Dado que este modelo não tem restrições de número de Courant, utilizou-se um passo de cálculo de 30 min. As simulações foram feitas para períodos de 90 dias, sendo os últimos 28 utilizados na caracterização do sistema. Não foi usada difusão horizontal e foi aplicada uma formulação FCT para evitar a geração de picos artificiais, sem alterar a conservação de massa (OLIVEIRA e FORTUNATO (2002)). Comparações com dados são apresentadas em OLIVEIRA e FORTUNATO (2001) e FORTUNATO et al. (2002a). Para o modelo de transporte Lagrangiano, foram lançadas partículas em cada um dos nós da malha de cálculo, para os caudais entre 8 e 300 m 3 /s. Foi também utilizado um coeficiente de difusão de 10-3 m 2 /s. O cálculo do TR foi feito assumindo que a secção da cabeça do molhe Oeste é o limite do estuário. 4

5 2.4 Indicadores Os indicadores enquanto parâmetros integradores de informação podem ser função das várias coordenadas espaciais e do tempo, assim como de outras grandezas como o caudal fluvial. Dado que os modelos utilizados são bidimensionais, os indicadores utilizados neste estudo estão limitados a um máximo de 2 dimensões espaciais. Para alguns indicadores, dado o pequeno quociente entre a largura do estuário e o seu comprimento (1%), foi feita ainda uma integração dos resultados do modelo na direcção transversal, tomando o enraizamento do molhe como origem. A variabilidade dos indicadores devida ao caudal fluvial é a mais relevante, dado que este será a grandeza mais afectada pela operação dos novos empreendimentos. Os indicadores são assim calculados para cada um dos caudais mensais por interpolação linear dos valores desse indicador para as simulações para caudais base definidos na secção anterior: M = Ii + ( Ii 1 Ii )( Q Qi )/( Qi+ 1 i Q ) + (1) onde M é o indicador para um mês específico de caudal Q e Ii é o valor do indicador para o caudal Qi (Qi>Q>Qi+1). 3 EFEITO DAS ALTERAÇÕES DO CAUDAL NA CIRCULAÇÃO 3.1 Caracterização da circulação A circulação foi caracterizada com base na análise das velocidades máximas e velocidades residuais. A jusante do Pomarão, as velocidades máximas são dominadas pela maré para caudais até 300 m 3 /s. Em geral, estas velocidades são da ordem de 1 m/s, excepto junto ao km 10 onde atingem 1,5 m/s no canal principal. As velocidades máximas de enchente e de vazante são praticamente independentes do valor do caudal fluvial, para caudais inferiores a 50 m 3 /s. O estuário é dominado pela enchente, com velocidades médias de enchente cerca de 10% mais elevadas que as velocidades médias de vazante. As velocidades residuais de maré são geralmente dirigidas para montante nas zonas pouco profundas e para jusante nas zonas mais profundas (Figura 2). Na embocadura, a água tende a entrar no estuário pela margem esquerda, zona de extensos bancos de areia, e a sair pela margem direita, onde se localiza o canal principal. Com o aumento dos caudais, as zonas onde as velocidades residuais são para montante reduzem-se, e as velocidades residuais tendem a ser mais uniformes na secção transversal. No entanto, mesmo para caudais de 300 m 3 /s, observam-se velocidades residuais para montante, na embocadura junto à margem esquerda. A ocorrência destas velocidades residuais para montante tem grandes impactos na distribuição salina. No exterior do estuário forma-se um importante vórtice a sudoeste da embocadura, devido ao efeito do jacto de maré. A Este do jacto, a circulação residual é complicada pela presença de bancos de areia. Devido a estes bancos, formam-se vários vórtices cuja existência e localização depende do caudal fluvial. As correntes residuais de maré fora da zona de influência do jacto de vazante são dirigidas para Oeste. A esta circulação residual podem sobrepor-se outros efeitos (por exemplo devidos ao vento ou às ondas), que não são aqui considerados. Imagens de satélite mostram um deslocamento da pluma salina do Guadiana para Oeste, confirmando qualitativamente estas velocidades residuais (PINTO (2003)). 3.2 Tempos de residência O tempo de residência (TR) é um indicador da capacidade de auto-limpeza de sistemas estuarinos e costeiros. Tem sido utilizado, por exemplo, para comparar sistemas e avaliar a importância relativa de diferentes processos de remoção de poluentes. No presente estudo, era necessário avaliar a forma como a retenção de meroplâncton (sobretudo ovos de peixe) era afectada pelas alterações no 5

6 caudal fluvial. Os meses críticos, a este respeito, eram Maio e Junho, durante os quais se pretendia evitar reduções acentuadas deste indicador. Figura 2 - Velocidades residuais para um caudal de 300 m 3 /s, interpoladas numa malha regular. O TR é aqui definido como o tempo que uma partícula de água, lançada num determinado local e num determinado instante no ciclo de maré, demora a sair definitivamente do estuário (OLIVEIRA e BAPTISTA (1997)). No caso particular do estuário do Guadiana, o TR é praticamente independente do instante de lançamento (FORTUNATO e OLIVEIRA (2002a)). Simulações de TRs no estuário do Guadiana mostram que as correntes removem um traçador dissolvido como se de decaimento linear se tratasse: a sua concentração C varia aproximadamente de acordo com a expressão C=C0exp(-Kt), onde C0 é a concentração inicial e t o tempo (FORTUNATO et al. (2002a)). Este comportamento relativamente simples, que se explica pela ausência de baías laterais e de outras zonas de retenção neste estuário, permite caracterizar o TR por um único número, função apenas do caudal fluvial. Utilizou-se aqui o tempo de residência médio, i.e., a média dos tempos de residência das partículas no estuário. Simulações para caudais entre 8 e 300 m 3 /s mostram que TR=582,72Q -0,7132, onde o caudal está expresso em m 3 /s e o TR em dias. 6

7 Figura 3 Tempo de residência médio no estuário do Guadiana para as situações de referência (vermelho) e futura (azul). Em geral (Figura 3), observa-se na situação futura uma menor diferenciação entre os TRs nos vários tipos de anos, devido à redução dos TRs em anos secos, e ao seu aumento em anos húmidos. As maiores alterações no TR ocorrem nos períodos mais secos, nos meses de Junho a Outubro. Observa-se que os máximos de TR ao longo do ano são ligeiramente adiados do mês de Julho para Agosto ou Outubro. Para os anos secos, este máximo é menor na situação futura do que na situação de referência, havendo uma redução da ordem dos 10%. Pelo contrário, os TRs máximos futuros são superiores aos actuais em anos húmidos e médios. O maior aumento de TR (cerca de 100%) ocorre em Outubro de ano seco, devido à diminuição significativa do caudal afluente ao estuário. Em Maio e Junho de anos secos e médios, verifica-se que haverá reduções do TR na situação futura. No entanto, estas reduções de TR são pequenas, sendo os TRs de anos médios e secos da situação futura superiores aos que ocorrem em Maio e Junho de anos húmidos na situação de referência. Para os anos húmidos, estima-se que haja um ligeiro aumento do TR, em resultado da diminuição do caudal médio mensal para estes meses. 3.3 Estratificação A importância da estratificação neste estuário deriva em grande parte do seu efeito na distribuição vertical das velocidades. Num estuário homogéneo, o perfil vertical de velocidades é razoavelmente uniforme. A estratificação reduz as trocas verticais devidas à turbulência, tornando o perfil menos uniforme. As velocidades residuais são particularmente afectadas, podendo ser dirigidas para montante junto ao fundo. As desfasagens temporais ao longo da coluna de água aumentam, com as camadas junto ao fundo a responderem mais rapidamente à inversão da maré. 7

8 Uma das consequências destas alterações nas velocidades é o potencial aumento dos TRs de alguns organismos no estuário. Durante o estudo, CHÍCHARO et al. (2001) sugeriu que alguns organismos pelágicos variariam a sua posição na coluna de água ao longo do ciclo de maré, de forma a tirarem partido de eventuais correntes residuais dirigidas para montante junto ao fundo. Este comportamento permitiria a estes organismos manterem-se no estuário em situações de caudais elevados. Esta hipótese foi validada através da análise dos dados de campo (PINTO (2003), PINTO et al. (2004a)) e da aplicação de um modelo tridimensional (PINTO et al. (2004b, c)). A análise do efeito das alterações no regime de caudais na estratificação é assim justificada pelas potenciais consequências na retenção de certos organismos pelágicos. Para caracterizar a estratificação, foram utilizados vários critérios empíricos que permitem prever o grau de estratificação no estuário com base em dados de campo ou em resultados de modelos 1D e 2D. A comparação da aplicação do critério de SIMMONS (1955) com dados revelou uma sobreavaliação significativa do grau de mistura (CARDOSO DA SILVA et al. (2000)). A aplicação do critério de UNCLES et al. (1983) a partir de resultados de modelos bidimensionais mostrou-se significativamente mais precisa (FORTUNATO et al. (2002a)). No entanto, as previsões obtidas com este critério estão ainda em desacordo com alguns dos dados. Em particular, o critério prevê que o estuário é homogéneo em marés mortas para caudais inferiores a 8 m 3 /s, enquanto os dados mostram que o estuário é parcialmente misturado para um caudal de cerca de 4 m 3 /s (PINTO et al. (2004a)). Face a esta discrepância, procurou-se melhorar a análise da estratificação com base num critério alternativo. FISHER (1972) argumenta que o critério de SIMMONS (1955) é pouco adequado à determinação do grau de estratificação de um estuário, e propõe, em alternativa, a utilização de um critério baseado no número de Richardson estuarino: Ri E ρ Q = g (2) ρ bu onde g representa a aceleração gravítica, ρ a diferença de densidades entre as águas doce e salgada, ρ a densidade média, Q o caudal fluvial, ut a velocidade devida à maré e b a largura do estuário. Segundo FISHER (1976), um estuário será estratificado para RiE>0,8, homogéneo para RiE<0,08, e parcialmente misturado para valores intermédios de RiE. Note-se que, enquanto os critérios de SIMMONS (1955) e UNCLES et al. (1983) consideram que o caudal fluvial e a amplitude de maré têm efeitos opostos mas de igual importância, o critério de Fisher dá mais peso à maré. Ora, simulações com um modelo tridimensional mostram que o efeito da maré é predominante na determinação do grau de mistura (PINTO et al. (2004c)), explicando assim os melhores resultados deste critério. A aplicação do critério de FISHER (1976) ao estuário do Guadiana mostra que, para marés médias, o estuário do Guadiana será estratificado para caudais superiores a 200 m 3 /s, homogéneo para caudais inferiores a 20 m 3 /s, e parcialmente misturado para caudais intermédios (Figura 4). Para marés mortas, estes limites seriam de, respectivamente 50 m 3 /s e 4 m 3 /s, enquanto para marés vivas seriam de 300 m 3 /s e de 50 m 3 /s. Em geral, as alterações no regime de caudais geram uma ligeira redução da estratificação no estuário (Figura 5). Em ano médio, o estuário deixa de estratificar em marés mortas, passando a exibir apenas situações de estratificação parcial. Em ano seco, o estuário reduz o seu período de mistura parcial de dez para oito meses. Para anos húmidos, o estuário continua a apresentar-se totalmente estratificado para marés mortas e médias, reduzindo-se no entanto os períodos de ocorrência destas condições. Globalmente, as alterações na estratificação do estuário são reduzidas, mantendo-se o desenvolvimento regular de estratificação parcial ou total nos vários tipos de anos. 3 t 8

9 Figura 4 Análise da estratificação no estuário do Guadiana com base no critério de FISHER (1976), para marés médias. A linha vermelha indica o limite de intrusão salina para os vários caudais. Figura 5 Grau de mistura do estuário do Guadiana para as situações de referência e futura. 9

10 4 EFEITO DAS ALTERAÇÕES DO CAUDAL NA SALINIDADE 4.1 Caracterização da salinidade A propagação salina no estuário do Guadiana é, como esperado, função da amplitude da maré e do caudal fluvial. A cunha salina tem uma zona de influência de cerca de 15 km, sendo a sua localização variável com o caudal e a maré (Figura 6a). A máxima intrusão salina é variável entre o km 10 para um caudal de 300 m 3 /s e o km 40 para um caudal de 1 m 3 /s. A pluma estuarina tem um impacto na zona costeira que é função da magnitude do caudal fluvial. Para valores superiores a 8 m 3 /s, esta pluma ultrapassa o molhe de V. R. de Sto. António e estende-se pela zona costeira (Figura 6b). Esta pluma, que tem uma deflecção clara para Oeste, tem uma extensão muito elevada para situações de maré morta e caudais elevados. As distribuições de salinidade são claramente bidimensionais, em particular no baixo estuário (Figura 6b). Estas diferenças, que foram observadas em medições de campo efectuadas em Setembro de 2001 pelo IH, são devidas às diferenças de magnitude e fase da velocidade entre as margens e o canal principal. Muitas vezes negligenciadas em sistemas em que a relação largura/comprimento é baixa, estas variações laterais podem ter implicações importantes no funcionamento dos ecossistemas. As trocas entre o estuário e o mar ocorrem principalmente junto à margem direita, onde as velocidades são maiores, sendo de esperar uma maior intrusão salina nesta margem. No entanto, dado que a pluma se desloca em geral para Oeste, a água que penetra no estuário na margem direita tende a ser mais doce do que a que entra pela margem esquerda. Adicionalmente as correntes de vazante, em particular para marés mortas, são muitas vezes insuficientes para expulsar toda a água marinha na margem esquerda. Em resultado, observa-se uma maior salinidade na margem esquerda que é confirmada pela distribuição dos macro-invertebrados bentónicos (CHÍCHARO et al (2001)). ) ) a) b) Figura 6 Campos de salinidade: a) máxima vazante de maré viva, à esquerda para caudal de 1 m 3 /s, à direita para caudal de 15 m 3 /s; b) máxima vazante de maré morta, à esquerda para caudal de 100 m 3 /s, à direita para caudal de 300 m 3 /s. 4.2 Zonamento do estuário nas classes halinas As salinidades foram caracterizadas através dos valores de salinidade máxima, média e mínima e de diferenças de salinidade, com base nos valores para cada nó da malha. Estes resultados permitiram caracterizar a intrusão salina no estuário assim como a extensão da pluma de água doce no estuário e na zona costeira. As diferenças de salinidade permitiram identificar as zonas sujeitas a 10

11 maiores variações temporais de salinidade. Os dois conjuntos de indicadores permitiram ainda avaliar as alterações decorrentes da mudança no regime de caudais. Para facilitar a visualização, estes valores foram depois integrados transversalmente ao eixo do estuário. Os valores integrados foram posteriormente utilizados para fazer o zonamento do estuário nas várias classes halinas (Quadro 1) para os dois regimes de caudais. Quadro 1 Classes de salinidade (Directiva Quadro da Água, 2000/60/CE) Gama de Zona salinidades ( ) 0-0,5 Limnética 0,5-5 Oligohalina 5-18 Mesohalina Polihalina Euhalina O limite de intrusão salina, definido como a fronteira entre as classes limnética e oligohalina das salinidades máximas, desloca-se para montante entre Maio e Janeiro de anos húmidos, devido à diminuição de caudal na situação futura (Figura 7). Pelo contrário, no mês de Março, este limite desloca-se para jusante, devido ao aumento significativo do caudal afluente. Em anos médios verificase um aumento da intrusão entre Setembro e Fevereiro, enquanto em anos secos esta apenas aumenta entre Agosto e Outubro. Os aumentos máximos (5 a 8 km) ocorrem em Outubro de todos os anos. Figura 7 Distribuição mensal da salinidade máxima para anos húmidos, médios e secos nas situações de referência e futura Devido aos limites de intrusão salina poderem ter uma variação significativa, é importante analisar as diferenças máximas de salinidade expectáveis em cada zona do estuário, já que estas poderão condicionar a flora e fauna aí existentes. As maiores diferenças verificam-se entre Setembro e 11

12 Janeiro para anos húmidos, entre Setembro e Outubro para anos médios, e entre Agosto e Outubro para anos secos. Em anos húmidos, o deslocamento máximo é de cerca de 5 km para montante, reduzindo a gama de salinidades da embocadura (Figura 8). Figura 8 - Diferença máxima de salinidade integrada no eixo longitudinal do estuário para ano húmido: situação referência (vermelho) e situação futura (azul) 4.3 Distribuição dos tempos de permanência nas classes halinas O tempo de permanência da salinidade nas várias classes halinas permite quantificar a importância relativa de cada classe em cada zona do estuário. Este indicador é definido como a percentagem do tempo em que a salinidade pertence a cada uma das classes para o período de simulação. Os tempos de permanência para cada classe foram integrados ao longo do eixo do estuário e interpolados para os valores de caudal das situações de referência e futura. As maiores variações dos tempos de permanência ocorrem nos meses de menor caudal, sendo assim mais relevantes em anos secos. De Abril a Junho, as curvas deslocam-se para jusante, com um máximo de 5 km, em resultado do aumento do caudal afluente. Pelo contrário, nos meses de Agosto a Outubro há um deslocamento das curvas para montante e uma maior entrada de água do mar, como resultado da redução de caudais (Figura 9). Tal como foi verificado para os outros tipos de ano, a magnitude de deslocamento das curvas é função da magnitude dos caudais. Para caudais baixos, típicos de ano seco, uma pequena variação de caudal conduzirá a deslocamentos mais significativos. Nos anos húmidos, as maiores alterações ocorrem em Setembro e Outubro, apesar das maiores variações de caudal (em valor absoluto) ocorrerem nos meses de Inverno. Em Agosto verifica-se um ligeiro deslocamento para montante das várias curvas, devido ao aumento da salinidade junto à embocadura (Figura 9). 12

13 Figura 9 - Tempos de permanência em cada classe halina para os caudais médios mensais do mês de Agosto: situação referência (vermelho) e situação futura (azul) 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS Os impactes na hidrodinâmica e salinidade do estuário do Guadiana das alterações recomendadas para o regime de caudais foram investigados com base no cálculo de indicadores para a situação de referência e situação após entrada em funcionamento dos empreendimentos de Alqueva- 13

14 Pedrogão e Andévalo-Chanza. Estes indicadores foram calculados com base nos resultados de vários modelos matemáticos bidimensionais, calibrados e validados com dados de campo. Concluiu-se que este novo regime de caudais terá pouco efeito na hidrodinâmica e salinidade. Os tempos de residência no estuário dependerão menos do tipo de ano, devido a um aumento do TR em anos secos e a uma diminuição em anos húmidos. A estratificação diminuirá, mas continuará a ocorrer regularmente nos vários tipos de anos. A intrusão salina aumentará alguns quilómetros, em particular entre Setembro e Outubro. Em consequência, as zonas do estuário com maiores gamas de salinidade sofrerão também um pequeno deslocamento para montante. Projectos da dimensão e complexidade daquele em que se enquadrou o presente trabalho têm também o benefício de promoverem a investigação. No caso presente, a simulação da intrusão salina em estuários envolve várias dificuldades, que motivaram o desenvolvimento paralelo de três projectos de investigação, cujos resultados também contribuíram para o estudo. Primeiro, foi desenvolvido um modelo regional de maré para toda a costa Portuguesa que permitiu especificar as condições de fronteira no modelo hidrodinâmico (FORTUNATO et al. (2002b)). A utilização dos resultados do modelo regional revelou-se fundamental para representar o comportamento da pluma estuarina e a intrusão salina no estuário (FORTUNATO et al. (2000)). Por outro lado, os fortes gradientes salinos que ocorrem neste estuário motivaram o desenvolvimento de técnicas para a eliminação de oscilações numéricas em modelos de transporte (OLIVEIRA e FORTUNATO (2002)). Estas técnicas permitiram melhorar significativamente a representação da intrusão salina relativamente ao modelo anteriormente disponível (OLIVEIRA e FORTUNATO (2001)). Finalmente, foi aplicado um novo modelo tridimensional baroclínico (ELCIRC, ZHANG e BAPTISTA (2004)) para analisar as condições de ocorrência de estratificação salina no Guadiana (Figura 10) e caracterizar o campo salino em condições estratificadas (PINTO (2003), PINTO et al. (2004c)). A utilização deste modelo permitiu também verificar e comparar os critérios empíricos para estimar o grau de estratificação no estuário (PINTO et al. (2004b)). Figura 10 Exemplo de resultados de uma simulação 3D do modelo ELCIRC no estuário do Guadiana. AGRADECIMENTOS Este projecto foi financiado pelo Instituto da Água. Os autores agradecem ao Prof. R.A. Luettich pela disponibilização do modelo ADCIRC. 14

15 REFERÊNCIAS CARDOSO DA SILVA, M.; FORTUNATO, A.B.; OLIVEIRA, A.; ROCHA, J. Condições Ambientais no Estuário do Guadiana: o Conhecimento Actual, 5 o Congresso da Água, APRH, 2000, 18 pág. CHÍCHARO, M.A.; CHÍCHARO, L.; GALVÃO, H.; BARBOSA, A.; MARQUES, M.H.; ANDRADE, J.P.; ESTEVES, E.; MIGUEL, C.; GOUVEIA, C.; ROCHA, C. Status of the Guadiana estuary (South Portugal) during : an ecohydrological approach, Aquatic Ecosystem Health and Management, 4, 2001, pp FISCHER, H.B. - Mass transport mechanisms in partially stratified estuaries, Journal of Fluid Mechanics, 53, 1972, pp FISCHER, H.B. Mixing and dispersion in estuaries, An. Rev. of Fluid Mech, 8, 1976, pp FORTUNATO, A.B.; FERREIRA, J.S.; OLIVEIRA, A. A Tidal Model of the Iberian Atlantic Shelf: First Results, Thalassas, 16, 2000, pp FORTUNATO, A.B.; OLIVEIRA, A. - Estudo das Condições Ambientais no Estuário do Rio Guadiana e Zonas Adjacentes. 2ª Fase. Hidrodinâmica e Salinidade. Caracterização da Situação Actual, Relatório 233/01 NET, LNEC, 2001, Lisboa. FORTUNATO, A.B.; OLIVEIRA, A.; ALVES, E. Circulation and Salinity Intrusion in the Guadiana Estuary, Thalassas, 18:2, 2002a, pp FORTUNATO, A.B.; PINTO, L.; OLIVEIRA; A.; FERREIRA, J.S. Tidally generated shelf waves off the western Iberian coast, Continental Shelf Research, 22(14), 2002b, pp LUETTICH, R.A.; WESTERINK, J.J.; SHEFFNER; N.W. - ADCIRC: An Advanced Three-Dimensional Model for Shelves, Coasts and Estuaries. Report 1: Theory and Methodology of ADCIRC-2DDI and ADCIRC-3DL, Department of the Army, US Army Corps of Engineers. OLIVEIRA, A.; BAPTISTA, A.M. Diagnostic Modeling of Residence Times in Estuaries, Water Resources Research, 33/8, 1997, pp OLIVEIRA, A.; FORTUNATO, A.B.; BAPTISTA, A.M. Mass Balance in Eulerian-Lagrangian Transport Simulations in Estuaries, Journal of Hydraulic Engineering, 126/8, 2000, pp OLIVEIRA, A.; FORTUNATO, A.B. Oscillation-removal schemes for salinity studies, M.L. Spaulding (ed.), in Estuarine and Coastal Modeling 7, ASCE, 2001, pp OLIVEIRA, A.; FORTUNATO, A.B. Toward a Mass Conservative, Non-Oscillatory Eulerian- Lagrangian Transport Model, Journal of Computational Physics, 183/1, 2002, pp OLIVEIRA, A.; FORTUNATO, A.B. Um modelo bidimensional para o transporte de massa por combinação de elementos finitos, volumes finitos e métodos Eulerianos-Lagrangianos, Applied Computing Engineering, 2004, em impressão. PINTO, L. - Estratificação salina no estuário do Guadiana, Tese de Mestrado, LNEC, 2003, TM15. PINTO, L.; FORTUNATO, A.B.; OLIVEIRA, A.; JORGE DA SILVA, A.; SANTOS, A.I. Estratificação salina no estuário do Guadiana. Parte I: análise de dados, Recursos Hídricos, 2004a, em revisão. PINTO, L.; FORTUNATO, A.B., OLIVEIRA, A.; BAPTISTA, A.M. Estratificação salina no estuário do Guadiana. Parte II: modelação numérica, Recursos Hídricos, 2004b, em revisão. PINTO, L.; OLIVEIRA, A.; FORTUNATO, A.B., BAPTISTA, A.M. Analysis of the stratification in the Guadiana estuary, M.L. Spaulding (ed.), in Estuarine and Coastal Modeling 8, ASCE, 2004c, em revisão. SIMMONS, H.B. Some effects of upland discharge on estuarine hydraulics, Proceedings of the American Society of Civil Engineers, 81/792, UNCLES R.J.; BALE, A.J.; HOWLAND, R.J.M.; MORRIS, A.W.; ELLIOTT, R.C.A. Salinity of surface water in a partially-mixed estuary, and its dispersion at low run-off, Ocean. Acta, 6, 1983, pp ZHANG, Y.-L.; BAPTISTA, A.M. A cross-scale model for 3D baroclinic circulation in estuary-plumeshelf systems: I. Formulation and skill assessment, Continental Shelf Research, 2003, em impressão. 15