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
Campanhas de
amostragem de:
• Construção de uma
malha de passo variável
- salinidade
• Calibração/validação do
modelo hidrodinâmico e de
transporte (Mohid) (2D)
• Implementação do
modelo de transporte 3D
para o canal do Espinheiro
- 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
VALIDAÇÃO DO MODELO HIDRODINÂMICO - Caudais
• 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)
• 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)
02/10/2003
surface
40º42'
05/12/2003
surface
Vouga River
Cha
n
6.11 m3s-1
16.0
12.0
32.0
28.0
24.0
Es
C pin
ha h
nn eir
el o
20.0
40'
Atlantic
Ocean
24.0
Salinity
28.0
36.0
20.0
3 -1
115.97 m s
Aveiro
8.0
Aveiro
4.0
38'
4.0
0.0
41'
02/10/2003
mid-water
41'
8º45'
40º42'
05/12/2003
mid-water
Vouga River
Cha
n
36.0
S. J
acin
to
32.0
20.0
6.11 m3s-1
40'
Atlantic
Ocean
Es
C pin
ha h
nn eir
el o
24.0
Salinity
28.0
16.0
12.0
36.0
32.0
28.0
24.0
20.0
3 -1
115.97 m s
Aveiro
8.0
Aveiro
4.0
38'
4.0
0.0
41'
37'
02/10/2003
channel bed
41'
8º45'
40º42'
Vouga River
Vouga River
nel
Cha
n
36.0
S. J
acin
to
32.0
20.0
6.11 m3s-1
40'
Atlantic
Ocean
Es
C pin
ha h
nn eir
el o
24.0
Salinity
28.0
16.0
12.0
36.0
32.0
28.0
24.0
20.0
3 -1
12.0
8.0
Aveiro
38'
8.0
Aveiro
4.0
38'
0.0
8º45'
41'
37'
16.0
115.97 m s
4.0
0.0
8º45'
41'
37'
Salinity
Cha
n
S. J
acin
to
Atlantic
Ocean
40'
37'
05/12/2003
channel bed
nel
40º42'
0.0
Es
C pin
ha h
nn eir
el o
8º45'
16.0
12.0
8.0
38'
Salinity
Cha
n
S. J
acin
to
Atlantic
Ocean
40'
37'
nel
Vouga River
nel
40º42'
0.0
37'
Es
C pin
ha h
nn eir
el o
8º45'
16.0
12.0
8.0
38'
Salinity
32.0
Es
C pin
ha h
nn eir
el o
Atlantic
Ocean
40'
36.0
S. J
acin
to
S. J
acin
to
Cha
n
nel
Vouga River
nel
40º42'
Campos longitudinais
de salinidade (Outono
de 2003)
Campos longitudinais de
temperatura (Outono de
2003)
DADOS OBSERVADOS Vs DADOS DO MODELO
Campos longitudinais de salinidade e de temperatura da água observados
integrados na vertical Versus Resultados Mohid 2D
(a)
(c)
Vouga River
13.8
26
13.6
24
13.4
22
13.2
20
3 -1
115.97 m s
Aveiro
38'
13.0
18
12.8
16
12.6
14
12.4
12
12.2
10
12.0
8
11.8
6
11.6
4
11.4
Temperature
[ºC]
Salinity
Atlantic
Ocean
40'
28
14.0
Es
ch pin
an he
ne iro
l
S. J
acin
to c
han
n el
40º42'
2
11.2
0
11.0
41'
8º45'
(d)
(b)
Vouga River
ann
el
40º42'
37'
to c
h
Salinity[ºC]
Temperature
22
13.4
20
13.1
18
Es
ch pin
an he
ne iro
l
S. J
acin
Atlantic
Ocean
40'
28
14.0
26
13.7
24
12.8
16
14
12.5
3 -1
115.97 m s
12
12.2
10
11.9
8
Aveiro
38'
6
11.6
4
11.3
2
11.0
0
8º45'
41'
37'
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
Canal do Espinheiro
32
30
6
28
SALINIDADE
24
22
4
20
18
16
14
2
12
Salinidade [PSU]
Altura de Água [m]
26
10
8
6
0
4
10
15
20
Tempo [horas]
25
16/01/2004
11:30 AM
Canal do Espinheiro
TEMPERATURA
DA ÁGUA
Altura de Água [m]
6
4
2
0
0
15/01/2004
10:30 AM
5
10
15
20
Tempo [horas]
25
16/01/2004
11:30 AM
Canal do Espinheiro
VELOCIDADE DA
CORRENTE
Altura de Água [m]
6
4
2
0
0
15/01/2004
10:30 AM
5
10
15
Tempo [horas]
20
25
16/01/2004
11:30 AM
2
0
13.8
13.6
13.4
13.2
13.0
12.8
12.6
12.4
12.2
12.0
11.8
11.6
11.4
11.2
11.0
10.8
10.6
10.4
10.2
10.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
-0.1
-0.2
-0.3
-0.4
-0.5
-0.6
-0.7
-0.8
-0.9
-1.0
-1.1
Temperatura [ºC]
5
Velocidade da Corrente [m/s]
0
15/01/2004
10:30 AM
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