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: Morfodinâmica da praia de Ofir em diferentes estados de agitação marítima Aluno: Júlio Guilherme Branco Soares Faria Mendes Número do Aluno: Orientador: Prof. Doutor José Luís da Silva Pinho 1. Introdução O litoral, uma importante faixa do território português, evidencia de forma acentuada a necessidade da sua preservação, não somente pelos seus valores geológicos, naturais e paisagísticos de elevado relevo, mas também pela presença de três quartos da população portuguesa neste território, contribuindo assim para oitenta e cinco porcento do Produto Interno Bruto (PIB) nacional. (RRRAA, 2017) De acordo com (Machado, 2008) citado por (Carneiro, 2013) é também nesta zona que se concentra grande parte das unidades industriais devido à disponibilidade hídrica, à facilidade de transportes (melhores vias rodoviárias, acesso a portos de escoamento de produtos e de entrada de matérias primas) e à proximidade aos maiores centros económicos. Atualmente o litoral centraliza uma ampla atividade e um consequente aumento da procura desta região para diversas aplicações e ocupações. É, assim, do maior interesse o desenvolvimento de medidas representativas que alavanquem a proficuidade das potencialidades da zona em questão, nomeadamente com recurso a ações de reconhecimento do seu património socioeconómico, proteção dos seus ecossistemas e bens naturais, sustentando, deste modo, a melhoria da qualidade de vida das populações. Com a sua extensão apreciável e ocupação antrópica, o litoral nacional enfrenta ameaças profundas de fenómenos como a erosão costeira, galgamento/inundação, inconstância das arribas e movimentos de massa de vertente. Torna-se, assim, premente estudar e desenvolver soluções adequadas para a mitigação destes problemas, procurando reverte-se esta situação, preferencialmente através de metodologias sustentáveis e de longo prazo. (RRRAA, 2017) A orla costeira em Portugal (sistema praia-duna) é caracterizada pela sua dinâmica intensa que é induzida por agentes naturais e ambientais, entre eles o vento, a agitação marítima e as marés. São estes fatores ambientais que originam as correntes costeiras que por sua vez juntamente com o vento induzem o transporte sedimentar em costas arenosas ou de seixos responsáveis por diferentes padrões morfodinâmicos. De facto, diferentes estados de agitação e tipologia de mares determinam o movimento de sedimentos sendo por isso crucial a caracterização da hidrodinâmica da orla costeira. (Gomes, 2017). Em suma segundo (Gomes, 2017) para uma correta avaliação de riscos e impactos negativos na morfologia da praia é fulcral uma monitorização regular, que avalie tendências morfodinâmicas evolutivas e permita identificar zonas de menor ou maior risco de erosão, bem como as causas que a determinam, possibilitando, desta forma, a previsão de cenários futuros. Para tal ser possível, será imprescindível recorrer a levantamentos de praias, a analise de fotografias aéreas, observações in situ, recolha de amostras de sedimentos e ainda recolher dados de agitação marinha através, por exemplo, de sensores de pressão. A presente dissertação será desenvolvida como continuidade do trabalho iniciado por (Gomes, 2017) na praia de Ofir. O trabalho será centrado na observação do mesmo segmento de praia e será realizado o registo da sua evolução morfológica para diferentes estados de agitação que serão caracterizados com base numa sonda de pressão. Os resultados de campo serão complementados por resultados de modelação dos eventos monitorizados. Serão utilizados nos trabalhos de campo os seguintes equipamentos/tecnologias: - Sistema de levantamento topográfico GPS Diferencial Trimble Geo XR (DGPS - Differential Global Positioning System); - Sensor TWR-2050 (RBR) - Tide & Wave Recorders; - Software Arcgis e Quantum Gis; - Software XBeach/SWAN. 1

2 2. Objetivos Os processos físicos responsáveis pela morfologia e hidrodinâmica de praias apresentam uma elevada complexidade, sendo a sua simulação possível, embora com muitas simplificações. A morfodinâmica depende da agitação atuante, da batimetria inicial, do vento, das marés e das características dos sedimentos constituintes da praia. A validação dos resultados de simulações depende da obtenção de dados de campo fidedignos. Assim, o principal objetivo desta dissertação é o registo de estados morfológicos de um segmento de praia através de levantamentos sucessivos em simultâneo com o registo da agitação no período delimitado pelos levantamentos. Identificam-se dois objetivos específicos principais: - Caracterização de estados de agitação marinha e processos de propagação da agitação na praia de Ofir; - Realização de levantamentos topográficos com a finalidade de reconhecer alterações morfológicas de curto termo e comparação com resultados de simulação com software de modelação morfodinâmica. 3. Metodologia Levantamento topográfico através de DGPS Atualmente o GPS (Global Positioning System) é o sistema de posicionamento global mais difundido e utilizado para efetuar levantamentos topográficos, no entanto este sistema foi aprimorado para a realização de trabalhos com maiores exigências de precisão de resultados. Foi criado um novo sistema de localização, o Sistema de Posicionamento Global Diferencial (DGPS) ou GPS diferencial, da precisão nominal de 15 metros obtida com o GPS para cerca de 10 centímetros nas melhores implementações do DGPS. O DGPS usa uma rede de estações terrestres fixas que transmitem as diferenças entre as posições indicadas por satélites e essas posições fixas conhecidas. Sobre estas diferenças são efetuados cálculos e transmitidos sinais digitais para corrigir a posição final calculada. Com este dispositivo é possível a obtenção de levantamentos topográficos que resultarão como validação de possíveis alterações sofridas durante os períodos de monitorização da praia. Estima-se assim que, este tipo de abordagem seja eficaz para a avaliação das alterações sofridas em intervalos de tempo com a duração de um período de maré. O sistema a empregar para medição dos pontos nas praias é o GPS Trimble Geo XR. O recetor Trimble Geo XR combina funcionalidade e alta precisão nos trabalhos de campo, apresentando uma elevada flexibilidade de utilização e facilidade no posicionamento para realização de medições. Pode ser instalado num bastão topográfico com uma antena externa ou numa antena colocada de outro modo. Caso se pretenda retirar do bastão, é possível a ligação do recetor à antena integrada, convertendo-se assim numa solução para medição de pontos através de rover, podendo facilmente aceder à câmara integrada de 5 megapixéis. O GPS Trimble Geo XR apresenta um modem que permite acesso contínuo à internet e à rede para usar serviços baseados na web, dados RTK como Trimble VRS, uma sincronização segura e envio de arquivos do campo para o escritório através de Trimble AccessSync. O Trimble Geo XR incorpora um recetor GNSS de 220 canais com capacidade de rastreamento GPS e satélites GLONASS junto com uma antena de dupla frequência (L1/L2) integrada. Em suma, a abordagem a este tópico passará por uma primeira campanha experimental que resultará na seleção dos perfis a levantar e na aquisição de experiencia no manuseamento do equipamento. De seguida será fulcral a decisão dos dias mais favoráveis para a realização dos levantamentos e para isso recorrer-seá a dados eventualmente disponibilizados pelo Instituto Hidrográfico, já que são claras as vantagens da realização em dias de marés vivas, onde se dá a maior amplitude da maré e consequentemente uma maior exposição da praia, e em baixa-mar, onde ocorre o nível mínimo da maré, expondo assim uma maior área da praia. Posteriormente os dados recolhidos serão processados e analisados num software GIS. Software GIS Todas as atividades geram e têm necessidade de armazenar informações, no entanto essas informações encontram-se, na maioria das vezes, dispersas por vários sistemas, limitando assim o seu potencial. A solução para a integração e organização de informação geográfica poderá ser conseguida com o auxílio de ferramentas GIS (Geographic Information Systems). 2

3 Este software permite combinar várias camadas de informações, fornecer aos utilizadores uma melhor perceção de uma determinada área e maximizar a obtenção da informação, que de outra forma só seria possível aumentando a complexidade dos processos de análise. Um sistema GIS, integra dados de múltiplas fontes, ajudando os decisores em análises complexas. Para além disso, o GIS proporciona uma comunicação rápida dos resultados, através de gráficos, mapas e outros mecanismos de apresentação de informação, possibilitando que esta seja instantaneamente percebida por todos os colaboradores de uma organização. Existem várias soluções ou programas para GIS, tais como: Arcgis, Mapinfo, Geomedia, Grass, Gv SIG, Mapwindow, Quantum GIS, Spring, Saga Gis, ismart, Terra View, Transcad, VisualSIG, entre outros. No entanto as soluções abordadas na presente dissertação serão o Quantum GIS e Arcgis. Os softwares GIS empregues nesta fase serão o Arcgis e o Quantum GIS, e espera-se que através deles se consiga realizar consultas espaciais, exploração interativa de dados, identificação e seleção de geometrias, pesquisa, visualização e seleção de atributos e criação de simbologia vetorial e raster em inúmeros formatos. Assim, após a realização das diferentes campanhas, todos os valores adquiridos através do DGPS serão alvo de conversão para formato shapefile e de processamento no Quantum Gis. De seguida, já com os perfis e suas coordenadas disponíveis, proceder-se-á ao processamento das coordenadas dos pontos de cada um dos perfis transversais. Os resultados podem ser convertidos nos mais diversos formatos, como, DXF, XML, KML, GML, GPX, entre outros. No caso optar-se-á pela conversão das coordenadas dos perfis num formato compatível com o Excel. Numa fase final, após a realização do tratamento da informação através do Excel, será possível obter os perfis pretendidos em forma de gráfico. TWR-2050; (RBR) O TWR-2050 é um sensor submersível autónomo, concebido para medir dados de marés e ondas. Além da capacidade para a medição da maré, o TWR-2050 é capaz de medir elevado número de dados de pressão para a análise de eventos de agitação. O gravador RBR Tide / Wave é muito preciso e de dimensões reduzidas, podendo ser instalado no fundo do mar, preso a uma estrutura já existente, ou ligado a uma linha de amarração. O software RBR Windows apresenta uma ligação direta ao sensor e ao menu de configuração de exibição, que inclui a sincronização do sensor para o relógio do PC, estabelecendo o período de amostragem. Possibilita a definição do comprimento de rutura média e a monitorização da seleção de dados por meio de um calendário gráfico. Os dados também podem ser guardados num arquivo. O presente sensor terá um papel determinante no que diz respeito a registo de dados de agitação marinha, sendo que este será instalado num local acessível da praia e numa superfície minimamente plana, de modo a efetuar a furação e possibilitando assim que a estrutura metálica usada para suporte do sensor de pressão fique fixa sem problemas de rotura quando submersa. As medições serão feitas em vários períodos posteriormente agendados. Software Xbeach O Xbeach é um modelo bidimensional capaz de simular a propagação de ondas, bem como o transporte de sedimentos e as alterações morfológicas causadas por tempestades em áreas costeiras, praias, dunas e ilhas barreira. Este software é aplicado na previsão do efeito de tempestades marítimas na erosão e inundação de zonas costeiras, e foi avaliado através da comparação do desempenho do mesmo relativamente a fórmulas empíricas. Para aplicação do modelo Xbeach consideraram-se os valores de condição de agitação marítima derivados do modelo SWAN, os perfis transversais das praias, determinados através dos levantamentos realizados. O presente modelo será útil para o processamento dos dados recolhidos nas campanhas de monitorização na praia de Ofir e respetiva análise. 3

4 4. Resultados Esperados A partir dos estudos aqui propostos pretende-se alcançar os objetivos apresentados no item 2 deste projeto, além de alcançar os seguintes resultados e metas: - Caracterização geral da praia de Ofir; - Sistema de informação geográfica de apoio ao trabalho de dissertação; - Resultados do programa de monitorização da topografia da praia com base em equipamento DGPS (em função do tipo de maré e estados de agitação); - Resultados da evolução da praia durante os períodos de monitorização e aferição de processos morfodinâmicos resultantes; - Caracterização dos principais processos físicos associados à propagação da agitação durante a aproximação à praia de Ofir; -Abordagem estatística e hidrodinâmica dos estados de agitação; - Processo de instalação do sensor TWR-2050 para registo das características da agitação durante vários ciclos de maré; - Programa de monitorização de eventos de agitação; - Resultados relativos aos estados de agitação; - Resultados de simulação com o software Xbeach dos eventos correspondentes à monitorização realizada. 5. Faseamento e Calendarização 5.1 Faseamento I. Pesquisa bibliográfica Nesta primeira fase será feita uma pesquisa aprofundada sobre morfodinâmica de praias e outras matérias complementares que se considerem relevantes para a realização deste projeto, visando reter o máximo de informação teórica sobre o assunto. II. Estudo do equipamento utilizado para levantamento topográfico, registo da agitação e do software utilizado no processamento dos dados e realização de simulações Numa segunda fase é proposto um estudo exaustivo sobre o modo de funcionamento do equipamento a utilizar. III. Trabalho de campo Relativamente aos levantamentos topográficos será definido um programa de monitorização para diferentes períodos recorrendo ao dispositivo DGPS Trimble Geo XR. IV. Processamento de dados O processamento de dados obtidos na fase anterior, será realizado com o software QGis e complementado com simulações no software Xbeach. V. Análise de resultados Será efetuada a análise cuidada e exaustiva dos resultados obtidos nas diferentes campanhas e simulações. VI. Redação da dissertação A redação da presente dissertação será feita de uma forma continua, em função dos acontecimentos. 4

5 5.2 Calendarização Fase I X X X Tempo (semanas) Fase II X X X X Fase III X X X X Fase IV X X X X X X X Fase V X X X Fase VI 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 Referências Bibliográficas Gomes, A. C. M. (2017) Morfodinâmica de praias sob influência de estruturas antrópicas (Master Thesis, Universidade do Minho) Carneiro, J. J. F. (2013) Caracterização de estados de agitação marinha e processos de propagação e alteração da agitação junto à costa (Master Thesis, Universidade do Minho) RRRAA (2017) Decreto do Representante da República para a Região Autónoma dos Açores n.º 2/ Diário da República n.º 132/2017, Série I de Silva, A. P. D. (2014). Estudo da morfodinâmica da praia de seixos de Belinho sob a influência de diferentes estados de agitação e tipos de maré (Doctoral dissertation). Heleno, A.J.P. (2017). Avaliação do espraiamento e inundação nas praias da Costa da Caparica: modelação com o modelo XBEACH, Instituto Superior de Engenharia de Lisboa. 5