Pedro Miguel Fonseca Martins - Universidade do Minho · 2014-11-21 · Pedro Miguel Fonseca Martins...

Pedro Miguel Fonseca Martins

Sistema de previsão ealerta de cheias e inundações

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Universidade do MinhoEscola de Engenharia

outubro de 2013

Tese de MestradoCiclo de Estudos Integrados Conducentes aoGrau de Mestre em Engenharia Civil

Trabalho efetuado sob a orientação doProfessor Doutor José Luís da Silva Pinho

Pedro Miguel Fonseca Martins

Sistema de previsão ealerta de cheias e inundações

Universidade do MinhoEscola de Engenharia

i

Agradecimentos

Para a realização desta dissertação, resultado de meses de trabalho, foram

essenciais diversas pessoas que, de alguma forma, me guiaram e incentivaram durante a

sua elaboração. Para todos um agradecimento especial.

Gostaria de destacar o papel desempenhado pelo meu orientador, o Prof. Doutor

José Luís Pinho. Desde já lhe deixo o meu apreço e gratidão pela sua disponibilidade e

paciência demonstrada ao longo destes meses de orientação, pelos conhecimentos e

sugestões partilhadas sem as quais a realização desta dissertação seria dificultada.

Á minha família, que sempre se esforçou e sacrificou para me dar tudo o que eu

precisei desde o primeiro dia de escola, bem como os conhecimentos e experiencia de

vida transmitidos ao longo de toda a minha vida, aqui fica o meu agradecimento.

Ao Grupo de Hidráulica do Departamento de Engenharia Civil da Universidade

do Minho, pela forma como cativa e incentiva os alunos.

Agradeço aos meus amigos, por todos os bons e maus momentos passados, pelas

noites de lazer e de estudo partilhadas, por toda a amizade e motivação. A eles um

muito obrigado.

Um agradecimento especial ao João Almeida e Luís Vieira pela companhia,

ajuda e transmissão de conhecimentos que em muito contribuíram para a realização

desta dissertação.

iii

Resumo

As cheias e inundações podem provocar a perda de vidas, destruição de bens

materiais e danos no ambiente. Apesar de não ser possível evitar que estes fenómenos

aconteçam, atividades humanas (como crescimento em planícies aluviais e redução da

retenção natural dos solos) bem como as alterações climáticas contribuem para uma

maior probabilidade de ocorrências destes fenómenos naturais bem como o

agravamento dos seus efeitos.

As modelações matemática e hidráulica constituem metodologias eficientes para

a análise e estudo destes problemas. No caso específico de problemas hidráulicos,

envolvendo cheias e inundações, é sem dúvida uma metodologia de enorme potencial

quer para a simulação e prevenção das mesmas, quer para a análise de técnicas de

gestão e controlo dos impactos negativos.

A presente dissertação incidiu no estudo de previsão de cheias focando-se na

bacia hidrográfica do rio Ave e com mais pormenor na bacia hidrográfica do rio Selho.

O rio Selho apresenta-se como uma curso de água importante para este estudo, no

sentido em que mostrou ser ao longo dos tempos, bastante problemático em termos de

acontecimentos relacionados com inundações e cheias. Foi utilizado um modelo

hidrodinâmico existente construído no software SOBEK, ao qual foi acrescentada a

componente hidrológica. O módulo de hidrologia do programa SOBEK é baseado no

modelo de Sacramento.

O trabalho foi desenvolvido considerando duas componentes principais: a

primeira parte consistiu numa recolha e análise dos dados históricos de precipitação, e

com base nesses valores e na aplicação do método de Thiessen foi possível obter as

precipitações para as principias bacias constituintes da bacia hidrográfica do rio Ave; na

segunda parte do trabalho, procedeu-se à construção e calibração de um modelo

hidrológico para a bacia do rio Ave com o software SOBEK. Este modelo foi de

seguida utilizado para testar a sua capacidade na previsão de caudais através de

previsões meteorológicas.

Da aplicação do modelo hidrológico concluiu-se que o mesmo, ainda que

simples, demonstrou grande potencialidade na simulação de escoamento no rio Selho e

deu boa resposta as situações a que foi submetido.

iv

Palavras-chave: cheias; inundações; bacias hidrográficas; Ave; Selho; Sistemas

de previsão de cheias;

v

Abstract

Floods and flooding may lead to loss of lives, destruction of property and

damage to the environment. Although it is not possible to avoid that these phenomenon

may occur, human activities (such as growth in flooding areas and reducing natural

retention of soil) together with climate changes contribute to a higher probability of

occurrence of these natural events as well as increases its terrible effects.

The mathematical and hydraulic models are efficient methodologies for the

analysis and study of these problems. In the specific case of hydraulic issues involving

floods and inundations, it is undoubtedly a methodology of enormous potential both for

simulation and prevention, both for the analysis of technical management and control of

negative impacts.

The present thesis focused on the study of flood forecasting on the Ave River

basin and, in more detail, in the Selho´s hydrographic river basin. The Selho River

presents itself as an important waterway for this research, which shows along the years

a quite problematic watercourse in terms of events related floods. We used an existing

hydrodynamic model built in software SOBEK and complemented with hydrological

components. The hydrology module of the program is based on Sacrament’s SOBEK

model.

The work was developed considering two main components: the first part

consisted of a compilation and analysis of historical data of rainfall, and based on these

values and applying the method of Thiessen was possible to obtain the precipitation to

form major constituents of the Ave basins and in the second part of the work, proceeded

to the construction and calibration of a hydrologic model for the basin of Ave with

SOBEK software. This model was then used to test its ability to predict the flow

through weather forecasts.

When applying to this hydrological model we may conclude that, even if simple,

it has shown great potential in the simulation of flow in the Selho´s River performing

great results and giving good response to all pretended situations.

Keywords: Floods; Flooding; Watersheds; Ave; Selho; Flood forecasting systems

vii

Índice

Agradecimentos ........................................................................................................... i

Resumo ....................................................................................................................... iii

Abstract ....................................................................................................................... v

Índice de figuras ........................................................................................................ xi

Índice de tabelas ....................................................................................................... xv

Acrónimos ............................................................................................................... xvii

1. Introdução .............................................................................................................. 1

1.1 Enquadramento ........................................................................................................... 1

1.2 Objetivos do trabalho .................................................................................................. 3

1.3 Estrutura da dissertação .............................................................................................. 4

2. Cheias e Inundações ......................................................................................... 5

2.1 Generalidades .............................................................................................................. 5

2.2 Avaliação dos riscos de inundações ............................................................................. 5

2.3 Delimitação de zonas com riscos de inundações ........................................................ 6

2.4 Classificação das precipitações .................................................................................... 7

2.5 Fatores que influenciam as cheias ............................................................................... 7

2.5.1 Características do canal ......................................................................................... 8

2.5.2 Área da bacia e sua forma em planta .................................................................... 8

2.5.3 Impermeabilização e inclinação do terreno .......................................................... 9

2.6 Indicadores de probabilidades de ocorrência de cheias ............................................. 9

2.7 Redução dos efeitos das cheias ................................................................................. 10

2.8 Programas de gestão para defesas contra cheias ..................................................... 11

3. Modelação de cheias e inundações ............................................................... 15

3.1 Formulação matemática de escoamentos com superfícies livre em sistemas

unidimensionais ...................................................................................................................... 15

3.1.1 Equação da energia ............................................................................................. 15

3.1.2 Equação da continuidade .................................................................................... 17

Índice

viii

3.1.3 Equação da quantidade de movimento .............................................................. 19

3.2 Métodos de previsão de caudais de cheias ............................................................... 23

3.2.1 Métodos empíricos ............................................................................................. 23

3.2.2 Métodos cinemáticos .......................................................................................... 25

3.2.3 Métodos estatísticos ........................................................................................... 31

3.3 Ferramentas de modelação ....................................................................................... 33

3.3.1 Ferramentas de modelação hidrodinâmica e hidrológica .................................. 33

3.3.2 Ferramentas de modelação geográfica ............................................................... 47

4. Modelo unidimensional da Bacia hidrográfica do rio Ave ........................ 51

4.1 Características da bacia ............................................................................................. 51

4.2 Modelo hidrodinâmico da bacia do Ave .................................................................... 54

4.3 Modelo hidrológico da bacia do Ave ......................................................................... 56

4.4 Parâmetros de calibração do modelo hidrológico ..................................................... 64

5. Sistema de previsão e alerta de cheias para a bacia do rio Selho .............. 69

5.1 Trabalho de campo .................................................................................................... 69

5.2 Funcionamento do sistema de previsão .................................................................... 78

6. Análise e discussão de resultados ................................................................. 89

6.1 Resultados de calibração do modelo ......................................................................... 89

6.2 Resultados do sistema de previsão de cheias e inundações ................................... 101

7. Conclusões .................................................................................................... 115

7.1 Conclusões ............................................................................................................... 115

7.2 Sugestões para trabalhos futuros ............................................................................ 117

Bibliografia ............................................................................................................. 119

Anexo A ................................................................................................................... 123

Anexo B ................................................................................................................... 127

Anexo C ................................................................................................................... 133

Anexo D ................................................................................................................... 135

Anexo E ................................................................................................................... 139

Índice

ix

Anexo F ................................................................................................................... 143

Anexo G .................................................................................................................. 147

xi

Índice de figuras

Figura 1- Definição das variáveis intervenientes na Equação da Energia(Cardoso, 1998)

........................................................................................................................................ 16

Figura 2-Volume de controlo para a derivação da Equação da Continuidade(Cardoso,

1998) ............................................................................................................................... 18

Figura 3-Volume de controlo para a derivação da Equação da Quantidade de

Movimento(Cardoso, 1998)............................................................................................ 20

Figura 4-Velocidades de escoamento em função do declive e temperatura(Lencastre &

Franco, 1984) .................................................................................................................. 26

Figura 5- Parâmetro da formula de GIANDOTTI para o caudal máximo de

cheia(Lencastre & Franco, 1984) ................................................................................... 28

Figura 6-Relação entre a precipitação total e a precipitação útil(Lencastre & Franco,

1984) ............................................................................................................................... 29

Figura 7-Delimitação das zonas pelo método Loureiro(Lencastre & Franco, 1984) ..... 33

Figura 8-Esquema de funcionamento do modelo hidrológico de Sacramento(Pinho &

Vieira, 2006) ................................................................................................................... 39

Figura 9-Exemplo de implementação do modelo (WL, 2005) ....................................... 39

Figura 10-Principal rede fluvial da bacia hidrográfica do rio Ave(Pinho, et al., 2011) . 52

Figura 11-Rio Ave(ODeAve, Dezembro 2007) ............................................................. 53

Figura 12- Rio Selho(Agência Portuguesa do Ambiente, Agosto 2012) ....................... 54

Figura 13-Modelo hidrodinâmico da bacia do Ave construído no programa Sobek...... 55

Figura 14-Perfil transversal de uma secção transversal no programa Sobek ................. 56

Figura 15-Principais sub-bacias da bacia hidrográfica do rio Ave, ArcMap ................. 56

Figura 16- Transformação dos centróides em nós de Sacramento ................................. 57

Figura 17-Localização das estações ............................................................................... 59

Figura 18- Aplicação do método de Thiessen adaptado de(Ribeiro, 1987) ................... 60

Figura 19- Método de Thiessen aplicado a toda a bacia do Ave .................................... 61

Figura 20. Mapa das estações de monitorização existentes na bacia do rio Ave (Google,

2005) ............................................................................................................................... 61

Figura 21- Exemplificação da informação existente sobre uma sub-bacia .................... 62

Figura 22- Criação de eventos de precipitação no menu "Meteorological Data"........... 63

Figura 23- Introdução de uma área num nó de Sacramento ........................................... 64

Figura 24-Parâmetros que podem ser utilizados para calibração do modelo ................. 65

Figura 25- Parâmetros utilizados para calibração do modelo......................................... 67

Figura 26- Modelo da bacia do Ave e do Selho respetivamente ................................... 67

Figura 27- Carta das zonas inundáveis ........................................................................... 70

Figura 28- Interseção entre os locais visitados e as zonas inundáveis ........................... 71

Figura 29- Local número 1 ............................................................................................. 72


Índice de figuras

xii



Figura 33- Local número 5 (1) ....................................................................................... 74





Figura 38- Local número 10 ........................................................................................... 76

Figura 39- Local número 11 ........................................................................................... 77



Figura 42-Resumo do funcionamento do sistema de previsão para a bacia do Selho .... 80

Figura 43- Curva de Vazão da estação Ponte Brandão .................................................. 81

Figura 44-Medições do trabalho de campo .................................................................... 82

Figura 45- Dados em forma gráfica(wunderground, 2013) ............................................ 84

Figura 46- Dados em forma numérica (wunderground, 2013) ....................................... 85

Figura 47- Dados delimitado por vírgulas (wunderground, 2013) ................................. 85

Figura 48- Localização da bacia do Selho no UGRIB(Grib, 2013) ............................... 86

Figura 49- Resultados do UGRIB(Grib, 2013) .............................................................. 87

Figura 50-Relação Caudal/altura medidos na estação hidrométrica .............................. 90

Figura 51- Comparação entre valores Históricos e simulados entre 13-06-1981 e 13-06-

1982 ................................................................................................................................ 91

Figura 52-- Resultados da combinação 40 aplicados ao período global ........................ 93

Figura 53- Resultados da combinação 39 aplicados ao período global .......................... 94

Figura 54- Pormenor número 1 dos resultados para o período global............................ 95



Figura 57- Resultados para a primeira data simulada..................................................... 98

Figura 58-Resultados para a segunda data simulada ...................................................... 99

Figura 59- Comparação entre as combinações de Verão e Inverno ............................. 100

Figura 60-Comparação gráfica de caudais entre Junho de 1987 e Janeiro de 1988 ..... 103

Figura 61- Comparação de caudais para os dias desde 21-01-1988 a 02-02-1988 ...... 103

Figura 62- Comparação gráfica de caudais entre Outubro de 1989 e Março de 1989 . 105

Figura 63- Comparação de caudais para os dias desde 24-02-1989 a 02-03-1989 ...... 105

Figura 64- Comparação gráfica de caudais entre Outubro de 1984 e Abril de 1988 ... 107

Figura 65- Comparação de caudais para os dias desde 06-04-1985 a 12-04-1985 (1) . 107

Figura 66- Comparação gráfica de caudais entre Fevereiro de 1985 a Abril de 1985 . 108

Índice de figuras

xiii

Figura 67- Comparação de caudais para os dias desde 06-04-1985 e 12-04-1985 (2) . 108

Figura 68-Localização das restart files no módulo do Sobek ....................................... 110

Figura 69- Comparação de caudais para os dias desde 08-02-1985 e 14-02-1985 ...... 110

Figura 70-Cheia na estação de Ponte Brandão ............................................................. 114

Figura 71- Localização e listagem das estações meteorológicas e centróides (bacias). 124

Figura 72-Legenda das estações meteorológicas utilizadas para a determinação de dados

...................................................................................................................................... 125

Figura 73-Percentagem das áreas de cada estação que contribuíram para a determinação

dos valores nos centróides (1 de 3) ............................................................................... 125

Figura 74- Percentagem das áreas de cada estação que contribuíram para a determinação


Figura 75- Percentagem das áreas de cada estação que contribuíram para a determinação


Figura 76-Imagem representativa da altura da água em situações de cheias através do

"lixo" nas margens ........................................................................................................ 128

Figura 77- Local número 5 (3) ..................................................................................... 128

Figura 78- Zona do rio Selho no local 1 em Abril sujeita a inundações ...................... 129

Figura 79- Zona do rio Selho no local 1 em Agosto .................................................... 129

Figura 80-Zona inundável em situações de cheia devido á passagem hidráulica da figura

38. ................................................................................................................................. 130

Figura 81- Imagem representativa da altura da água em situações de cheias através do

"lixo" no sistema de proteção da tubagem .................................................................... 130

Figura 82-Zona inundável em situações de cheias ....................................................... 131

Figura 83-Resumo do modo de funcionamento do Sistema de previsão ..................... 134

Figura 84- Comparação de caudais para os dias desde 15-0-1991 a 12-06-1992 para

diferentes combinações................................................................................................. 137

Figura 85- Pormenor da comparação de caudais para os dias desde 02-09-1981 a 23-03-

1982 para diferentes combinações ................................................................................ 141





Índice de figuras

xiv

xv

Índice de tabelas

Tabela 1- Medidas estruturais para reduzir efeitos de cheias (adaptado de(Maia &

Ribeiro, 1998) ) .............................................................................................................. 12

Tabela 2-Medidas estruturais para reduzir efeitos de cheias (adaptado de (Maia &

Ribeiro, 1998)) ............................................................................................................... 13

Tabela 3- Valores de K da fórmula de ISKOWSKI(Lencastre & Franco, 1984) ........... 25

Tabela 4- Valores de m da fórmula de ISKOWSKI(Lencastre & Franco, 1984) .......... 25

Tabela 5- Parâmetros Z e C em função da zona para o método de Loureiro(Lencastre &

Franco, 1984) .................................................................................................................. 33

Tabela 6 - Estações meteorológicas(SNIRH, 2013) ....................................................... 58

Tabela 7- Estações hidrométricas(SNIRH, 2013) .......................................................... 58

Tabela 8- Percentagens utilizadas para colmatar falhas de dados em estações .............. 63

Tabela 9- Valores de parâmetros de calibração utilizados para as datas 13-06-1981 e 13-

06-1982 ........................................................................................................................... 91

Tabela 10-Dados de precipitações entre 22-7-1981 a 16-09-1981 ................................. 92

Tabela 11- Valores de parâmetros de calibração utilizados para o período global com

melhores resultados ........................................................................................................ 94

Tabela 12- Dados de caudais e níveis na estação Ponte Brandão .................................. 97

Tabela 13-Parâmetros de calibração utilizados para anos Húmidos e secos ................ 100

Tabela 14- Previsão meteorológica entre os dias 21-01-1988 e 02-02-1988 ............... 103

Tabela 15- Comparação numérica de caudais entre os dias 21-01-1988 e 02-02-1988 104







Tabela 22- Comparação entre os valores do Ugrib e do WeatherUnderground ........... 112

Tabela 23-Valores de previsão de precipitação entre os dias 29 de Setembro e 3 Outubro

...................................................................................................................................... 112

Tabela 24-Resultados dos caudais obtidos pelos diferentes métodos .......................... 113

Tabela 25- Alguns exemplos de parâmetros de calibração testados na fase de "Análise

de sensibilidade" ........................................................................................................... 136

Tabela 26- Alguns exemplos de parâmetros de calibração utilizados para a calibração

dos anos de 1981 e 1982 ............................................................................................... 140

Tabela 27- Alguns exemplos de parâmetros testados para a calibração do modelo no

período global ............................................................................................................... 144

Tabela 28- Parâmetros de calibração testados na fase final do modelo ....................... 148

Índice de tabelas

xvi

xvii

Acrónimos

1DH - Unidimensional no plano horizontal

2DH - Bidimensional no plano horizontal

CE - Comissão Europeia

Delft-

FEWS

- WL | Delft Hydraulics’ Flood Early Warning System

DHI - Danish Hydraulic Institute

FHWA - Federal Highway Administration

FLOW - Módulo Hidrodinâmico do Sobek

GIS - Geographic Informations System

GUI - Grafical User Interface

HEC - Hydrologic Engineering Center

INAG - Instituto Nacional da Água

RAS - River Analysis System

RR - Rainfall Runoff

SIG - Sistema de Informação Geográfica

SMS - Surface-Water Modeling System

SNIRH - Sistema Nacional de Informação de Recursos Hídricos

USACE - U.S. Army Corps of Engineers

1

1

1. Introdução

1.1 Enquadramento

As cheias e inundações são dois fenómenos naturais com grande poder

destrutivo que acontecem de forma rápida e por vezes inesperada. As cheias formam-se

quando ocorre precipitação intensa que provoca o aumento do caudal das linhas de

água, resultando numa elevação do nível das águas e consequente extravasamento das

margens associadas a caudais mais baixos. As inundações estão relacionadas com a

incapacidade de infiltração dos solos na drenagem das águas superficiais, podendo ser

definidas como uma "cobertura temporária por água de uma terra normalmente não

coberta por água. Inclui as cheias ocasionadas pelos rios, pelas torrentes de montanha e

pelos cursos de água efémeros, e as inundações ocasionadas pelo mar nas zonas

costeiras, e pode excluir as inundações com origem em redes de esgotos".(Comissão

Europeia, 2007)

As inundações podem provocar a perda de vidas, destruição de bens materiais

como habitações ou edifícios públicos e danos no ambiente, comprometer gravemente o

desenvolvimento económico e prejudicar as atividades económicas de uma

Comunidade. Apesar de estes fenómenos não se poderem evitar, atividades humanas

(como crescimento em planícies aluviais e redução da retenção natural dos solos) bem

como as alterações climáticas contribuem para uma maior probabilidade de ocorrências

destes fenómenos naturais bem como o agravamento dos seus efeitos.

Uma redução dos impactos negativos associados às inundações é possível desde

que as medidas tomadas sejam coordenadas à escala das bacias hidrográficas. Neste

contexto surge a Lei da Água, criada com o objetivo de elaboração de planos de gestão

das bacias hidrográficas, com variadas finalidades entres as quais "Mitigar os efeitos das

inundações e das secas". (Lei n.º 58 /29 de dezembro, 2005)

Capítulo - 1

2

Através da aplicação de medidas estruturais (barragens, diques) e não estruturais

(alertas de cheias ou marcação de zonas inundáveis), o homem tem vindo a reduzir e

controlar os efeitos de cheias assim como os seus efeitos.

O Instituto da Água (INAG) é o organismo central com jurisdição sobre todo o

território nacional, é um instituto público integrado na Agência Portuguesa do ambiente.

Como Autoridade Nacional da Água, a APA tem por missão propor, acompanhar e

assegurar a execução da política nacional no domínio dos recursos hídricos de forma a

assegurar a sua gestão sustentável, bem como garantir a efetiva aplicação da Lei da

Água e demais legislação complementar.

Assim, a Direção de Serviços de Recursos Hídricos do INAG tem como

finalidade, garantir o funcionamento do “Sistema de Vigilância e Alerta de Cheias”,

integrado no SNIRH (Sistema Nacional de Informação de Recursos Hídricos), que

disponibiliza informação atualizada através de dados medidos nas estações

pluviométricas e hidrométricas; promover a interação com as autoridades espanholas,

no caso dos rios internacionais, para uma gestão das descargas das albufeiras

espanholas; manter o contacto permanente com a operadora dos aproveitamentos

hidroelétricos nacionais, Companhia Portuguesa de Produção de Eletricidade, as

Direções Regionais do Ambiente e Recursos Naturais e com os Serviços Nacional e

Distritais da Proteção Civil e demais instituições envolvidas (Lacerda, et al., 1997).

O sistema de vigilância e alerta de cheias funciona durante todo o ano, no

entanto, no verão existe algum relaxamento devido aos tempos mais secos. Este sistema

funciona de forma permanente para que não se corra o risco de se declarar uma cheia

demasiado tarde, sendo possível emitir os alertas com maior antecedência. A bacia

hidrográfica do Ave é constituída por uma rede meteorológica, que serve para

monitorizar as variáveis atmosféricas do ciclo hidrológico (precipitação, temperatura,

humidade do ar, direção e velocidade do vento, insolação, radiação solar, evaporação,

evapotranspiração) e é constituída por 59 estações, das quais cinco são climatológicas e

as restantes são udométricas. Existe ainda uma rede hidrométrica utilizada para

monitorizar o nível hidrométrico, a partir do qual é possível estimar o caudal em

secções fluviais. Através das redes meteorológicas e hidrométricas é possível prever de

forma mais eficaz o comportamento dos rios permitindo assim uma maior eficiência na

minimização dos impactos negativos provocados por cheias.

Introdução

3

O sistema de funcionamento baseia-se nas medições de estações hidrométricas

espalhadas pelo país, com informação em tempo real.

1.2 Objetivos do trabalho

A presente dissertação tem como objetivo principal a utilização de software de

modelação hidrológica e hidrodinâmica na previsão de caudais fluviais quer em

situações normais de escoamento quer em situações de cheias. O trabalho foi baseado na

aplicação de ferramentas de modelação matemática, utilizando-se um modelo

hidrológico e um modelo hidrodinâmico unidimensional adequado à simulação de

escoamentos fluviais. Foi adicionada a componente hidrológica a um modelo

hidrodinâmico existente e desenvolveram-se trabalhos de campo para aquisição de

dados necessários à sua calibração e validação.

Através de simulações realizadas em modelo matemático, foram avaliadas as

condições de escoamento numa bacia hidrográfica durante a ocorrência de diferentes

eventos de precipitação. Como objetivos mais específicos podemos destacar:

Estudo das ferramentas de modelação hidrodinâmica e hidrológica;

Análise de séries de dados históricos e recolha de dados de campo;

Simulações hidrológicas e hidrodinâmicas com base em previsões de

precipitação;

Procedeu-se ainda a uma análise comparativa de diferentes soluções de software

disponíveis para modelação hidrodinâmica e hidrológica e resolução numérica de

equações de escoamentos em superfície livre. O modelo hidráulico utilizado foi

construído utilizando o programa de modelação Sobek. Ao modelo existente foi

acrescentada a componente hidrológica recorrendo-se ao módulo de hidrologia do

programa Sobek.

Capítulo - 1

4

1.3 Estrutura da dissertação

A presente dissertação está organizada em sete capítulos.

No primeiro capítulo é feita uma breve introdução ao tema desenvolvido nesta

dissertação, são apresentadas as motivações e objetivos deste trabalho e, ainda a

organização do documento escrito.

No segundo capítulo explicam-se os fenómenos de cheias e inundações, desde

os fatores que contribuem para as suas ocorrências, efeitos que possam ter no território

bem como medidas a adotar para minimizar os seus impactos.

No terceiro capítulo apresenta-se a modelação de cheias e inundações. A

formulação matemática utilizada para escoamentos com superfície livre em sistemas

unidimensionais e os métodos de previsão de caudais de cheia. É apresentado um leque

de soluções de software de resolução das equações dos escoamentos com superfície

livre mais conhecidos a nível mundial, juntamente com uma breve análise comparativa

destas soluções.

No quarto capítulo é feita uma descrição da zona de estudo e expõe-se a

metodologia utilizada para a construção dos modelos hidrodinâmicos e hidrológicos

para a bacia do Ave utilizando o programa SOBEK. É ainda apresentado de forma

teórica os parâmetros existentes para a calibração do modelo.

No quinto capítulo são explicadas as metodologias utilizadas no trabalho de

campo realizado bem como o modo de funcionamento do sistema de previsão criado e

proposto no âmbito desta dissertação.

No sexto capítulo apresentam-se os resultados obtidos neste trabalho,

nomeadamente, a calibração do modelo hidrológico e os resultados obtidos do modelo

de previsão.

No sétimo e último capítulo, são apresentadas as principais conclusões retiradas

deste estudo e são propostos trabalhos a desenvolver no futuro.

5

2

2. Cheias e Inundações

2.1 Generalidades

As cheias e inundações são fenómenos naturais com grande poder destrutivo que

ocorrem de forma rápida e por vezes inesperada. As cheias formam-se quando ocorre

precipitação intensa que provoca o aumento do caudal das linhas de água, resultando

numa elevação do nível das águas e consequente extravasamento das margens

associadas a caudais mais baixos. As inundações estão relacionadas com a incapacidade

de infiltração dos solos na drenagem das águas superficiais, podendo ser definidas como

uma "cobertura temporária por água de uma terra normalmente não coberta por água.

Inclui as cheias ocasionadas pelos rios, pelas torrentes de montanha e pelos cursos de

água efémeros, e as inundações ocasionadas pelo mar nas zonas costeiras, e pode

excluir as inundações com origem em redes de esgotos" (Comissão Europeia, 2007)

Os impactos negativos provenientes destes fenómenos, tais como, perda de vidas

humanas, destruição de bens materiais como habitações ou edifícios públicos e danos no

ambiente, fazem com que o estudo e implementação das medidas preventivas seja cada

vez mais importante. Apesar de estes fenómenos não se poderem evitar, atividades

humanas (como crescimento em planícies aluviais e redução da retenção natural dos

solos) bem como as alterações climáticas contribuem para uma maior probabilidade de

ocorrências destes fenómenos naturais bem como o agravamento dos seus efeitos.

2.2 Avaliação dos riscos de inundações

A avaliação preliminar dos riscos de inundações é realizada para se poder

analisar potenciais riscos e para determinar quais as zonas onde é mais provável a sua

ocorrência. Esta deverá incluir vários elementos, entre os quais, cartas da região

hidrográfica para que desta forma seja possível elaborar cartas de zonas inundáveis e

cartas de zonas com riscos de inundações com base em descrições e avaliações de

inundações ocorridas no passado com impactos negativos. Desta forma serão

minimizadas as potenciais consequências prejudiciais das futuras inundações para a

Capítulo - 2

6

saúde humana, o ambiente e atividades económicas. Neste contexto, devem ser

consideradas, quando possível, o impacto das alterações climáticas na ocorrência de

inundações, bem como questões relacionadas com a topografia, a posição dos cursos de

água e as suas características hidrológicas e geomorfológicas gerais, incluindo as

planícies aluviais enquanto zonas de retenção natural, a eficácia das infraestruturas

artificiais existentes de proteção contra as inundações e a dinâmica, a longo prazo, das

populações e das atividades económicas.

2.3 Delimitação de zonas com riscos de inundações

Segundo, o Decreto Lei nº 115/2010, que aprova o quadro para a avaliação e

gestão dos riscos de inundações, com o objetivo de reduzir as suas consequências

prejudiciais, transpondo para a ordem jurídica interna, a Diretiva nº 2007/60/CE, do

Parlamento Europeu e do Conselho, de 23 de Outubro, e indo igualmente ao encontro

da preocupação relativa à mitigação dos efeitos das inundações, estabelecida na

DIRECTIVA 2007/60/CE do Parlamento Europeu e do Conselho, de 23 de Outubro, a

identificação e avaliação das zonas com riscos potenciais significativos de inundações,

são delimitadas com recurso a:

-Testemunhos históricos e referências jornalísticas, desde jornais ou outras

fontes documentais permitindo a recolha de notícias associadas às cheias,

nomeadamente aquelas que causam maiores impactos negativos e estabelecer uma

cronologia dos principais acontecimentos ligados às inundações. Promoção de

entrevistas e inquéritos, recolha de registos fotográficos, aspetos da arquitetura local,

bem como relatos dos habitantes locais mais afetados.

-Marcas de cheias, para que seja possível ter uma ideia das zonas afetadas a

partir de marcas de nível da altura das principais inundações.

-Registos hidrométricos, os registos relativos aos caudais são elementares na

descrição e na explicação dos regimes de cheia. A consulta descritiva das cheias, com

base nos dados hidrométricos, isto é, a análise dos caudais médios diários, dos máximos

diários instantâneos e dos valores referentes às influências integrais mensais permite

calcular vários índices, nomeadamente a estimativa dos picos de caudais de cheia e à

sua frequência de ocorrência em cada secção transversal considerada.(Costa, 2010).

Sistemas de previsão e alerta de cheias e inundações

7

-Registos pluviométricos são utilizados para uma previsão e compreensão do

comportamento hidrológico de uma cheia pois o valor dos caudais estão relacionados

com a pluviosidade, desta forma, através dos registos das estações pluviométricas é

possível "controlar" o principal causador de cheias.

-Informações da Proteção Civil para tal, o Plano Municipal de Emergência deve

assumir neste contexto um papel importante, quer na identificação dos fatores de risco e

delimitação das áreas de vulnerabilidade, quer na definição do organigrama da proteção

civil ao nível local. A proteção civil assume-se como uma atividade multidisciplinar e

plurissectorial que tem como objetivo prevenir os acidentes graves e limitar ou anular os

seus efeitos devastadores.(Costa, et al., 2012)

2.4 Classificação da precipitação

As precipitações podem ser classificadas como precipitações de convecção,

orográficas e de acção frontais dependendo da sua origem.

Precipitações de convecção térmica ocorrem quando existe o aquecimento de

uma massa de ar por radiação solar provocando a sua dilatação e consequentemente um

movimento ascendente, quando a massa de ar quente se cruza com uma fria resulta na

condensação do vapor de água e formação de cúmulos (nuvens). As chuvas resultantes

deste fenómeno são intensas e de curta duração.

Precipitações orográficas resultam do cruzamento de correntes de ar com cadeias

montanhosas, elevando as massas de ar para a atmosfera provocando o seu

arrefecimento e dão origem a nuvens. As chuvadas resultantes possuem intensidades

constantes e longa duração.

Precipitações frontais formam-se quando há contacto entre duas camadas de ar

com características distintas de humidade e temperatura que resulta na condensação do

vapor de água e criação de chuvadas pouco intensas mas com grande duração(Ribeiro,

1987).

2.5 Fatores que influenciam as cheias

Os fatores que controlam as formas do gráfico de caudais de cheia, podem ser

considerados como permanentes e temporários(Azevedo, 2002). Nos fatores

Capítulo - 2

8

temporários temos as tempestades que podem variar as suas características em função

da quantidade e tipo de precipitação bem como a dimensão. Nos fatores permanentes os

mais relevantes são as características do canal de escoamento, características da bacia

hidrográfica, impermeabilização e inclinação do terreno.

2.5.1 Características do canal

Se o canal for constituído por uma superfície muito irregular vai originar

turbulência que vai retardando o pico de cheia devido à dissipação de energia

proporcionando menor velocidade de escoamento.

Se o canal for estreito, a probabilidade de ocorrência de cheia é superior pois a

secção da passagem da água é menor originando velocidades superiores quando

comparadas com um canal mais largo que permite escoamentos mais lentos

2.5.2 Área da bacia e sua forma em planta

A área da bacia hidrográfica e a sua relação comprimento/largura tem influência

quer nos valores dos caudais quer no tempo que se demora a atingir o pico.

Em relação à área, bacias com dimensões elevadas possuem valores de caudais

superiores, pois a área que alimenta os cursos de água também o é, e caudais de ponta

espaçados no tempo.

Em relação à forma em planta as bacias podem ter:

Forma alongada: constituída por uma linha de água principal e afluentes de

menor relevância. Para uma chuvada intensa existe um aumento rápido do caudal mas

depois existe um período estacionário onde o caudal se mantem quase constante.

Forma arredondada: constituída por cursos de água com comprimento e

importância semelhantes o que faz com que a probabilidade de ocorrência de cheias seja

maior visto que os tempos de concentração são semelhantes.

Forma ramificada: É um conjunto de bacias parciais alongadas que se reúnem

num troço igual, uma chuvada estendida a toda a bacia origina cheias parciais que se

vão somar, mas não simultaneamente podendo originar várias pontas numa mesma

cheia.(Ribeiro, 1987)


9

2.5.3 Impermeabilização e inclinação do terreno

A impermeabilização do terreno influencia o escoamento no sentido de o atrasar,

isto é, uma zona com vegetação tem maior capacidade de retenção e absorção da água

servindo como barreira à passagem da mesma, já uma zona menos permeável, como

uma cidade onde existe construção não oferece tanta resistência ao escoamento fazendo

com que este se dê com mais velocidade logo menores tempos até que seja atingido o

caudal máximo.

Relativamente à inclinação interfere com o mesmo princípio que a

impermeabilização no sentido de que um terreno mais inclinado, permite maiores

velocidades de escoamento superficiais permitindo que o caudal de cheia aconteça mais

rapidamente.

Relacionando os dois problemas podemos concluir que os locais mais propícios

a ocorrência de cheias são aqueles onde existem terrenos inclinados e impermeáveis.

2.6 Indicadores de probabilidades de ocorrência de cheias

A forma da bacia pode ser inferida de índices que podem ser calculados a partir

das respetivas características geométricas.

Coeficiente de compacidade ou índice de Gravellius, , é a relação entre o

perímetro da bacia em estudo e o perímetro de uma bacia circular de igual área, quanto

mais próximo da unidade for maior é a tendência para a ocorrência cheias.

[2.1]

em que:

Pb é o perímetro da bacia em estudo em metros,

Pc é o perímetro de uma bacia circular de igual área em metros.

Capítulo - 2

10

Índice de forma, , é a relação entre a largura média da bacia, , e o

comprimento, axial da bacia, quanto mais baixo for este valor menor é a

probabilidade de ocorrência de cheias comparativamente com uma bacia do mesmo

tamanho, mas com índice de forma mais elevado.

[2.2]

em que:

é a largura média da bacia em metros,

é o comprimento axial da bacia em metros.

Densidade de drenagem, , exprime a relação entre o comprimento total dos

cursos de água da bacia e a área total da bacia, fornecendo assim uma indicação da

drenagem natural de uma bacia. As bacias com maior densidade de drenagem tenderão a

estar mais sujeitas a cheias do que as bacias com menor densidade de drenagem.

[2.3]

em que:

é o somatório dos comprimentos dos cursos de água em metros,

e a área da bacia em .

2.7 Redução dos efeitos das cheias

O tipo de cheia varia de acordo com a localização ao longo do rio, isto é,

conforme a variação das características hidro-morfológicas do mesmo. O leito de cheia

tem, genericamente, uma definição distinta nas secções a montante (escoamento

confinado ao canal de escoamento) das secções mais a jusante (o escoamento invade

leitos de cheia para aumentar a capacidade de escoamento), com definição progressiva e

relativamente mais indefinida (nomeadamente nos estuários)(Maia & Ribeiro, 1998). As

medidas para redução dos efeitos de cheia a adotar deverão refletir esses distintos tipos

de situações.


11

Durante anos, a resposta ao risco das situações de cheia passou pela construção

de grandes obras de engenharia como reservatórios e barragens, designadas como

soluções estruturais, com objetivo de reduzir propriedades dos escoamentos, como por

exemplo níveis dos caudais ou da água, resultando numa ocupação crescente das zonas

de cheia, implicando investimentos cada vez maiores.

Os efeitos económicos, sociais e psicológicos das cheias na sociedade levaram à

criação de soluções não-estruturais como por exemplo sistemas de previsão e aviso de

cheias e medidas de gestão de zonas de cheia.

A origem das cheias está diretamente ligada com vários fatores meteorológicos,

no entanto, a necessidade de o homem habitar junto aos cursos de água, levou a um

aumento dos impactos e gravidade das cheias, que por sua vez levou a uma maior

necessidade de alertar as populações para os riscos das cheia, de melhorar as previsões,

e a necessidade de adotar medidas mitigadoras.

Sendo impossível a eliminação total dos riscos, cabe ao homem, através de um

conjunto de medidas estruturais e não-estruturais, maximizar os benefícios da redução

dos efeitos de cheia enquanto minimiza os custos económicos e ambientais.

2.8 Programas de gestão para defesas contra cheias

Para a elaboração de um sistema de previsão de cheias são necessários planos de

divulgação locais de alerta, identificação das áreas de risco, construção de consciência

pública sobre o grau de risco de inundação, o tipo de alerta de cheias e as ações a tomar.

Para uma redução dos efeitos das cheias de forma eficaz é necessário realizar

acções antes, durante e após as cheias, e quando possível de forma combinada.

Entre as medidas pré-cheia podemos destacar a limpeza de zonas de risco de

ribeiras, aquedutos e condutas, construção de infraestruturas de defesa de cheia e

implementação de sistemas de previsão e alerta, planeamento e gestão do uso do solo

em toda a bacia, desencorajamento de desenvolvimento inapropriado nas zonas de cheia

e informação pública dos riscos de cheia e das ações a desenvolver em caso de

emergência. Estas medidas são preventivas pois servem para minimizar os impactos

negativos provenientes das cheias bem como consciencializar a população para os seus

perigos.

Capítulo - 2

12

A gestão das cheias passa por uma deteção, através da meteorologia, da

possibilidade de formação de cheia bem como as suas condições de escoamento,

emissão de um Aviso/alerta às autoridades competentes e ao público para que uma

resposta desses intervenientes seja pronta e eficiente. As autoridades competentes ficam

então incumbidas de reforçar as defesas contra cheias, gerir os sistemas de

armazenamento, evacuar os ocupantes das zonas de cheia, cortar as ligações viárias de

risco e garantir assistência e auxílio de emergência.

Após uma cheia é necessário promover a ajuda aos afetados pelo desastre,

reconstrução dos edifícios, infraestruturas e defesas de cheia afetadas, recuperação e

regeneração do ambiente e das atividades económicas na área afetada.

No caso de uma cheia severa, dever-se-á reformular/adaptar as atividades de

gestão de cheias, com o objetivo de melhorar o planeamento e as ações de defesa face a

futuros acontecimentos nas áreas afetadas. (RIBAMOD, 1999)

Tabela 1- Medidas estruturais para reduzir efeitos de cheias (adaptado de(Maia & Ribeiro,

1998) )

Medidas estruturais

Desvio de cheias Canais de desvio e zonas de armazenamento

Estruturas no leito do rio Barragens e reservatórios de armazenamento

Barragens de desvio

Proteção estrutural

Permanentes

Elevação das estruturas (por aterros ou pilares)

Bermas, cortinas de estanquidade

Proteção de infraestruturas (válvulas de retenção

em coletores de esgoto)

Materiais e construções resistentes à água

Temporários

Barreiras de proteção


13

Tabela 2-Medidas estruturais para reduzir efeitos de cheias (adaptado de (Maia & Ribeiro,

1998))

Medidas não estruturais

Prenúncios de cheias Alertas/Avisos/Previsões de cheias

Medidas de

Emergência

Combate e proteção (sacos de areia,

Evacuação

Serviços de apoio em desastres (p.e., distribuição de

alimentos)

Gestão das zonas

inundadas

Campanhas de educação e consciencialização

pública

Delineação das zonas de cheia

Mapeamento

Marcação das zonas de cheia

Referenciação de sinais e níveis de cheias passadas

Medidas financeiras

Incentivos e desincentivos

Seguros

Mudanças diretas

Realojamento

Regulamentação de zonas de cheia

Legislação Nacional/Internacional/Comunitária

Planos de Ordenamento Regionais

Planos Diretores Municipais

Restrições e acordos de construção

Restrições à emissão de licenças de construção

Ações de planeamento de uso e controlo da utilização

do solo

O Instituto da Água (INAG), é o organismo central com jurisdição sobre todo o

território nacional, é um instituto público integrado na agência Portuguesa do ambiente.

Como Autoridade Nacional da Água, a APA tem por missão propor, acompanhar e

assegurar a execução da política nacional no domínio dos recursos hídricos de forma a

Capítulo - 2

14

assegurar a sua gestão sustentável, bem como garantir a efetiva aplicação da Lei da

Água e demais legislação complementar.

Assim, a Direção de Serviços de Recursos Hídricos do INAG tem como

finalidade, garantir o funcionamento do “Sistema de Vigilância e Alerta de Cheias”,

integrado no SNIRH (Sistema Nacional de Informação de Recursos Hídricos), que

disponibiliza a informação atualizada através de dados medidos nas estações

pluviométricas e hidrométricas; promover a interação com as autoridades espanholas,

no caso dos rios internacionais, para uma gestão das descargas das albufeiras

espanholas; manter o contacto permanente com a operadora dos aproveitamentos

hidroelétricos nacionais, Companhia Portuguesa de Produção de Eletricidade, as

Direções Regionais do Ambiente e Recursos Naturais e com os Serviços Nacional e

Distritais da Proteção Civil e demais instituições envolvidas. (Lacerda, et al., 1997)

O sistema de vigilância e alerta de cheias funciona durante todo o ano, no

entanto, no verão existem algum relaxamento devido aos tempos mais secos. Este

sistema funciona durante o ano todo para que não se corra o risco de se declarar um

cheia demasiado tarde, sendo possível emitir os alertas com maior antecedência. No

caso da bacia do Tejo, o facto da maior percentagens de volumes se encontrarem

represados junto à fronteira com Espanha faz com que, em situações de cheias extremas,

derivadas da ocorrência de precipitações significativas a montante provoquem a

descarga para Portugal, para não por em risco as estruturas de represamento espanholas,

de volumes superiores à capacidade do canal principal do Tejo, para diminuir os

problemas causados em ambos os países a Confederação Hidrológica do Tejo (CHT)

passou a adotar medidas de controlo dos armazenamentos nas albufeiras espanholas.

O sistema de funcionamento baseia-se nas medições de estações hidrométricas

espalhadas pelo país, com informação em tempo real.

15

3

3. Modelação de cheias e inundações

3.1 Formulação matemática de escoamentos com superfícies livre em sistemas unidimensionais

Sistemas unidimensionais são sistemas onde só são consideradas as variações de

velocidade no sentido do escoamento, desprezando a distribuição das velocidades nas

direcções vertical e lateral.

A formulação matemática de sistemas unidimensionais baseia-se nas equações

da energia, da quantidade de movimento e da continuidade. As equações da

continuidade e da quantidade de movimento em conjunto são conhecidas como

equações de Saint-Venant.

3.1.1 Equação da energia

A equação da energia, também conhecida como equação de Bernoulli, é

utilizada para escoamentos permanentes de líquidos perfeitos ao longo de uma

trajetória, sob a forma de:

[3.1]

O trinómio desta equação representa a energia mecânica total por unidade de

peso do fluido.

sendo:

pressão em qualquer ponto da trajetória ,

peso volúmico ,

elevação relativamente a um plano horizontal de referência (m),

velocidade (m/s),

Capítulo - 3

16

aceleração da gravidade .

Figura 1- Definição das variáveis intervenientes na Equação da Energia(Cardoso, 1998)

Para o estudo de escoamentos líquidos reais é necessário alterar a equação [3.1]

para se ter em conta a forma de distribuição das velocidades, e as perdas de energia,

passando o escoamento a ser denominado por escoamento permanente gradualmente

variado (Fig. 1). Para este tipo de escoamentos, em canais pouco inclinados (o cosθ 1,

sendo θ o angulo que o fundo faz com a horizontal), a equação da energia passa a ser:

[3.2]

em que,

1 e 2 índices que são referentes às secções 1 e 2,

cota do fundo (m),

J perda de carga unitária (m/m),

coeficientes de Coriolis (-),

comprimento do troço (m).

Os coeficientes de Coriolis traduzem a forma da distribuição de velocidade na

secção transversal através da equação:

[3.3]


17

em que,

v velocidade média pontual (m/s),

U velocidade média na seção transversal do escoamento (m/s),

A Secção transversal ( .

A perda de carga unitária num escoamento permanente gradualmente variado,

corresponde á média aritmética dos valores de J nas secções que limitam o troço, ou

seja:

[3.4]

E caso seja aplicada em escoamentos turbulentos rugosos, toma a seguinte forma

[3.5]

onde,

Ks coeficiente da fórmula de Manning-Strickler ( .

A equação [3.2] ainda pode ser escrita de maneira a incluir as perdas de carga

em singularidades, .

[3.6]

Em que as perdas de carga em singularidades é obtida por:

[3.7]

sendo,

K coeficiente de perda, que depende da geometria da singularidade.

3.1.2 Equação da continuidade

Capítulo - 3

18

A equação da continuidade, segue o princípio da conservação da massa.

Assim sendo, a variação da massa fluida contida num dado volume de controlo durante

um dado intervalo de tempo é igual à soma das massas fluidas que nele entram

subtraídas das que nele saem nesse intervalo.(Cardoso, 1998).

Tendo por base a (Fig.9) e desprezando os termos de ordem superior a um, a

variação de volume no intervalo de tempo é dada pela equação:

[3.8]

em que,

comprimento para o volume de controlo, do canal definido (m),

Q caudal na secção central OO ( ),

intervalo de tempo (s).

Figura 2-Volume de controlo para a derivação da Equação da Continuidade(Cardoso, 1998)

A mesma variação de volume num intervalo de tempo pode ser descrita por

[3.9]

Pelo que, igualando a equação [3.8] com a [3.9], se obtém a equação da

continuidade sob a forma de:

[3.10]

No caso de escoamentos permanentes (

), a equação da continuidade fica:

[3.11]


19

em que,

1 e 2 índices referentes a duas secções transversais quaisquer.

Em escoamentos onde exista adição ou subtração lateral de caudal por unidade

de comprimento ao longo do percurso, a equação [3.10] fica,

[3.12]

onde representa adição ou subtração de caudal ).

3.1.3 Equação da quantidade de movimento

Para o cálculo de escoamentos variados é utilizada a equação da conservação da

quantidade de movimento. Em escoamentos variados unidimensionais admite-se o

declive de fundo pouco acentuado, e que a lei hidrostática de pressões permanece

válida. Deste modo, o principio da conservação da quantidade de movimento aplicado

num dado volume de controlo, segundo a direção do escoamento, toma a forma de:

[3.13]

onde,

volume de controlo ,

S superfície ,

componente aceleração da gravidade segundo x ,

u componente vetor velocidade segundo x ,

vetor velocidade ,

somatório das forças de contacto segundo a mesma direção (N),

versor normal à superfície .

E,

representa as forças de massa,

corresponde à transferência de quantidade de movimento através de

uma superfície de controlo,

corresponde à variação por unidade de tempo da quantidade de

movimento, associada ao volume de controlo.

Capítulo - 3

20

Figura 3-Volume de controlo para a derivação da Equação da Quantidade de

Movimento(Cardoso, 1998)

As forças de contacto que atuam segundo x são denominadas forças de pressão,

e estas podem ser forças de pressão hidrostática e forças de arrastamento. As forças de

pressão hidrostática atuam nas secções de montante e de jusante e as forças de

arrastamento nas paredes laterais e no fundo. Para o volume de controlo (Fig.3) a

impulsão hidrostática na secção de montante e de jusante, é dada respetivamente por:

[3.14]

[3.15]

Para canais não prismáticos, a resultante da pressão nas paredes laterais segundo

x, é dada por:

[3.16]

sendo,

distância do centro de gravidade da secção à superfície livre (m)

A resultante de todas as forças de pressão, na mesma direção é dada por:

[3.17]

Tendo em conta que a tensão média de arrastamento na fronteira sólida, é dada

por:

[3.18]


21

Em que,

J perda de carga unitária (m/m),

P perímetro molhado (m),

R raio hidráulico (m).

A resultante das forças de contacto, forças de pressão e de arrastamento, pode

ser representada pela seguinte equação:

[3.19]

Em que a resultante das forças de massa segundo x é dada por:

[3.20]

Sabendo que, representa a cota do centro de gravidade da secção do

escoamento (m) , a resultante das forças exteriores, forças de contacto e forças de

massa, toma a forma de:

[3.21]

Admitindo unitário o coeficiente da quantidade de movimento, e recorrendo á

equação número 13,os termos do segundo membro ficam:

[3.22]

e

[3.23]

em que:

U velocidade média do escoamento (m/s).

A equação [3.13] vem na seguinte forma:

Capítulo - 3

22

[3.24]

onde

J pode ser obtido pela equação [5].

Para os casos onde seja necessário considerar a adição lateral ao longo do

percurso, a equação [3.24] representa-se por:

[3.25]

A equação [25] é alcançada através de:

Adição de quantidade de movimento, dada por:

[3.26]

em que:

caudal afluente por unidade de comprimento ,

componente da velocidade segundo x ,

Ao abandonar o volume de controlo, a velocidade do fluido é dada por:

[3.27]

E a correspondente quantidade de movimento de saída, é igual a:

[3.28]

O balanço da quantidade de movimento devido à adição lateral do fluido

segundo x é dada por:

-

[3.29]

Considerando que:

[3.30]


23

[3.31]

com:

i para canais pouco inclinados é igual a (-),

variação de A segundo x para h constante (m).

3.2 Métodos de previsão de caudais de cheias

O estudo de cheias pode ser feito a vários níveis conforme a sua finalidade,

podendo estas variar desde determinação de valores para serem usados em projetos

hidráulicos, delimitações das áreas propícias a inundações bem como o grau de risco de

serem inundadas, gestão de sistemas fluviais ou sistemas de aviso e alerta. Em

dimensionamento de órgãos ou obras hidráulicas, como primeira aproximação, é

suficiente a determinação dos valores máximos de ponta de cheias em vez de um

hidrograma completo. Para o cálculo destes valores existe uma variedade de métodos já

desenvolvidos.

3.2.1 Métodos empíricos

Métodos empíricos foram deduzidos a partir da experiência, e têm em conta

apenas a área da bacia hidrográfica. Desprezam as probabilidades estatísticas de

ocorrência, sendo esta considerada insignificante. Ainda são utilizadas nos dias de hoje

para o cálculo de cheias, quando não existem dados hidrométricos fiáveis. Devem ser

aplicadas em regiões com características climáticas idênticas para as quais foram

deduzidas.

Sendo o caudal de ponta em , A a área da bacia em temos:

Fórmula de Pagliaro ( Utilizada em áreas inferiores a 1000

[3.32]

Fórmula de Forti (Utilizada em áreas inferiores a 1000 )

Capítulo - 3

24

[3.33]

b,c - constantes que têm os valores de 2,35 e 0,5 respetivamente, para uma

precipitação máxima diária menor que 200 mm, e os valores de 3,25 e 1,00 para uma

precipitação máxima diária compreendida entre 200 mm e 400 mm.

Formula de Whistler (Utilizada para áreas entre 1000 e 12000 )

[3.34]

Fórmula de Iskowski

Esta fórmula foi das primeiras a considerar a precipitação existente na bacia. Em

Portugal, a sua aplicação conduz a caudais inferiores aos reais, por ter sido deduzida a

partir de dados de cheias máximas de 289 rios da Europa Central, com bacias

hidrográficas muito variadas, com regimes de chuvas regular e onde a uma mesma

precipitação média anual corresponde menor número de precipitações intensas de curta

e média duração, que provocam menores caudais de cheia.

[3.35]

K - coeficiente variável entre 0,80 e 0,017, dependente da categoria dos solos, da

cobertura vegetal e do relevo,

m - coeficiente variável com a área da bacia,

I - precipitação média anual (m).


25

Tabela 3- Valores de K da fórmula de ISKOWSKI(Lencastre & Franco, 1984)

Tabela 4- Valores de m da fórmula de ISKOWSKI(Lencastre & Franco, 1984)

3.2.2 Métodos cinemáticos

As fórmulas cinemáticas têm em conta as características do escoamento na bacia

hidrográfica, expressas em função do tempo de concentração e da chuvada critica.

Capítulo - 3

26

O tempo de concentração segundo Giandotti é dado por:

[3.36]

Kirpich propõe a seguinte equação:

=

[3.37]

em que:

= tempo de concentração em horas,

L= comprimento do rio principal em Km,

S=declive médio,

H=diferença de cotas entre as respetivas extremidades,

A=área da bacia hidrográfica em .

Em problemas onde seja necessário um estudo mais aprofundado, o tempo de

concentração pode ser determinado tendo em conta variação das velocidades e em

função do tipo de solo. A velocidade pode ser determinada em função das equações dos

escoamentos de superfície livre e em zonas onde não existem canais definidos as

velocidades podem ser obtidas através da figura 4.

Figura 4-Velocidades de escoamento em função do declive e temperatura(Lencastre & Franco,

1984)


27

Nos diferentes troços o tempo escoamento é dado por,

[3.38]

sendo:

t o tempo de escoamento em horas,

L o comprimento do troço em m,

V a velocidade média em m/s.

O tempo de concentração de uma bacia corresponde à soma dos tempos de

concentração dos troços que originam o maior tempo. O tempo de concentração ( ),

pode ser definido como o tempo que uma gota caída no ponto cinematicamente mais

afastado da bacia leva a chegar à secção em estudo.

Fórmula racional

A formula racional é bastante simples e pode ser utilizada com grande eficiência

para bacias com a área inferior a 25 Km2

, no entanto, alguns dos princípios em que se

baseia não correspondem à realidade como por exemplo, o valor do coeficiente de

escoamento não varia para as diferentes intensidades de chuvadas e ignora os efeitos de

armazenamento na rede hidrográfica.

[3.39]

Qp é o caudal de ponta de cheia (m3/s),

C é coeficiente de escoamento, baseado no tipo e características da superfície do

terreno (1 corresponde a terreno impermeável e 0 a terrenos permeável),

I é a intensidade de precipitação para determinada frequência de ocorrência, com

duração igual ao tempo de concentração da bacia (m/s),

A é a área total da bacia (Km2).

A intensidade de precipitação pode ser calculada segundo a equação:

[3.40]

Capítulo - 3

28

Em que:

a, b são constantes que dependem do período de retorno e da região,

tc é o tempo de concentração em segundos.

Fórmula de Giandotti

Muito semelhante a fórmula racional mas o coeficiente de escoamento é

determinado em função da área da bacia.

[3.41]

h é a altura da precipitação máxima em mm,

valores que dependem da área da bacia,

C é coeficiente de escoamento, baseado no tipo e características da superfície do

terreno (1 corresponde a terreno impermeável e 0 a terrenos permeável),

I é a intensidade de precipitação para determinada frequência de ocorrência, com

duração igual ao tempo de concentração da bacia (m/s).

Figura 5- Parâmetro da formula de GIANDOTTI para o caudal máximo de cheia(Lencastre &

Franco, 1984)

Fórmula do Soil Conservation Service (SLS)

[3.42]

Sendo,


29

K é um factor de ponta que pode tomar o valor de 1, caso a bacia seja muito

declivosa e 0.5 se bacia muito plana, o valor intermédio de 0.75 é frequentemente

utilizado,

é a altura de precipitação util em mm,

é o tempo para a ponta em horas.

Para alturas de precipitação total h, a altura de precipitação útil

correspondente, , é calculada:

Para

[3.43]

Para =0 [3.44]

Em que corresponde às perdas iniciais da chuvada, antes de se iniciar o

escoamento de superfície e pode ser calculado através da seguinte equação,

[3.45]

Sendo;

N o número de escoamento, que depende do tipo hidrológico do solo, da sua

utilização e das condições de superfície (Ver figura 6).

Figura 6-Relação entre a precipitação total e a precipitação útil(Lencastre & Franco, 1984)

Capítulo - 3

30

Existem 4 tipos hidrológicos de solos segunda a classificação do Soil

Conservation Service e são classificados segundo o potencial de escoamento superficial,

variando desde o tipo A com grande capacidade de infiltração e baixa capacidade de

escoamento superficial até ao tipo D que possui fraca capacidade de infiltração e

consequentemente elevada capacidade de escoamento superficial.(Lencastre & Franco,

1984)

O tempo de crescimento, , para a 3.42 é dado por

[3.46]

em que:

é a duração da precipitação útil em horas,

é o tempo de concentração da bacia em horas,

é a duração da chuvada útil.

[3.47]

sendo:

i a intensidade média constante durante toda a chuvada e obtida por ,

t duração da precipitação total,

perdas iniciais.

Como a relação entre e h não é linear, o processo de cálculo deve ser feito

por tentativas para valores de .

Formula de Mockus

A seguinte expressão só é aplicável em bacias quando o tempo de concentração

é inferior a 4 horas, pois por definição, . Admitindo que o valor máximo

, para uma certa frequência estatística, corresponde á chuvada útil com duração:

=2* [3.48]

Substituindo na 3.46 e posteriormente na 3.42 ficamos com


31

[3.49]

3.2.3 Métodos estatísticos

Estes métodos são utilizados em estudos dos caudais de cheia quando é

necessária análise dos valores referentes a uma secção, extensão de uma amostra de

valores por comparação com a precipitação na restante bacia, etc. A análise, modelação

e projeção dos valores extremos de caudais consiste em transformar o conjunto das

observações numa série estatística, de seguida determinar funções analíticas que

traduzam a distribuição estatística e por fim fazer a extrapolação (previsão

probabilística). Como conceitos teóricos relevantes para o entendimento destes métodos

temos o tempo de recorrência, que é o intervalo de tempo dentro do qual um

acontecimento é igualado ou excedido em média uma só vez e a frequência de

ocorrência que é a relação entre o número de vezes que se verifica o acontecimento e o

número de observações realizadas.(Silva, 2007)

Probabilidade de ocorrência é dada por

;em que o T é o período de retorno. [3.50]

Método de Foster-Hazen

O processo de cálculo consiste nos seguintes passos;

1-Cálculo do caudal médio

[3.51]

2- Cálculo dos desvios, dos seus quadrados e cubos (V, )

[3.52]

3- Calcular os somatórios do caudais e desvios

4-Calcular os coeficientes de dispersão ( e de assimetria(

Capítulo - 3

32

[3.53]

[3.54]

5-Correção do coeficiente de assimetria (utilizando a formula de Hazen)

[3.55]

6-Determinar a %T;

[3.56]

6-Utilização do coeficiente de assimetria e da %T nas tabelas de Foster-Hazen

para retirar o parâmetro K para ser aplicado no calculo do caudal dado por,

[3.57]

sendo:

o caudal médio de cheia,

n o número de observações feitas,

V são desvios,

é o coeficientes de dispersão,

é o coeficientes de assimetria,

é a correção do coeficiente de assimetria,

Q é o caudal cheia pretendido.

Método Loureiro

Loureiro desenvolveu estudos de cheias por todo o país, delimitando zonas com

caudais semelhantes. A determinação dos parâmetros baseou-se na aplicação da lei de

Gumbel. O cálculo foi realizado com a equação seguinte

[3.58]

C e z - parâmetros regionais relacionados com o período de retorno.


33

Figura 7-Delimitação das zonas pelo método Loureiro(Lencastre & Franco, 1984)

Tabela 5- Parâmetros Z e C em função da zona para o método de Loureiro(Lencastre & Franco,

1984)

3.3 Ferramentas de modelação

3.3.1 Ferramentas de modelação hidrodinâmica e hidrológica

Os vários programas de modelação que foram alvo de estudo são:

SOBEK; desenvolvido por (WL)Delft Hydraulics ;(Deltares, 2011)

MIKE 11; lançado pelo Danish Hydraulic Institute (DHI);(DHI Water &

Environment, 2003)

Capítulo - 3

34

FLDWAV; desenvolvido pelo National Weather Service (NWS) ;(Sylvestre,

2010)

HEC- RAS; desenvolvido pelo Hydrologic Engineering Center (HEC);

(USACE, 2010)

RMA2; desenvolvido pela Norton, King e Orlob (1973); (USACE, 2006)

SMS; desenvolvido pela Aquaveo; (Zundel, 2011)

O software de modelação SOBEK foi desenvolvido por (WL)Delft Hydraulics.

Os modelos criados com o programa SOBEK poderão ser incluídos no Delft-FEWS

(Flood Early Warning System) sendo utilizado para previsão hidrológica e sistemas de

alerta.

O SOBEK é um software complexo e robusto baseado nas equações de Saint

Venant (equações [3.12] e [3.24]) utilizado em diferentes aplicações e estudos: na

previsão de cheias, otimização de sistemas de drenagem, controlo de sistemas de

irrigação, projeto de redes de esgotos, morfologia de leitos de rios, intrusão salina e

qualidade de águas superficiais. Para além das equações de Saint Venant são ainda

utilizadas na construção de modelos unidimensionais, expressões adequadas ao cálculo

das características de escoamento em estruturas como por exemplo pontes, passagens

hidráulicas, bombas etc,. Nestas estruturas o escoamento depende dos níveis a montante

e a jusante da estrutura, das suas dimensões e de um conjunto de parâmetros específicos

de cada uma delas.(Pinho, et al., 2011). O programa permite uma abordagem integrada

sendo possível trabalhar com vários módulos em simultâneo.

É utilizado para modelação unidimensional em que a construção de modelos é

feita utilizando SOBEK-Rural, SOBEK-Urban e SOBEK-River, mas pode ser utilizado

e em 2D a partir do SOBEK Overland Flow. Para situações onde é necessário simular

escoamentos de duas ou três dimensões é utilizado para a resolução desses problemas o

DELFT3D.(Deltares, 2011)

O software calcula o caudal e a altura de água em redes simples ou complexas,

podendo ser constituídas por um elevado número de canais, secções e estruturas. É

possível definir diferentes tipos de condições de fronteira, bem como definir a entradas

e saídas laterais usando séries temporais ou fórmulas. O processo de

precipitação/escoamento em áreas urbanas também é possível de se modelar, existindo

vários tipos de áreas que poderão ser consideradas, pavimentadas ou não pavimentadas,

tendo em conta o uso do solo, a zona não saturada, as águas subterrâneas, a ascensão

capilar e a interação com os cursos de água com escoamentos com superfície livre. Para


35

a qualidade da água e problemas ambientais o uso do módulo de Qualidade da Água

oferece possibilidades quase ilimitadas.

No programa SOBEK temos a vantagem de se poder sobrepor a rede criada

sobre um mapa (GIS ou foto aérea) onde é possível ver os canais, reservatórios,

barragens, estações de bombagem, estações de tratamento, áreas urbanas e rurais,

permitindo desta forma, o ajuste ou a modificação da rede conforme as necessidades.

Através de opções de animação e vista lateral podemos observar a direção do

escoamento na rede. O programa SOBEK Rural incorpora quatro módulos:

hidrodinâmico, hidrológico, qualidade da água e controlo em tempo real

O programa SOBEK Urban constitui uma ferramenta de modelação abrangente

para sistemas de drenagem urbanos simples ou complexos compostos por esgotos e

canais abertos. Permite criar modelos de infraestruturas em novas áreas urbanas ou

analisar e melhorar as existentes. Pode ser utilizado para descobrir quais as medidas que

irão evitar funcionamento deficiente das redes de drenagem, inundações em ruas e

poluição de água devido a problemas com esgotos. Os períodos de retorno de cheias em

ruas e transbordamento de esgotos podem ser analisados usando longas séries de dados

de precipitação ou eventos de tempestade.

Os modelos ajudam a determinar o desempenho do sistema de drenagem urbano

podendo ser melhorado através de um melhor funcionamento das bombas e obras de

retenção. O impacto das estações de tratamento de esgotos juntamente com os

fenómenos de cheia também podem ser analisados através da combinação de vários

módulos na construção de um modelo. É a ferramenta ideal para a conceção, gestão e

renovação de sistemas de esgotos urbanos.

O programa SOBEK Urban lida com todos os tipos de seções transversais,

estruturas de controlo e qualquer configuração de rede (ramificadas e em série. O

cálculo é extremamente rápido, independentemente da dimensão das redes. Além disto

o programa SOBEK Urban oferece praticamente qualquer opção de controlo em tempo

real de bombas e comportas.

Em semelhança com o SOBEK Rural, também é possível conjugar o programa

SOBEK com ferramentas SIG para se desenhar uma rede ou corrigir eventuais

problemas.

Capítulo - 3

36

O software foi desenvolvido em conformidade com as diretrizes holandesas para

cálculos de esgoto. O Programa SOBEK Urban incorpora três módulos: hidrodinâmico,

hidrológico e controlo em tempo real

O programa SOBEK River foi desenvolvido para simulação de sistemas fluviais

e estuários simples e complexos. É capaz de simular os escoamentos, a qualidade da

água e as alterações morfológicas, estuários e outros tipos de redes de canais

aluvionares. As redes podem ser ramificadas ou emalhadas. Permite trabalhar com

perfis transversais complexos compostos por várias subsecções. A interface baseada em

Windows torna-o fácil de usar. A visualização direta da rede fluvial possibilita uma

visão global do sistema a analisar. Incorpora três módulos: hidrodinâmico,

morfodinâmico e qualidade da água.

De seguida apresentam-se as equações de Saint Venant resolvidas pelo software

(equação da conservação de massa e quantidade de movimento, respetivamente).

Módulo hidrológico Rainfall Runoff

O módulo de hidrologia do software SOBEK denominado de Rainfall Runnoff é

baseado no modelo de Sacramento. Este modelo permite calcular o escoamento

instantâneo total, utilizando como dados de entrada a precipitação média na bacia e a

evapotranspiração potencial(Pinho & Vieira, 2006)

O modelo de Sacramento divide o terreno em duas camadas principais, e tem em

conta que na camada superficial ocorrem os processos de evaporação, percolação e

escoamento superficial e na camada interior ocorrem os processos de transpiração,

recarga do aquífero e escoamento de base.

O princípio de funcionamento do modelo pode ser resumido da seguinte forma, a

água é armazenada numa porção de solo como água sob tensão superficial, até que a sua

capacidade de armazenamento seja atingida, a parir desse momento, toda a água

adicionada ao sistema será armazenada como água livre. A variação do volume de água

sob tensão superficial ocorre através de evaporação ou transpiração, enquanto que a

água livre também sofre decaimento devido à percolação da camada superior para a

camada inferior.


37

O caudal instantâneo corresponde ao somatório dos seguintes escoamentos:

Escoamento direto, proveniente da precipitação que cai sobre a superfície

impermeabilizada da bacia.

Escoamento superficial, proveniente da chuva após a saturação do solo.

Escoamento sub-superficial em função do grau de saturação parcial da

subzona de água livre da camada superior.

Escoamento de base primário e suplementar, proveniente da subzona de

água livre primária e suplementar da camada inferior.

O modelo é composto por uma série de reservatórios com o intuito de simular as

capacidades de armazenamento do solo. Os diferentes tipos de reservatórios existentes

são: reservatório de água,

sob tensão superficial da camada superior que representa o volume de

água que pode ser adicionado ao solo antes que qualquer elemento de

água se encontre livre;

livre da camada superior que representa o volume de água que se escoa

no solo, dando origem ao escoamento sub-superficial.

sob tensão superficial da camada inferior que se refere ao volume de

água necessário para satisfazer as necessidades de humidade do solo que

fica retida por atracão molecular.

livre da camada inferior - volume de água que preenche os vazios do solo

na camada inferior e é responsável pela geração do fluxo de base.

A área da bacia hidrográfica é dissociada em duas frações: a permeável e a

impermeável. No modelo de Sacramento a parcela correspondente á área impermeável

da bacia não é constante, podendo sofrer alterações consoante as condições de

humidade da bacia. Esta fração tem como objetivo simular a área impermeável

adicional gerada pelo preenchimento de pequenos reservatórios e percursos temporários

de fluxo de água lentos, que fazem com que as características de impermeabilidade

sofram variações à medida que a superfície do solo se torna húmida. Existem 3 áreas

definidas no modelo, sendo elas:

o permeável: áreas que produzem escoamento superficial apenas quando a

intensidade de chuva é superior à capacidade de infiltração do solo;

Capítulo - 3

38

o permanentemente impermeável: áreas cobertas por rios ou lagos que

produzem escoamento direto independente da intensidade da chuva;

o ocasionalmente impermeável :fração da bacia que se torna impermeável

quando a capacidade de capilaridade for atingida.

Á medida que se adiciona água proveniente dos eventos de precipitação estes

reservatórios são preenchidos, simulando a infiltração da água no terreno, e numa

primeira parte a água é totalmente absorvida até que seja atingido o ponto de saturação

estando a água sob tensão superficial, quando a quantidade máxima de água sob tensão

superficial num solo é atingida, todas as moléculas de água que lhe sejam adicionadas

ficarão livres. O esvaziamento ocorre por percolação, evaporação ou drenagem lateral e

no modelo é possível dividir a área da bacia em regiões permeáveis e impermeáveis.

Resumidamente o modelo de Sacramento é constituído por duas componentes,

água livre e água sobre tensão superficial, camada inferior e superior e respetivos tipos

de escoamentos.

O modelo Rainfall Runoff é um modelo hidrológico determinístico que permite

simular o comportamento do solo e dos cursos de água em função da precipitação. São

de esperar erros na previsão dos caudais devido a, previsões de precipitação incorretas,

erros na estimativa da chuva média sobre a bacia, erros na formulação no modelo e

erros nas estimativas de evaporação(Neto, et al., 2007).


39

Figura 8-Esquema de funcionamento do modelo hidrológico de Sacramento(Pinho & Vieira,

2006)

A implementação do modelo é feita através da divisão da captação em

segmentos interligados por um canal. Nos segmentos a precipitação é transformada em

escoamento, e dentro de cada segmento é considerada homogénea a precipitação e as

características da bacia.

Figura 9-Exemplo de implementação do modelo (WL, 2005)

Capítulo - 3

40

Este modelo é constituído por um conjunto de equações de forma a simular todo

o processo com início na precipitação até ao caudal resultante.

[3.59]

[3.60]

[3.61]

[3.62]

representa o armazenamento na camada superior do solo em mm,

t o tempo,

PREC a precipitação em (mm/dia),

SR o escoamento superficial (mm/dia),

PR a percolação (mm/dia),

ET1 a evapotranspiração na camada superior do solo (mm/dia),

INT escoamento subsuperficial (mm/dia),

X2 o armazenamento na camada inferior do solo (mm),

ET2 a transpiração na camada inferior do solo (mm/dia),

GW o escoamento subterrâneo (mm/dia),

BSF o escoamento de base (mm/dia),

Sj o armazenamento do tramo i da propagação de caudais (mm),

QAFL a contribuição das sub-bacias de montante (m3s-1),

Ainc a área da sub-bacia modelada (km2),

Atot a área total da bacia modelada (km2),

ß o coeficiente linear do modelo de propagação (dia-1),

m o expoente do modelo de propagação,

n o número de reservatórios conceituais do algoritmo de propagação.

As equações 1e 2 ficam restringidas aos seguintes valores permitindo simular as

capacidades de saturação do solo.

onde:


41

= capacidade máxima da camada superior do solo (mm),

= capacidade máxima da camada inferior do solo (mm).

Temos ainda,

[3.63]

[3.64]

[3.65]

[3.66]

[3.67]

[3.68]

[3.69]

[3.70]

PET - evapotranspiração potencial,

RCG - recarga do aquífero, ou perda da vazão de base,

- capacidade máxima da camada inferior do solo (mm),

- capacidade máxima da camada superior do solo (mm),

-Expoente da função de escoamento superficial,

-Expoente da função de percolação,

-Expoente da função de transpiração,

-Taxa de recessão da camada superior do solo(

-Taxa de recessão da camada inferior do solo( ,

-Coeficiente de aumento da percolação para o máximo gradiente vertical,

-Define fração de recarrega do aquífero.

Capítulo - 3

42

Delf FEWS

O desenvolvimento da previsão hidrológica e sistemas de alerta são elementos

essenciais nas estratégias de prevenção de cheias e inundações a nível nacional. Os

recentes desenvolvimentos em previsões meteorológicas e recolha de dados

hidrológicos originaram um aumento do interesse na importação e processamento de

dados. Os desafios para o desenvolvimento de um sistema de previsão hidrológico

moderno e um sistema de alerta encontram-se na integração de grandes conjuntos de

dados, módulos especializados no processamento de dados e interfaces que permitam

uma fácil integração das capacidades de modelação existente. (Deltares, 2010)

Em resposta a estes desafios, Delft-FEWS fornece um sistema de previsão

hidrológica e um sistema de alerta de última geração. O sistema é composto por um

conjunto sofisticado de módulos desenvolvidos para a construção de um sistema de

previsão hidrológica personalizadas consoante as necessidades específicas de cada um.

O objetivo do sistema consiste em distribuir um reservatório aberto para

administrar o tratamento de dados e o processo de previsão. Este shell incorpora uma

ampla biblioteca de manipulação de dados em geral, permitindo que uma grande

variedade de modelos de previsão externos possam ser integrados no sistema.

A grande versatilidade do sistema permite que ele seja utilizado eficazmente

tanto em sistemas complexos como rudimentares e ser adaptado a inúmeras aplicações,

incluindo a previsão de inundações, previsão qualidade da água, gestão de águas

subterrâneas, controle em tempo real ou simplesmente usado como um repositório de

dados

Em suma, o mais importante para um sistema operacional de previsões de

inundações é a existência de uma conexão eficiente de fontes de dados externas. Delft-

FEWS fornece módulos de importação que permitem a importação de dados de fontes

externas, como dados meteorológicos online ou hidrológicos . Estes dados incluem

níveis de água observados, precipitações e previsões meteorológicas. Os dados são

importados usando formatos de intercâmbio padrão, tais como CSV, XML, GRIB e

ASCII. A importação de dados externos também suporta conjuntos de previsões

meteorológicas normalmente produzidas por agências de previsão meteorológica.


43

A validação e interpolação de dados normalmente é automatizada , mas a

configuração por parte do utilizador também é possível .

FEWS fornece uma série de módulos para estabelecer rápidamente um sistema

de previsão simples onde modelos hidrológico e/ou modelos hidráulicos não estão

disponíveis ou estão em desenvolvimento. Este inclui um módulo de correlação que

gera previsões para uma localização a jusante com base na correlação de eventos nesse

local e num local a montante adequado.

À medida que os modelos mais avançados se tornam disponíveis os módulos

mais simples vão sendo substituídos. Alternativamente, estes podem ser retidos para

fins de comparação ou como um backup para o caso de algum dos modelos falhar.

Delf FEWS já possui alguns projetos em curso como por exemplo, sistema de

previsão de cheias operacional para o rio Mekong , sistema de previsão de cheias para

Inglaterra e Pais de Gales ou sistema de qualidade da água e sistema de previsão caudais

para Singapura.

O programa River Analysis System (RAS) foi desenvolvido pelo Hydrologic

Engineering Center (HEC) of the U.S. Army Corps of Engineers e é frequentemente

denominado de HEC-RAS. Este software utiliza um sistema integrado, desenvolvido

para uso iterativo num ambiente de multitarefas. O sistema é constituído por uma

interface gráfica de usuário (GUI), por componentes de análise hidráulica, pela

capacidade de armazenamento e gestão de dados, e por gráficos e relatórios de tarefas.

HEC-RAS é utilizado para cálculos unidimensionais de escoamento superficiais

permanentes e não permanentes, cálculo do transporte sedimentar e análise de qualidade

da água sendo que estão a ser desenvolvidas novas potencialidades que irão estar

disponíveis em futuros upgrades que vão ser lançados no mercado.

Os modelos de cálculo utilizados são baseados na equação de energia

unidimensional. As perdas de energia por atrito são avaliadas através da equação de

Manning e perdas devidas a contração / expansão utilizando-se um coeficiente

multiplicado pela variação altura cinética. A equação da quantidade de movimento é

utilizada em situações onde o perfil da superfície da água é rapidamente variado. Estas

Capítulo - 3

44

situações incluem cálculos de escoamento em regime misto (ou seja, os ressaltos

hidráulicos), hidráulica de pontes, e perfis de avaliação em confluências de rios.

Os efeitos provocados por obras de engenharia como pontes, túneis, barragens,

descarregadores podem ser considerados nos cálculos. O sistema de escoamento

contínuo é projetado para aplicação na gestão de zonas baixas e no estudo contra

inundações para avaliar as áreas inundadas. (USACE, 2010)

O programa MIKE, foi lançado pelo Danish Hydraulic Institute (DHI) e é um

pacote de software flexível e rápido que permite de forma completa e eficaz a sua

utilização para a simulação de cheias, qualidade da água e transporte de sedimentos em

estuários, rios, sistemas de irrigação, canais e outras massas de água. Baseado no

conceito MIKE Zero, e com a inovação da interface gráfica do usuário no Windows

MIKE 11 foi desenvolvido para gestão e operação de problemas simples e complexos

de rios e canais.

Possui um módulo hidrodinâmico (HD), que é o núcleo do sistema de modelação

do MIKE 11 e constitui a base para a maioria dos módulos, incluindo previsão de

inundações, advecção-dispersão, qualidade da água e módulo do transporte sedimentar.

O módulo MIKE 11 HD resolve as equações de Saint-Venant (equação da continuidade

e equação da quantidade de movimento).(DHI Water & Environment, 2003)

O programa FLDWAV é um modelo hidráulico desenvolvido pelo National

Weather Service (NWS) e é utilizado para previsões de cheias. O FLDWAV é uma

evolução que resulta da junção de dois módulos o DWOPER constituído por modelos

de sistemas complexos de rio, barragens e esgotos e o DAMBRK que faz a análise da

propagação de ondas de cheias provocadas por roturas de barragens. É baseado numa

versão expandida das equações de St. Venant, equações que permitem que sejam

contabilizados diferentes tipos de condições hidráulicas como efeitos do vento e

sinuosidade do fluxo lateral. É conhecido como o modelo geral de análise de

inundações porque é desenvolvido para lidar com qualquer condição

hidráulica(Sylvestre, 2010).


45

O programa RMA2 foi desenvolvido por Norton, King e Orlob (1973) e é

utilizado para calcular os níveis de água e a velocidade das correntes em torno de ilhas,

pontes, confluências de rios, reservatórios e estuários. O problema deste programa é a

sua incapacidade de resolver situações em que ocorram acelerações verticais devendo o

seu uso ficar limitado a problemas de dimensões horizontais e escoamento com

superfície livre.

Para situações onde seja necessário três dimensões deverão ser usados os

modelos tridimensionais.

Entre as principais características do RMA destacam-se a capacidade de aceitar

unidades SI, ter em conta os efeitos de rotação da Terra (Coriolis), permitir calcular

correntes induzidas por tempestades e estudar problemas em regime permanente ou não

permanente. O programa RMA2 é um modelo numérico baseado no Método dos

Elementos Finitos(USACE, 2006). Resolve as seguintes equações:

[3.71]

[3.72]

h(

[3.73]

Capítulo - 3

46

Em que:

h = Profundidade

u,v = Velocidades segundo as direcções cartesianas

x,y,t = Coordenadas cartesianas e tempo

r = Densidade do líquido

E = coeficiente de viscosidade

for xx = sentido normal segundo x

for yy = sentido normal segundo y

for xy and yx = sentido em cada superfície

g = Aceleração devido à gravidade

a = Altura do fundo

n = Coeficiente de rugosidade de Manning’s

1.486 = Conversão do SI (métrico) para unidades não SI

= Coeficiente empírico para o vento

Va = Velocidade do vento

y = Sentido do vento

w = Taxa da rotação angular da terra

= Latitude local

O programa Surface Water Modeling System (SMS) é um programa

desenvolvido pela Aquaveo que permite preparar dados e analisar resultados de

modelação hidrodinâmica unidimensional, bidimensional e tridimensional. É um pré e

pós processador utilizado para modelação de escoamentos superficiais e qualidade da

água.

Os modelos numéricos suportados em SMS permitem cálculo de alturas de

escoamentos com superfície livre e velocidades da corrente para os problemas em

condições permanentes ou não permanentes. Outras aplicações incluem modelos de

transporte de contaminantes, intrusão salina, transporte de sedimentos, onda de

dispersão de energia e propriedades de onda.

A interface SMS é composta por vários módulos que facilitam as tarefas de

modelação. Versões mais avançadas continuam a ser desenvolvidas através de uma ação


47

conjunta entre o U.S. Army Corps of Engineer Research and Development center e o

US Federal Highway Administration (FHWA)(Zundel, 2011).

Após uma análise comparativa das diferentes programas de modelação

referenciados anteriormente, verifica-se que estes têm, de uma forma geral, capacidades

idênticas em termos de funcionalidades disponibilizadas, com exceção do programa

RMA2 que deve ficar limitado a problemas de escoamento com superfície livre sub-

críticos. Os princípios de funcionamentos são semelhantes, visto que, se baseiam nas

equações de Saint Venant e têm em conta as equações de resistência (Chezy,

Manning…). Possuem capacidades matemáticas e numéricas capazes de resolver

problemas que envolvam modelação de trechos de rios, reservatórios e albufeiras,

roturas de barragem, diques e pontes (NOAA, 2007).

As desvantagens gerais dos programas passam pela incapacidade de resolver

problemas em 3D sendo necessário versões próprias e para resolução de algumas

situações em 1D e 2D é necessário a versão paga. O modelo hidráulico a desenvolve

neste trabalho será construído utilizando o programa de modelação Sobek visto que

existe a oportunidade de utilização da versão paga do modelo.

3.3.2 Ferramentas de modelação geográfica

O sofware utilizado nesta dissertação foi o ArcGIS desenvolvido pela ESRI;(Booth

& Mitchell, 2001)

Pode-se utilizar o ArcGIS de várias maneiras, dependendo da complexidade das

necessidades do utilizador. É utilizado como ferramenta de mapeamento e análise ou

fornecimento de informações geográficas. Num Projeto SIG, a análise é constituída por

uma variedade de tarefas que podem ser agrupadas em quatro passos básicos.

O primeiro passo consiste em converter questões, como por exemplo "Onde é o

melhor lugar para construir uma bacia de retenção" ou "Que área contribui para gerar

caudal a partir de uma precipitação?" num projeto de banco de dados GIS. Para isso é

necessário dividir a questão em partes lógicas, identificando que camadas de dados

serão necessárias para responder a cada uma das partes, e desenvolver uma estratégia

para combinar as respostas para cada parte da questão numa resposta final. O próximo

passo é criar um banco de dados que contém o dados geográficos necessários para

Capítulo - 3

48

responder à pergunta. Isso pode envolver a digitalização de mapas existentes, obtenção

e tradução eletrônica de dados a partir de uma variedade de fontes e formatos,

garantindo que as camadas são de qualidade adequada para a tarefa, como por exemplo,

estarem no mesmo sistema de coordenadas para que a sobreposição das camadas seja

feita corretamente. O passo seguinte consiste na análise dos dados. Esta leitura

geralmente envolve a sobreposição de diferentes layers, com variados conjuntos de

atributos ou locais. A etapa final de um projeto é comunicar os resultados obtidos,

normalmente para pessoas que não utilizam GIS e que têm diferentes níveis de

experiência em lidar com mapas. A utilização de mapas, relatórios e gráficos podem ser

apresentados em simultâneo como resposta a um dado problema.

Num sistema "Multiuser", em empresas ou organizações, constituídas por

poucos ou muitos utilizadores, estes podem usufruir do GIS de diferentes maneiras

consoante as suas tarefas diárias. O "Departmental GIS" pode ser utilizado para apoiar

funções chave em determinados departamentos, como por exemplo, um departamento

de planeamento pode usar GIS frequentemente para notificar os proprietários de

propostas de mudanças perto de sua propriedade ou um departamento de hidráulica

pode utilizar GIS para desenhar uma rede de abastecimento de água ou de drenagem de

água pluviais. Com GIS é possível simplificar e automatizar alguns procedimentos e

tem a capacidade de conjugar várias especialidades (Hidráulica, Planeamento,

Estruturas…). O arcSDE permite que os dados de GIS sejam vistos e editados por

vários utilizadores simultaneamente. Para retirar o máximo das capacidades do sistema

foram desenvolvidas aplicações chaves como o ArcCatalog, ArcMap e ArcToolbox.

De seguida apresentam-se algumas das aplicações do ArcGIS

Monitorização do estado de estradas e pontes e produção de alternativas

em casos de desastres naturais.

Divisão de zonas consoante a criminalidade e promoção de planos de

vigilância para aumento da eficácia da segurança por parte da policia.

Escolha de locais por parte de empresas de comunicações para colocação

de antenas.

Monotorização da qualidade da água para proteção da saúde pública.

Minimização de custos para a criação de redes de abastecimento ou

oleodutos.


49

Diminuição das perdas de potência elética com melhores traçados e

melhor localização de dispositivos elétricos.

Emissão de alertas de tempestades.

ArcCatalog

ArcCatalog permite localizar, visualizar, documentar e organizar dados

geográficos e criar uma geodatabase sofisticadas para armazenar os dados. ArcCatalog

fornece uma estrutura para organização uma grande quantidade e diversidade de dados

GIS. A existência de diferentes vistas sobre os dados faz com que seja mais fácil

satisfazer as necessidades do utilizador quer seja um arquivo ou um conjunto de

geodatabases. Pode ser utilizado para organizar pastas e dados de arquivo quando se

pretende construir bases de dados de projeto. Com a criação de geodatabases pessoais

no computador e explorando as ferramentas existentes em ArcCatalog é possível criar

ou importar determinados dados ou tabelas.

ArcMap

ArcMap é utilizado para criar e interagir com mapas, deixando o utilizador

visualizar, editar e analisar dados geográficos. Permite a criação de gráficos e relatórios

para ser possível comunicar com outros ramos menos especializados. Tem a

possibilidade de criar mapas que são constituídos por uma variedade de formatos,

incluindo shapefiles, tabelas e desenhos CAD.

Arc Tolbox

ArcToolbox é uma simples aplicação que contem um grupo diversificado de

ferramentas GIS usadas para o geoprocessamento.

51

4

4. Modelo unidimensional da Bacia hidrográfica do rio Ave

4.1 Características da bacia

A bacia hidrográfica do rio Ave, com uma área de 1390 , é limitada a norte

pela bacia do Cávado, a leste pela bacia do Douro e a sul pelas bacias do Leça e do

Douro. A área da massa de água total é de 1 469 km2, sendo que aproximadamente 247

km2 e 340 km

2 correspondem às áreas das bacias dos seus dois afluentes mais

importantes: os rios Este e Vizela. As faixas costeiras a Norte e a Sul têm superfícies de

3,4 km2 e 64 km

2, respetivamente. Esta massa de água engloba, total ou parcialmente, as

áreas de jurisdição de 16 concelhos. É uma região caracterizada por boas capacidades de

recarga natural provenientes dos cursos de água ou por infiltração da água da chuva, no

caso de aquíferos multicamada a recarga acontece a partir da drenagem de camadas

adjacentes. A recarga por infiltração da água da chuva refere-se à quantidade de água

que se infiltra abaixo do nível do solo, após os processos de evapotranspiração e de

escoamento direto, e que vai ter um percurso subterrâneo, podendo, em condições de

não exploração, contribuir para o escoamento dos cursos de água (escoamento de base).

Com a finalidade de se acompanhar a evolução no sentido de se atingir um bom

estado ecológico, a bacia hidrográfica do rio Ave dispõe de um conjunto de estações de

monitorização. A nível superficial são observados elementos biológicos, físico-

químicos e hidromorfológicos e a nível subterrâneo os níveis freáticos, para posterior

classificação do estado quantitativo, e da condutividade e concentrações de poluentes,

para determinação do estado químico. As massas de água presentes nas zonas de

cabeceira dos rios Ave e Vizela (Figura 10), apresentam um Estado final de

Capitulo 4

52

"Bom"(Agência Portuguesa do Ambiente, 2012). A restante bacia hidrográfica

apresenta uma degradação acentuada da qualidade da água, destacando-se a ribeira do

Selho e o rio de Trofa com um Estado Ecológico de "Mau", concorrendo para o

resultado o facto de se desenvolverem em vales muito industrializados e com

densidades populacionais elevadas, encontrando-se próximo de grandes centros urbanos

como Guimarães e Trofa. O rio Ave apresenta um Estado Ecológico "Medíocre", à

semelhança do rio Este e rio Pelhe. Destacam-se ainda o rio Pele, a ribeira de Póvoa e o

rio Pequeno com a mesma classificação.

A bacia hidrográfica do rio Ave é ainda constituída por uma rede meteorológica,

que serve para monitorizar o ramo aéreo do ciclo hidrológico (precipitação,

temperatura, humidade do ar, direção e velocidade do vento, insolação, radiação solar,

evaporação, evapotranspiração) e é constituída por 59 estações, das quais cinco são

climatológicas e as restantes são udométricas e ainda uma rede hidrométrica utilizada

para monitorizar o nível hidrométrico, a partir do qual é possível estimar o caudal em

secções fluviais. Através das redes meteorológicas e hidrométricas é possível prever de

forma mais eficaz o comportamento dos rios permitindo assim uma maior eficiência na

minimização dos impactos negativos provocados por cheias.

Figura 10-Principal rede fluvial da bacia hidrográfica do rio Ave(Pinho, et al., 2011)

O rio Ave nasce na serra da Cabreira, concelho de Vieira do Minho, a 1200 m de

altitude, percorrendo 94 km, no sentido nascente poente, até à foz no Oceano Atlântico

junto à localidade de Vila do Conde. O cenário hidrográfico do Vale do Ave é

constituído por uma densa malha de linhas de água (que aumenta a probabilidade de

cheias), com regime permanente, ou seja, que tem caudal durante todo o ano, o que se

traduz por uma enorme disponibilidade de recursos hídricos superficiais.


53

Em todo o seu percurso, caracteriza-se por ser um rio muito sinuoso, com

inúmeros afluentes, sendo um eixo de convergência de um grande número de cursos de

água, que associado à orografia da região, já referida, permitiu individualizar o “Vale do

Ave” com características muito próprias. As linhas de água mais representativas do

Vale do Ave são o Rio Ave, e os Rios Vizela e Selho.

A paisagem ribeirinha do rio Ave é ainda extremamente valorizada pelo grande

número de pontes romanas e medievais que o atravessa, pela frequência de belas casas

antigas de lavoura, bem como pela enorme ocorrência de azenhas e açudes

Em relação ao clima, a região é caracterizada por Verões muito quentes e um

pouco húmidos e Invernos frios e chuvosos. A intensa precipitação que se faz sentir nos

períodos húmidos juntamente com as características orográficas do terreno, a

constituição do solo das bacias e a sua permeabilidade faz com que esta zona seja

propícia a cheias.

O rio Ave é um curso de água de pequena longitude, deste modo, a sensibilidade

do geossistema pode-se considerar mais alta, na medida que esta é mais facilmente

alterável. A diversidade florística é comparativamente menor relativamente aos

complexos hidrográficos do Lima e do Cávado. No entanto, a organização das

comunidades vegetais mostram uma estabilidade importante nos cursos alto e médio, ao

mesmo tempo que uma considerável abertura do sistema no curso baixo, devida

especialmente à forte alteração antrópica nestes troços.

O estuário do Ave é pobre no que diz respeito à comunidade avifaunística;

alguns estudos realizados indicam a presença de borrelhos, gaivotas e guarda-rios, esta

última pouco frequente nas margens do estuário.

Figura 11-Rio Ave(ODeAve, Dezembro 2007)

Capítulo - 4

54

A bacia Hidrográfica do Rio Selho localiza-se no concelho de Guimarães,

distrito de Braga e é uma sub-bacia da margem esquerda do Rio Ave.

O rio Selho nasce em Santa Marinha, a cerca de 3,25Km de S. Torcato, a 580

metros de altitude e tem um comprimento de aproximadamente 20Km Apresenta-se

como uma curso de água importante para este estudo, no sentido em que mostrou ser ao

longo dos tempos, bastante problemático em termos de acontecimentos relacionados

com inundações e cheias sempre que se verifica um excesso de pluviosidade,

dependentes de vários fatores físicos e climáticos. Para as elevadas cheias que se

verificam contribuem as características orográficas do terreno, a constituição geológica

do solo das bacias e sua impermeabilidade. Este possui um pequeno afluente, o Ribeiro

de Couros, que em parte do seu curso atravessa o centro da cidade de Guimarães e que,

em situações de elevada precipitação, causa muitos incómodos à população local.

Figura 12- Rio Selho(Agência Portuguesa do Ambiente, Agosto 2012)

4.2 Modelo hidrodinâmico da bacia do Ave

Apesar de não ter sido necessário construir no âmbito deste trabalho o modelo

hidrodinâmico utilizado (Figuras 13 e 14) com o intuito de um melhor entendimento

por parte do leitor, serão dadas algumas informações sobre o processo de construção de

um modelo hidrodinâmico.

A construção de um modelo hidrodinâmico passa pelo levantamento de

informação topológica relativa aos eixos das linhas de água, utilizando um modelo

digital de elevação do terreno, para que seja possível efetuar a sua importação para o

software Sobek, definindo-se deste modo a base para o estabelecimento da rede de

trechos e nós do modelo unidimensional. De seguida definem-se as estruturas


55

hidráulicas (pontes, açudes e barragens) existentes ao longo da bacia, bem como as

secções transversais relevantes.

Para a definição das características e da localização das várias estruturas, poderá

ser utilizado o Google Earth ou ortofotomapas, para que se possa visualizar as linhas de

água e processar a informação com o software ArcGIS,. De seguida a informação é

importada para o software Sobek. Sabendo a localização e tipo das estruturas, adiciona-

se o respetivo nó no modelo. É necessário acrescentar nós de fronteira no início e no

final da rede unidimensional para que seja possível definir as respetivas condições,

podendo estas ser caudais ou níveis da água.

Através de um levantamento topográfico e com a ajuda do ArcGIS podem ser

definidas as secções transversais. Para melhores simulações em situações de cheias

pode-se prolongar os perfis com a ajuda de Modelo de Elevação Digital, de maneira a

englobar também as margens.

Figura 13-Modelo hidrodinâmico da bacia do Ave construído no programa Sobek

Capítulo - 4

56

Figura 14-Perfil transversal de uma secção transversal no programa Sobek

4.3 Modelo hidrológico da bacia do Ave

A construção do modelo hidrologico passa por acrescentar nós de Sacramento ao

modelo existente para que seja possivel simular o caudal gerado por eventos de

precipitação. Tal como no modelo hidrodinâmico, o modelo hidrológico tambem é

construido com a ajuda da ferramenta ArcGIS. Numa primeira fase procede-se à

divisão em bacias hidrográficas dos principais rios da bacia do rio Ave, para desta

forma definir a área que contribui para o caudal em cada um dos cursos de água.

Figura 15-Principais sub-bacias da bacia hidrográfica do rio Ave, ArcMap


57

Conseguida a divisão em sub-bacias define-se o ponto central de cada uma delas.

Este ponto é criado com a ferramenta "Data Management Tools.tbx*Features*Features

to Point" na janela "Catalog" e com este passo criamos uma layer. Utilizando o

comando "Data*Export Data" é possível transformar a layer criada numa shape file que

será importada a partir do programa Sobek com a opção "file*import". Importada a

shape no Sobek e escolhendo a opção "use as add locations" podemos substituir esses

pontos pelo nó "type RR_Sacramento".

Figura 16- Transformação dos centróides em nós de Sacramento

Para a realização da tarefa seguinte da construção do modelo é necessária a

recolha de dados históricos. Acedeu-se ao SNIRH (Sistema Nacional de Informação de

Recursos Hídricos) onde se recolheu a localização, características e as leituras históricas

dos valores registados nas estações meteorológicas e hidrométricas. As estações

meteorológicas possuem os valores de precipitação que serão introduzidos a posteriori

no nós de Sacramento enquanto as estações hidrométricas possuem registos de caudais e

níveis da água que vão ser utilizados para a calibração e validação do modelo. Para

facilitar o processo de construção, foram exportadas as coordenadas das estações do

SNIRH para o ArcMap. Acedendo às propriedades das estações é possível obter as

coordenadas e assim, com a opção no ArcMap "File*Add Data*Add XY Data"

inserimos as estações no programa ArcMap. No entanto, o sistema de coordenadas

utilizado no SNIRH é o Datum_73_Hayford_Gauss_IPCC. Como o sistema de

coordenadas em que se encontram as restantes layers é o

Lisboa_Hayford_Gauss_IGeoE foi necessário fazer uma transformação de coordenadas

através do comando "Data ManagementTools.tbx*projections and

transformations*Raster*Define Projections" para que todas as layers tivessem as

Capítulo - 4

58

mesmas coordenadas. De seguida designam-se as estações existentes no SNIRH, mas

salienta-se o facto de algumas estações existirem falhas de dados ou se encontrarem

inativas no período de estudo.

Tabela 6 - Estações meteorológicas(SNIRH, 2013)

Tabela 7- Estações hidrométricas(SNIRH, 2013)


59

Figura 17-Localização das estações

Como os centróides e as estações não coincidem utilizou-se o método de Thissen

para determinar a precipitação em cada nó de sacramento. No anexo A encontram-se as

áreas com que cada estação contribuiu para a determinação da precipitação para os

respetivos nós de sacramento. O método de Thiessen (Figura 18) consiste em ponderar

dados das estações admitindo que esses valores são semelhantes sobre uma fração da

bacia, sendo que esta fração e delimitada da seguinte forma:

Num mapa colocam-se as estações existentes, unindo-as com segmentos de recta

auxiliares para que a área resultante fique dividida em triângulos.

Traçando-se perpendiculares no meio dos segmentos já realizados, a área total

ficará dividida em polígonos fechados, essa área é denominada de área de influência da

estação. A precipitação média na área de influencia é igual à da estação e é dada por:

[4.1]

em que:

A é a área de cada polígono,

P é a altura da precipitação.

Capítulo - 4

60

Figura 18- Aplicação do método de Thiessen adaptado de(Ribeiro, 1987)

Aplicando o método de Thiessen a toda a bacia do Ave obtemos os polígonos

apresentados na Figura 19. A realização deste procedimento em ArcMap é

relativamente simples, bastando recorrer ao comando "SystemToolboxes*Analysis

Tools.tbx*Proximity*CreateThiessen Polygon", de seguida escolher as 2 layers e

automaticamente temos a criação dos polígonos de Thiessen.

Na figura 20 temos a localização das estações hidrométricas e meteorológicas da

bacia do Ave.


61

Figura 19- Método de Thiessen aplicado a toda a bacia do Ave

Figura 20. Mapa das estações de monitorização existentes na bacia do rio Ave (Google, 2005)

No ArcMap é possível agregar layers através da opção Merge que se encontra

em "Data ManagementTools.tbx*General*Merge". Com esta opção associou-se as

Capítulo - 4

62

layers das sub-bacias com a dos polígonos de Thiessen. A informação da layer

resultante do "Merge" pode ser consultado com a função "Identity", sendo possível

retirar toda a informação necessária sobre as áreas para que possa ser aplicado o método

(Figura 21).

Figura 21- Exemplificação da informação existente sobre uma sub-bacia

Como referido anteriormente algumas estações estavam inativas, logo foram

desprezadas não entrando assim no processo de determinação das precipitações,

enquanto que outras estações apenas tinham falta de dados em alguns períodos e para

isso foi necessário "colmatar as falhas" do SNIRH. As omissões de registos foram

completadas fazendo uma média ponderada das estações próximas da estação em falha

tendo em conta que uma estação mais próxima tem maior probabilidade de ter valores

semelhantes do que uma estação mais distante. Na Tabela 8 apresentam-se as estações

com falhas de registos bem como as estações vizinhas e respetivos pesos utilizadas para

as completar.


63

Tabela 8- Percentagens utilizadas para colmatar falhas de dados em estações

Para completar a construção do modelo é necessário importar os valores das

precipitações para o Sobek de modo a ser possível iniciar o processo de validação do

modelo. Para este procedimento em "Meteorologial Data" no menu do Sobek,

"Precipitatation*New event" , escolhemos o número de estações, que neste modelo são

29, representando os "centróides" do ArcMap ou os 29 nós de Sacramento que existem

no modelo, e define-se o inicio e fim do evento. Os valores são introduzidos fazendo

copy-paste das folhas de cálculo Excel. Completando este passo cria-se um ficheiro com

a extensão .bui que corresponde ao evento de precipitação. O valor das áreas dos nós de

Sacramento são determinados com a ajuda do ArcMap, com o botão "identity" já

mencionado.

Figura 22- Criação de eventos de precipitação no menu "Meteorological Data"

Capítulo - 4

64

Figura 23- Introdução de uma área num nó de Sacramento

4.4 Parâmetros de calibração do modelo hidrológico

O modelo hidrológico foi calibrado, tendo por base os eventos ocorridos entre 1

de Janeiro de 1981 até 30 de Setembro de 1990. Durante este período existem registos

de precipitações, caudais e níveis. Foi utilizado um intervalo de 24 horas quer para os

cálculos quer para os resultados. A calibração foi conseguida recorrendo-se

fundamentalmente ao ajuste das capacidades dos reservatórios das diferentes camadas

do solo bem como as capacidades de drenagem. Alguns dos valores dos coeficientes

utilizados mantiveram-se inalteráveis permanecendo os valores propostos no software

Sobek. De seguida apresenta-se uma breve definição dos parâmetros que podiam ser

explorados.

ZPERC-Aumento proporcional da percolação desde o terreno saturado até seco.

REXP-Expoente da equação da percolação que determina as necessidades de

percolação para condições secas ou húmidas.

RSERV-Fração da camada inferior que está indisponível para fenómenos de

transpiração. É um valor com pouca sensibilidade podendo assumir valores entre 0 e

0.40.

PCTIM- Fração permanentemente impermeável da bacia. É determinada a partir

de pequenas tempestades após um período de tempo seco. O volume de escoamento

dividido pelo volume da chuva dá a percentagem de impermeabilidade da bacia. Este

parâmetro não deve apresentar valores próximos de 1.


65

ADIMP-Fração da bacia que se torna impermeável quando chove. Pode ser

estimado quando ocorrem pequenas tempestades após um período húmido. O volume de

escoamento dividido pelo volume da chuva dá a percentagem impermeável. É igual a

percentagem total impermeável-PCTIM.

SARVA-Fração da bacia coberta por lagos ou vegetação em circunstâncias

normais. Normalmente é semelhante ou inferior à área PCTIM. É utilizado para estimar

a dimensão das áreas pavimentadas que drenam diretamente para fluxos.

SSOUT-É o escoamento sub-superficial ao longo do canal que deve ser

fornecido antes da água estar disponível para descarga de superfície.

PM,PT1,PT2- PM é o Intervalo de tempo dum parâmetro sendo PT1 e PT2 os

limiares de precipitação inferior e superior respetivamente.

Na figura 24 temos a ilustração dos parâmetros anteriormente referenciados.

Figura 24-Parâmetros que podem ser utilizados para calibração do modelo

Camada Superior

UZTWM- Capacidade para armazenamento de água sobre tensão (mm).

Profundidade de água, que deve ser preenchida em áreas permeáveis antes de se tornar

disponível para o armazenamento de água livre. Pode ser estimado sabendo a

Capítulo - 4

66

quantidade de água que fica retida no solo num evento de precipitação que ocorreu após

um período de seca quando a evapotranspiração esgotou a humidade do solo.

UZFWM- Capacidade de armazenamento de água livre (mm). Representa a

profundidade da água que tem de ser preenchida ao logo da área impermeável da bacia

para manter a frente do escoamento no máximo potencial.

UZK- Taxa de drenagem (1/dia).

Camada inferior

LZTWM-Capacidade para armazenamento de água sobre tensão (mm). É um

parâmetro difícil de determinar pois a humidade presente nesta camada pode existir por

um período de vários anos. A capacidade total pode não ser facilmente discernível a

partir de registos disponíveis.

LZFPM- Capacidade de armazenamento de água livre primária (mm). O valor

máximo deste parâmetro pode ser estimado a partir da análise de hidrogramas. Está

sujeito a uma taxa de drenagem LZPK.

LZFSM-Capacidade de armazenamento de água livre suplementar (mm). Sujeito

à taxa de drenagem LZSK, o valor mínimo da LZFSM pode ser estimado a partir de

hidrogramas.

LZPK-Taxa de drenagem de água livre primária(1/dia).

LZSK- Taxa de drenagem de água livre suplementar(1/dia).

Na figura 25 temos a ilustração dos parâmetros referentes as camadas superiores

e inferiores.


67

Figura 25- Parâmetros utilizados para calibração do modelo

Visto que o objetivo desta dissertação é criar um Sistema de Alerta para cheias

no rio Selho, nesta fase diminuiu-se a dimensão do modelo deixando de ser considerada

toda a bacia do rio Ave e ficando apenas com a bacia do Selho. Esta simplificação

permite também diminuir o tempo de cálculo no software Sobek. Nesta fase deixamos

de ter os 29 nós de sacramento passando apenas a 1 nó.

Na figura 26 temos a passadas do modelo da bacia do Ave para a bacia do Selho

Figura 26- Modelo da bacia do Ave e do Selho respetivamente

Capitulo 4

68


69

5

5. Sistema de previsão e alerta de cheias para a bacia do rio Selho

5.1 Trabalho de campo

Dado como finalizado o processo de calibração, cujos resultados serão

apresentados no capítulo seguinte, foi realizado um estudo mais aprofundado da região

visto que o desempenho do modelo e os seus resultados dependem da consideração dos

aspetos determinantes para o funcionamento hidráulico da rede fluvial. Basicamente,

procurou-se tomar conhecimento das zonas que são afetadas em situações de cheia bem

como os fatores que têm papel preponderante para esse efeito. Nesse pensamento, o

alvo deste trabalho de campo é localizar passagens hidráulicas ou estreitamentos do

canal que possam influenciar as condições de escoamento para montante. Para a

localização dos pontos em questão foi utilizado o mapa de zonas de risco de cheias

existente no Plano Nacional de Emergência de Guimarães e o Google Earth.

Na figura 27 encontra-se a representação das zonas inundáveis para o rio Selho

Capítulo - 5

70

Figura 27- Carta das zonas inundáveis

Da leitura da figura 27 podemos concluir que existem duas zonas distintas com

risco de inundação. Uma junto à foz e outra que atravessa a zona urbana de Guimarães.

Nesta área de estudo é necessário prestar atenção a três cursos de água.

Rio Ave, onde o Rio Selho desagua, pois o aumento no nível da água no rio Ave

faz aumentar o do rio Selho podendo causar problemas na zona em questão;

Rio Selho em quase toda a sua extensão visto que apresenta algumas passagens

hidráulicas que criam restrições ao escoamento;

Ribeira de Couros, um dos afluentes do rio Selho. Esta ribeira causa

frequentemente prejuízos na zona urbana de Guimarães, resultado de cheias que podem

ser originadas por elevadas precipitações ou pelo aumento do caudal do rio Selho que

condiciona como fronteira a jusante da ribeira.

Na figura 28 temos a interseção entre os locais visitados e as zonas inundáveis.


71

Figura 28- Interseção entre os locais visitados e as zonas inundáveis

Capítulo - 5

72

Figura 29- Local número 1

Observando a figura 29 é possivel reparar que em situações de cheias é provavél

que aconteça extravessamento das margens devido à pequena largura do canal. Na parte

esquerda da imagem, nota-se a existência de resíduos que ficam presos à vegetação

existente o que confirma que em situações de cheias a margem é galgável.


Na figura 30 encontra-se uma passagem hidráulica com diminuição da secção do

escoamento devido aos pilares da ponte. Apesar de não acontecer frequentemente, se em

situações de grande precipitação a altura da água atingir o topo das aberturas este local

causará graves prejuízos nas zonas a montante.


73


O ponto número 3 representado na figura 31 encontra-se praticamente a seguir

ao ponto número 2. O facto de estas duas passagens hidráulicas se encontrarem

relativamente perto uma da outra poderão contribuir para o agravamento dos estragos

em situação de cheias. Apesar de esta zona ser bastante larga, existe um encurtamento

significativo na zona da passagem reduzindo assim a capacidade de escoamento para

metade.


Na figura 32 apresenta-se a área que pode ser inundada na ocorrência de eventos

de precipitação. Apesar de ser um canal bastante largo, este não está imune a possíveis

obstáculos para jusante que poderão aumentar o nível das águas nesta zona e facilmente

provocará prejuízos nas imediações.

Capítulo - 5

74

Na figura 33 apresenta-se uma ponte com duas aberturas diferente das existentes

nas estruturas anteriores. Em alturas de menor caudal estas apresentam-se com uma

dada largura, no entanto, à medida que o nível vai subindo a passagem vai ficando mais

estreita servindo como obstáculo à passagem da água. Na figura 34 vemos que está área

já foi alvo de reconstrução com espaços verdes e zonas de lazer bem como alargamento

e consolidação das margens, o que faz com que seja mais difícil de sofrer problemas

derivados de cheias.

Figura 33- Local número 5 (1)


Na figura 35 temos outra das pontes que contribui para criar alterações do

escoamento para montante, e observando a forma da ponte facilmente se percebe

porquê. Um dos arcos da ponte é significativamente mais pequeno que o outro e

facilmente a passagem da água fica limitada a apenas uns dos arcos.


75


A figura 36 ilustra parte da área que é inundada devido à ponte representada na

figura 35.


Nas figuras 37 e 38 encontram-se representadas as fozes do rio Selho com o rio

Ave e da ribeira de Couros com o rio Ave. Olhando para a figura 28 onde se encontra

Capítulo - 5

76

delimitada a área que corre riscos de inundações apercebemo-nos que ambos os pontos

representados em baixo correm sérios riscos de sofrerem inundações. É necessário

prestar mais atenção à zona da junção da ribeira com o Selho pois a área de risco é

bastante significativa. Esta área é composta maioritariamente por campos de cultivo no

entanto parte da cidade de Guimarães também sofre problemas derivados deste

problema. Um dos motivos que contribui para os prejuízos na região é que o acréscimo

do nível da água no Selho (condição de fronteira a jusante) aumenta para a mesma cota

o nível na ribeira de Couros criando assim problemas nas imediações.




77


Na figura 40 encontra-se a estação hidrométrica de Ponte Brandão. Esta zona foi

alvo de um trabalho de campo mais pormenorizado pois é o ponto-chave de todo o

modelo de alertas de cheias. Não só a estação serviu para a calibração do modelo com

dados históricos como vai ser utilizada como ponto de comparação entre resultados

previstos com o modelo e resultados estimados no local. O trabalho de campo consistiu

na caracterização da geometria do canal. Mediu-se a altura da estação, a largura da

secção transversal do canal e a altura desde o fundo do leito do rio até à parte inferior da

estação. Neste seguimento foram ainda realizadas várias medições na ponte

representada na figura 41, desde medições para determinar a largura do tabuleiro, altura

e largura da grade de segurança e a distância desde o fundo do rio até ao tabuleiro. A

distância entre a estação e a ponte foi outro dos valores medido. Estas medições serão

importantes para obtenção de velocidades, alturas e caudais para o sistema de previsão

de cheias. No capítulo "Sistema de previsão de cheias", esta informação bem como a

sua finalidade irão ser explicadas com mais pormenor.

Capítulo - 5

78



No anexo B existem fotografias adicionais dos locais identificados apresentando

diferentes zonas e perspetivas relativamente às apresentadas neste capitulo.

5.2 Funcionamento do sistema de previsão

O sistema de previsão de cheias inclui um conjunto de tarefas que devem ser

realizadas repetidamente. De seguida apresenta-se um esquema simples do modo de

funcionamento deste sistema juntamente com uma explicação resumida de cada um dos

parâmetros.


79

O WeatherUnderground, é utilizado para leitura de dados de dias ou meses

anteriores com exportação para o software Sobek de maneira a manter o modelo o mais

próximo possível da realidade no início da previsão.

Ugrib, usado para a previsão de precipitações com importação a partir do Sobek

destes mesmo dados para que se possa determinar se pode ou não provocar cheias.

Manutenção passa por uma constante atualização de dados no modelo que se

encontram no WeatherUnderground.

A verificação dos resultados do modelo é feita no local onde está situada a

estação hidrométrica Ponte Brandão representada na figura 40. Esta verificação pode ser

realizada de duas formas.

A mais rápida e prática mas menos precisa, utilizada em situações de alguma

urgência ou quando as condições atmosféricas/locais não permitem de outra forma,

consiste em tirar uma foto do local. Como já foi referido no capítulo anterior, esta área

foi alvo de um trabalho de campo mais pormenorizado, que nos permite com a ajuda de

uma foto e do autocad estimar a altura da água naquele ponto.

Na figura 44 temos todas as medições desde a estação até á ponte que a

antecede, necessárias para implementar este processo. Com as medições realizadas

coloca-se a fotografia no autocad á escala e mede-se a altura da água até um ponto de

referência. Sabendo a altura da água vamos à curva de vazão da estação representada na

figura 43, substituímos a incógnita correspondente e conhecemos o caudal. Esse caudal

vai ser comparado com o caudal resultante do modelo.

Outra forma de verificar o caudal é aplicar o principio de que o caudal é igual a

velocidade a multiplicar pela área da secção onde ocorre o escoamento, ora se temos a

distância entre a estação e a ponte, temos a largura do canal e conhecemos a altura da

água basta-nos estimar a velocidade entre a estação e a ponte, para sabermos o caudal

naquele instante para se comparar com os resultados do modelo. A velocidade pode ser

medida através de métodos expeditos, como por exemplo, a utilização de flutuadores

(materializados com materiais existentes no local) ou objetos não poluentes lançados

neste e medir o tempo que demora a percorrer essa distância ou então recorrer-se a

instrumentos como correntómetros.

Capítulo - 5

80

Com o constante crescimento da cidade de Guimarães e consequente aumento

das zonas impermeáveis será preciso uma monitorização para garantir que o modelo se

mantem atualizado. Se necessário procede-se a alterações nos parâmetros de calibração.

De seguida apresenta-se de forma resumida o modo de funcionamento do

sistema de previsão criado para a bacia do rio Selho.

Figura 42-Resumo do funcionamento do sistema de previsão para a bacia do Selho

Sistema previsão

Selho

Manutenção

Alerta

Verificação Atualização

Ugrib

Underground


81

Figura 43- Curva de Vazão da estação Ponte Brandão

Na figura 44 encontram-se as medições realizadas na área crucial deste sistema . Não

só a estação foi alvo de medições como toda a secção até à passagem hidráulica

inclusive estiveram sujeitas a este trabalho de campo.

Capítulo - 5

82

Figura 44-Medições do trabalho de campo

Capítulo - 5

83

Um sistema de previsão e alertas de inundações tem como objetivo principal

informar e avisar as autoridades responsáveis e a população quando existe a

possibilidade de chuvas intensas que façam com que o rio galgue as margens e possa

provocar perdas humanas ou materiais.

A verificação do sistema criado no âmbito deste trabalho passou pela utilização

da informação existente nas estações do site underground (wunderground, 2013), a

partir do qual é feita uma atualização dos dados meteorológicos e posteriormente

realizadas simulações no modelo Sobek com esses mesmos dados, para desta forma

manter o modelo no início da previsão com condições iniciais próximas das reais . Em

simultâneo é efetuada uma monitorização do caudal e dos níveis existentes no rio Selho

na estação de Ponte Brandão garantindo assim que o modelo se encontra atualizado.

As previsões da precipitação são obtidas a partir do programa Ugrib (Grib,

2013). Com este software é possível descarregar ficheiros com a extensão .grb que

possuem informação de previsões de precipitação para um horizonte de 7 dias. Estas

previsões são exportadas para o software Sobek para se proceder às simulações. Quando

se prevê que o caudal resultante possa provocar cheias poderão ser emitidos alertas via

SMS e correio eletrónico. Futuramente deve ser realizada a comparação dos valores

reais com os valores simulados garantindo que o modelo permanece fiável. Se

necessário procede-se a alterações nos parâmetros de calibração.

Weather Underground é um sistema complexo com estações espalhadas pelo

mundo. Estas estações fazem previsões meteorológicas e armazenam dados históricos.

As estações podem incluir um termómetro, barómetro (pressão atmosférica),

anemómetro (velocidade do vento) e higrómetro (medir teor de humidade). Estações

mais sofisticadas podem medir o índice UV, humidade, temperatura do solo e da água.

Na zona de Guimarães existem 3 estações, a de Mesão Frio, escola secundária Caldas

das Taipas e a de Fermentões onde podemos ter acesso a toda a informação dos dados

mencionados anteriormente com diferentes resoluções temporais. No nosso caso apenas

nos interessa os dados históricos de precipitações para se poder inserir no modelo, ora

como os dados aparecem em forma gráfica ou por tabelas (figura 45 e 46) é preciso

escolher a opção " Arquivo delimitado por vírgulas", ficando com o aspeto da figura 47,

permitindo desta forma que os dados possam ser copiados para um folha de cálculo

Excel. Já no Excel, para que os dados sejam apresentados de uma forma mais agradável

Capítulo - 5

84

e seja prático trabalha-los, escolhe-se "Dados-Texto para colunas-Delimitado-Vírgulas"

ficando assim com os dados alinhados por linhas e colunas.

Figura 45- Dados em forma gráfica(wunderground, 2013)


85

Figura 46- Dados em forma numérica (wunderground, 2013)

Figura 47- Dados delimitado por vírgulas (wunderground, 2013)

Grib é o formato usado pelos institutos de meteorologia em todo o mundo para

partilhar e manipular dados. No passado, para ter acesso e visualização de dados

meteorológicos GRIB era necessário uma combinação complicada de conhecimento

técnico e software dispendioso. GRIB.US é uma empresa que permite aos utilizadores

extrair de forma interativa os seus próprios arquivos GRIB personalizados e adaptados

conforme as necessidades. GRIB.US também disponibiliza um software fácil de usar

para que se possa analisar os dados de previsões para qualquer lugar do mundo. Este

software é grátis e pode ser obtido no site oficial. A obtenção de dados através do Ugrib

Capítulo - 5

86

é rápida e simples: no menu Data Selector selecionamos a área de estudo e grava-se em

"Save Area Settings" para desta forma memoriza-la facilitando ainda mais o processo.

Com a data memorizada, no menu Data Viewer, basta selecionar "Load Area Settings" e

"Download Grib File" fazendo assim o download de um ficheiro com a extensão .gbr.

Abrindo este ficheiro e escolhendo "Show Meteogram" temos a informação pretendida.

Na figura 48 temos a localização da bacia hidrográfica do Selho por comparação

com uma imagem Google Earth.

Na figura 49 temos como são representados os resultados gráficos no UGRIB.

Figura 48- Localização da bacia do Selho no UGRIB(Grib, 2013)


87

Figura 49- Resultados do UGRIB(Grib, 2013)

Num futuro próximo este modelo poderá ser colocado numa plataforma web

como é o caso do Delf FEWS. O desenvolvimento da previsão hidrológica e sistemas de

alerta são elementos essenciais nas estratégias de prevenção de cheias e inundações a

nível nacional. Os recentes desenvolvimentos em previsões meteorológicas e recolha de

dados hidrológicos originaram um aumento do interesse na importação e processamento

de dados. Os desafios para o desenvolvimento de um sistema de previsão hidrológico

moderno e um sistema de alerta encontram-se na integração de grandes conjuntos de

dados, módulos especializados no processamento de dados e interfaces que permitam

uma fácil integração das capacidades de modelação existente. (Deltares, 2010)

No anexo C encontra-se um poster onde se encontra de forma resumida o modo

de funcionamento deste sistema.


89

6

6. Análise e discussão de resultados

Foram obtidos nesta dissertação os seguintes resultados principais: (i) resultados

de calibração do modelo, (ii) e da análise do sistema de previsão de cheias e inundações.

6.1 Resultados de calibração do modelo

O modelo hidrológico foi calibrado, tendo por base os eventos ocorridos entre 1

de Janeiro de 1981 até 30 de Setembro de 1990. Durante este período existem registos

de precipitações, caudais e níveis. Foi utilizado um intervalo de 24 horas para os

resultados com os cálculos a serem realizados de hora em hora.

Numa primeira etapa fez-se uma análise de sensibilidade através da realização

de simulações para todas as capacidades dos reservatórios (Superior e Inferior) e taxas

de drenagem para que fosse possível ter-se uma ideia mais aprofundada de como a

alteração desses parâmetros influenciaria o escoamento e os resultados. Esta informação

encontra-se no Anexo D acompanhada de alguns resultados gráficos mas relembrando

que apenas serviram para aumentar as bases para posteriormente facilitarem a

calibração. Percebendo o mecanismo e as diferenças induzidas pelas alterações dos

parâmetros , passou-se então à calibração. Foi escolhido o período de 13-6-1981 a 13-6-

1982 e o "ciclo" da calibração passa por definir capacidades ou taxas de drenagem para

os reservatórios, correr o modelo, exportar os resultados para o Excel e

comparar/analisar os valores reais medidos na estação com os resultados obtidos do

modelo; o mecanismo é repetido até se encontrarem valores aceitáveis. Os valores reais

são da estação Ponde Brandão que se encontra precisamente no final do rio Selho.

Na figura 50 é possível observar a relação caudal/altura na estação de Ponte

Brandão.

Capítulo - 6

90

Figura 50-Relação Caudal/altura medidos na estação hidrométrica

De seguida apresentam-se as combinações com melhores resultados no entanto

no Anexo E é possível observar um leque mais numeroso de simulações realizadas. O

que se apresenta é um factor que pode servir como referência para ajudar a

confirmar se o modelo está ou não bem calibrado. É obtido através da criação de um

gráfico constituído por pontos em Excel, em que, estes pontos representam os valores

históricos e os valores simulados, de seguida faz-se "adicionar uma linha de tendência".

Quanto mais próximo o se encontrar de 1 melhor.


91

Tabela 9- Valores de parâmetros de calibração utilizados para as datas 13-06-1981 e 13-06-1982

Figura 51- Comparação entre valores Históricos e simulados entre 13-06-1981 e 13-06-1982

Capítulo - 6

92

Tabela 10-Dados de precipitações entre 22-7-1981 a 16-09-1981

Observando a figura 51 é possível concluir que os valores obtidos do modelo

representam de forma quase perfeita o hidrograma de cheia em comparação com o real,

no entanto para as restantes situações fora do hidrograma de cheia o modelo apresenta

uma pequena diferença da realidade, esta situação pode ser explicada com o recurso aos

registos de precipitações. Por exemplo, ao observarmos os valores medidos no período

entre 22-07-1981 a 17-09-1981 verificamos que praticamente não choveu (nos registos

meteorológicos), mas no entanto o caudal do rio passa de 0.55 para 0.8 o

que significa que nesses dias houve alguma precipitação. Esta discrepância entre os

valores de precipitação reais e medidos também ajudam a explicar a diferença

representada no período de 24-09-1981 a 13-10-1981 pois no modelo o terreno estava

efetivamente mais "seco" do que na realidade fazendo com que o caudal resultante das

precipitações causasse pequenas diferenças no caudal total do rio.

Considerando o modelo calibrado para o período anterior procedeu-se a uma

simulação, utilizando os parâmetros da combinação 40, para o intervalo de 1 de Janeiro

de 1981 até 30 de Setembro de 1990 com o intuito de perceber se os parâmetros de

calibração teriam os mesmos resultados. Observando a figura 52 chegamos à conclusão

que o modelo não representa a realidade e que existe uma disparidade relevante entre os

valores reais e os simulados.


93

Figura 52-- Resultados da combinação 40 aplicados ao período global

Posto isto, foi necessário proceder a uma nova calibração para as datas em causa.

De seguida apresentam-se os parâmetros utilizados para a calibração com

melhores resultados bem como a comparação dos valores simulados com os históricos.

Na figura 53 temos a comparação dos resultados com os valores da estação para

o período de 1981 a 1990.

Nas figuras 54, 55 e 56 encontram-se três intervalos de tempo retirados da figura

53, onde podemos ver com mais detalhe os resultados.

No anexo F é possível ver mais alguns exemplos práticos de parâmetros usados

na calibração para o período total.

Capítulo - 6

94

Tabela 11- Valores de parâmetros de calibração utilizados para o período global com melhores resultados

Figura 53- Resultados da combinação 39 aplicados ao período global


95

Figura 54- Pormenor número 1 dos resultados para o período global


Capítulo - 6

96



97

Da análise do modelo completo podemos concluir que de uma forma geral o

modelo se encontra bem calibrado. No entanto existem 3 pontos que devem ser alvo de

uma reflexão. O ponto número 1 é o mais gravoso pois existe alguma desigualdade

entre valores reais e simulados, mas olhando com mais detalhe para a figura 54

verificamos que a diferença está relacionada com dados de precipitação. O valor do

caudal, no modelo não sofre praticamente alterações devido à precipitação fazendo com

que a precipitação ocorrida em meados de Outubro seja toda absorvida pelo solo e o

caudal resultante seja efetivamente inferior. Observando a mesma figura mas para os

dias seguintes, conferimos que os resultados voltam a estar com valores desejáveis.

Os pontos 2 e 3 apresentam algumas diferenças de valores mas observando os

registos históricos é possível chegar a soluções que facilmente contornam estas falhas.

Os dias em causa são o 17-02-1986 e 31-1-1988. Para o dia 17 o valor registado

no modelo é de 7.78 enquanto que para o 31 o valor é de 18.21 .

Consultando o quadro seguinte chegamos à conclusão que para valores de 7.78 a

altura da água rondará os 2.10 m enquanto que para os 18.21 andará perto dos

2.65 m, ora se os alertas de cheias emitidos a partir deste modelo tiverem uma margem

de erro de 30 cm todos os problemas semelhantes a estes estarão resolvidos. Neste

contexto devemos ainda colocar em causa a veracidade das precipitações nestes

períodos.

Tabela 12- Dados de caudais e níveis na estação Ponte Brandão

Data Caudal (m3/s) Nível (m)

17-02-1986 00:00 12,88 2,46

21-02-1986 00:00 7,81 2,12

31-01-1988 00:00 22,87 2,83

01-02-1988 00:00 17,13 2,58

Capítulo - 6

98

Nas figuras 57 e 58 é possível observar em pormenor 2 anos diferentes do

modelo onde o hidrograma de cheia no modelo e na realidade apresentam um

comportamento muito semelhante.

Com vista a colmatar as falhas existentes nos períodos mais secos realizou-se

uma calibração extra. Para esta calibração foram escolhidas duas datas ao acaso e foram

realizadas simulações para tentar recriar o período de verão e o primeiro hidrograma de

cheia. As datas selecionadas foram as de 16-06-1988 a 13-03-1989 e 22-04-1989 a 30-

11-1989. De seguida apresentam-se as representações gráficas e os parâmetros

utilizados. Na tabela 13 comparam-se as taxas usadas anteriormente, equivalentes à

combinação 39, com as utilizadas nesta fase.

Com esta calibração extra pretende-se colmatar possíveis falhas que possam

ocorrer num ano de seca extrema com largos períodos sem precipitação que faça com

que todos os reservatórios do modelo fiquem "vazios". Nos resultados do modelo, as

primeiras chuvadas do ano seriam absorvidas o que pode não acontecer na realidade.

Outro dos fatores que contribui para a criação desta nova calibração foi a

ausência de estudos sobre as percentagens das áreas impermeáveis e permeáveis da

bacia do Selho que servissem para determinar as capacidades dos reservatórios.

Como as capacidades dos reservatórios foram determinadas através das

simulações e com a ajuda dos registos históricos, desta forma estamos assim a garantir

alguma segurança.

Figura 57- Resultados para a primeira data simulada


99

Figura 58-Resultados para a segunda data simulada

Capítulo - 6

100

Tabela 13-Parâmetros de calibração utilizados para anos Húmidos e secos

Figura 59- Comparação entre as combinações de Verão e Inverno

101

Da observação das figuras 57 e 58 concluímos que para as capacidades dos

reservatórios e para as taxas de drenagem utilizadas o modelo é capaz de representar de

forma exemplar a realidade. Após a conclusão do processo de calibração nas datas em

causa procedeu-se a simulação para o período de 01-01-1981 a 30-09-1990.

Na tabela 13, encontram-se os dados para cada um dos casos, calibração em anos

secos e húmidos. Comparando os valores de cada cenário é percetível que existe uma

diminuição das capacidades superiores e um aumento das capacidades inferiores dos

reservatórios juntamente com um incremento nas taxas de drenagem. Aumentando as

capacidades dos reservatórios da "lower zone" permite-nos aumentar a capacidade de

absorção do terreno garantindo assim um maior controlo sobre o caudal escoado

resultante. O aumento das taxas de drenagem agrava um pouco o pico de cheia mas por

outro lado, nos períodos mais secos, diminui valores justificado por um rápido

escoamento dos reservatórios.

Na figura 59 temos a comparação dos dois casos onde é possível observar que

efetivamente os valores para anos de seca apresentam maiores caudais nos picos do

hidrograma e menores na altura de verão.

Nesta fase tentou-se com os restantes parâmetros de calibração mencionados no

capitulo 4.4 obter melhores resultados para o modelo mas rapidamente se percebeu que

esses parâmetros em pouco ou nada melhorariam os resultados. No entanto esta

informação pode ser visualizada no anexo G.

Dada por concluída a calibração deve ainda ser referido que ao existirem dois

conjuntos de parâmetros de calibração será igualmente de esperar dois resultados

gráficos diferentes, daí que o resultado do modelo corresponderá ao gráfico resultante

da junção dos maiores valores em cada ponto.

6.2 Resultados do sistema de previsão de cheias e inundações

No decorrer desta dissertação existiu apenas um grande evento de precipitação

significativa onde fosse possível verificar a resposta do modelo em tais ocasiões. Optou-

se então por testar o modelo em situações que já existiram imaginando que nos

Capítulo - 6

102

encontrávamos naquele espaço temporal. por exemplo, imaginando que estamos no dia

26-1-1988, na tabela 14 temos a previsão de precipitação que irá ocorrer nos próximos

sete dias e assim sucessivamente para os outros exemplos.

Para o presente estudo foram escolhidas três datas de precipitação com o

objetivo de perceber a resposta do sistema aplicado a problemas de previsão. Nas

mesmas foi considerado um período de aproximadamente meio ano antes desses

mesmos eventos acontecerem para assim garantir a eficácia do modelo. Por acréscimo

foi testado para uma das datas, um período de "enchimento" de apenas 2 meses.

Antes de ser feita qualquer análise dos resultados obtidos tem que ser explicado

que o modo de funcionamento do sistema sofreu pequenas alterações para que possa ser

adaptado a este caso.

Foram consideradas as seguintes alterações

Os dados que inicialmente seriam obtidos no site WeatherUnderground

bem como a previsão de precipitação obtida no Ugrib passam a ser

recolhidos no SNIRH.

A comparação dos valores do modelo deixa de ser realizada com os

observados no local da estação Ponte Brandão para ser comparado com

os dados hidrométricos históricos dessa mesma estação.

Na tabela 14 temos a precipitação que irá ocorrer nos próximos sete dias a partir

do dia 27.

Na figura 60 compara-se os resultados do modelo com os medidos na estação

para o período de meio ano antes do evento de precipitação e na figura 61 para os sete

dias onde foi realizada a previsão.


103

Tabela 14- Previsão meteorológica entre os dias 21-01-1988 e 02-02-1988

Figura 60-Comparação gráfica de caudais entre Junho de 1987 e Janeiro de 1988

Figura 61- Comparação de caudais para os dias desde 21-01-1988 a 02-02-1988

Da análise da figura 60 podemos concluir que o modelo apresenta valores

próximos dos medidos na estação e frequentemente se encontra no lado da segurança

relativamente aos resultados. No entanto nas datas entre o dia 27 de Janeiro e o dia 2 de

Fevereiro existe uma diferença significativa entre os dados do modelo e os dados da

estação. Tais diferenças podem ser explicadas por possíveis falhas da leitura na própria

estação a nível do caudal ou erro nas precipitações. Na tabela 16 podemos observar que

as precipitações para aquelas datas são superiores no entanto o caudal observado é de

"apenas" , longe 23 registados no dia 31 de Janeiro de 1988. Admitindo

que não houve erros e que os valores são verdadeiros, existe realmente uma diferença

Capítulo - 6

104

significativa entre os valores observados e os valores simulados, contudo o alerta de

cheias seria emitido devido à grandeza dos caudais .

Na tabela 15 temos a comparação entre os valores históricos e os resultantes do

modelo onde podemos observar a diferença de resultados já verificada na forma gráfica.

Tabela 15- Comparação numérica de caudais entre os dias 21-01-1988 e 02-02-1988

Na tabela 16 temos a "previsão" meteorológica para uma semana a partir do dia

24 de Fevereiro de 1989.

Na figura 62 faz-se a comparação de resultados do modelo após a simulação

com os resultados medidos na estação para o período total de simulação e na figura 63

para os sete dias referentes à previsão.



105

Figura 62- Comparação gráfica de caudais entre Outubro de 1989 e Março de 1989

Figura 63- Comparação de caudais para os dias desde 24-02-1989 a 02-03-1989

Da observação da figura 62 podemos afirmar que o modelo não só é capaz de

simular de forma quase perfeita o período que antecede o evento de previsão mas

também o próprio evento mantendo como no caso anterior uma pequena margem de

segurança em relação aos registos . Na figura 63 vemos com mais pormenor que

realmente os valores registados na estação e os resultados retirados do modelo são

bastante próximos

Na tabela 17 apresenta-se a comparação entre os valores históricos e os que

resultante do modelo onde podemos observar a igualdade de resultados já verificada na

figura 63.

Capítulo - 6

106


O seguinte caso de estudo apresenta uma particularidade. Foram realizadas duas

simulações com diferentes intervalos de tempo antecedendo o evento de precipitação.

Para além dos habituais seis meses de antecedência em que começamos a inserir dados

no modelo, também foi escolhido um período de apenas dois meses para desta forma se

confirmar se era necessário inserir os dados com tanta antecedência. A escolha desta

data em particular para se realizar este estudo deve-se ao facto de existirem dois

hidrogramas de cheias num espaço de tempo relativamente curto como se pode ver na

figura 64.

Na tabela 18 temos a previsão meteorológica entre os dias seis e doze de Abril.


Da figura 64 é observável que mais uma vez o modelo apresenta resultados

bastante satisfatórios para o problema em questão e que de uma forma geral os valores

obtidos do modelo são ligeiramente superiores o que por si só já é uma vantagem. Na

figura 65 são visíveis de uma forma mais pormenorizada os resultados para a semana

em questão onde é possível ver o quão próximo são os resultados do modelo e os

verificados pela estação.


107

Na tabela 19 apresenta-se os mesmos resultados da figura 65 mas em forma

numérica.

Figura 64- Comparação gráfica de caudais entre Outubro de 1984 e Abril de 1988

Figura 65- Comparação de caudais para os dias desde 06-04-1985 a 12-04-1985 (1)


Na figura 66 temos os resultados obtidos com as precipitações da tabela 18 mas

aplicado a um problema em que só colocamos no programa dados com apenas dois

meses de antecedência. Da análise do gráfico facilmente concluímos que nestes casos o

Capítulo - 6

108

modelo enfrenta problemas para encontrar os resultados desejáveis. A explicação reside

no facto de para intervalos pequenos as capacidades máximas dos reservatórios não

serem atingidas e absorverem grande parte da precipitação daí que nos deparamos com

valores mais baixos do que os históricos. Verificamos ainda que a calibração para o

Verão mais facilmente apresenta caudais assinaláveis em relação á do Inverno bem

como as maiores taxas de drenagem fazem com que o escoamento ocorra de forma mais

rápida.

Figura 66- Comparação gráfica de caudais entre Fevereiro de 1985 a Abril de 1985

Na figura 67 e na tabela 20 temos os resultados em forma gráfica e numérica

respetivamente referentes aos sete dias da previsão.

Figura 67- Comparação de caudais para os dias desde 06-04-1985 e 12-04-1985 (2)


109


Aplicação de restart files

As restart files tem como principal finalidade simplificar e reduzir a carga de

trabalho resultante da colocação de dados no sistema de previsão. Por exemplo, estamos

no dia 14 de Maio e queremos fazer a previsão até dia 20 de Maio, seria necessário criar

um evento de precipitação no Sobek e colocar os dados de precipitação desde o dia 1 de

Janeiro até dia 13 de Maio para que o modelo fosse capaz de reproduzir resultados

credíveis. Depois de criado esse evento era necessário criar um segundo ficheiro onde se

colocaria a previsão de precipitação para os próximos 7 dias. Imaginando agora que por

algum motivo, no dia 16 de Maio era necessário fazer a previsão até ao dia 22, todo o

processo de criação de "New event" no Sobek para os dados passados e futuros teriam

de ser repetidos.

Uma restart file é um ficheiro onde toda a informação referente à última

simulação fica guardada e pode ser usada na simulação seguinte. Com uma restart file

teríamos igualmente de criar dois eventos no Sobek mas quando fosse necessário fazer

a projeção para o dia 16 Maio bastaria um novo evento alusivo aos dias 14 e 15 de Maio

uma vez que a simulação e os dados desde o dia 1 de janeiro até 13 de Maio já eram

conhecidos.

Outra vantagem da utilização deste método deve-se ao facto de o Sobek permitir

de forma automática criar novas files e ao mesmo tempo guardar a resultante da última

simulação. As mesmas encontram-se no menu Settings do Sobek, no módulo "Flow" e

"RR" e no sub-menu Restart files como é demonstrado na figura 68.

Capítulo - 6

110

Figura 68-Localização das restart files no módulo do Sobek

O presente estudo visava testar a credibilidade do modelo caso fossem aplicadas

as restart files. As simulações foram realizadas entre o dia 20 de Outubro de 1984 e o

dia 7 de Fevereiro d 1985 e de seguida para a previsão meteorológica entre o dia 8 de

Fevereiro até 14 de Fevereiro de 1985, só que neste caso com uma particularidade, no

fim da primeira simulação foi gravada uma restart file que foi importada na segunda

simulação como condição inicial ao invés do "dry system".

Na figura 69 temos os resultados da simulação referentes à previsão e de uma

forma geral os resultados são bastantes aceitáveis e bastante semelhantes com os

registados na estação.

Figura 69- Comparação de caudais para os dias desde 08-02-1985 e 14-02-1985


111

Na tabela 21 temos uma comparação entre os valores históricos e os simulados

com e sem a utilização de restart file. Podemos concluir que os valores simulados e

históricos estão muito próximos e os resultados com as restart files são iguais

independentemente da sua utilização. De referir que tal resultado já era espectável visto

que um restart file guarda os dados de uma simulação e aplica-os como condição inicial

numa simulação seguinte.


Na fase final desta dissertação houve ocorrência de precipitação que permitiu

pôr em prática o sistema de previsão num contexto atual, permitindo assim conferir se o

modelo está ou não apto a ser utilizado. Tal como referido anteriormente, foram

utilizados dados existentes no Weather Underground desde o dia 1-1-2013 ate ao dia

28-09-2013 para assim garantir que o modelo não se encontra completamente seco.

Na tabela 22 encontram-se os valores de previsão para os respetivos dias que

foram alvo de estudo, obtidos através do programa UGRIB , juntamente com os valores

registados no Undenground.

Deve ser referido que, os dados do Underground foram retirados no dia seguinte

ao dia em questão, visto que este valores são registados e não previstos ao contrário do

UGRIB.

Capítulo - 6

112

Tabela 22- Comparação entre os valores do Ugrib e do WeatherUnderground

A aplicação deste problema no Sobek realizou-se com a ajuda das restart files e

foi efetuado em 2 fazes. Na primeira fase, criou-se um evento de precipitação e

introduziram-se no programa os dado de precipitação "diários" do underground desde o

dia 1 de Janeiro até ao dia 29 de Setembro. Na segunda fase inseriram-se os valores de

precipitação "horários" retirados do Ugrib.

Na tabela 23 é apresentados os valores de previsão de precipitação entre os dias

29 de Setembro e 3 Outubro

Tabela 23-Valores de previsão de precipitação entre os dias 29 de Setembro e 3 Outubro

De seguida demonstra-se a aplicação de determinação dos caudais para o dia 1,

visto que foi o mais grave.

Aplicando o método da medição da velocidade

Sabendo que um objeto demora onze segundos a percorrer os quinze metros e 70

centímetros correspondentes à distância entre a ponte e a estação, aplicando uma regra

de três simples obtém-se uma velocidade de 1.427 m/s. Considerando que, devido às


113

irregularidades do canal, a velocidade média para toda a largura é de 60% do valor total,

obtém-se uma velocidade de 0.8563 m/s,

Q=V*S

Aplicando o método da curva de vazão (Figura 48)

Seria de esperar um caudal entre os 6.875 e 7.696

Na tabela 24 temos os resultados mais importantes obtidos para este problema. Da

mesma, é observável que o modelo apresenta resultados bastante satisfatórios para o

problema em estudo., visto que o caudal de cheia resultante é praticamente igual ao valor

observado pelo método da curva de vazão. Existe apenas uma pequena diferença na hora em

que o pico de cheia aconteceu no entanto, esta diferença é explicada por erros nas leituras

de precipitações que apontavam para um inicio de cheia ás 21 horas do dia 30 de Setembro

quando na realidade este aconteceu por volta das 3 da manha do dia 1 de Outubro.

Apesar de o modelo ter respondido com eficiência a este problema, este modelo

deverá ser testado em outras situações do presente para assim aumentar a segurança nos

resultados.

Tabela 24-Resultados dos caudais obtidos pelos diferentes métodos

Na figura 70 temos a fotografia tirada no dia 1 de Outubro e que foi utilizada

para determinar o caudal naquele instante

Capítulo - 6

114

Figura 70-Cheia na estação de Ponte Brandão

115

7

7. Conclusões

7.1 Conclusões

Este trabalho teve como objetivo principal a aplicação de técnicas de modelação

para a criação de um sistema de alerta de cheias e inundações com aplicação prática no

rio Selho. Ambicionou-se com este sistema arranjar uma solução para este problema

que tantos prejuízos provoca nas populações ao longo dos anos. Testou-se a capacidade

do modelo em prever situações de cheias em diferentes situações.

Para cumprir estes objetivos, houve a necessidade de construir e calibrar um

modelo hidrológico bem como estudar pontos críticos para a ocorrência de inundações

na bacia hidrográfica do Selho. Esse estudo englobou um trabalho de campo mais

específico na estação hidrométrica Ponte Brandão.

Perante os resultados obtidos e analisados, este estudo possibilitou retirar as

seguintes conclusões:

Recolha de dados

Os dados de precipitação disponíveis para a bacia do Selho são escassos

e com várias lacunas, o que limita as tarefas de calibração do modelo;

No caso de dados hidrométrico a bacia hidrográfica do Ave está bem

servida a nível de estações no entanto a maior parte delas carece de dados

ou ficou inativa precocemente; Felizmente a nível da bacia do Selho

existe uma estação junto da sua foz que permitiu a realização desta

dissertação;

Capítulo - 7

116

Modelo hidrológico

O modelo hidrológico, ainda que simples, demonstrou grande

potencialidade para simulação de escoamento no rio Selho,

aproximando-se de forma bastante aceitável dos dados registados no

SNIRH;

Trabalho de campo

Apesar das características orográficas do terreno, a constituição

geológica do solo e a elevada impermeabilidade da região serem

preponderantes para a ocorrência de cheias, através do trabalho de campo

conclui-se que a elevada obstrução do canal por parte de passagens

hidráulicas ou estrangulamentos são fatores que induzem o agravamento

dos impactos negativos das cheias no rio Selho;

Conclui-se ainda que, o aumento do nível da água no rio Selho têm

impacto direto na origem de cheias em algumas das ribeiras que nele

desaguam;

Existe um esforço por parte da camara de Guimarães e as entidades

responsáveis em diminuir os prejuízos provocados pelas inundações da

bacia do Selho através da realização de intervenções em alguns locais;

Sistema de previsão

O sistema de previsão mostrou grande eficácia nos problemas estudados,

apresentando com algum rigor caudais próximos dos registados;

Apesar dos resultados positivos deve ser referido que, por

impossibilidade das condições meteorológicas, o modelo só teve uma

aplicação nos dias de hoje; Daí ser essencial testar o modelo em mais

casos do presente para aumentar a segurança nos resultados e para

determinar se é necessário proceder a pequenas alterações.


117

7.2 Sugestões para trabalhos futuros

Como sugestões para trabalhos futuros, destaca-se a exportação do modelo

hidrológico de previsão de cheias criado no desenvolvimento desta dissertação para uma

plataforma WEB, por exemplo o Delf FEWS, possibilitando desta forma um controlo e

previsão automático na prevenção de cheias.

Relativamente à bacia do Selho e ao modelo criado, seria interessante fazer a

aplicação do modelo em mais situações de cheias nos dias de hoje para assim garantir e

confirmar as capacidade de previsão nas condições atuais.

Teria ainda particular pertinência, a realização de um estudo especifico ás

capacidades de escoamentos de algumas passagens hidráulicas existente no rio Selho

com a finalidade de conhecer os caudais limites que podem suportar antes de galgar as

margens.

Seria importante promover a construção de mais modelos de previsão de cheias

com aplicação na bacia do Ave aproveitando os dados históricos de precipitação já

trabalhados e completados no decorrer desta dissertação sabendo de antemão que a

bacia do Ave é propicia a originar estes eventos.

Bibliografia

119

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Bibliografia

122

123

A

Anexo A

124

Figura 71- Localização e listagem das estações meteorológicas e centróides (bacias).

125

Figura 72-Legenda das estações meteorológicas utilizadas para a determinação de dados

Figura 73-Percentagem das áreas de cada estação que contribuíram para a determinação dos

valores nos centróides (1 de 3)

126

Figura 74- Percentagem das áreas de cada estação que contribuíram para a determinação dos


Figura 75- Percentagem das áreas de cada estação que contribuíram para a determinação dos


127

B

Anexo A

128

Figura 76-Imagem representativa da altura da água em situações de cheias através do "lixo"

nas margens


129

Figura 78- Zona do rio Selho no local 1 em Abril sujeita a inundações

Figura 79- Zona do rio Selho no local 1 em Agosto

130

Figura 80-Zona inundável em situações de cheia devido á passagem hidráulica da figura 38.

Figura 81- Imagem representativa da altura da água em situações de cheias através do "lixo" no

sistema de proteção da tubagem

131

Figura 82-Zona inundável em situações de cheias

133

C

Anexo A

134

Figura 83-Resumo do modo de funcionamento do Sistema de previsão

135

D

Anexo A

136

Tabela 25- Alguns exemplos de parâmetros de calibração testados na fase de "Análise de sensibilidade"

137

Figura 84- Comparação de caudais para os dias desde 15-0-1991 a 12-06-1992 para diferentes combinações

139

E

Anexo A

140

Tabela 26- Alguns exemplos de parâmetros de calibração utilizados para a calibração dos anos de 1981 e 1982

141

Figura 85- Pormenor da comparação de caudais para os dias desde 02-09-1981 a 23-03-1982 para diferentes combinações

143

F

Anexo A

144

Tabela 27- Alguns exemplos de parâmetros testados para a calibração do modelo no período global

145


147

G

Anexo A

148

Tabela 28- Parâmetros de calibração testados na fase final do modelo

ZPERC REXP PFREE RSERV PCTIM ADIMP SARVA

Combinação do Modelo 10 2 0,2 0,3 0,02 0,2 0,0125 Teste 1 15 2 0,2 0,3 0,024 0,2 0,0125 Teste 2 15 4 0,2 0,3 0,024 0,2 0,0125 Teste 3 15 1 0,15 0,25 0,026 0,2 0,0125 Teste 4 15 1 0,15 0,25 0,026 0,15 0,015


Pedro Miguel Fonseca Martins - Universidade do Minho · 2014-11-21 · Pedro Miguel Fonseca Martins...

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