Transporte de Sal e de Energia no Canal do Espinheiro (Ria de Aveiro)

Nuno Vaz

João Miguel Dias (UA), Paulo Leitão (HIDROMOD)

OBJECTIVOS

• Identificação dos principais mecanismos de transporte de energia e de sal ao longo do canal do Espinheiro e sua dependência das condições fronteira

• Estudar as trocas de energia e de sal entre a Ria de Aveiro e o Oceano Atlântico e entre o rio Vouga e a Ria de Aveiro

• Estabelecimento e desenvolvimento de metodologias convencionais de amostragem de temperatura da água, salinidade e caudais

• Implementação de um modelo numérico (MOHID) para o estudo de mecanismos de transporte de energia e de sal ao longo do Canal do Espinheiro e das suas fronteiras com o exterior

ÁREA DE ESTUDO

• 11 km de Extensão

• Profundidade média de 6 metros (no seu eixo)

• Orientação Este-Oeste

• Canal de ligação entre o Rio Vouga e o Oceano Atlântico

TAREFAS

MODELAÇÃO DE PROCESSOS FÍSICOS NA RIA DE AVEIRO

AMOSTRAGEM DE GRANDEZAS FÍSICAS NA RIA DE AVEIRO

• Actualização da batimetria da Ria de Aveiro

• Construção de uma malha de passo variável

• Calibração/validação do modelo hidrodinâmico e de transporte (Mohid) (2D)

• Implementação do modelo de transporte 3D para o canal do Espinheiro

Campanhas de amostragem de:

- salinidade

- temperatura da água

- velocidade da corrente

- caudais

(campanha efectuadas no canal do Espinheiro entre Setembro de 2003 e Setembro de 2004)

CALIBRAÇÃO E VALIDAÇÃO DO MODELO HIDRODINÂMICO

• Forçamento: maré

• Malha de 568 x 429 pontos de cálculo

• Coeficientes de Manning entre 0.022 e 0.045

• Calibração feita comparando dados de alturas de água do modelo com dados observados pelo Instituto Hidrográfico em 24 estações de (dados de 1987 e 1988)

• Validação feita comparando séries observadas de altura de água e velocidade da corrente com resultados do modelo em 11 e 10 estações de amostragem, respectivamente (Verão de 1997)

• Dados de caudal observados e calculados para a embocadura da Ria de Aveiro (Outubro de 2002)

RESULTADOS

CALIBRAÇÃO DO MODELO HIDRODINÂMICO

RESULTADOS

VALIDAÇÃO DO MODELO HIDRODINÂMICO

• Comparação de séries de caudal calculado com o modelo e calculados a partir de dados de d.d.p. eléctrico (eléctrodos ligados por um cabo submarino que cruza a embocadura da Ria)

(Comparação relevante dados que a Ria apenas tem um canal de comunicação com o oceano)

VALIDAÇÃO DO MODELO HIDRODINÂMICO - Caudais

• Caudal de origem lunar (+ de 90% da energia da maré)

• Constituintes da maré: M2, M4 e O1

E = v F

IMPLEMENTAÇÃO DO MODELO DE TRANSPORTE

• Maré (constantes harmónicas de 1996 e 1997)

• Dados meteorológicos usados para o cálculo de fluxos de calor à superfície: temperatura do ar, humidade relativa, componentes u e v do vento e radiação solar (dados do NCEP)

• Fronteira aberta oceânica: séries de salinidade e de temperatura da água

• Rios: caudal fluvial, salinidade e temperatura

• comparação de séries de salinidade e temperatura da água em 7 estações (calibração) e 11 estações de amostragem (validação) (Julho de 1996 e Junho de 1997)

RESULTADOS

CALIBRAÇÃO DO MODELO DE TRANSPORTE

CONCLUSÃO GERAIS

• No geral, os resultados mostram que o modelo consegue reproduzir a propagação da onda de maré na Ria de Aveiro

• Resultados de caudal obtidos com o cabo submarino funcionam como uma ferramenta válida para a calibração e validação de modelos hidrodinâmicos

• Resultados dos níveis são sobretudo influenciados por problemas de batimetria ou por uma malha de 40 m não conseguir resolver bem zonas com largura inferior

• Salinidade e temperatura da água na Ria de Aveiro são fortemente influenciadas pelas condições fronteira

… Apesar de tudo…

“Os resultados mostram que, no geral, foi conseguida uma boa implementação do modelo (hidrodinâmico e de transporte) e considera-se o modelo bem calibrado e validado para a Ria de Aveiro!!”

Nuno, Março de 2005

AMOSTRAGEM DE GRANDEZAS FÍSICAS (TRABALHO DE CAMPO)

• Campanhas de amostragem de salinidade, temperatura da água, velocidade da corrente e de caudais (Setembro de 2003 a Setembro de 2004)

• 10 secções de amostragem (1 km entre secções)

• perfis de salinidade, temperatura da água e velocidade da corrente

• Amostragem efectua-se em períodos de máxima amplitude de maré (marés vivas) e no período de mínima amplitude de maré seguinte (marés mortas)

(inicio: 1h 40 min depois da hora de baixa-mar prevista para a Barra de Aveiro)

CAUDAIS

LOCAL DE AMOSTRAGEM

• Amostragem realiza-se 3 horas depois da hora de baixa-mar prevista para a Barra de Aveiro

• Divisão da secção do rio Vouga em segmentos de 2 metros

• Medição de velocidade da corrente a 60% da coluna de água

SALINIDADE – caudal fluvial baixo (02/10)/elevado (05/12) (marés mortas)

Espinheiro

Channel

Vouga R iver

Atla

ntic

Oce

an

A veiro

S. J

acin

to C

hann

el

8º45'

38 '

41 '

40 '

37 '

40º42'

0.0

4.0

8.0

12.0

16.0

20.0

24.0

28.0

32.0

36.0

Sal

inity

02/10/2003 surface

6.11 m s3 -1

Espinheiro

Channel

Vouga R iver

Atla

ntic

Oce

an

A veiro

S. J

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el

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37 '

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16.0

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24.0

28.0

32.0

36.0

Sal

inity

02/10/2003 m id-water

6.11 m s3 -1

Espinheiro

Channel

Vouga R iver

Atla

ntic

Oce

an

A veiro

S. J

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to C

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el

8º45'

38 '

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40 '

37 '

40º42'

0.0

4.0

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12.0

16.0

20.0

24.0

28.0

32.0

36.0

Sal

inity

02/10/2003channel bed

6.11 m s3 -1

Espinheiro

Channel

Vouga R iver

Atla

ntic

Oce

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A veiro

S. J

acin

to C

hann

el

8º45'

38 '

41 '

40 '

37 '

40º42'

0.0

4.0

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12.0

16.0

20.0

24.0

28.0

32.0

36.0

Sal

inity

05/12/2003 surface

115.97 m s3 -1

Espinheiro

Channel

Vouga R iver

Atla

ntic

Oce

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A veiro

S. J

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el

8º45'

38 '

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20.0

24.0

28.0

32.0

36.0

Sal

inity

05/12/2003 m id-water

115.97 m s3 -1

Espinheiro

Channel

Vouga R iver

Atla

ntic

Oce

an

A veiro

S. J

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el

8º45'

38 '

41 '

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37 '

40º42'

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20.0

24.0

28.0

32.0

36.0

Sal

inity

05/12/2003channel bed

115.97 m s3 -1

Campos longitudinais de salinidade (Outono de 2003)

Campos longitudinais de temperatura (Outono de 2003)

DADOS OBSERVADOS Vs DADOS DO MODELO

Vouga R iver

Atla

ntic

Oce

an

A veiro

S. J

acin

to c

hann

el

8º45 '

38 '

41 '

40 '

37 '

40º42 '

0

2

4

6

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10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

Sal

inity

115.97 m s3 -1

(a)

Vouga R iver

Atla

ntic

Oce

an

A veiro

S. J

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8º45 '

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40 '

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0

2

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12

14

16

18

20

22

24

26

28

Sal

inity

115.97 m s3 -1

(b)

Campos longitudinais de salinidade e de temperatura da água observados integrados na vertical Versus Resultados Mohid 2D

Vouga R iver

Atla

ntic

Oce

an

A veiro

S. J

acin

to c

hann

el

8º45 '

38 '

41 '

40 '

37 '

40º42 '

11.0

11.2

11.4

11.6

11.8

12.0

12.2

12.4

12.6

12.8

13.0

13.2

13.4

13.6

13.8

14.0

Te

mpe

ratu

re [º

C]

115.97 m s3 -1

(c)

Vouga R iver

Atla

ntic

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S. J

acin

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el

8º45'

38 '

41'

40 '

37 '

40º42 '

11.0

11.3

11.6

11.9

12.2

12.5

12.8

13.1

13.4

13.7

14.0

Tem

pera

ture

[ºC

]

115.97 m s3 -1

(d)

ESTAÇÃO FIXA

• Perfis verticais de salinidade, temperatura da água e velocidade da corrente

• Caracterização sazonal da laguna em termos de estrutura salina, térmica e de circulação

• Classificação do estuário em termos de circulação e de estratificação (Hansen & Rattray, 1965)

• Cálculo de fluxos de sal através de uma secção (trabalho a decorrer!!)

• Local de amostragem: Junto à foz do Rio Vouga

- EXEMPLO

- Período de amostragem: 15/01/2004 a 16/01/2004

- Intervalo de amostragem: 1h 2min (hora lunar)

- Grandezas amostradas: salinidade, temperatura da água e velocidade da corrente

- Caudal fluvial estimado: 51.8 m3s-1

- Maré: Período de marés mortas

0 5 10 15 20 250

2

4

6

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

Altu

ra d

e Á

gu

a [

m]

Tem po [horas]

Sa

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PS

U]

15 /01/2004 10:30 AM

16/01/2004 11:30 AM

Canal do Espinheiro

0 5 10 15 20 250

2

4

6

-1 .1-1 .0-0 .9-0 .8-0 .7-0 .6-0 .5-0 .4-0 .3-0 .2-0 .10 .00 .10 .20 .30 .40 .50 .60 .70 .80 .9

Altu

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[m]

Tem po [horas]

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da

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/s]

15 /01/2004 10:30 AM

16/01/2004 11:30 AM

C anal do Espinheiro

0 5 10 15 20 250

2

4

6

10.0

10 .2

10 .4

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10 .8

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11 .4

11 .6

11 .8

12 .0

12 .2

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12 .6

12 .8

13 .0

13 .2

13 .4

13 .6

13 .8A

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de

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ua

[m

]

Tem po [horas]

Te

mp

era

tura

[ºC

]

15 /01/2004 10:30 AM

16/01/2004 11:30 AM

Canal do Espinheiro

SALINIDADE

TEMPERATURA DA ÁGUA

VELOCIDADE DA CORRENTE

CONCLUSÕES GERAIS E TRABALHO FUTURO

• As propriedades hidrológicas são fortemente influenciadas pelas condições fronteira (marés, caudal fluvial e condições meteorológicas)

• Caudal fluvial elevado leva à formação de estratificação vertical. Caudal fluvial baixo leva a que o canal “se encha” de água salgada tornando-o um sistema bem misturado

• Modelo bidimensional mais ajustado para cálculos em situações de caudal fluvial pouco elevado (caudal elevado – modelo tridimensional é mais apropriado)

• Todos os resultados mostram o comportamento tipicamente estuarino do Canal do Espinheiro (circulação gravitacional)

• Implementação tridimensional do modelo hidrodinâmico e de transporte para o canal do Espinheiro (calibração e validação)

• Malha horizontal em coordenadas curvilíneas

• Acoplamento do modelo de turbulência GOTM

• Estudo da estrutura vertical da salinidade, da temperatura da água e do escoamento no canal do Espinheiro e na interface com o Oceano Atlântico