. . ESTUDO DAS INUNDAÇÕES DO RIO MONDEGO A JUSANTE DA
CONFLUÊNCIA DO RIO CEIRA
FLOOD INUNDATION STUDY OF RIVER MONDEGO DOWNSTREAM
OF THE CONFLUENCE WITH RIVER CEIRA
ÉTUDE DES INONDATIONS DU FLEUVE DU MONDEGO EN AVAL
DE LA CONFLUENCE DU FLEUVE DU CEIRA
Cliente
Cofinanciamento
ESTUDO DAS INUNDAÇÕES DO RIO MONDEGO A JUSANTE DA
CONFLUÊNCIA DO RIO CEIRA
RESUMO
Neste estudo procede-se à caracterização das inundações do rio Mondego a jusante da confluência
do rio Ceira. O estudo integra-se na Componente 2 - Modelação de recursos hídricos – cartas de
zonas inundáveis fluviais do projeto “Modelação de dados geográficos e modelação matemática dos
recursos hídricos superficiais e subterrâneos para o planeamento e gestão dos recursos hídricos sob
jurisdição da ARH do Centro”.
O estudo assenta em três vertentes complementares, nomeadamente, análise bibliográfica, análise
da informação de base e simulação em modelo matemático de eventos extremos de cheias e
elaboração de cartas de zonas inundáveis.
A análise da informação de base revelou a inexistência de valores de níveis e caudais no trecho
regularizado do rio Mondego o que inviabilizou a calibração dos coeficientes de rugosidade do
modelo. Atendendo aos limites da informação de base, efetuaram-se várias hipóteses de trabalho no
estudo e na definição dos cenários de simulação.
As simulações em modelo computacional conduziram a resultados que, embora não definitivos face
às lacunas de informação de base, permitiram caracterizar as condições de escoamento no rio
Mondego e elaborar as cartas de zonas inundáveis em Coimbra.
LNEC - Proc. 0605/541/5759
i
ii
LNEC - Proc. 0605/541/5759
ÍNDICE
1.
INTRODUÇÃO .............................................................................................................................. 1
2.
DESCRIÇÃO GERAL DA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO MONDEGO E DAS
INTERVENÇÕES REALIZADAS .................................................................................................. 3
2.1.
Descrição da bacia hidrográfica do rio Mondego ........................................................3
2.2.
Intervenções realizadas na bacia hidrográfica do rio Mondego .................................4
2.3.
3.
5.
Enquadramento ....................................................................................................4
2.2.2.
Aproveitamentos Aguieira-Raiva e Fronhas .........................................................5
2.2.3.
Regularização fluvial do Baixo Mondego..............................................................6
2.2.4.
Açude-Ponte de Coimbra ...................................................................................12
2.2.5.
Rega e enxugo dos campos do Mondego ..........................................................12
Cheias .............................................................................................................................13
2.3.1.
Cheias históricas .................................................................................................13
2.3.2.
Cheias em regime natural ...................................................................................15
INFORMAÇÃO DE BASE .......................................................................................................... 16
3.1.
Informação disponível ...................................................................................................16
3.2.
Análise da informação disponível ................................................................................18
3.3.
4.
2.2.1.
3.2.1.
Dados de geometria............................................................................................18
3.2.2.
Dados hidráulicos ...............................................................................................23
3.2.3.
Ocupação do solo ...............................................................................................25
Comentários finais .........................................................................................................26
METODOLOGIA ......................................................................................................................... 27
4.1.
Hipóteses simplificativas ..............................................................................................27
4.2.
Metodologia ....................................................................................................................27
4.3.
Modelo HEC-RAS ...........................................................................................................29
APLICAÇÃO DO MODELO. ANÁLISE DOS RESULTADOS ................................................... 30
5.1.
Identificação dos cenários de simulação ....................................................................30
5.2.
Valores adotados da rugosidade do leito e margens ................................................33
5.3.
Análise dos resultados..................................................................................................34
5.4.
5.3.1.
Cenários 1 e 2 .....................................................................................................34
5.3.2.
Cenários 3 e 4 .....................................................................................................37
5.3.3.
Cenários 5 e 6 .....................................................................................................40
Análise de sensibilidade dos resultados a variações dos coeficientes de
rugosidade e níveis a jusante ......................................................................................43
6.
CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES..................................................................................... 47
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iii
iv
LNEC - Proc. 0605/541/5759
ÍNDICE DE QUADROS
Quadro 1 – Características da secção transversal tipo considerada no projeto do leito central
do rio Mondego nos seus diferentes troços .................................................................7
Quadro 2 – Caudais de cheia nos afluentes do Baixo Mondego (extraído de Lencastre 2004) .....7
Quadro 3 – Sistema de descarga controlada ...................................................................................8
Quadro 4 – Estimativas das cheias em regime natural na bacia do rio Mondego (extraído de
PGBH do Mondego, Vouga e Lis)..............................................................................15
Quadro 5 – Tipo de ocupação na zona em estudo ........................................................................26
Quadro 6 – Cenários de simulação ................................................................................................31
Quadro 7 – Secções de referência .................................................................................................32
Quadro 8 – Valores adotados da rugosidade do leito e margens do rio Mondego .......................34
Quadro 9 – Resultados do modelo para os cenários 1 e 2 ............................................................37
Quadro 10 – Resultados do modelo para os cenários 3 e 4 ..........................................................39
Quadro 11 – Resultados do modelo para o cenário 5 ...................................................................42
Quadro 12 – Resultados do modelo para o cenário 6 ...................................................................43
Quadro 13 – Influência dos níveis de maré (NM) nas cotas da superfície livre relativas ao
cenário 1 ....................................................................................................................45
Quadro 14 – Influência dos coeficientes de rugosidade nas cotas da superfície livre relativas
ao cenário 1 ...............................................................................................................46
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v
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1 – Rede hidrográfica no trecho final do rio Mondego ..........................................................1
Figura 2 – Distribuição anual dos valores médios da precipitação, temperatura,
evapotranspiração potencial e do escoamento em regime natural na bacia
hidrográfica do rio Mondego (PGBH, 2011) ................................................................4
Figura 3 – Secção transversal tipo considerada no projeto do leito central do rio Mondego ..........7
Figura 4 − Leito central do rio Mondego na fase de construção. Margens e esporão .....................9
Figura 5 − Leito central do rio Mondego. Aspeto do 1º esporão no troço regularizado a
jusante do Açude-Ponte de Coimbra. Foto de 10/12/1999 .........................................9
Figura 6 − Leito central do rio Mondego. Vista para montante: esporão nº 3 e vegetação no
interior da secção transversal. Foto de 01/04/2003...................................................10
Figura 7 − Leito central do rio Mondego. Ilha formada a jusante do 2º esporão no troço
regularizado a jusante do Açude-Ponte de Coimbra. Foto de 10/12/1999 ...............10
Figura 8 − Leito central do rio Mondego. Aspeto da destruição do esporão nº 4 na sequência
da cheia de janeiro de 2001. Foto de 22/06/2001 .....................................................11
Figura 9 − Leito central do rio Mondego. Reconstrução do esporão nº6. Banco de areia
localizado junto à margem direita. Foto de 01/04/2003 .............................................11
Figura 10 − Leito central do rio Mondego. Vista para montante. Bancos de areia junto à
margem esquerda a jusante do esporão nº 4. Foto de 22/06/2001 ..........................12
Figura 11 – Caudal afluente ao Açude-Ponte de Coimbra entre 1 de dezembro de 2000 e 1
de fevereiro de 2001 ..................................................................................................14
Figura 12 – Caudal afluente ao Açude-Ponte de Coimbra entre 26 e 31 de janeiro de 2001 .......14
Figura 13 – Informação utilizada na construção do modelo digital do terreno ..............................18
Figura 14 – Secções transversais do rio Mondego ........................................................................20
Figura 15 – Perfil longitudinal do rio Mondego a jusante da confluência do rio Ceira ...................22
Figura 16 – Configuração típica do leito do fundo a jusante da zona de esporões e quedas .......22
Figura 17 – Caudais médios diários efluentes do Açude-Ponte de Coimbra ................................23
Figura 18 – Relação entre cotas do nível na albufeira do Açude-Ponte de Coimbra e caudais
descarregados no período de 1 de dezembro de 2000 a 31 de janeiro de 2001 ......24
Figura 19 – Relação entre o nível médio do escoamento no leito central do Mondego junto à
estação elevatória do rio Foja e os caudais médios diários efluentes do AçudePonte de Coimbra no período de 2004 a 2012..........................................................25
Figura 20 – Perfil longitudinal da superfície livre para o cenário 1 ................................................35
Figura 21 – Pormenor dos perfis da superfície livre e da velocidade média do escoamento
para o cenário 1 .........................................................................................................35
vi
LNEC - Proc. 0605/541/5759
Figura 22 – Perfil longitudinal da superfície livre para o cenário 2 ................................................36
Figura 23 – Perfil longitudinal da superfície livre para o cenário 3 ................................................38
Figura 24 – Perfil longitudinal da superfície livre para o cenário 4 ................................................38
Figura 25 – Cotas do nível na albufeira do Açude-Ponte de Coimbra observadas na cheia de
2001 e calculadas pelo modelo .................................................................................40
Figura 26 – Perfil longitudinal da cota máxima da superfície livre para o cenário 5 ......................41
Figura 27 – Perfil longitudinal da cota máxima da superfície livre para o cenário 6 ......................41
Figura 28 – Propagação do hidrograma de cheia no cenário 5 .....................................................42
Figura 29 – Influência da variação dos níveis de maré nos resultados relativos ao cenário 1......44
Figura 30 – Influência da variação dos níveis de maré nos resultados relativos ao cenário 1
(pormenor) .................................................................................................................44
Figura 31 – Influência da variação dos coeficientes de rugosidade nos resultados relativos
ao cenário 1 ...............................................................................................................46
ÍNDICE DE FIGURAS DO ANEXO
Figura I.1 – Altimetria na zona em estudo......................................................................................53
Figura I.2 – Secções transversais do rio Mondego utilizadas no modelo ......................................55
Figura I.3 – Secções transversais do rio Mondego utilizadas no modelo: pormenor da zona
próxima de Coimbra ...................................................................................................57
Figura I.4 – Ocupação do solo na zona de estudo ........................................................................59
Figura I.5 – Ocupação do solo na zona de estudo: pormenor da zona próxima de Coimbra .......61
Figura I.6 – Carta de zonas inundáveis junto a Coimbra ...............................................................63
Figura I.7 – Identificação dos trechos dos diques do leito regularizado do rio Mondego
passiveis de serem galgados.....................................................................................65
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vii
ESTUDO DAS INUNDAÇÕES DO RIO MONDEGO A JUSANTE DA
CONFLUÊNCIA DO RIO CEIRA
1. INTRODUÇÃO
Foi solicitado ao Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC), pela Administração da Região
Hidrográfica do Centro (ARH Centro), a execução do projeto “Modelação de dados geográficos e
modelação matemática dos recursos hídricos superficiais e subterrâneos para o planeamento e
gestão dos recursos hídricos sob jurisdição da ARH do Centro”. O projeto compreendeu quatro
componentes (estudos), desenvolvidas paralelamente, designadamente:
• Componente 1: Desenvolvimento e implementação da especificação de informação
geográfica através de modelos de dados geográficos;
• Componente 2: Modelação de recursos hídricos – cartas de zonas inundáveis fluviais para
os trechos dos rios Mondego e Vouga compreendidos entre a confluência do rio Ceira e o
limite de propagação da maré e, entre Águeda e Cacia respectivamente;
• Componente 3: Modelação da inundação na ria de Aveiro e no estuário do rio Mondego;
• Componente 4: Modelação qualitativa e quantitativa em aquíferos.
O presente relatório diz respeito à Componente 2, elaboração de cartas de zonas inundáveis fluviais,
em particular para o trecho do rio Mondego entre a confluência do rio Ceira e o limite de propagação
da maré (Figura 1).
Figura 1 – Rede hidrográfica no trecho final do rio Mondego
LNEC - Proc. 0605/541/5759
1
O trecho do rio Mondego em estudo integra-se no conjunto de intervenções realizadas no âmbito do
plano geral do Aproveitamento Hidráulico da bacia do Mondego. Essas intervenções incluíram a
regularização fluvial do leito central do rio Mondego e a construção de diques de proteção de cheias,
a construção de barragens a montante para o controlo de cheias e produção de energia, e a
realização de obras de rega e enxugo dos campos do Baixo Mondego.
A caracterização do comportamento hidráulico do trecho regularizado do rio Mondego reveste-se de
grande importância no contexto da proteção contra cheias dos campos do Baixo Mondego, em
particular, após os eventos de cheias ocorridos em 2001. Nesse âmbito procedeu-se à simulação das
condições de escoamento no trecho do rio Mondego a jusante da confluência do rio Ceira tendo como
objetivo a determinação das zonas inundáveis.
Antecedendo a elaboração deste relatório procedeu-se a uma recolha da informação de base
disponível, incluindo referências bibliográficas relevantes.
Este relatório foi organizado em seis capítulos. Após a introdução, procede-se no Capítulo 2 a uma
descrição sumária da bacia hidrográfica do rio Mondego e das intervenções realizadas tendo em vista
a regularização fluvial e o controle e defesa contra cheias do Baixo Mondego. No Capítulo 3 analisase a informação de base disponibilizada para a realização do estudo, identificando-se os limites e
lacunas da informação e a necessidade de se obterem mais dados. No Capítulo 4 é descrita a
metodologia utilizada no estudo, incluindo as hipóteses e simplificações consideradas e a descrição
sumária do modelo computacional. No Capítulo 5 são definidos os cenários de simulação e
apresentados os resultados da aplicação do modelo computacional. Por último, no Capítulo 6
apresentam-se as conclusões e recomendações do estudo.
2
LNEC - Proc. 0605/541/5759
2. DESCRIÇÃO GERAL DA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO MONDEGO E DAS
INTERVENÇÕES REALIZADAS
2.1. Descrição da bacia hidrográfica do rio Mondego
O rio Mondego nasce na Serra da Estrela, a 1425 m de altitude e percorre 258 km até desaguar no
Oceano Atlântico, junto à Figueira da Foz. A sua bacia hidrográfica, com uma área de cerca de
2
6645 km , tem uma forma alongada com eixo maior na direção NE-SW. É limitada a Norte e Este
pelas bacias dos rios Vouga e Douro, e a Sul, pelas bacias dos rios Lis e Tejo. Os principais afluentes
do rio Mondego são, na margem esquerda, os rios Pranto, Arunca, Ceira e Alva, e, na margem
direita, o rio Dão.
A bacia hidrográfica do rio Mondego estende-se por duas unidades geológicas distintas: a Meseta
Ibérica e a Orla Mesocenozóica Ocidental, que imprimem características diversas à sua rede
hidrográfica. A maior parte do trajeto do rio Mondego faz-se em vales bastante encaixados em rochas
metamórficas e granitóides (anteordovícios e pré-câmbricos), comprimindo-se na passagem Entre
Penedos, na crista quartzítica Buçaco-Penacova. O troço terminal, a jusante de Coimbra (Baixo
Mondego), com cerca de 40 km, percorre uma planície aluvial instalada na cobertura mesocenozóica,
até desaguar no oceano Atlântico junto da cidade de Figueira da Foz.
Na bacia hidrográfica do rio Mondego predominam as zonas de florestas, as áreas de vegetação
arbustiva e as zonas agrícolas. Na região do Baixo Mondego os espaços florestais são também
predominantes mas as culturas de regadio e arrozais e as culturas de sequeiro e as zonas
artificializadas assumem nesta região maior representação.
O clima na bacia hidrográfica do rio Mondego é do tipo mesotérmico (temperado), húmido, com
estações de Verão e Inverno bem definidas, inserindo-se nos climas do tipo mediterrânico, com
influência oceânica. A temperatura média do ar na bacia é aproximadamente de 13,4ºC. Nas zonas
montanhosas da Serra da Estrela e da Serra do Caramulo a temperatura média é de cerca de 10ºC,
enquanto na zona do Baixo Mondego e junto à costa a temperatura média atinge os 15ºC.
De acordo com o Plano de Gestão das Bacias Hidrográficas do Mondego, Vouga e Lis (PGBH, 2011),
o valor médio da precipitação anual ponderado na bacia hidrográfica do rio Mondego é de 1073 mm,
e os valores médios ponderados da evapotranspiração potencial e do escoamento de 1042 mm e
569 mm, respectivamente.
Na Figura 2 apresenta-se a distribuição anual dos valores médios da precipitação, temperatura,
evapotranspiração potencial e do escoamento em regime natural na bacia hidrográfica do rio
Mondego. O escoamento mensal, tal como as restantes variáveis hidrológicas, apresenta uma
acentuada variação sazonal, marcada por um semestre húmido, de outubro a março, e um semestre
seco, de abril a setembro. Verifica-se que mais de 70% da precipitação e das afluências anuais em
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3
regime natural concentram-se no semestre húmido. A afluência média anual na bacia do rio Mondego
3
em regime natural é de 3790 hm , a que corresponde um escoamento médio anual de cerca de
160
25
140
20
120
100
15
80
10
60
40
5
Temperatura média (ºC)
Precipitação, evapotranspiração potencial e
escoamento médios (mm)
569 mm.
20
0
0
Out Nov Dez Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set
Mês
Precipitação
Evapotranspiração potencial
Escoamento (regime natural)
Temperatura
Figura 2 – Distribuição anual dos valores médios da precipitação, temperatura, evapotranspiração
potencial e do escoamento em regime natural na bacia hidrográfica do rio Mondego (PGBH, 2011)
2.2. Intervenções realizadas na bacia hidrográfica do rio Mondego
2.2.1.
Enquadramento
No passado, devido ao regime irregular do rio Mondego e às características do seu vale aluvionar, os
campos do Baixo Mondego eram sucessivamente inundados, provocando graves prejuízos às
populações aí instaladas, com a perda de vidas humanas, danificando campos agrícolas e vias de
comunicação. Simultaneamente, a erosão da parte superior da bacia hidrográfica e o consequente
transporte de sedimentos originou o assoreamento progressivo do leito do rio e da planície aluvionar,
traduzido numa subida de 15 m do vale aluvionar do Mondego. O aparecimento de mouchões e
ínsuas diminuíram a capacidade de vazão do rio, enfraquecendo as motas e agravando a frequência
das inundações nos campos.
A necessidade de defesa do Baixo Mondego cedo motivou a procura de soluções para minorar os
prejuízos das inundações. Em Sanches (1996) são descritas as sucessivas intervenções
preconizadas para o rio Mondego, bem como os conceitos e objetivos que as presidiram. Entre
outras, refere-se a abertura de um novo leito do rio Mondego, no século XVIII, de acordo com o
4
LNEC - Proc. 0605/541/5759
projeto elaborado pelo padre Estêvão Cabral, e o projeto do “Aproveitamento Hidroagrícola e
Hidrelétrico da Bacia do Mondego”, datado de 1940, da Junta Autónoma das Obras de Hidráulica
Agrícola.
Em 1962, a Direcção-Geral dos Serviços hidráulicos apresentou o plano geral do aproveitamento
hidráulico da bacia do rio Mondego. Este plano preconizava a regularização das cheias através de
albufeiras de fins múltiplos a criar a montante, nomeadamente pelas barragens da Aguieira e do Alva
(Fronhas) e a criação de um sistema de leitos regularizados no Baixo Mondego. De acordo com
DGRN (1988) o plano visava “o aproveitamento integrado dos recursos hídricos da bacia e a sua
utilização em múltiplos fins: produção energética, regularização fluvial, correcção torrencial, controle e
defesa contra cheias, abastecimento de água a populações e indústrias, reorganização da rede viária
regional, valorização das componentes ambientais, piscícolas, recreativas e de apoio ao turismo e o
desenvolvimento agrícola através da rega.”
Com a aprovação do Plano de 1962 foram executadas diversas obras na bacia hidrográfica do rio
Mondego, que se descrevem nas secções seguintes.
2.2.2.
Aproveitamentos Aguieira-Raiva e Fronhas
Tendo como objetivo a regularização dos caudais do rio Mondego e dos seus afluentes (rios Dão e
Alva) foram criadas as albufeiras da Aguieira (rio Mondego) e de Fronhas (rio Alva).
3
O aproveitamento da Aguieira cria uma albufeira com a capacidade total de 430 hm que permite a
regularização das afluências para fins de controlo de cheias, rega e produção de energia. A jusante
da barragem da Aguieira, a albufeira da Raiva cria o contra-embalse necessário para permitir aos
grupos da central a bombagem de água antes turbinadas, mantendo assim a reserva de água
constituída para garantia da rega. O caudal máximo descarregado através dos descarregadores de
3
cheias das barragens da Aguieira e da Raiva é de 2000 m /s. As barragens da Aguieira e da Raiva
entraram em funcionamento em 1981.
A albufeira de Fronhas destina-se ao controle de cheias do rio Alva e ao desvio, através de túnel, de
afluências para a albufeira da Aguieira reforçando a produtividade da central. A capacidade do
3
descarregador de cheia da barragem das Fronhas é de 500 m /s. A barragem entrou em
funcionamento em 1985.
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5
2.2.3.
Regularização fluvial do Baixo Mondego
As obras de regularização fluvial do Baixo Mondego têm como objetivo a criação de um sistema de
leitos estáveis, de forma a poder garantir o escoamento dos caudais líquido e sólido sem a inundação
dos campos marginais (DGRN, 1988). O sistema de leitos é constituído pelo leito central e pelos leitos
periféricos, que ladeando os campos marginais do rio Mondego recebem os caudais dos afluentes a
jusante de Coimbra.
O leito central do rio Mondego tem cerca de 36 km de extensão sendo limitado a montante pelo
Açude-Ponte de Coimbra e a jusante pela bifurcação do troço estuarial do Mondego que forma a ilha
da Murraceira.
As obras de regularização do leito central do rio Mondego implicaram a alteração do traçado do rio e
da configuração da sua secção transversal. O trecho inicial do leito central, entre Coimbra e Santo
Varão, e o trecho final, têm um traçado quase coincidente com o do antigo rio Mondego. Entre Santo
Varão e a confluência do rio Foja, o leito central afasta-se do leito aberto no século XVIII em resultado
das obras do padre Estêvão Cabral e retoma o traçado do rio Velho de Verride (junto à encosta do
lado esquerdo) (DGRN, 1988).
O leito central permite o escoamento dos caudais líquidos e sólidos provenientes da bacia
hidrográfica a montante do Açude-Ponte de Coimbra e das bacias dos afluentes a jusante do referido
açude. Os caudais gerados nos afluentes são escoados pelo leito periférico direito e o rio Foja na
margem direita e o leito periférico esquerdo e os rios Ega, Arunca e Pranto na margem esquerda
(Figura 1).
De acordo com o projeto, o leito central encontra-se dividido em sete troços definidos pelas secções
de confluência dos leitos regularizados: o primeiro troço, entre o Açude-Ponte de Coimbra e a
confluência do leito periférico esquerdo; o segundo troço, entre as confluências do leito periférico
esquerdo e do leito do rio Ega; o terceiro troço, entre as confluências do leito do rio Ega e do leito
periférico direito; o quarto troço entre as confluências do leito periférico direito e do leito do rio Arunca;
o quinto troço, entre as confluências dos leitos dos rios Arunca e Foja; o sexto troço, entre as
confluências dos leitos dos rios Foja e Pranto; o sétimo troço, entre a confluência do leito do rio
Pranto e a secção terminal, junto da bifurcação da ilha da Murraceira.
O leito central tem uma secção transversal composta por um leito menor, de fundo móvel e margens
fixas, e por um leito maior de fundo e margens fixas (Figura 3). O leito menor tem secção trapezoidal
com largura variável entre 88,0 e 142,2 m e alturas que oscilam entre 3,7 m a 4,5 m. O leito maior,
também com secção trapezoidal, apresenta larguras que variam entre 112,0 m e 380,0 m (Quadro 1).
Os taludes do leito menor, bem como zonas localizadas do leito maior (incluindo taludes interiores
dos diques) estão protegidos contra a erosão através de um tapete de enrocamento.
6
LNEC - Proc. 0605/541/5759
Figura 3 – Secção transversal tipo considerada no projeto do leito central do rio Mondego
Quadro 1 – Características da secção transversal tipo considerada no projeto do leito central do rio
Mondego nos seus diferentes troços
Troço
LM (m)
Lm (m)
h (m)
1
112,00
88,00
4,50
2
150,00
89,40
4,50
3
166,00
91,80
4,50
4
228,00
91,40
4,50
5
316,00
91,40 a 96,42
4,50
6
332,00
96,42 a 124,48
4,50 a 4,00
7
362,00
124,48 a 142,20
4,00 a 3,70
3
O leito maior foi dimensionado para a cheia centenária amortecida de 1200 m /s associada aos
caudais de cheias com período de retorno de 25 anos dos afluentes do Baixo Mondego (Quadro 2). O
3
leito menor foi dimensionado para o caudal dominante de 340 m /s.
Quadro 2 – Caudais de cheia nos afluentes do Baixo Mondego (extraído de Lencastre 2004)
T = 100 anos
T = 25 anos
Bacia
Giandotti
Mockus
Sherman
Snyder
Snyder
Regional
Ançã
276
172
166
135
95
100
Foja
399
210
265
168
109
151
Cernache
171
65
280
133
77
54
Ega
592
316
104
95
66
122
Arunca
767
698
1075
1213
846
346
Pranto
617
318
480
444
297
167
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7
O troço inicial do leito central do rio Mondego, entre o Açude-Ponte de Coimbra e a confluência do
leito periférico esquerdo, com uma extensão de 11 872 m, possui onze descontinuidades no fundo do
leito menor, de altura igual a 0,5 m, materializadas por soleiras transversais de enrocamento,
reforçadas por esporões oblíquos no sentido do escoamento.
O objetivo principal dos esporões é gerar perdas de carga localizadas de forma a compatibilizar a
-3
perda de carga prevista no leito regularizado do rio Mondego (≅ 0,3×10 ) com o declive do vale
-3
envolvente (≅ 0,6×10 ) (Lemos et al. 1991).
Os esporões estão inclinados para jusante, fazendo um ângulo com a secção transversal do
escoamento igual a 20º. A altura dos esporões é variável entre 4,5 m na zona de encontro com os
taludes e 4,0 m na cabeça. A largura do coroamento na cabeça é de 3,0 m e os taludes estão
inclinados a 3:1 (Ramalho, 1982).
Os esporões e o fundo a jusante das descontinuidades estão revestidos a enrocamento. Da mesma
forma estão revestidos com enrocamento os taludes das margens do leito menor na vizinhança do
estreitamento e ao longo do canal, como já referido.
3
Para evitar o galgamento dos diques em situações de ocorrência de caudais superiores a 1200 m /s,
foram executadas quatro estruturas de descarga ao longo do leito central que constituem o sistema
de inundação controlada dos campos. As estruturas, localizadas a montante da confluência do leito
periférico esquerdo com o leito central, consistem num dique fusível com capacidade para
3
descarregar 160 m /s, seguindo-se para jusante três descarregadores em sifão com capacidade de
3
descarga de 200 m /s cada. As descargas são iniciadas de jusante para montante, diretamente para
o vale central, e posteriormente drenadas através da rede de enxugo e conduzidas até à estação
elevatória da Foja que bombeia estes caudais para o leito central.
Quadro 3 – Sistema de descarga controlada
Caudal em
Coimbra
Descarregador
Tipo
3
(m /s)
Caudais de
funcionamento
3
(m /s)
Período de
retorno
(anos)
Capacidade de
descarga
3
(m /s)
1200
4
Sifão
1200-1400
25
200
1400
3
Sifão
1400-1600
75
200
1600
2
Sifão
1600-1800
200
200
1800
1
Fusível
1800-2000
400
160
Nas fotografias que se seguem é possível constatar a evolução do leito central do rio Mondego ao
longo do tempo, em particular no que respeita ao revestimento das margens e do leito. O cenário de
inexistência de vegetação nas margens, logo após a conclusão das obras de regularização do leito
8
LNEC - Proc. 0605/541/5759
central (Figura 4), foi substancialmente alterado pelo aparecimento de vegetação nas margens que,
em determinados locais, cobrem também os próprios esporões (Figura 5 e Figura 6).
Figura 4 − Leito central do rio Mondego na fase de construção. Margens e esporão
Figura 5 − Leito central do rio Mondego. Aspeto do 1º esporão no troço regularizado a jusante do AçudePonte de Coimbra. Foto de 10/12/1999
LNEC - Proc. 0605/541/5759
9
Figura 6 − Leito central do rio Mondego. Vista para montante: esporão nº 3 e vegetação no interior da
secção transversal. Foto de 01/04/2003
A dinâmica do leito central é visível através do desenvolvimento de mouchões nos trechos entre
esporões. Estes mouchões resultaram da deposição de materiais erodidos nos trechos aluvionares
situados entre os esporões, podendo estar parcialmente cobertos de vegetação incluindo árvores
(Figura 7). Estes mouchões podem desaparecer em situações de cheias.
Figura 7 − Leito central do rio Mondego. Ilha formada a jusante do 2º esporão no troço regularizado a
jusante do Açude-Ponte de Coimbra. Foto de 10/12/1999
Na sequência de um cheia importante ocorrida em janeiro de 2001, que originou a rotura dos diques
longitudinais e a consequente inundação dos campos marginais do rio Mondego alguns dos
mouchões existentes desapareceram, devido às elevadas velocidades do escoamento. Verificou-se
10
LNEC - Proc. 0605/541/5759
também a destruição de vários esporões (Figura 8), originado o arrastamento dos materiais que
constituíam o enrocamento daquelas estruturas para o leito do rio. Os esporões destruídos foram
posteriormente reconstruídos, como mostra a Figura 9.
Figura 8 − Leito central do rio Mondego. Aspeto da destruição do esporão nº 4 na sequência da cheia de
janeiro de 2001. Foto de 22/06/2001
Figura 9 − Leito central do rio Mondego. Reconstrução do esporão nº6. Banco de areia localizado junto à
margem direita. Foto de 01/04/2003
A deposição de material aluvionar junto às margens do leito central do rio Mondego que terá sido
transportado pelo escoamento durante a cheia de 2001 é ilustrada na Figura 10.
LNEC - Proc. 0605/541/5759
11
Figura 10 − Leito central do rio Mondego. Vista para montante. Bancos de areia junto à margem esquerda
a jusante do esporão nº 4. Foto de 22/06/2001
2.2.4.
Açude-Ponte de Coimbra
O Açude-Ponte de Coimbra destina-se a permitir a articulação dos regimes de exploração dos
aproveitamentos da Aguieira, Fronhas e Raiva com o regime de caudais na tomada de água para
rega e outros fins. Como ponte, foi aproveitado para apoiar a rede viária local. O açude entrou em
3
funcionamento em 1981 e cria um volume total de 1,6 hm . Dispõe de 9 vãos de 15,4 m de largura,
separados por pilares com 3 m de espessura, equipados com comportas do tipo sector de 5,5 m de
3
altura. Na margem direita fica situada a tomada de água para um caudal de 25 m /s e na margem
esquerda a escada para peixes. A soleira descarregadora do Açude-Ponte tem 26,6 m de altura. A
montante, a soleira do açude está à cota 14,3, descendo até à cota 12,7 e terminando a jusante à
cota 13,3.
O nível de Pleno Armazenamento (NPA) está fixado à cota 18,00 permitindo garantir a alimentação
dos canais de rega. O nível de máxima cheia (NMC), à cota 19,0, corresponde ao caudal de
3
2000 m /s valor da cheia milenária modificada pelas albufeiras da Aguieira e de Fronhas.
2.2.5.
Rega e enxugo dos campos do Mondego
O vale do Baixo Mondego corresponde a uma extensa planície aluvionar, situada entre as cidades de
Coimbra e da Figueira da Foz. De acordo com Lencastre (2004) a área total do perímetro de rega
12
LNEC - Proc. 0605/541/5759
perfaz cerca de 15 000 ha, dos quais 30% dedicados à cultura do arroz e 70% correspondentes a
outras culturas, nomeadamente, milho e forragens.
A rede de rega tem origem na tomada de água do Açude-Ponte e é formada pelo canal condutor
geral que se desenvolve em aterro junto aos diques longitudinais do leito central, com uma extensão
total na margem direita de cerca de 37 km e na margem esquerda cerca de 4 km. Este canal
apresenta uma secção transversal tipo trapezoidal com os taludes inclinados a 1/1,5 (V/H). Este canal
permite não só beneficiar as zonas de cultura do Baixo Mondego como ainda reforçar o
abastecimento às indústrias da região.
A rede de enxugo visa a evacuação das águas em excesso provenientes da rega e da precipitação. A
rede é constituída por um sistema de valas principais e secundárias e por um conjunto de estações
elevatórias As águas resultantes da drenagem são depois conduzidas para o leito central.
2.3. Cheias
2.3.1.
Cheias históricas
O regime hidrológico do rio Mondego é muito irregular, em parte devido às características da
precipitação, mas sobretudo devido ao papel desempenhado pela morfologia da bacia hidrográfica na
geração do escoamento. Efetivamente, a passagem brusca do rio para uma planície aluvionar ampla,
depois de percorrer uma série de vales inclinados e estreitos que favorecem a drenagem rápida da
bacia a montante de Coimbra, confere ao regime de escoamento na bacia características torrenciais.
Antes das intervenções na bacia hidrográfica do rio Mondego, os caudais de cheia podiam atingir
3
3
valores da ordem dos 3000 m /s, muito superiores aos caudais de estiagem, da ordem de 1 m /s.
Em DGSHE (1936) são feitas referências às maiores cheias ocorridas no século XX no rio Mondego:
a de Fevereiro de 1900, que atingiu a altura de 6 metros acima da estiagem na escala da ponte de
Santa Clara, em Coimbra; a de Fevereiro de 1902, cuja cota foi de 5,85 m; a de Dezembro de 1909,
que atingiu a altura de 5,75 m; a de Janeiro de 1915, que chegou à altura excepcional de 6,40 m; a
de Março de 1924, que atingiu a grande altura de 6,18 m, e, finalmente, a de Dezembro de 1927, que
apenas atingiu a altura de 5,30 m. Posteriormente a 1927 não atingiram as águas do Mondego na
ponte de Santa Clara a altura de 5 m, nem mesmo durante as notáveis cheias de inverno de 1935-36,
pois o máximo registado durante esta época na escala daquela ponte foi de 4,96 m no dia 26 de
Dezembro de 1935.
3
O maior caudal observado em Coimbra, com o valor de 2457 m /s, ocorreu no dia 2 de janeiro de
1962. Para efeitos de comparação, referem-se que os caudais no Açude-Ponte de Coimbra com
LNEC - Proc. 0605/541/5759
13
períodos de retorno de 25 e 100 anos, calculados recentemente considerando o regime hidrológico
3
3
natural (PGRH, 2011), são de 2131 m /s e 2756 m /s, respectivamente.
Mais recentemente, em 27 de janeiro de 2001, a cheia ocorrida na bacia hidrográfica do rio Mondego
teve como consequência a rotura dos diques a jusante de Coimbra e a inundação do vale. De acordo
3
com o estudo de Rodrigues et al. (2001) o valor de caudal atingiu os 1990 m /s no Açude-Ponte de
Coimbra. Se não existisse qualquer controlo na bacia a montante (em particular a barragem da
3
Aguieira) o valor teria sido de 2800 m /s ao invés do valor anteriormente referido. O mesmo estudo
3
apresenta o caudal afluente à Figueira da Foz que, em regime natural teria sido de 3400 m /s mas,
3
com o encaixe na barragem da Aguieira, terá atingido o valor de 2470 m /s. A cheia de janeiro de
2001 ocorreu após um período de sucessivos eventos de cheia com caudais de ponta acima dos
3
1600 m /s (Figura 11 e Figura 12).
Figura 11 – Caudal afluente ao Açude-Ponte de Coimbra entre 1 de dezembro de 2000 e 1 de fevereiro de
2001
Figura 12 – Caudal afluente ao Açude-Ponte de Coimbra entre 26 e 31 de janeiro de 2001
14
LNEC - Proc. 0605/541/5759
2.3.2.
Cheias em regime natural
A estimativa das cheias em regime natural na bacia hidrográfica do Mondego foi recentemente revista
no Plano de Gestão das Bacias Hidrográficas do Mondego, Vouga e Lis (PGBH, 2011). Os caudais
de cheia em regime natural são os que se verificariam se não existisse o efeito de amortecimento das
cheias nas diferentes albufeiras da bacia hidrográfica do Mondego, em particular, a albufeira da
Aguieira.
No Quadro 4 reproduzem-se os valores dos caudais de ponta de cheia obtidos para os afluentes do
rio Mondego na zona em estudo (jusante da confluência com o rio Ceira).
Quadro 4 – Estimativas das cheias em regime natural na bacia do rio Mondego (extraído de PGBH do
Mondego, Vouga e Lis)
3
Caudal de ponta de cheia (m /s)
Curso de água
Área da
2
bacia (km )
T=5
anos
T = 10
anos
T = 25
anos
T = 50
anos
T = 100
anos
Mondego – AçudePonte de Coimbra
4919,6
1395
1725
2131
2453
2756
rio Ceira
734,0
359
452
566
654
737
Vala de Pereira
75,7
71
91
116
135
153
rio Ega
173,6
128
164
207
240
272
rio Arunca
507,5
276
349
437
506
571
rio Pranto
257,0
170
216
272
315
356
Vala de Ançã
112,8
94
121
153
178
201
Vala Real
329,6
202
257
324
375
423
rio Foja
164,6
123
158
200
231
262
LNEC - Proc. 0605/541/5759
15
3. INFORMAÇÃO DE BASE
3.1. Informação disponível
O estudo das condições de escoamento em rios exige informação de base de diferentes tipos,
incluindo dados geométricos, hidráulicos e relativos ao material sólido e dados relativos à exploração
de albufeiras e de infraestruturas
De acordo com o enunciado na proposta do estudo, consideraram-se necessários os seguintes
elementos, a disponibilizar pela ARH Centro, para uma caracterização fundamentada das condições
de escoamento no rio Mondego:
• Planos de Bacia Hidrográfica dos rios Mondego e Vouga;
• Levantamentos atualizados dos leitos dos rios e zonas adjacentes a uma escala adequada
à modelação hidráulica (por exemplo: 1/500, 1/1000 ou 1/2000);
• Levantamentos das infra-estruturas existentes nos leitos dos rios (por exemplo, açudes,
pontes, passagens hidráulicas, etc.);
• Informação sobre níveis de água (incluindo marcas de cheia), caudais de cheia e
hidrogramas de cheia;
• Cartografia da ocupação do território (identificação da densidade populacional, identificação
das edificações/construções, rede viária e ferroviária, infra-estruturas, zonas agrícolas e
atividades económicas existentes).
O conjunto de informação disponibilizada para este estudo é composto pelos seguintes elementos:
i) Levantamentos do leito do rio Mondego
• 301 perfis transversais do rio Mondego desde a foz até ao Açude-Ponte de Coimbra. Estes
perfis foram extraídos de “Aproveitamento hidráulico do Baixo Mondego. Levantamento
topográfico dos diques, canais, estradas e estruturas fixas do leito central e do leito
periférico”, desenhos 159-002-003 (Leito Central – Perfis Transversais), 159-008-001 (Leito
Central – Soleiras com Desnível), 159-015-001 (Planta Geral). O levantamento dos perfis foi
executado por Visão Topográfica e Geosolve, entre Dezembro de 2004 e Abril de 2005,
para o Instituto da Água (INAG).
• Levantamento hidrográfico “multipontual” na albufeira do Açude-Ponte de Coimbra. Este
levantamento foi executado para o estudo “Desassoreamento da albufeira do açude ponte
de Coimbra - Projecto de Execução”, elaborado por CENOR - Projectos de Engenharia, Lda
e DHV Portugal, S.A. para a Comissão de Coordenação e Desenvolvimento Regional do
Centro (CCDRC) em 2009.
• Conjunto de 42 perfis transversais do rio Mondego (26 úteis, na zona do estudo), cujo
levantamento foi executado em datas diferentes até 2004, e que constam do estudo “Plano
16
LNEC - Proc. 0605/541/5759
específico da extracção de inertes em domínio hídrico nas bacias do Mondego e do Vouga”,
elaborado por FBO Consultores, S.A. e pela CENOR, Projectos de Engenharia, Lda para o
Instituto da Água (INAG).
ii) Altimetria das margens
• Carta militar de Portugal Série M888, do Instituto Geográfico do Exército, à escala 1:25000.
• Topografia e altimetria da cidade de Coimbra. Informação extraída do estudo:
“Desassoreamento da albufeira do açude ponte de Coimbra - Projecto de Execução”,
elaborado por CENOR - Projectos de Engenharia, Lda e DHV Portugal, S.A. para a
Comissão de Coordenação e Desenvolvimento Regional do Centro (CCDRC) em 2009.
iii) Regime de caudais e cheias
• Os caudais de cheia considerados no dimensionamento do leito central do rio Mondego
foram extraídos de Lencastre (2004).
• Os caudais de cheia em regime natural no rio Mondego e seus afluentes foram extraídos do
Plano de Gestão das Bacias Hidrográficas dos rios Vouga, Mondego e Lis (PGBH 2011).
• As características da cheia ocorrida em 2001 foram obtidas em Rodrigues et al. (2001) e em
Lencastre (2004).
iv) Ocupação do solo
• Carta de Ocupação do Solo (designada por COS’ 90) do Instituto Geográfico Português, à
escala 1:25 000. Período de referência da carta: 1 de julho de 1990 a 31 de agosto de 1990.
v) Características do Açude-Ponte de Coimbra
• As características geométricas do Açude-Ponte de Coimbra foram consultadas em Sanches
(1996) e Lencastre (2004).
• A curva de vazão do descarregador do açude e a curva de vazão do rio a jusante do açude
foram extraídas dos estudos Faceira (1986) e Rocha (2001), respectivamente.
• A série de níveis na albufeira e caudais afluentes e efluentes ao açude durante a cheia
ocorrida em janeiro de 2001 foi disponibilizada pelo INAG.
vi) Outros dados
• Níveis horários da superfície livre do escoamento no leito central do rio Mondego junto à
estação elevatória do rio Foja, entre abril de 2004 e janeiro 2012, disponibilizados através
do INAG.
LNEC - Proc. 0605/541/5759
17
3.2. Análise da informação disponível
3.2.1.
Dados de geometria
A informação relativa a levantamentos do leito e margens do rio Mondego, a jusante da confluência
do rio Ceira, foi disponibilizada em formato digital. Essa informação provém de várias fontes,
identificadas na secção 3.1, foi obtida em diferentes datas e possui uma resolução espacial distinta.
Tendo em vista a obtenção das secções transversais do rio mondego, incluindo o leito e as zonas de
inundação, foi construído um modelo digital do terreno com base na informação geográfica
disponível. Na Figura 13 identificam-se os limites da área em estudo e a informação utilizada. As
margens foram estendidas aproximadamente até às cotas 20 e 30, respectivamente, a jusante e a
montante do Açude-Ponte de Coimbra.
Figura 13 – Informação utilizada na construção do modelo digital do terreno
Para a caracterização das secções transversais do leito do rio Mondego foram considerados os
levantamentos disponibilizados pelo INAG (301 perfis transversais do rio Mondego desde a foz até ao
Açude-Ponte de Coimbra) e o levantamento hidrográfico na albufeira do Açude-Ponte de Coimbra
(designado por hidrografia de Coimbra). Na caracterização das margens foi utilizada a topografia de
Coimbra e a Carta Militar M888.
Por vezes foi necessário compatibilizar o terreno na interface entre as várias fontes: em caso de
conflito os perfis e a hidrografia tiveram sempre preferência, resultando na eliminação ou alteração
dos dados da topografia ou da carta miliar.
18
LNEC - Proc. 0605/541/5759
Na construção do modelo digital do terreno, foi considerado o sistema de referencial PTTM06/ETRS89 - European Terrestrial Reference System 1989. Na Figura I.1 do Anexo I apresenta-se
a altimetria da zona em estudo.
A partir do modelo digital do terreno foram obtidas as secções transversais do rio Mondego
necessárias à aplicação do modelo. Estas secções incluem o leito do rio e as margens e foram
determinadas através do traçado de alinhamentos aproximadamente perpendiculares às linhas de
corrente. No leito do rio Mondego a jusante do Açude-Ponte, coincidem com os perfis fornecidos pelo
INAG. A montante do referido açude, foram definidas secções com espaçamento aproximadamente
constante.
Refira-se que para a caracterização das singularidades existentes no leito do rio, como por exemplo
os esporões e soleiras, foi necessário definir secções adicionais.
No Anexo I, Figura I.2 e Figura I.3, indica-se a implantação, em planta, das secções transversais
utilizadas na caracterização do trecho do rio Mondego a jusante da confluência do rio Ceira. As
secções, num total de 385, foram designadas de S1 a S385, correspondendo a S1 ao limite de
jusante do trecho e S385 ao limite de montante. Com exceção das zonas de singularidades, o
espaçamento médio entre secções transversais é de 170 m.
Na Figura 14 apresenta-se algumas secções transversais do rio Mondego no trecho em estudo. As
secções S315 a S385 localizam-se a montante do Açude-Ponte de Coimbra e as secções S10 a
S299 localizam-se a jusante, ao longo do trecho regularizado do rio Mondego.
O trecho do rio Mondego em estudo tem cerca de 44,7 km de extensão. Nesse trecho, o perfil
longitudinal do rio Mondego apresenta três troços distintos (Figura 15). O primeiro, a montante do
Açude-Ponte de Coimbra possui declive 0,05%. A jusante do açude, numa extensão de cerca de
25 km, o declive do fundo é idêntico ao anterior mas as cotas do fundo são relativamente inferiores às
do trecho inicial. Finalmente, no trecho final do rio Mondego, dada a proximidade da foz e a influência
do nível da maré, o declive do fundo é nulo.
No trecho intermédio do rio Mondego observam-se sucessivas erosões localizadas no leito do rio.
Essas erosões localizam-se a jusante das descontinuidades no fundo do leito (Figura 16),
materializadas por quedas de altura igual a 0,5 m e reforçadas por esporões oblíquos no sentido do
escoamento (ver 2.2.3). No estudo em modelo físico realizado no LNEC (Ramalho 1982) já havia sido
constatada a possibilidade de virem a ocorrer erosões no leito do rio a jusante destas
descontinuidades. Em modelo físico foram obtidas profundidades máximas das erosões a cerca de
80-100 m a jusante.
Refira-se que no estudo da CENOR/DHV (2009) foi efetuado em 2008 o levantamento do perfil
longitudinal do leito na zona da queda nº7. Esse perfil confirmou a erosão localizada a jusante dessa
descontinuidade. No mesmo estudo é referido “O possível colapso destas quedas é uma
LNEC - Proc. 0605/541/5759
19
eventualidade que suscita preocupação, dado que pode pôr em causa a estabilidade das margens do
rio e a dos diques de defesa que lhe estão anexos” (CENOR/DHV 2009).
Figura 14 – Secções transversais do rio Mondego
20
LNEC - Proc. 0605/541/5759
Figura 12 – Secções transversais do rio Mondego (cont.)
LNEC - Proc. 0605/541/5759
21
25
Açude-ponte de Coimbra
20
15
10
Cota
(m)
5
0
-5
-10
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
45000
Distância (m)
Figura 15 – Perfil longitudinal do rio Mondego a jusante da confluência do rio Ceira
Figura 16 – Configuração típica do leito do fundo a jusante da zona de esporões e quedas
22
LNEC - Proc. 0605/541/5759
3.2.2.
Dados hidráulicos
O caudal afluente ao limite de montante do trecho do rio Mondego em estudo corresponde à soma do
caudal efluente da barragem da Aguieira e de todas as afluências ao rio até essa secção. Entre essas
afluências, a contribuição do rio Ceira é a mais importante.
Na Figura 17 apresentam-se os caudais médios diários efluentes do Açude-Ponte de Coimbra entre
1 de janeiro de 1987 e 31 de julho de 2012. Num período de mais de 25 anos, os caudais médios
3
diários ultrapassaram os 1000 m /s durante vários eventos de cheia. Nessa figura é evidente a
importância dos eventos de cheia de 2001, em que os caudais médios diários aproximaram-se de
3
1800 m /s, valor superior ao caudal de dimensionamento do leito regularizado do rio Mondego.
Figura 17 – Caudais médios diários efluentes do Açude-Ponte de Coimbra
O Açude-Ponte de Coimbra é operado com nível aproximadamente constante (NPA = 18). Durante
cheias intensas as comportas elevam-se acima da superfície livre do escoamento. Nestas situações,
o efeito do armazenamento na albufeira criada pelo açude é reduzido ao do volume de água contido
no leito em condições naturais. Este tipo de funcionamento é característico das barragens
vulgarmente designadas de barragens móveis.
Na Figura 18 representa-se a relação entre os níveis na albufeira do Açude-Ponte de Coimbra e os
caudais descarregados relativos ao período de 1 de dezembro de 2000 a 31 de janeiro de 2001, no
qual ocorreram caudais elevados no rio Mondego. Como se pode observar, para caudais inferiores a
3
cerca de 1200 m /s os níveis mantêm-se próximo do NPA e o caudal efluente é função da abertura
das comportas e do número de comportas em funcionamento. Acima daquele valor, os caudais
efluentes resultam da curva de vazão do descarregador do açude.
LNEC - Proc. 0605/541/5759
23
Figura 18 – Relação entre cotas do nível na albufeira do Açude-Ponte de Coimbra e caudais
descarregados no período de 1 de dezembro de 2000 a 31 de janeiro de 2001
Os níveis do escoamento no troço final do rio Mondego são influenciados pela propagação da maré
no estuário do Mondego. A caracterização desses níveis é fundamental para estabelecer as
condições de fronteira de jusante no modelo matemático. Como foi referido em 3.1, dispôs-se dos
níveis horários da superfície livre do escoamento no trecho final do leito central junto à estação
elevatória do rio Foja, entre abril de 2004 e janeiro de 2012.
Para ilustrar a influência da maré nos níveis do escoamento de jusante apresenta-se na Figura 19 a
relação entre o nível médio do escoamento no leito central do Mondego junto à estação elevatória do
rio Foja e os caudais médios diários efluentes do Açude-Ponte de Coimbra. Nesta relação, não são
tidas em consideração as contribuições dos afluentes do Baixo Mondego devido à inexistência de
informação.
Como seria de esperar, o efeito da influência da maré nos níveis do escoamento reduz-se com o
3
aumento do caudal. Para caudais inferiores a cerca de 400 m /s, os níveis médios do escoamento
podem apresentar variações médias ligeiramente superiores a 2 m, entre baixa- e preia mares.
Importa referir que, no período referido, o caudal médio efluente no Açude-Ponte de Coimbra foi
3
inferior a 870 m /s o que não permite caracterizar os níveis a jusante para situações de cheias
intensas.
24
LNEC - Proc. 0605/541/5759
Figura 19 – Relação entre o nível médio do escoamento no leito central do Mondego junto à estação
elevatória do rio Foja e os caudais médios diários efluentes do Açude-Ponte de Coimbra no período de
2004 a 2012
3.2.3.
Ocupação do solo
A aplicação do modelo matemático de simulação do escoamento requer a definição de coeficientes
de rugosidade no leito do rio Mondego bem como nas margens. Tendo em conta este objetivo foi
necessário identificar o tipo de ocupação das margens do Mondego utilizando a Carta de Ocupação
do Solo (COS’90) do Instituto Geográfico Português, à escala 1:25 000, datada de 1990, e as
imagens aéreas da BING-Microsoft datadas de 2009.
Numa fase inicial, e para a zona em estudo, agruparam-se as subclasses de ocupação do solo
definidas na COS’90 em 12 classes consideradas representativas do tipo de ocupação na zona.
Posteriormente, os limites das áreas associadas a cada uma das 12 classes foram verificados e
corrigidos mediante a comparação com imagens aéreas da BING-Microsoft datadas de 2009,
obtendo-se o mapa final com a ocupação tipo, que se apresenta no Anexo I (Figura I.4 e Figura I.5).
No Quadro 5 apresentam-se as áreas associadas a cada uma das classes de ocupação do solo
consideradas. Como seria de esperar, na zona em estudo predominam as áreas de cultura e
pomar/floresta com cerca de 83% da área total.
LNEC - Proc. 0605/541/5759
25
Quadro 5 – Tipo de ocupação na zona em estudo
Tipo de ocupação
2
Área (km )
Área (%)
Curso de água - leito
11,76
8,54%
Curso de água - margens
3,65
2,65%
Áreas pavimentadas abertas/vias de
comunicação
0,18
0,13%
Áreas pavimentadas semi-ocupadas
0,77
0,56%
Edificado pouco denso
3,57
2,59%
Edificado denso
2,37
1,72%
Terreno improdutivo
0,03
0,03%
Vegetação arbustiva
2,08
1,51%
Culturas de regadio/sequeiro/arrozais
94,40
68,50%
Pomar/floresta pouco denso
8,93
6,48%
Pomar/floresta denso
5,48
3,97%
Pomar/floresta muito denso
4,59
3,33%
3.3. Comentários finais
Do conjunto de informação disponível para a caracterização das condições de escoamento no rio
Mondego, a jusante da confluência do rio Ceira, ressalta a inexistência de medições dos níveis de
escoamento a jusante do Açude-Ponte de Coimbra. A ausência desta informação impossibilita a
calibração do modelo matemático, em particular os coeficientes de rugosidade, aspeto fundamental
quando se pretende caracterizar e modelar eventos de cheia no rio e avaliar as zonas suscetíveis de
inundação. Para este efeito também não se dispõe de marcas de cheia.
Para a monitorização e eventual estudo da evolução do leito aluvionar do rio Mondego e consequente
atualização das condições de escoamento, considera-se fundamental o levantamento do leito do rio
com uma periodicidade não superior a 5 anos e sempre que ocorram cheias intensas no Baixo
Mondego. É conveniente também proceder ao levantamento das margens, a jusante da confluência
do rio Ceira.
Por último importa referir que o levantamento do leito do rio Mondego a jusante do Açude-Ponte de
Coimbra, efetuado em 2004/2005, revelou a existência de erosões localizadas acentuadas a jusante
das descontinuidades no leito. Considera-se fundamental o acompanhamento da evolução dessas
erosões através de levantamentos periódicos desses trechos do rio.
26
LNEC - Proc. 0605/541/5759
4. METODOLOGIA
4.1. Hipóteses simplificativas
O estudo das inundações do rio Mondego a jusante da confluência do rio Ceira baseou-se nas
seguintes hipóteses simplificativas:
1) A geometria atual do leito central do rio Mondego pode ser representada pelos levantamentos
efetuados em 2004/2005 (trecho a jusante do Açude-Ponte de Coimbra) e em 2009 (trecho a
montante do Açude-Ponte de Coimbra) uma vez que, posteriormente a essas datas, não
ocorreram cheias intensas capazes de mobilizar e alterar significativamente o leito do rio.
2) O modelo matemático utilizado no cálculo das condições de escoamento no rio Mondego é
unidimensional. Atendendo às características geométricas do leito central do rio Mondego,
considera-se que a hipótese de unidimensionalidade permite reproduzir adequadamente as
condições de escoamento que aí ocorrem. O escoamento nas margens resulta do
galgamento dos diques, não existindo, por isso, interação entre o escoamento no leito
principal e nas margens.
3) As inundações nas margens do rio Mondego resultam diretamente das cheias ocorridas
naquele curso de água e, consequentemente, do galgamento dos diques longitudinais. As
eventuais inundações nos campos do Baixo Mondego resultantes das cheias ocorridas nos
afluentes não são tidas em consideração neste estudo. Esta hipótese resulta de se admitir
que a sua extensão seja relativamente limitada e localizada e ao facto do âmbito deste estudo
não incluir a simulação do escoamento nesses afluentes.
4) Na simulação das condições de escoamento no trecho regularizado do rio Mondego não
foram considerados cenários de rotura dos diques. Optou-se também por considerar a
situação menos favorável correspondente ao não funcionamento das estruturas de descarga.
4.2. Metodologia
A metodologia considerada neste estudo assenta numa análise da bibliografia e da informação de
base, na simulação em modelo matemático de eventos extremos de cheias e na elaboração de cartas
de inundação. A análise bibliográfica e da informação de base foram apresentadas nos capítulos
anteriores.
Para a aplicação do modelo matemático HEC-RAS e posterior elaboração de cartas de inundação foi
seguida a seguinte metodologia:
LNEC - Proc. 0605/541/5759
27
i) Análise dos elementos que compõem a zona em estudo
a. Delimitação da área de estudo (limites do leito central e cotas máximas das margens)
b. Análise de ortofotomapas e fotografias aéreas de Google Earth
c.
Identificação das estruturas existentes (pontes, açudes, soleiras, esporões)
d. Identificação da geometria de base a considerar para a caracterização do leito e das
margens e das singularidades
ii) Criação de um modelo digital do terreno composto pela informação do leito central, das
margens e da topografia e altimetria da cidade de Coimbra
e. Verificação do modelo digital do terreno com base na análise de ortofotomapas e
fotografias aéreas de Google Earth
iii) Obtenção das secções transversais do rio Mondego (leito e margens)
iv) Classificação da superfície do modelo digital do terreno em classes de rugosidade
f.
Análise da ocupação do solo através da COS’90 e de imagens aéreas de elevada
resolução do BING/Microsoft. Esta análise incluiu a atualização dos limites da classes com
base nas imagens aéreas recentes
g. Agrupamento das diferentes classes de ocupação do solo consideradas na COS’90 em 12
classes de ocupação tipo
h. Correspondência das classes de ocupação de solo a valores do coeficiente de rugosidade,
com base em elementos da bibliografia
i.
Refinamento dos limites e classes de rugosidade das áreas mediante comparação com as
imagens aéreas
iv) Utilização do programa ARCGIS com a ferramenta HEC-GeoRAS para preparação dos
dados geométricos e de rugosidade para o modelo HEC-RAS
j.
Construção de TIN com o terreno, rede hidrográfica, secções transversais, classificação de
rugosidades
vi) Definição dos cenários de simulação
k. A definição dos cenários de simulação decorreu diretamente da análise bibliográfica e da
informação de base disponível
vii) Aplicação do modelo HEC-RAS
l.
28
Definição das secções transversais que constituem o domínio de cálculo
LNEC - Proc. 0605/541/5759
m. Definição das condições de fronteira do modelo
n. Definição das opções de cálculo para a simulação em regime permanente e em regime
variável
o. Aplicação do modelo HEC-RAS/ realização de simulações do escoamento
p. Análise dos resultados
viii) Elaboração das cartas de zonas inundáveis para vários cenários de cheias extremas
4.3. Modelo HEC-RAS
As condições de escoamento no rio Mondego foram calculadas e analisadas com o software HECRAS – River Analysis System versão 4.1.0, de Janeiro de 2010, que foi desenvolvido pelo Hydrologic
Engineering
Center
para
o
U.
S.
Army Corps
of
Engineers
(software
disponível
em
www.hec.usace.army.mil).
O software HEC-RAS permite calcular e apresentar graficamente as curvas de regolfo de
escoamentos unidimensionais em rios, em regime permanente, lentos ou rápidos, e em regime
variável, numa rede de canais com secção natural ou regularizada. Permite considerar no cálculo
várias singularidades como: pontes, coletores, diques, confinamentos longitudinais, descarregadores
e açudes.
O HEC-RAS é um sistema integrado de software concebido para uma utilização interativa das suas
diferentes componentes na manipulação dos dados de entrada, na simulação do escoamento e
análise dos resultados. Através da sua interface gráfica é possível proceder à gestão de ficheiros,
introduzir e editar dados, simular as condições de escoamento, visualizar os dados de entrada e os
resultados em tabelas e gráficos e emitir relatórios.
O modelo HEC-RAS necessita de informação de base de diferentes tipos: dados geométricos, dados
hidráulicos e informação relativa à natureza e rugosidade do leito.
O HEC-RAS possui os seguintes quatro módulos de cálculo hidráulico: 1) curva de regolfo em regime
permanente; 2) curva de regolfo em regime não-permanente; 3) transporte sedimentar em fundo
móvel; e 4) análise de qualidade da água. Os quatro módulos partilham a informação de base e as
rotinas computacionais geométricas e hidráulicas.
Neste estudo aplicaram-se os módulos de cálculo das condições de escoamento em regime
permanente gradualmente variado e em regime variável.
LNEC - Proc. 0605/541/5759
29
O módulo de regime permanente foi concebido para apoiar a gestão de zonas inundáveis e análise
de risco de inundação de leitos de cheia. Com este módulo é possível analisar as variações na curva
de regolfo em resultado das modificações do canal e dos diques das margens. Como foi referido
anteriormente, o escoamento é calculado em regime lento, rápido ou ambos, podendo ter em conta o
efeito de várias obstruções (pontes, passagens hidráulicas, açudes, descarregadores e outras
estruturas).
O procedimento computacional é baseado na solução da equação unidimensional da conservação da
energia. As perdas de carga são tidas em conta através do atrito (equação de Manning) e pela
contração/expansão (produto do coeficiente de contração/expansão pela variação da altura cinética).
A equação de conservação da quantidade de movimento é utilizada em situações onde a curva de
regolfo varia muito rapidamente. Estas situações ocorrem quando existe a mudança do regime de
escoamento (por exemplo no ressalto hidráulico), no atravessamento de pontes e nas confluências de
trechos de rio.
O módulo de regime variável calcula o escoamento em regime misto (lento, rápido e transições entre
ambos, incluindo o ressalto hidráulico) e inclui ferramentas para a análise da rotura de barragens,
análise de galgamento e rotura de diques, modelação do funcionamento de estações de bombagem,
operação de eclusas e considerar circuitos hidráulicos em pressão.
5. APLICAÇÃO DO MODELO. ANÁLISE DOS RESULTADOS
5.1. Identificação dos cenários de simulação
Tendo como objetivo caracterizar as condições de escoamento no trecho do rio Mondego a jusante
da confluência com o rio Ceira e obter as cartas de zonas inundáveis foram considerados nas
simulações em modelo computacional os cenários apresentados no Quadro 6. A escolha dos
cenários teve como objetivo simular situações próximas das consideradas no projeto do leito
regularizado e situações correspondentes a eventos de cheias intensas.
Como foi referido em 2.2 o leito central do rio Mondego foi dimensionado para a cheia centenária
3
amortecida de 1200 m /s associada aos caudais de cheia com probabilidade de ocorrência uma vez
em 25 anos dos afluentes do Baixo Mondego. Os cenários 1 e 2 têm como objetivo simular estas
condições diferindo entre si apenas na consideração (ou não) da contribuição dos afluentes.
3
Nos cenários 3 e 4 correspondem à simulação do caudal de 2000 m /s correspondente, no AçudePonte de Coimbra, ao valor da cheia milenária modificada pelas albufeiras da Aguieira e de Fronhas.
30
LNEC - Proc. 0605/541/5759
À semelhança dos cenários anteriores, também se admitem as situações com e sem contribuição dos
afluentes.
A simulação do hidrograma da cheia ocorrida em janeiro de 2001 é contemplada nos cenários 5 e 6.
No cenário 5 pretende-se analisar a propagação do hidrograma de cheia sem a consideração da
contribuição dos afluentes. A contribuição dos afluentes do Baixo Mondego é considerada no
cenário 6.
Quadro 6 – Cenários de simulação
Cenário
Caudais de cheia
• rio Mondego: 1200 m /s
3
1
• sem contribuição dos afluentes do Baixo Mondego
• simulação em regime permanente
• rio Mondego: 1200 m /s
3
2
• afluentes do Baixo Mondego: 1296 m /s
3
• simulação em regime permanente
• rio Mondego: 2000 m /s
3
3
• sem contribuição dos afluentes do Baixo Mondego
• simulação em regime permanente
• rio Mondego: 2000 m /s
3
4
• afluentes do Baixo Mondego: 1296 m /s
3
• simulação em regime permanente
• rio Mondego: hidrograma da cheia de 2001
5
• sem contribuição dos afluentes do Baixo Mondego
• simulação em regime variável
• rio Mondego: hidrograma da cheia de 2001
6
• afluentes do Baixo Mondego: 1695 m /s
3
• simulação em regime variável
Para além dos cenários de simulação referidos no Quadro 6, foram realizadas outras simulações com
o objetivo de definir e testar parâmetros do modelo e efetuar uma análise de sensibilidade dos
resultados a variações de alguns desses parâmetros (por exemplo, variações da rugosidade do leito e
margens e a variações dos níveis de maré a jusante). Estas simulações foram consideradas
necessárias uma vez que não se dispõe de valores de níveis e caudais ao longo do rio Mondego para
calibração e validação do modelo. A existência de dados de níveis no Açude-Ponte de Coimbra
permitiu a calibração e validação de alguns parâmetros do modelo relativos ao funcionamento
hidráulico da soleira descarregadora.
LNEC - Proc. 0605/541/5759
31
Refira-se que na apresentação e análise dos resultados das simulações selecionaram-se algumas
secções transversais, correspondentes a secções de referência do trecho do rio Mondego em estudo.
No Quadro 7 identificam-se as secções selecionadas.
Quadro 7 – Secções de referência
32
Secção
Distância (km)
Localização
P385
44,7
Limite de montante do trecho a modelar
P370
43,2
Secção a montante da confluência com o rio Ceira
P332
39,4
Ponte Rainha Santa Isabel (Ponte Europa)
P322
38,4
Ponte Pedonal Pedro e Inês
P321
38,3
Parque do Choupalinho
P315
37,7
Ponte de Santa Clara
P299
36,1
Ponte ferroviária
P297
35,8
Secção a montante do trecho com as soleiras
P247
32,2
Ponte A1
P120
24,0
Secção a montante da confluência com o Leito
Periférico Esquerdo; Terminam as soleiras
P88
18,4
Secção a montante da confluência com o rio Ega
P72
14,9
Secção a montante da confluência com o Leito
Periférico Direito
P65
13,3
Secção a montante da confluência com o rio Arunca
P40
7,9
Secção a montante da confluência com o rio Foja
P32
6,3
Ponte A17
P10
1,9
Próximo do limite de jusante
LNEC - Proc. 0605/541/5759
5.2. Valores adotados da rugosidade do leito e margens
No estudo das condições de escoamento em rios e canais a rugosidade do leito é usualmente
traduzida pelo coeficiente de rugosidade de Manning. A rugosidade do leito depende de vários fatores
como a configuração do rio, a profundidade do escoamento, as formas de fundo e a granulometria
dos materiais do leito, o tipo e a quantidade da vegetação, presença de edificado e outras estruturas,
etc.
O coeficiente de rugosidade de Manning pode ser obtido através de tabelas, calculado através de
expressões empíricas, ou sujeito a calibração. No presente estudo, dado que não se dispõe de
informação sobre níveis e caudais que possibilitem a calibração do referido coeficiente, foi necessário
recorrer a tabelas disponibilizadas no manual do HEC-RAS. Nessas tabelas são indicados os valores
mínimos, médios e máximos do coeficiente de rugosidade de Manning para o leito e margens em
função das características do material de que é constituído o leito e também do tipo de ocupação do
leito e das margens do rio.
O trecho do rio Mondego em estudo (a jusante da confluência do rio Ceira) apresenta características
morfológicas e de ocupação das margens diferenciadas. Na secção 3.2.3 foi classificada a ocupação
das margens do rio Mondego em áreas pavimentadas abertas/vias de comunicação, áreas
pavimentadas semi-ocupadas, edificado pouco denso, edificado denso, terreno improdutivo,
vegetação arbustiva, culturas de regadio/sequeiro/arrozais e pomar/floresta pouco denso.
Relativamente ao leito do rio, o fundo é móvel e, a jusante do Açude-Ponte de Coimbra, o rio está
confinado por diques cobertos de vegetação, incluindo árvores (ver secção 2.2.3). A montante do
referido açude, intensifica-se a presença do edificado e de zonas pavimentadas relativas à região
urbana de Coimbra.
Assim, para aplicação do modelo HEC-RAS foram considerados valores do coeficiente de rugosidade
de Manning compreendidos entre 0,013 e 0,150, de acordo com os diferentes tipos de ocupação do
leito e margens (Quadro 8). Refira-se que, de acordo com Lencastre (2004), no projeto de
regularização do Baixo Mondego foram considerados valores do coeficiente de rugosidade de
Manning para o leito central de 0,03.
LNEC - Proc. 0605/541/5759
33
Quadro 8 – Valores adotados da rugosidade do leito e margens do rio Mondego
Tipo de ocupação
Coeficiente de rugosidade de Manning
Curso de água - leito
0,028
Curso de água - margens
0,045
Áreas pavimentadas abertas/vias de comunicação
0,013
Áreas pavimentadas semi-ocupadas
0,040
Edificado pouco denso
0,100
Edificado denso
0,150
Terreno improdutivo
0,030
Vegetação arbustiva
0,050
Culturas de regadio/sequeiro/arrozais
0,040
Pomar/floresta pouco denso
0,060
Pomar/floresta denso
0,080
Pomar/floresta muito denso
0,100
5.3. Análise dos resultados
5.3.1.
Cenários 1 e 2
Nos cenários 1 e 2 as condições de fronteira de montante correspondem ao caudal de cheia de
3
1200 m /s. Como condição de fronteira de jusante foi considerando o nível médio do escoamento
(NM) correspondente à combinação de uma preia-mar e do caudal afluente à foz, ou seja,
NM = 3,25 m e NM = 4,25 m, respectivamente para o cenário 1 e 2. Em ambos os cenários
consideraram-se os coeficientes de rugosidade do Quadro 8 e no cenário 2 consideraram-se as
contribuições dos afluentes do Baixo Mondego.
Na Figura 20 apresentam-se os perfis longitudinais do leito do rio Mondego e da superfície livre para
o cenário 1. Nessa figura é possível observar o efeito das estruturas de dissipação de energia nas
cotas da superfície livre do escoamento. As onze descontinuidades existentes no leito do rio
Mondego, constituídas por uma queda e dois esporões inclinados para jusante, provocam um
estreitamento brusco da secção transversal e um aumento da velocidade do escoamento (ver Figura
21). Em resultado da maior velocidade do escoamento, a jusante das descontinuidades observa-se a
3
erosão localizada do leito. De acordo com os resultados do modelo, para o caudal de 1200 m /s o
34
LNEC - Proc. 0605/541/5759
valor médio da perda de energia nas descontinuidades é de cerca de 30 cm, próximo do valor obtido
no estudo em modelo físico (Ramalho 1982).
Figura 20 – Perfil longitudinal da superfície livre para o cenário 1
Figura 21 – Pormenor dos perfis da superfície livre e da velocidade média do escoamento para o
cenário 1
LNEC - Proc. 0605/541/5759
35
O perfil longitudinal da superfície livre para o cenário 2 é apresentado na Figura 22. Na mesma figura
é representada a variação do caudal ao longo do trecho de simulação resultante da contribuição dos
afluentes do Baixo Mondego. Observa-se que a cota da superfície livre se aproxima da cota de
coroamento dos diques nos últimos 10 km do trecho em estudo.
Figura 22 – Perfil longitudinal da superfície livre para o cenário 2
Os valores das cotas da superfície livre e da velocidade média do escoamento para os cenários 1 e 2
são apresentados no Quadro 9. No troço a montante do Açude-Ponte de Coimbra (secções S315 a
S385) os resultados obtidos em ambos os cenários são iguais uma vez que se está a simular o
mesmo caudal afluente. No trecho a jusante do açude, as diferenças nos valores das cotas da
superfície livre e da velocidade do escoamento acentuam-se à medida que a contribuição dos
afluentes se faz sentir.
De acordo com os resultados do modelo, os valores máximos da velocidade do escoamento podem
atingir os 4 m/s junto a algumas das descontinuidades (soleiras e esporões oblíquos).
36
LNEC - Proc. 0605/541/5759
Quadro 9 – Resultados do modelo para os cenários 1 e 2
Cenário 1
Cenário 2
Secção
Distância
(km)
Cota da
superfície
livre (m)
Velocidade
média do
escoamento
(m/s)
Caudal
3
(m /s)
Cota da
superfície
livre (m)
Velocidade
média do
escoamento
(m/s)
S385
44,7
23,4
2,7
1200
23,4
2,7
S370
43,2
22,6
1,8
1200
22,6
1,8
S332
39,4
20,1
1,8
1200
20,1
1,8
S322
38,4
19,3
2,1
1200
19,3
2,1
S321
38,3
19,4
1,6
1200
19,4
1,6
S315
37,7
18,7
2,2
1200
18,7
2,2
S299
36,1
16,7
2,2
1200
16,7
2,2
S297
35,8
16,6
1,9
1200
16,6
1,9
S247
32,2
14,3
1,7
1200
14,3
1,7
S120
24,0
8,8
1,8
1200
9,3
1,6
S88
18,4
6,8
1,6
1277
7,8
1,4
S72
14,9
5,6
1,5
1399
7,0
1,2
S65
13,3
5,2
1,2
1499
6,9
1,0
S40
7,9
4,3
0,9
2345
5,9
1,3
S32
6,3
4,2
0,9
2496
5,6
1,4
S10
1,9
3,6
0,5
2496
4,7
0,7
5.3.2.
Cenários 3 e 4
Nos cenários 3 e 4 procedeu-se à simulação das condições de escoamento para as situações de
3
3
3
caudal constante igual a 2000 m /s e caudal variável (2000 m /s em Coimbra e 3296 m /s na secção
no trecho final), respectivamente. A condição de fronteira de jusante corresponde ao nível médio do
escoamento (NM), considerado igual a NM = 4,0 m no cenário 3 e igual a NM = 4,5 m no cenário 4.
Os coeficientes de rugosidade correspondem aos valores apresentados no Quadro 8. Os perfis
longitudinais da superfície livre para os cenários 3 e 4 são apresentados na Figura 23 e na Figura 24.
LNEC - Proc. 0605/541/5759
37
Figura 23 – Perfil longitudinal da superfície livre para o cenário 3
Figura 24 – Perfil longitudinal da superfície livre para o cenário 4
3
Como foi anteriormente referido, o caudal de 2000 m /s corresponde, no Açude-Ponte de Coimbra, ao
valor da cheia milenária modificada pelas albufeiras da Aguieira e de Fronhas. Para este caudal, os
resultados do modelo indicam que, no trecho a jusante do açude, as cotas da superfície livre do
38
LNEC - Proc. 0605/541/5759
escoamento podem ultrapassar as cotas dos diques em algumas secções. No cenário 4, em que a
contribuição dos afluentes é tida em consideração, estas situações são mais frequentes.
Importa referir que, para evitar o galgamento dos diques em situações de ocorrência de caudais
3
superiores a 1200 m /s, existem quatro estruturas de descarga ao longo do dique da margem direita
que permitem a inundação controlada dos campos e, consequentemente, o decréscimo do caudal no
leito central. No entanto, neste estudo optou-se por considerar a situação menos favorável
correspondente ao não funcionamento dessas estruturas.
No Quadro 10 apresentam-se os resultados do modelo para os cenários 3 e 4.
Quadro 10 – Resultados do modelo para os cenários 3 e 4
Cenário 3
Cenário 4
Secção
Distância
(km)
Cota da
superfície
livre (m)
Velocidade
média do
escoamento
(m/s)
Caudal
3
(m /s)
Cota da
superfície
livre (m)
Velocidade
média do
escoamento
(m/s)
S385
44,7
24,8
3,3
2000
24,8
3,3
S370
43,2
23,9
2,3
2000
23,9
2,3
S332
39,4
21,2
2,1
2000
21,2
2,1
S322
38,4
20,6
2,2
2000
20,6
2,2
S321
38,3
20,6
1,8
2000
20,6
1,8
S315
37,7
20,0
2,6
2000
20,0
2,6
S299
36,1
18,5
2,6
2000
18,5
2,6
S297
35,8
18,3
2,4
2000
18,3
2,4
S247
32,2
15,6
2,3
2000
15,6
2,3
S120
24,0
10,3
2,3
2000
10,6
0,3
S88
18,4
8,3
2,0
2077
8,7
2,0
S72
14,9
6,8
1,9
2199
7,6
1,7
S65
13,3
6,4
1,5
2299
7,3
1,5
S40
7,9
5,4
1,2
3145
6,1
1,7
S32
6,3
5,2
1,2
3296
6,0
1,1
S10
1,9
4,4
0,6
3296
4,9
0,8
LNEC - Proc. 0605/541/5759
39
5.3.3.
Cenários 5 e 6
Nos cenários 5 e 6 procedeu-se à simulação do hidrograma da cheia ocorrida em janeiro de 2001.
Nestas simulações, em regime variável, as condições de fronteira de montante correspondem ao
hidrograma afluente ao Açude-Ponte de Coimbra entre os dias 26 e 30 de janeiro de 2001. À
semelhança das simulações anteriores, a condição de fronteira de jusante corresponde a nível médio
do escoamento e os coeficientes de rugosidade aos valores do Quadro 8.
Na Figura 25 comparam-se as cotas do nível na albufeira do Açude-Ponte de Coimbra registadas na
cheia de 2001 e os valores calculados pelo modelo. Confirma-se a boa aproximação dos resultados
do modelo aos valores observados. Refira-se que as diferenças iniciais se devem ao facto de, no
modelo, não se ter considerado o efeito das comportas no controlo dos níveis. Este aspeto apenas é
refletido nas cotas iniciais e não nos valores dos caudais afluentes e descarregados no açude. Uma
vez abertas as comportas, os valores das cotas observadas e estimadas no modelo apresentam boa
concordância.
Figura 25 – Cotas do nível na albufeira do Açude-Ponte de Coimbra observadas na cheia de 2001 e
calculadas pelo modelo
Na Figura 26 e na Figura 27 apresentam-se os perfis longitudinais das cotas máximas da superfície
livre do escoamento atingidas nas simulações dos cenários 5 e 6. De acordo com os resultados do
modelo, na simulação do hidrograma da cheia de 2001 sem contribuição dos afluentes do Baixo
Mondego (cenário 5) o desfasamento temporal do pico do hidrograma de cheia entre as secções
limítrofes de montante e de jusante do trecho em estudo é de cerca de 9 horas (Figura 28).
40
LNEC - Proc. 0605/541/5759
Figura 26 – Perfil longitudinal da cota máxima da superfície livre para o cenário 5
Figura 27 – Perfil longitudinal da cota máxima da superfície livre para o cenário 6
Os resultados das simulações dos cenários 5 e 6 são apresentados no Quadro 11 e
Quadro 12, respectivamente. Nesses quadros, são indicados para cada secção de referência o
caudal máximo atingido, a cota máxima da superfície livre e a velocidade máxima do escoamento.
Estes valores máximos são registados em instantes temporais diferentes ao longo da simulação do
hidrograma da cheia afluente ao Açude-Ponte de Coimbra em janeiro de 2001.
LNEC - Proc. 0605/541/5759
41
Figura 28 – Propagação do hidrograma de cheia no cenário 5
Quadro 11 – Resultados do modelo para o cenário 5
42
Secção
Distância
(km)
Caudal máximo
3
(m /s)
Cota máxima da
superfície livre (m)
Velocidade máxima
do escoamento
(m/s)
S385
44,7
1913
24,7
3,2
S370
43,2
1913
23,6
2,3
S332
39,4
1910
21,0
2,1
S322
38,4
1909
20,4
2,3
S321
38,3
1909
20,3
1,9
S315
37,7
1909
19,8
2,6
S299
36,1
1909
18,0
2,7
S297
35,8
1909
17,8
2,5
S247
32,2
1909
15,1
2,4
S120
24,0
1890
10,1
2,2
S88
18,4
1870
8,1
2,0
S72
14,9
1869
6,6
1,8
S65
13,3
1868
6,2
1,5
S40
7,9
1864
5,2
1,2
S32
6,3
1863
5,0
1,1
S10
1,9
1861
4,2
0,6
LNEC - Proc. 0605/541/5759
Quadro 12 – Resultados do modelo para o cenário 6
Secção
Distância
(km)
Caudal máximo
3
(m /s)
Cota máxima da
superfície livre (m)
Velocidade máxima
do escoamento
(m/s)
S385
44,7
1913
24,7
3,2
S370
43,2
1913
23,6
2,3
S332
39,4
1910
21,0
2,1
S322
38,4
1909
20,3
2,3
S321
38,3
1909
20,3
1,9
S315
37,7
1909
19,8
2,6
S299
36,1
1909
18,0
2,6
S297
35,8
1909
17,8
2,5
S247
32,2
1909
15,1
2,4
S120
24,0
1913
10,3
2,2
S88
18,4
1942
8,7
1,8
S72
14,9
2126
7,6
1,7
S65
13,3
2401
7,3
1,5
S40
7,9
3005
6,2
1,6
S32
6,3
3190
5,9
1,6
S10
1,9
3198
4,8
0,8
No estudo de Santos et al. (2002), pág. 28, é referida a existência de levantamentos dos níveis de
cheia ocorridos em 2001, efetuados pela DRAOT-Centro. No Centro Náutico do Choupalinho,
localizado a montante da Ponte de Santa Clara, a cota do nível de inundação terá atingido os 20,86 m
e na secção da Ponte Europa os 21,05 m. De acordo com as simulações realizadas, obteve-se nas
secções do Parque do Choupalinho (S321) e da Ponte Europa (S332), respectivamente, 20,3 m e
21,0 m, valores muito próximos dos levantamentos.
5.4. Análise de sensibilidade dos resultados a variações dos coeficientes de
rugosidade e níveis a jusante
Os resultados das simulações apresentados anteriormente foram obtidos admitindo certos valores do
coeficiente de rugosidade de Manning e dos níveis de escoamento a jusante, condicionados pelos
níveis da maré. De seguida procede-se a uma análise sobre a influência da variação desses
parâmetros nos níveis de escoamento no trecho do rio Mondego anteriormente obtidos. Para esta
LNEC - Proc. 0605/541/5759
43
análise, considerou-se como situação de referência os resultados do cenário 1 relativo à simulação
3
em regime permanente do caudal de 1200 m /s.
Na Figura 29 apresentam-se os perfis longitudinais das cotas das superfícies do escoamento obtidas
considerando diferentes valores do nível de escoamento a jusante, designadamente, 2,5 m, 3,0 m,
3,5 m e 4,0 m.
Figura 29 – Influência da variação dos níveis de maré nos resultados relativos ao cenário 1
Figura 30 – Influência da variação dos níveis de maré nos resultados relativos ao cenário 1 (pormenor)
44
LNEC - Proc. 0605/541/5759
Observa-se que o efeito da variação do nível da maré se faz sentir no trecho final do rio Mondego,
numa extensão de cerca de 15 km (Figura 30). Esse efeito é progressivamente atenuado à medida
que se progride para montante (Error! Not a valid bookmark self-reference.). Na secção S72,
localizada a cerca de 15 km do limite de jusante do trecho em estudo, a variação da cota do nível da
superfície do escoamento é aproximadamente de 20 cm, para uma variação do nível da maré de
1,5 m.
Quadro 13 – Influência dos níveis de maré (NM) nas cotas da superfície livre relativas ao cenário 1
Secção
Distância
(km)
Cotas da superfície livre (m)
NM = + 2,5
NM = + 3,0
NM = + 3,5
NM = + 4,0
S88
18,4
6,8
6,8
6,8
6,9
S72
14,9
5,5
5,5
5,6
5,7
S65
13,3
5,1
5,1
5,2
5,4
S40
7,9
4,1
4,3
4,4
4,7
S32
6,3
3,9
4,1
4,3
4,6
S10
1,9
3,1
3,4
3,8
4,2
Relativamente à influência da variação dos valores de rugosidade nos resultados do modelo,
considerou-se que os valores médios adotados para o coeficiente de Manning podem apresentar uma
variação em relação aos valores adotados (valores de referência) da ordem dos 100 %, ou seja,
podem ser 10 % superiores ou 10 % inferiores. Considerando estes cenários de variação dos
3
coeficientes de rugosidade, efetuaram-se novas simulações considerando o caudal de 1200 m /s
(cenário 1).
Na Figura 31 apresentam-se os perfis longitudinais das cotas das superfícies do escoamento obtidas
considerando diferentes valores dos coeficientes de rugosidade de Manning. A consideração de
valores superiores do coeficiente de Manning (rugosidades mais elevadas) conduz a níveis de
escoamento mais elevados e a consideração de valores inferiores conduz a menores níveis do
escoamento.
No Quadro 14, e para as secções selecionadas, apresentam-se as cotas do nível da superfície livre
correspondentes às simulações efetuadas com os coeficientes de rugosidade de referência e com
valores 10% superiores e 10% inferiores. De acordo com os resultados, a diferença das cotas da
superfície livre em relação às obtidas no cenário 1 apresenta um valor máximo de 30 cm, ou seja,
podem ser 30 cm superiores ou inferiores aos valores de referência.
LNEC - Proc. 0605/541/5759
45
Figura 31 – Influência da variação dos coeficientes de rugosidade nos resultados relativos ao cenário 1
Quadro 14 – Influência dos coeficientes de rugosidade nas cotas da superfície livre relativas ao cenário 1
Cotas da superfície livre (m)
Secção
46
Distância
(km)
Coef. rugosidade:
Coef. rugosidade:
Coef. rugosidade:
-10% valores de
referência
valores de referência
+10% valores de
referência
S385
44,7
23,1
23,4
23,6
S370
43,2
22,4
22,6
22,8
S332
39,4
19,9
20,1
20,2
S322
38,4
19,2
19,3
19,5
S321
38,3
19,2
19,4
19,5
S315
37,7
18,6
18,7
18,9
S299
36,1
16,6
16,7
16,9
S297
35,8
16,5
16,6
16,8
S247
32,2
14,3
14,3
14,4
S120
24,0
8,5
8,8
9,1
S88
18,4
6,6
6,8
7,1
S72
14,9
5,4
5,6
5,8
S65
13,3
5,0
5,2
5,4
S40
7,9
4,2
4,3
4,5
S32
6,3
4,1
4,2
4,3
S10
1,9
3,5
3,6
3,6
LNEC - Proc. 0605/541/5759
6. CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES
Neste estudo procedeu-se à simulação das condições de escoamento no trecho do rio Mondego a
jusante da confluência do rio Ceira tendo como objetivo a determinação das zonas inundáveis. A
metodologia considerada no estudo compreendeu as seguintes componentes: i) análise bibliográfica;
ii) análise da informação de base; iii) definição de cenários de simulação; e iv) simulação em modelo
matemático de eventos extremos de cheias e elaboração de cartas de zonas inundáveis.
A análise da bibliografia existente sobre as intervenções realizadas na bacia hidrográfica do rio
Mondego, concebidas para a regularização fluvial e controlo de cheias, foi fundamental para a
identificação dos cenários de simulação. As afluências ao trecho em estudo são condicionadas pela
exploração das barragens existentes, designadamente, da Aguieira e de Fronhas, que permitem o
amortecimento de cheias com elevado período de retorno. Assim, as simulações em modelo
3
matemático incluíram os seguintes cenários: i) caudal de 2000 m /s correspondente, no Açude-Ponte
de Coimbra, ao valor da cheia milenária modificada pelas albufeiras da Aguieira e de Fronhas;
3
ii) caudal de 1200 m /s considerado no dimensionamento do leito central do rio Mondego; e
iii) hidrograma da cheia ocorrida em 2001. Nestes cenários foi considerada a contribuição dos
afluentes do Baixo Mondego.
Da análise da informação de base constatou-se a inexistência de medições de níveis e caudais no
trecho regularizado do rio Mondego. Considera-se que esta informação é fundamental para a
calibração do modelo (em particular dos coeficientes de rugosidade) e para a verificação da qualidade
dos resultados. Um estudo mais aprofundado das condições de escoamento deverá necessariamente
passar pela obtenção dessa informação.
Os vários cenários de simulação mostraram que:
−
3
Para caudais superiores a 1200 m /s, as condições de escoamento na zona final do trecho
simulado (∼15 km) são afetados pelos níveis da maré. Uma vez que não se dispõe de
observações de níveis para esses caudais os resultados do modelo devem ser encarados
com reserva.
−
Os resultados do modelo dependem dos valores da rugosidade adotados pelo que, para a
sua validação, seria fundamental proceder à medição simultânea de níveis e caudais.
−
O escoamento dos caudais considerados no dimensionamento do leito regularizado
3
3
(1200 m /s em Coimbra e cerca de 2500 m /s no troço final) não apresenta problemas do
ponto de vista das cotas da superfície livre atingidas ao longo do rio.
−
Na simulação do caudal da cheia milenária modificada pelas albufeiras da Aguieira e de
3
Fronhas (2000 m /s) e na ausência de funcionamento das estruturas de descarga existentes
no dique da margem direita, as cotas da superfície livre atingem as cotas dos diques podendo
dar origem a galgamento destas estruturas.
LNEC - Proc. 0605/541/5759
47
BIBLIOGRAFIA
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Universidade de Coimbra, Departamento de Engenharia Civil, Laboratório de Hidráulica, Recursos
Hídricos e Ambiente.
50
LNEC - Proc. 0605/541/5759
Anexo I
LNEC - Proc. 0605/541/5759
51
. Figura I.1 – Altimetria na zona em estudo
LNEC - Proc. 0605/541/5759
53
54
LNEC - Proc. 0605/541/5759
Figura I.2 – Secções transversais do rio Mondego utilizadas no modelo
LNEC - Proc. 0605/541/5759
55
56
LNEC - Proc. 0605/541/5759
Figura I.3 – Secções transversais do rio Mondego utilizadas no modelo: pormenor da zona próxima de Coimbra
LNEC - Proc. 0605/541/5759
57
58
LNEC - Proc. 0605/541/5759
Figura I.4 – Ocupação do solo na zona de estudo
LNEC - Proc. 0605/541/5759
59
60
LNEC - Proc. 0605/541/5759
Figura I.5 – Ocupação do solo na zona de estudo: pormenor da zona próxima de Coimbra
LNEC - Proc. 0605/541/5759
61
62
LNEC - Proc. 0605/541/5759
Figura I.6 – Carta de zonas inundáveis junto a Coimbra
LNEC - Proc. 0605/541/5759
63
64
LNEC - Proc. 0605/541/5759
Figura I.7 – Identificação dos trechos dos diques do leito regularizado do rio Mondego passiveis de serem galgados
LNEC - Proc. 0605/541/5759
65
66
LNEC - Proc. 0605/541/5759
Divisão de Divulgação Científica e Técnica - LNEC