transporte de sal e de energia no canal do espinheiro (ria de aveiro) nuno vaz joão miguel dias...
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Transporte de Sal e de Energia no Canal do Espinheiro (Ria de Aveiro)
Nuno Vaz
João Miguel Dias (UA), Paulo Leitão (HIDROMOD)
OBJECTIVOS
• Identificação dos principais mecanismos de transporte de energia e de sal ao longo do canal do Espinheiro e sua dependência das condições fronteira
• Estudar as trocas de energia e de sal entre a Ria de Aveiro e o Oceano Atlântico e entre o rio Vouga e a Ria de Aveiro
• Estabelecimento e desenvolvimento de metodologias convencionais de amostragem de temperatura da água, salinidade e caudais
• Implementação de um modelo numérico (MOHID) para o estudo de mecanismos de transporte de energia e de sal ao longo do Canal do Espinheiro e das suas fronteiras com o exterior
ÁREA DE ESTUDO
• 11 km de Extensão
• Profundidade média de 6 metros (no seu eixo)
• Orientação Este-Oeste
• Canal de ligação entre o Rio Vouga e o Oceano Atlântico
TAREFAS
MODELAÇÃO DE PROCESSOS FÍSICOS NA RIA DE AVEIRO
AMOSTRAGEM DE GRANDEZAS FÍSICAS NA RIA DE AVEIRO
• Actualização da batimetria da Ria de Aveiro
• Construção de uma malha de passo variável
• Calibração/validação do modelo hidrodinâmico e de transporte (Mohid) (2D)
• Implementação do modelo de transporte 3D para o canal do Espinheiro
Campanhas de amostragem de:
- salinidade
- temperatura da água
- velocidade da corrente
- caudais
(campanha efectuadas no canal do Espinheiro entre Setembro de 2003 e Setembro de 2004)
CALIBRAÇÃO E VALIDAÇÃO DO MODELO HIDRODINÂMICO
• Forçamento: maré
• Malha de 568 x 429 pontos de cálculo
• Coeficientes de Manning entre 0.022 e 0.045
• Calibração feita comparando dados de alturas de água do modelo com dados observados pelo Instituto Hidrográfico em 24 estações de (dados de 1987 e 1988)
• Validação feita comparando séries observadas de altura de água e velocidade da corrente com resultados do modelo em 11 e 10 estações de amostragem, respectivamente (Verão de 1997)
• Dados de caudal observados e calculados para a embocadura da Ria de Aveiro (Outubro de 2002)
RESULTADOS
CALIBRAÇÃO DO MODELO HIDRODINÂMICO
RESULTADOS
VALIDAÇÃO DO MODELO HIDRODINÂMICO
• Comparação de séries de caudal calculado com o modelo e calculados a partir de dados de d.d.p. eléctrico (eléctrodos ligados por um cabo submarino que cruza a embocadura da Ria)
(Comparação relevante dados que a Ria apenas tem um canal de comunicação com o oceano)
VALIDAÇÃO DO MODELO HIDRODINÂMICO - Caudais
• Caudal de origem lunar (+ de 90% da energia da maré)
• Constituintes da maré: M2, M4 e O1
E = v F
IMPLEMENTAÇÃO DO MODELO DE TRANSPORTE
• Maré (constantes harmónicas de 1996 e 1997)
• Dados meteorológicos usados para o cálculo de fluxos de calor à superfície: temperatura do ar, humidade relativa, componentes u e v do vento e radiação solar (dados do NCEP)
• Fronteira aberta oceânica: séries de salinidade e de temperatura da água
• Rios: caudal fluvial, salinidade e temperatura
• comparação de séries de salinidade e temperatura da água em 7 estações (calibração) e 11 estações de amostragem (validação) (Julho de 1996 e Junho de 1997)
RESULTADOS
CALIBRAÇÃO DO MODELO DE TRANSPORTE
CONCLUSÃO GERAIS
• No geral, os resultados mostram que o modelo consegue reproduzir a propagação da onda de maré na Ria de Aveiro
• Resultados de caudal obtidos com o cabo submarino funcionam como uma ferramenta válida para a calibração e validação de modelos hidrodinâmicos
• Resultados dos níveis são sobretudo influenciados por problemas de batimetria ou por uma malha de 40 m não conseguir resolver bem zonas com largura inferior
• Salinidade e temperatura da água na Ria de Aveiro são fortemente influenciadas pelas condições fronteira
… Apesar de tudo…
“Os resultados mostram que, no geral, foi conseguida uma boa implementação do modelo (hidrodinâmico e de transporte) e considera-se o modelo bem calibrado e validado para a Ria de Aveiro!!”
Nuno, Março de 2005
AMOSTRAGEM DE GRANDEZAS FÍSICAS (TRABALHO DE CAMPO)
• Campanhas de amostragem de salinidade, temperatura da água, velocidade da corrente e de caudais (Setembro de 2003 a Setembro de 2004)
• 10 secções de amostragem (1 km entre secções)
• perfis de salinidade, temperatura da água e velocidade da corrente
• Amostragem efectua-se em períodos de máxima amplitude de maré (marés vivas) e no período de mínima amplitude de maré seguinte (marés mortas)
(inicio: 1h 40 min depois da hora de baixa-mar prevista para a Barra de Aveiro)
CAUDAIS
LOCAL DE AMOSTRAGEM
• Amostragem realiza-se 3 horas depois da hora de baixa-mar prevista para a Barra de Aveiro
• Divisão da secção do rio Vouga em segmentos de 2 metros
• Medição de velocidade da corrente a 60% da coluna de água
SALINIDADE – caudal fluvial baixo (02/10)/elevado (05/12) (marés mortas)
Espinheiro
Channel
Vouga R iver
Atla
ntic
Oce
an
A veiro
S. J
acin
to C
hann
el
8º45'
38 '
41 '
40 '
37 '
40º42'
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4.0
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12.0
16.0
20.0
24.0
28.0
32.0
36.0
Sal
inity
02/10/2003 surface
6.11 m s3 -1
Espinheiro
Channel
Vouga R iver
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ntic
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S. J
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Sal
inity
02/10/2003 m id-water
6.11 m s3 -1
Espinheiro
Channel
Vouga R iver
Atla
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S. J
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28.0
32.0
36.0
Sal
inity
02/10/2003channel bed
6.11 m s3 -1
Espinheiro
Channel
Vouga R iver
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A veiro
S. J
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to C
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el
8º45'
38 '
41 '
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0.0
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20.0
24.0
28.0
32.0
36.0
Sal
inity
05/12/2003 surface
115.97 m s3 -1
Espinheiro
Channel
Vouga R iver
Atla
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A veiro
S. J
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32.0
36.0
Sal
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05/12/2003 m id-water
115.97 m s3 -1
Espinheiro
Channel
Vouga R iver
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32.0
36.0
Sal
inity
05/12/2003channel bed
115.97 m s3 -1
Campos longitudinais de salinidade (Outono de 2003)
Campos longitudinais de temperatura (Outono de 2003)
DADOS OBSERVADOS Vs DADOS DO MODELO
Vouga R iver
Atla
ntic
Oce
an
A veiro
S. J
acin
to c
hann
el
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38 '
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0
2
4
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28
Sal
inity
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(a)
Vouga R iver
Atla
ntic
Oce
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18
20
22
24
26
28
Sal
inity
115.97 m s3 -1
(b)
Campos longitudinais de salinidade e de temperatura da água observados integrados na vertical Versus Resultados Mohid 2D
Vouga R iver
Atla
ntic
Oce
an
A veiro
S. J
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8º45 '
38 '
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37 '
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11.0
11.2
11.4
11.6
11.8
12.0
12.2
12.4
12.6
12.8
13.0
13.2
13.4
13.6
13.8
14.0
Te
mpe
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re [º
C]
115.97 m s3 -1
(c)
Vouga R iver
Atla
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S. J
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8º45'
38 '
41'
40 '
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11.0
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11.6
11.9
12.2
12.5
12.8
13.1
13.4
13.7
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Tem
pera
ture
[ºC
]
115.97 m s3 -1
(d)
ESTAÇÃO FIXA
• Perfis verticais de salinidade, temperatura da água e velocidade da corrente
• Caracterização sazonal da laguna em termos de estrutura salina, térmica e de circulação
• Classificação do estuário em termos de circulação e de estratificação (Hansen & Rattray, 1965)
• Cálculo de fluxos de sal através de uma secção (trabalho a decorrer!!)
• Local de amostragem: Junto à foz do Rio Vouga
- EXEMPLO
- Período de amostragem: 15/01/2004 a 16/01/2004
- Intervalo de amostragem: 1h 2min (hora lunar)
- Grandezas amostradas: salinidade, temperatura da água e velocidade da corrente
- Caudal fluvial estimado: 51.8 m3s-1
- Maré: Período de marés mortas
0 5 10 15 20 250
2
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6
0
2
4
6
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14
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26
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Canal do Espinheiro
0 5 10 15 20 250
2
4
6
-1 .1-1 .0-0 .9-0 .8-0 .7-0 .6-0 .5-0 .4-0 .3-0 .2-0 .10 .00 .10 .20 .30 .40 .50 .60 .70 .80 .9
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15 /01/2004 10:30 AM
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C anal do Espinheiro
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[ºC
]
15 /01/2004 10:30 AM
16/01/2004 11:30 AM
Canal do Espinheiro
SALINIDADE
TEMPERATURA DA ÁGUA
VELOCIDADE DA CORRENTE
CONCLUSÕES GERAIS E TRABALHO FUTURO
• As propriedades hidrológicas são fortemente influenciadas pelas condições fronteira (marés, caudal fluvial e condições meteorológicas)
• Caudal fluvial elevado leva à formação de estratificação vertical. Caudal fluvial baixo leva a que o canal “se encha” de água salgada tornando-o um sistema bem misturado
• Modelo bidimensional mais ajustado para cálculos em situações de caudal fluvial pouco elevado (caudal elevado – modelo tridimensional é mais apropriado)
• Todos os resultados mostram o comportamento tipicamente estuarino do Canal do Espinheiro (circulação gravitacional)
• Implementação tridimensional do modelo hidrodinâmico e de transporte para o canal do Espinheiro (calibração e validação)
• Malha horizontal em coordenadas curvilíneas
• Acoplamento do modelo de turbulência GOTM
• Estudo da estrutura vertical da salinidade, da temperatura da água e do escoamento no canal do Espinheiro e na interface com o Oceano Atlântico