modelação da evolução da costa do furadouro (aveiro) · modelação da evolução da costa do...
TRANSCRIPT
Modelação da evolução da costa do Furadouro (Aveiro)
Diogo Filipe da Silva Fonseca
Dissertação para a obtenção do Grau de Mestre em
Engenharia Civil
Orientadores: Professor Doutor António Alexandre Trigo Teixeira Doutora Maria Amélia Vieira da Costa Araújo
Júri
Presidente: Professor Doutor Jorge Miguel Silveira Filipe Mascarenhas Proença Orientador: Professor Doutor António Alexandre Trigo Teixeira
Vogal: Doutora Filipa Simões de Brito Ferreira de Oliveira
Setembro de 2015
I
DEDICATÓRIA
Aos meus pais e ao meu irmão.
III
RESUMO
O avanço do mar em relação às praias é cada vez mais uma realidade na costa oeste Portuguesa
sendo um assunto que requer, hoje em dia, uma especial atenção, na medida em que põe em
risco a perda de território vital, muitas vezes junto a aglomerados urbanos, com consequências
ambientais e económicas para as zonas afectadas.
A acção energética do mar aliada à crescente ocupação urbana, bem como as alterações
climáticas constituem os principais problemas litorais que afectam as zonas costeiras. Deste
modo torna-se cada vez mais importante o conhecimento sobre a evolução da linha de costa a
fim de se preverem possíveis cenários futuros. Por esse motivo a modelação numérica assume
um papel importante na previsão de cenários de evolução, utilizando para o efeito o software
Littoral Processes FM através da interface gráfica MIKE Zero.
Assim, nesta dissertação, após se identificarem os parâmetros que intervêm na erosão costeira
e de se obterem os dados necessários à construção do modelo matemático, tais como o clima e
agitação marítimo, os dados topográficos e batimétricos e posições de linha de costa em três
momentos distintos, simularam-se vários cenários de evolução de linha de costa e de protecção
costeira para a zona do Furadouro (Aveiro). São investigados cenários de evolução com a
introdução de esporões e quebramares destacados e o cenário de evolução que prevê a
evolução da linha de costa sem a introdução de nenhuma obra de engenharia costeira.
Palavras – chave: Evolução da linha de costa; Furadouro; Littoral Processes FM; Erosão
costeira; Protecção costeira.
V
ABSTRACT
The sea rising over beaches has gradually become a reality of the Portuguese west coast,
requiring a particular attention, as it puts at risk the loss of vital territory, which is often located
near urban areas, whose consequences would be both environmental and economical related.
The sea energy combined with the growing urban areas near the sea, and climate changes are
the main littoral problems affecting coastal areas. Thus, it has become more and more important
to study the evolution of the coastline in order to predict possible future scenarios. For this reason,
numerical modelling has an important role in predicting evolution scenarios, using for this purpose
the Littoral Processes FM software through the graphical interface MIKE Zero.
In this thesis, after identifying the parameters involved in coastal erosion and obtained the data
needed to build the mathematical model, such the wave climate, topographic and bathymetric
data, and coastline positions in three different dates, several scenarios of coastline evolution and
coastal protection, were simulated, for the zone of Furadouro (Aveiro). Moreover, several
evolution scenarios were taken into account such as the introduction of groins and detached
breakwaters, as well as an evolution scenario that predicts the coastline evolution without any
coastal engineering work.
Key - words: Coastline Evolution; Furadouro; Littoral Processes FM; Coastal erosion; Coastline
protection.
VII
AGRADECIMENTOS
Em primeiro lugar quero deixar uma palavra muito sentida de agradecimento ao Professor Doutor
António Trigo Teixeira, por todo o acompanhamento, disponibilidade e acima de tudo por todo o
apoio dado nos momentos mais difíceis. O seu conhecimento tornou-se preponderante para
concluir este trabalho.
À Doutora Ann Jeanette Skou, Engenheira Sénior do Danish Hydraulic Institute (DHI), por todos
os esclarecimentos e sugestões em relação ao software utilizado e acima de tudo pela enorme
paciência e compreensão.
À Doutora Filipa Oliveira, investigadora do LNEC, pelos esclarecimentos fornecidos,
preponderantes para o avanço na construção do modelo computacional.
Ao Instituto Hidrográfico Português e ao Instituto Geográfico Português, pelo fornecimento dos
dados relativos ao clima de agitação marítimo e à cartografia utilizada.
Agradeço aos meus companheiros de caminhada do Técnico, pela amizade, apoio e
companheirismo sentido ao longo destes anos. Um especial agradecimento ao Eddy e à Isabel
que foram pedras muito presentes durante a elaboração desta dissertação, sempre disponíveis
para ouvir os desabafos que um trabalho deste tipo proporciona.
A todos aqueles que comigo criaram a Casa do Pilar, na pessoa do Eng. Hugo Correia, porque
é no recanto do lar que procuramos a estabilidade necessária para o dia-a-dia.
Aos meus Amigos de todo o sempre, aqueles que fazem parte de uma história, da história da
minha vida. Sem vocês o meu sorriso seria bem menos constante.
À CPMEC, por seres mais do que uma comissão e seres também uma família para mim.
O maior dos agradecimentos vai para os meus pais e especialmente para o meu irmão por serem
modelos de coragem, pelo seu apoio, incentivo e amor incondicional ajudando na superação de
todos os problemas ao longo desta caminhada. Por eles, sinto uma dívida de gratidão eterna e
por isso, a eles dedico este trabalho!
IX
ÍNDICE Dedicatória ..................................................................................................................................... I
Resumo ......................................................................................................................................... III
Abstract ......................................................................................................................................... V
Agradecimentos .......................................................................................................................... VII
Índice de Figuras .......................................................................................................................... XI
Índice de Tabelas ........................................................................................................................ XIII
Lista de Abreviaturas ................................................................................................................... XV
1 Introdução ............................................................................................................................. 1
1.1 Organização da dissertação .......................................................................................... 2
2 Fundamentação Teórica ........................................................................................................ 3
2.1 Hidrodinâmica costeira ................................................................................................. 3
2.1.1 Fenómenos Litorais ............................................................................................... 3
2.1.2 Fenómenos de transformação da onda ................................................................ 4
2.2 Definição de linha de costa ........................................................................................... 8
2.3 Transporte sedimentar .................................................................................................. 9
2.3.1 Potencial de transporte longitudinal ................................................................... 10
2.3.2 Caudais de transporte sedimentar ...................................................................... 11
2.3.3 Modelos de transporte litoral ............................................................................. 12
3 Software LITPACK by Danish Hydraulic Institute (DHI) ........................................................ 15
3.1 Considerações gerais ................................................................................................... 15
3.2 Littoral Processes FM .................................................................................................. 16
3.2.1 Transport in point ................................................................................................ 17
3.2.2 Littoral Drift ......................................................................................................... 20
3.2.3 Littoral Drift Table Generation ............................................................................ 21
3.2.4 Coastline Evolution .............................................................................................. 22
4 Caso de Estudo: Maceda – Furadouro – Torreira. Análise de dados e preparação do
modelo. ....................................................................................................................................... 25
4.1 Zona do projecto ......................................................................................................... 25
4.1.1 Áreas constituintes .............................................................................................. 29
4.2 Dados topográficos e batimétricos ............................................................................. 31
4.2.1 Dados Batimétricos ............................................................................................. 31
4.2.2 Dados Topográficos ............................................................................................. 32
4.2.3 Dados Topo-Batimétricos .................................................................................... 33
4.3 Clima de agitação marítima......................................................................................... 36
X
4.3.1 Dados da ondulação ao largo .............................................................................. 36
4.3.2 Propagação do clima de agitação marítima ........................................................ 39
4.4 Maré astronómica ....................................................................................................... 45
4.5 Obras de engenharia costeira ..................................................................................... 46
4.6 Sedimentologia............................................................................................................ 49
5 Modelo Littoral Processes FM: Calibração e validação ....................................................... 51
5.1 Calibração do modelo ................................................................................................. 51
5.1.1 Definição dos perfis transversais......................................................................... 51
5.1.2 Sedimentologia e características do fundo ......................................................... 53
5.1.3 Condições de fronteira lateral. ............................................................................ 53
5.1.4 Permeabilidade das obras marítimas .................................................................. 54
5.1.5 Resultados da calibração ..................................................................................... 55
5.2 Validação do modelo ................................................................................................... 56
5.2.1 Resultados da validação ...................................................................................... 57
6 Simulação da evolução da linha de costa em vários cenários ............................................ 59
6.1 Simulação até à presente data. ................................................................................... 59
6.2 Cenário Do Nothing ..................................................................................................... 60
6.3 Cenário de Protecção com Campo de Esporões – a proposta da Hidrotécnica
Portuguesa .............................................................................................................................. 63
6.3.1 Plano de obras ..................................................................................................... 63
6.3.2 Simulação do cenário de protecção .................................................................... 64
6.4 Cenário de Protecção com Quebramar Destacado ..................................................... 67
6.4.1 Cenário A: um quebramar destacado junto ao esporão do Furadouro Norte .... 67
6.4.2 Cenário B: um quebramar destacado junto ao esporão do Furadouro Sul ........ 70
6.4.3 Cenário C: um quebramar destacado alinhado com o esporão do Furadouro
Norte, com prolongamento do esporão do Furadouro Sul ................................................. 73
7 Considerações finais ............................................................................................................ 77
Referências Bibliográficas ........................................................................................................... 81
XI
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 2.1 – Representação esquemática de fenómenos de alteração da propagação da
agitação marítima. Adaptado de Coelho (2005). .......................................................................... 5
Figura 2.2 – Tipos de rebentação das ondas. Adaptado de US Army Corps of Engineers (1984). 7
Figura 2.3 – Caracterização genérica do efeito do défice sedimentar na propagação da erosão e
na evolução da linha de costa, desde uma situação de equilíbrio dinâmico, até uma situação de
equilíbrio estático (Pereira & Coelho, 2013). .............................................................................. 10
Figura 2.4 – Convenção adoptada para os sentidos do caudal resultante. ................................ 11
Figura 2.5 – Classificação de modelos numéricos em escalas temporais e espaciais. Adaptado
de Hanson & Kraus (1989)........................................................................................................... 12
Figura 2.6 – Movimentação da linha de costa segundo o modelo de linha (Coastal Wiki, 2014).
..................................................................................................................................................... 13
Figura 2.7 – Esquema representativo do cálculo da linha de costa através de modelos de linha
(Hanson & Kraus, 1989)............................................................................................................... 14
Figura 3.1 – Módulos do software LITPACK e as suas principais funções. Adaptado de DHI
(2014b). ....................................................................................................................................... 16
Figura 3.2 – Integração dos módulos do modelo Littoral Processes FM (DHI, 2014c). ............... 17
Figura 3.3 – Cálculo do transporte sedimentar e velocidade longo de um dado perfil. Adaptado
de DHI (2014b). ........................................................................................................................... 21
Figura 3.4 – Definição da altura activa de um perfil transversal. Adaptado de DHI (2014a). ..... 22
Figura 3.5 – Desenvolvimento junto a estruturas costeiras ao longo de 30 anos. (DHI, 2014b).23
Figura 4.1 – Área de estudo e esporões limitadores da zona – Maceda e Torreira-Murtosa.
Adaptado de (Google, 2010). ...................................................................................................... 25
Figura 4.2 – Transporte litoral sedimentar na costa noroeste portuguesa. (Gomes et al.,1981)
..................................................................................................................................................... 26
Figura 4.3 – Distribuição temporal de relatos de risco costeiro, desde 1850. (Pereira & Coelho,
2011). .......................................................................................................................................... 27
Figura 4.4 – Ocorrências relacionadas com vulnerabilidade e risco, registadas desde 1850, nas
praias do trecho costeiro Espinho – Mira. Adaptado de Pereira & Coelho (2013). .................... 28
Figura 4.5 – Classificação de vulnerabilidade, exposição e risco na área de estudo. Adaptado de
Pereira & Coelho (2013). ............................................................................................................. 29
Figura 4.6 – Trechos sedimentares costeiros na zona de estudo. .............................................. 30
Figura 4.7 – Carta Náutica Caminha a Aveiro e área de interesse neste estudo. Adaptado de
Instituto Hidrográfico (1999). ...................................................................................................... 32
Figura 4.8 – Trabalho desenvolvido em ArcMap 10.2.2 (esri, 2015). a) Modelo Digital Terrestre;
b) Imagem raster com curvas de nível. ....................................................................................... 35
Figura 4.9 – Localização da bóia ondógrafo de Leixões, adaptado de (Google, 2013) e
características da bóia ondógrafo de Leixões (Instituto Hidrográfico, 2015a). .......................... 36
Figura 4.10 – Frequência de distribuição da altura significativa de onda (Hm0). ....................... 37
Figura 4.11 – Frequência de distribuição do período de pico (Tp) .............................................. 38
Figura 4.12 – Frequência de distribuição da direcção incidente da onda (θ). ............................ 38
Figura 4.13 – Distribuição conjunta dos parâmetros Hs – θ do clima de agitação marítima ao
largo. ........................................................................................................................................... 39
Figura 4.14 – Batimetria gerada para a propagação da ondulação do largo para a costa. ........ 40
Figura 4.15 – Perfis transversais utilizados com a batimetria da zona de estudo. ..................... 41
XII
Figura 4.16 – Distribuição conjunta dos parâmetros Hs – θ do clima de agitação marítima ao
largo. a) Perfil 1; b) Perfil 2; c) Perfil 3; d) Perfil 4; e) Perfil 5; f) Perfil 6. .................................... 43
Figura 4.17 – Comparação da altura de onda obtida na simulação de propagação da onda para
os 6 perfis definidos, para os primeiros 25 dias de simulação.................................................... 44
Figura 4.18 – Níveis de maré e planos de referência adoptados pelo Instituto Hidrográfico
(Instituto Hidrográfico, 2015b). .................................................................................................. 45
Figura 4.19 – Registo de maré astronómica do dia 27/12/2011 das 18h00 às 21h00 do dia
31/12/2011, obtido pelo software WXTide32. ........................................................................... 46
Figura 4.20 – Obras costeiras existentes na zona de estudo, datadas de 1996. ........................ 46
Figura 4.21 – Esporão de Maceda. Visita ao local (5/9/2015). ................................................... 47
Figura 4.22 – Esporão do Furadouro Norte. Visita ao local (5/9/2015). ..................................... 47
Figura 4.23 – Furadouro. Visita ao local (5/9/2015). a) Esporão do Furadouro Norte e Defesa
Frontal Aderente do Furadouro Centro b) Esporão do Furadouro Sul. ....................................... 48
Figura 4.24 – Esporão da Torreira. Visita ao local (5/9/2015). ................................................... 48
Figura 5.1 – Perfis transversais ao longo do trecho em análise. ................................................. 51
Figura 5.2 – Perfis transversais obtidos dos perfis transversais gerados através do Mesh
Generator. ................................................................................................................................... 52
Figura 5.3 – Perfil transversal 1, gerado através do Mesh Generator. ....................................... 53
Figura 5.4 – Posição da linha de costa obtida no processo de calibração. ................................. 55
Figura 5.5 – Velocidade da corrente e altura de onda, para o perfil transversal 1, obtido na fase
de calibração do modelo. ............................................................................................................ 56
Figura 5.6 – Linha de costa obtida na validação do modelo ....................................................... 57
Figura 6.1 – Linha de costa para a simulação até à data presente (1/1/2016). .......................... 59
Figura 6.2 – Cenário Do Nothing. Posições de linha de costa obtidas de 10 em 10 anos. .......... 62
Figura 6.3 – Posição da linha de costa em 1/1/2016 e 1/1/2056 para o cenário Do Nothing. ... 62
Figura 6.4 – Cenário de protecção com campo de esporões. Posições da linha de costa obtidas
de 10 em 10 anos. ....................................................................................................................... 66
Figura 6.5 – Posição da linha de costa em 1/1/2016 e 1/1/2056 para o cenário de Protecção
com campo de esporões. ............................................................................................................ 66
Figura 6.6 – Cenário A de protecção com quebra-mar destacado. ............................................ 67
Figura 6.7 – Cenário A de protecção com quebramar destacado. Posição da linha de costa
obtida de 10 em 10 anos. ............................................................................................................ 69
Figura 6.8 – Posição da linha de costa a 1/1/2016 e 1/1/2056 para o cenário A e para o Cenário
Do Nothing. ................................................................................................................................. 69
Figura 6.9 – Localização do quebramar destacado simulado no Cenário B de Protecção com
Quebramar Destacados............................................................................................................... 70
Figura 6.10 – Resultados da simulação do Cenário B – Protecção com 3 Quebramar Destacados
..................................................................................................................................................... 72
Figura 6.11 – Comparação entre a linha de costa de 1/1/2016 a 1/1/2046 para o cenário B de
protecção com quebramar destacado e o cenário Do Nothing. ................................................. 72
Figura 6.12 – Cenário C: quebramar destacado alinhado com os esporões do Furadouro. ....... 73
Figura 6.13 – Cenário C. Posições de linha de costa obtidas de 10 em 10 anos. ........................ 75
Figura 6.14 – Posição de linha de costa a 1/1/2016 e 1/1/2056, para o cenário C, cenário de
prolongamento do esporão do Furadouro Norte e cenário de protecção com quebramar
destacado no Furadouro Centro. ................................................................................................ 75
XIII
ÍNDICE DE TABELAS
Tabela 2.1 – Características das ondas, segundo a teoria linear. Adaptado de US Army Corps of
Engineers, (1984). ......................................................................................................................... 4
Tabela 3.1 – Informação necessária e obtida do módulo Transport in Point. ............................ 19
Tabela 3.2 – Informação necessária e obtida na execução do módulo Littoral Drift. ................ 20
Tabela 4.1 – Unidades de Litoral abordadas no caso de estudo. Adaptado de SNIRLit (2014). . 27
Tabela 4.2 – Taxas médias anuais de variação da posição da linha de costa (em metros/ano),
entre Maceda e Torreira. Recuo assinalado com sinal negativo e acreção com sinal positivo.
Adaptado de Pereira & Coelho (2011). ....................................................................................... 28
Tabela 4.3 – Trechos sedimentares costeiros. ............................................................................ 30
Tabela 4.4 – Definição das coordenadas de trabalho. Adaptado de Direcção-Geral do Território
(2013b). ....................................................................................................................................... 31
Tabela 4.5 – Características da Carta Náutica Caminha a Aveiro (Instituto Hidrográfico, 1999).
..................................................................................................................................................... 31
Tabela 4.6 – Características dos dados topográficos (INAG/IGeoE, 1996, 2001). ...................... 33
Tabela 4.7 – Dados LiDAR. Características dos dados topo-batimétricos (Direcção-Geral do
Território & SNIG, 2014). ............................................................................................................. 34
Tabela 4.8 – Características do sistema de referência PT-TM06/ETRS89 (Direcção-Geral do
Território, 2013c). ....................................................................................................................... 34
Tabela 4.9 – Parâmetros de transformação de Bursa–Wolf do sistema PT-TM06/ETRS89 para o
sistema Hayford Gauss Datum 73. (Direcção-Geral do Território, 2013a). ................................ 35
Tabela 4.10 – Categorização da série original de ondas. Adaptado de Di Bona (2013).............. 36
Tabela 4.11 – Perfis transversais utilizados na simulação de propagação da onda. .................. 40
Tabela 4.12 – Estatística dos parâmetros hidrodinâmicos obtidos na simulação da propagação
da onda. ....................................................................................................................................... 42
Tabela 4.13 – Coordenadas de localização das obras costeiras existentes na zona de estudo. . 49
Tabela 5.1 – Perfis transversais utilizados no módulo de transporte litoral............................... 52
Tabela 5.2 – Obras costeiras na zona de estudo. ........................................................................ 54
Tabela 6.1 – Deriva litoral para o período de simulação (1996-2016). ....................................... 60
Tabela 6.2 – Cenário de Protecção com campo de esporões. Localização das obras simuladas no
estudo da Hidrotécnica Portuguesa. ........................................................................................... 64
Tabela 6.3 – Localização do quebramar destacado do Furadouro Norte. .................................. 68
Tabela 6.4 – Localização do quebramar destacado do Furadouro Sul. ....................................... 70
Tabela 6.5 – Localização do quebramar destacado do Furadouro Centro. ................................. 74
XV
LISTA DE ABREVIATURAS
𝐶𝑔𝑏 Velocidade de grupo da onda na zona de rebentação (m/s)
𝐸𝑏 Energia da onda na linha de rebentação (J)
𝐻0′ Altura da onda em águas profundas na ausência de refracção (m)
𝐻𝑏 Altura de onda na rebentação (m)
𝐾𝑟 Coeficiente de refracção (-)
𝐾𝑠 Coeficiente de empolamento (-)
𝐿0 Comprimento de onda em águas profundas (m)
𝐿𝐵 Comprimento do quebramar destacado (m)
𝑄𝐿 Caudal sólido resultante do sentido: direita – esquerda (m3/s)
𝑄𝑅 Caudal sólido resultante do sentido: esquerda – direita (m3/s)
𝑄𝑔𝑟𝑜𝑠𝑠 Caudal sólido total que atravessa uma secção transversal, num
determinado período de tempo (m3/s)
𝑄𝑛𝑒𝑡 Saldo do caudal sólido que atravessa uma secção transversal, num
determinado período de tempo (m3/s)
𝑈𝑓 Velocidade de arrastamento instantânea (m/s)
𝑋𝐵 Distância do quebramar destacado à linha de costa (m)
𝑏0 Espaçamento entre raios de onda em águas profundas (m)
𝑐0 Celeridade da onda em águas profundas (m/s)
𝑐𝑔 Velocidade de grupo (m/s)
𝑐𝑠 Concentração de sedimentos (g/L)
𝑑50 Diâmetro nominal mediano dos sedimentos (m)
𝑑𝐵 Altura média da berma acima do NMM ou cota de berma (m)
𝑑𝐶 Profundidade de fecho (m)
𝑑𝑏 Profundidade de água na zona de rebentação (m)
𝑑𝑠 Diâmetro nominal genérico de uma partícula (m)
XVI
𝑑𝑠 Limite espacial da simulação / medição (s)
𝑘𝑁 Rugosidade de Nikuradse (m)
𝑘𝑏 Índice de rebentação (-)
𝑞𝑏 Caudal sólido transportado por arrastamento (m3/s/m)
𝑞𝑏1 Caudal sólido transportado por arrastamento, na direcção do escoamento
(m3/s/m)
𝑞𝑏2 Caudal sólido transportado por arrastamento, na direcção perpendicular
ao escoamento (m3/s/m)
𝑞𝑠 Caudal sólido transportado em suspensão (m3/s/m)
𝑞𝑡 Caudal sólido total (m3/s/m)
𝑡𝑠 Tempo de simulação / medição (s)
𝛼𝑏 Ângulo de rebentação da onda, em relação à linha de costa (º)
𝜃′𝑓 Parametro de Shileds determinado para um fundo plano (-)
𝜃𝑐 Parâmetro crítico de Shields (-)
𝜃𝑓 Parâmetro instantâneo de Shields (-)
𝜙𝑏 Parâmetro adimensional de transporte de (-)
𝜙𝑏1 Parâmetro adimensional de transporte de fundo na direcção do
escoamento (-)
𝜙𝑏2 Parâmetro adimensional de transporte de fundo na direcção perpendicular
ao escoamento (-)
x Número de Iribarren (-)
휀𝑠 Coeficiente de difusão de sedimentos para escoamentos turbulentos
(m2/s)
𝜐 Viscosidade cinemática (m2/s)
𝐸 Coeficiente de transferência de quantidade de movimento (-)
𝐻 Altura de onda (m)
𝐿 Comprimento de onda (m)
𝑃𝑙 Potencial de transporte longitudinal (m3/s)
𝑇 Período da onda (s)
XVII
𝑏 Espaçamento entre raios de onda (m)
𝑐 Celeridade da onda (m/s)
𝑑 Profundidade de água (m)
𝑔 Aceleração da gravidade (m/s2)
𝑞 Caudal respeitante às fontes e sumidouros (m3/s/m)
𝑠 Densidade relativa do material de fundo (-)
𝑤 Velocidade de sedimentação das partículas (m/s)
𝑥 Coordenada longitudinal (m)
𝑦 Posição da linha de costa em relação à linha de base (m)
𝑧 Coordenada espacial vertical (m)
𝛽 Declive do fundo (-)
𝛿 Declividade da onda (-)
𝜂 Nível de superfície livre da onda (m)
𝜃 Ângulo de incidência da onda (⁰)
𝜌 Massa volúmica da água (kg/m3)
𝜑 Direcção instantânea do escoamento (-)
1
1 INTRODUÇÃO
“Mar pode engolir quase 100 metros da costa de Aveiro”, retirado do jornal Expresso de 9 de
Novembro de 2012.
Portugal é um país com bastante tradição marítima e muito enraizado com a vivência junto à
costa tendo por isso, hoje em dia, razões a todos os níveis (políticos, económicos, sociais e
científicos) para considerar o mar como um sector prioritário. A costa noroeste Portuguesa é hoje
um centro turístico muito importante devido às suas condições para a prática balnear e pela sua
riqueza ambiental e económica, beneficiando de uma extensa linha costeira, sendo por isso uma
mais-valia a sua preservação. A problemática da erosão costeira vem pôr em causa essa
preservação uma vez que surge associada à destruição de património, criando por vezes, um
sentimento de insegurança.
É conhecido o sentimento de que o mar, ao longo do tempo, vai ganhando terreno em relação
às praias, estando a preservação da costa portuguesa cada vez mais em foco devido aos
impactos causados por tal destruição.
Essa preservação depende, em primeiro lugar, do conhecimento dos factores que influenciam a
evolução da linha de costa a médio e longo prazo. Ainda que esta apresente uma variação natural
devido ao carácter de sazonalidade das ondas, ventos e marés (fenómeno sem importância
significativa face à realidade dos problemas), a erosão costeira tem como principais origens a
construção de obras de engenharia costeira, as dragagens, o défice de fornecimento sedimentar
por parte das bacias hidrográficas, a retenção dos sedimentos em barragens, as alterações
climáticas – que conduzem a um significativo e progressivo aumento do nível médio do mar – e
o forte clima de agitação marítimo.
Os problemas litorais relacionados com a evolução costeira, a curto e longo prazo –
consequências de fenómenos efémeros ou permanentes no tempo – são cada vez mais objecto
de estudo por parte dos investigadores, dadas as características únicas da orla costeira, bem
como pela crescente ocupação urbana junto à faixa litoral.
Como instrumento de auxílio na investigação desta temática, a modelação numérica assume um
importante papel no estudo da erosão costeira, na medida em que a relação entre a velocidade
de resposta dos modelos matemáticos e a sua fiabilidade, ainda que associada a muitas
limitações, transforma a modelação numérica numa poderosa ferramenta de previsão, gestão e
apoio à decisão da zona costeira.
Apesar de toda a costa oeste portuguesa ser fortemente fustigada por eventos climáticos, a zona
do Furadouro, constituída principalmente por praias arenosas, tem sido uma das mais atingidas
pelo fenómeno da erosão. Por esse motivo, definiu-se o trecho: Maceda – Furadouro – Torreira,
2
como objecto de estudo, a fim de compreender os fenómenos litorais e propor soluções de
protecção com obras de engenharia costeira com o objectivo de atenuar a tendência de erosão
verificada.
Deste modo, promove-se a análise da evolução da posição da linha de costa da zona do
Furadouro, para diferentes cenários de previsão. A investigação será baseada em 3 cenários: o
cenário Do Nothing, no qual nenhuma intervenção é feita na zona costeira a nível de obras de
protecção; o cenário de protecção com campo de esporões previsto pela empresa Hidrotécnica
Portuguesa no seu estudo de 1981; e o cenário de protecção com recurso a quebramares
destacados.
“Não prever, é já lamentar.” Leonardo da Vinci
1.1 Organização da dissertação
Esta dissertação encontra-se organizada em 7 capítulos, sendo o primeiro respeitante à
introdução, enquadramento e objectivos deste trabalho, para além desta descrição da
organização da dissertação.
O segundo capítulo é respeitante à fundamentação teórica, nomeadamente os princípios teóricos
básicos à compreensão desta dissertação. Este capítulo compreende três subcapítulos
fundamentais para o estudo da evolução da linha de costa: o estudo da onda e da hidrodinâmica
costeira, o estudo da linha de costa e da sua evolução e, por último, a compreensão do transporte
sedimentar e a sua dinâmica.
O capítulo 3, respeitante ao software utilizado nesta dissertação, aborda o modelo computacional
utilizado, Littoral Processes FM, as suas componentes e os módulos usados.
No quarto capítulo apresenta-se o caso de estudo e a análise dos dados necessários à
construção do modelo numérico, nomeadamente os dados de batimetria, topografia, os dados
do clima de agitação marítima, marés e dados referentes aos sedimentos.
O capítulo 5 apresenta o processo de preparação, calibração e validação do modelo numérico.
São apresentados todos os parâmetros introduzidos para a sua calibração e, através de posições
conhecidas da linha de costa, em dois momentos temporais distintos, procede-se à validação do
modelo.
O sexto capítulo é referente às simulações e aos resultados obtidos para vários cenários de
simulação. A análise de resultados e comparação é também abordada neste capítulo.
Por último, no sétimo capítulo são apresentadas as principais conclusões do trabalho realizado,
bem como são enumeradas sugestões para trabalhos futuros que permitam melhorar os
resultados e as conclusões obtidas nesta dissertação.
3
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Neste capítulo apresentam-se os principais conteúdos teóricos necessários à compreensão
deste trabalho sendo que a informação será apresentada de uma forma sucinta e objectiva. A
primeira parte compreende o estudo da onda e da hidrodinâmica costeira, seguido do estudo da
linha de costa e da sua evolução. Por último apresenta-se a informação relativa ao transporte
sedimentar e à sua dinâmica.
2.1 Hidrodinâmica costeira
A hidrodinâmica costeira refere-se à parte dos processos costeiros relacionados com a
propagação, transformação e dissipação da onda, alterações de níveis de água, marés e
correntes no sistema. A propagação da onda, do largo para a costa, requer a consideração de
vários fenómenos de alteração dos parâmetros da onda como o empolamento, a refracção, a
rebentação, etc. Esta propagação é, hoje em dia, efectuada com recurso a modelos matemáticos
tais como SWAN ou MIKE que exigem a introdução de um conjunto de dados de entrada como
espectros de energia e de frequência e permitem a obtenção de parâmetros como a altura
significativa, o período da onda e a sua direcção média incidente.
2.1.1 Fenómenos Litorais
Uma onda genérica é caracterizada pela sua altura, a altura de onda, 𝐻, definida pela distância
vertical duma cava à crista imediatamente posterior; pelo comprimento de onda, 𝐿, definido pela
distância horizontal entre duas cristas ou duas cavas consecutivas; e pelo período da onda, 𝑇,
definido pelo intervalo de tempo que compreende a passagem de duas cristas consecutivas por
um dado ponto fixo.
A velocidade de propagação de uma onda é definida pela celeridade da onda, 𝑐. Esta traduz a
velocidade com que se propaga a forma da onda e é dada pela seguinte equação.
𝑐 =𝐿
𝑇
(2.1)
A relação entre a celeridade e o comprimento de onda, com a profundidade do local pode ser
traduzida, de acordo com a teoria linear, pela seguinte equação (US Army Corps of Engineers,
1984):
𝑐 = √𝑔𝐿
2𝜋tanh (
2𝜋𝑑
𝐿)
(2.2)
Onde 𝑑, define a profundidade de água e 𝑔, a aceleração da gravidade.
4
Ao quociente entre a altura de onda, 𝐻, e o comprimento de onda, 𝐿, designa-se declividade da
onda, 𝛿. Tem um papel importante no fenómeno da rebentação e define-se por:
𝛿 =𝐻
𝐿
(2.3)
A teoria linear de onda constitui uma teoria bastante complexa e, na Tabela 2.1, adaptada de US
Army Corps of Engineers (1984), apresentam-se, sumarizadas as suas características. Esta
teoria é apresentada para o caso de águas profundas, águas de transição e águas pouco
profundas, onde 𝜂 representa o nível de superfície livre da água, 𝑐0 a celeridade da onda em
águas profundas, 𝐿0 o comprimento de onda em águas profundas e 𝑐𝑔 a velocidade de grupo.
Tabela 2.1 – Características das ondas, segundo a teoria linear. Adaptado de US Army Corps of Engineers, (1984).
Águas pouco
profundas 𝐝
𝐋<
𝟏
𝟐𝟓
Águas de transição 𝟏
𝟐𝟓<
𝐝
𝐋<
𝟏
𝟐
Águas profundas
𝐝
𝐋>
𝟏
𝟐
Superfície livre da onda 𝜂 =
𝐻
2𝑐𝑜𝑠𝜃
𝜂 =𝐻
2cos [
2𝜋
𝐿−
2𝜋
𝑇] =
𝐻
2𝑐𝑜𝑠𝜃 𝜂 =
𝐻
2𝑐𝑜𝑠𝜃
Celeridade da onda 𝑐 =
𝐿
𝑇= √𝑔𝑑
𝑐 =𝐿
𝑇=
𝑔𝑇
2𝜋tanh (
2𝜋𝑑
𝐿) 𝑐 = 𝑐0 =
𝐿
𝑇=
𝑔𝑇
2𝜋
Comprimento de onda 𝐿 = 𝑇√𝑔𝑑 = 𝑐𝑇
𝐿 =𝑔𝑇2
2𝜋tanh (
2𝜋𝑑
𝐿)
𝐿 = 𝐿0 =𝑔𝑇2
2𝜋= 𝑐0𝑇
Velocidade de grupo 𝑐𝑔 = 𝑐 = √𝑔𝑑 𝑐𝑔 = 𝑛 𝑐 =1
2[1 +
4𝜋𝑑𝐿
sinh (4𝜋𝑑
𝐿)
] 𝑐 𝑐𝑔 =1
2𝑐 =
𝑔𝑇
4𝜋
2.1.2 Fenómenos de transformação da onda
A propagação da agitação marítima do largo para a costa é influenciada por diversos fenómenos.
Por um lado, pode assumir-se que as características da agitação ao largo são muito semelhantes
ao longo de uma grande extensão. No entanto estas características junto à costa assumem
condições muito próprias, na medida em que são influenciadas pelo fundo (com características
únicas em cada local) e por fronteiras sólidas como praias e obras de engenharia costeira
(Coelho, 2005).
5
De todos os fenómenos responsáveis pela transformação das características das ondas
salientam-se a difracção, a refracção, a reflexão, o empolamento, o espraiamento/refluxo e a
rebentação. A informação obtida sobre os fenómenos supra mencionados provém de U.S. Army
Corps of Engineers (2002) e alguns destes fenómenos encontram-se exemplificados na Figura
2.1.
Figura 2.1 – Representação esquemática de fenómenos de alteração da propagação da agitação marítima. Adaptado de Coelho (2005).
O fenómeno de empolamento da onda ocorre na aproximação da onda à costa, na medida em
que, quando a profundidade é cerca de metade do comprimento de onda em águas profundas,
começa a interacção da onda com o fundo. A altura da onda aumenta, o comprimento da onda
e a celeridade diminuem e assume-se que o período da onda se mantém constante.
O coeficiente de empolamento, 𝐾𝑠, referente à alteração na altura de onda é definido como:
𝐾𝑠 =𝐻
𝐻0′
(2.4)
Onde 𝐻 representa a altura da onda e 𝐻0′ a altura da onda em águas profundas na ausência de
refracção.
6
A refracção é o processo que se define como a mudança de direcção das ondas por interacção
com o fundo. Quando estas se propagam com uma determinada obliquidade em relação à
batimetria, devido à variação da celeridade com a profundidade, sofrem refracção, tendendo as
cristas a ficar paralelas às batimétricas. Esta alteração na direcção de propagação da onda
representa-se pelo coeficiente de refracção, 𝐾𝑟, definido por:
𝐾𝑟 = √𝑏0
𝑏
(2.5)
Onde 𝑏0 e 𝑏 são o espaçamento entre raios de onda em águas profundas e no local junto à costa,
respectivamente.
A difracção resulta no processo de interacção onda-estrutura, associada à transferência lateral
de energia ao longo da crista da onda. Essa transferência ocorre no sentido da zona abrigada
pela estrutura, proveniente da zona exposta directamente à ondulação, manifestando-se pelo
movimento das frentes de onda curvas, centradas no extremo da estrutura (APRH, 2007).
A reflexão define-se como a mudança de direcção da onda quando esta interage com um
obstáculo. Segundo o ângulo de reflexão, a onda, ao embater, transfere energia para o obstáculo,
perdendo capacidade energética e reflectindo outra parte dessa energia. A quantidade de
energia dissipada relaciona-se com a capacidade reflectora do obstáculo e com as suas
características físicas tais como a rugosidade, a inclinação ou a porosidade. Nos casos em que
toda a energia é directamente reflectida pelo obstáculo, o fenómeno designa-se por reflexão total,
enquanto nos casos em que existe dissipação de energia designa-se de reflexão parcial (APRH,
2007).
O espraiamento é o fenómeno que ocorre após a rebentação da ondulação e caracteriza-se por
um movimento ascendente da água através da praia. Este fenómeno é influenciado pela
capacidade de reflexão das ondas, nomeadamente através da porosidade, rugosidade e
permeabilidade das praias. Naturalmente, o espraiamento é acompanhado, de seguida, do
movimento descendente da água junto à face da praia, designando-se este fenómeno por refluxo
(APRH, 2007).
A onda, na sua propagação em direcção à costa, ao interagir com o fundo, devido à elevada
concentração de energia, instabiliza progressivamente originando o processo de rebentação. A
rebentação define-se como um processo bastante turbulento e com grande dissipação de
energia, em que é atingido o valor de declividade limite da onda. Quanto ao fenómeno de
rebentação, pode classificar-se os tipos de rebentação consoante a forma como as ondas
rebentam junto à costa. Deste modo, a rebentação classifica-se como: rebentação progressiva
(spilling), rebentação mergulhante (plunging), rebentação de fundo (surging) e rebentação
colapsante (collapsing) (US Army Corps of Engineers, 1984).
7
Os tipos de rebentação podem ser observados na Figura 2.2.
Figura 2.2 – Tipos de rebentação das ondas. Adaptado de US Army Corps of Engineers (1984).
A forma como as ondas rebentam, resultando assim nos tipos de rebentação supra mencionados,
encontram-se associadas a dois factores: a declividade da onda e o declive de fundo das praias.
Deste modo, a rebentação e os seus tipos podem definir-se de acordo o surf similarity parameter,
ou número de Iribarren, x, da seguinte forma proposta por Battjes (1974):
Rebentação progressiva: x < 0.4
Rebentação mergulhante: 0.4 < x < 2.3
Rebentação de fundo: 2.3 < x < 3.2
Rebentação colapsante: x> 3.2
O número de Iribarren, x, é determinado pela seguinte equação (APRH, 2007):
𝜉 =𝛽
√𝐻𝑏
𝐿0
(2.6)
Em que 𝛽 representa o declive de fundo da praia, 𝐻𝑏 é a altura de onda na rebentação e 𝐿0 é o
comprimento de onda em águas profundas.
8
2.2 Definição de linha de costa
“As designações de litoral, costa, faixa costeira, faixa litoral, orla costeira, zona costeira, zona
litoral, área/região costeira são utilizadas de um modo indiferenciado por especialistas de
diferentes áreas para referir porções do território de dimensões variáveis, na interface entre a
Terra e o Oceano.” (Ministério do Ambiente do Ordenamento do Território e do Desenvolvimento
Regional (MAOTDR), 2007). Os conceitos e definições das zonas junto à costa padecem de um
consenso generalizado por parte da comunidade científica tornando-se necessário estabelecer
uma premissa sobre os termos a utilizar para que estes sejam abordados de uma forma coerente
e correcta.
O documento Bases para a Gestão Integrada da Zona Costeira Nacional (Ministério do Ambiente
do Ordenamento do Território e do Desenvolvimento Regional (MAOTDR), 2007) tenta,
efectivamente, uniformizar os conceitos, propondo a seguinte definição, que será utilizada nesta
dissertação:
Litoral – termo geral que descreve porções do território que são influenciadas directa e
indirectamente pela proximidade do mar;
Zona costeira – porção de território influenciada directa e indirectamente, em termos biofísicos,
pelo mar (ondas, marés, ventos, biota ou salinidade) e que pode ter, para o lado de terra, largura
tipicamente de ordem quilométrica e se estende, do lado do mar, até ao limite da plataforma
continental;
Orla costeira – porção do território onde o mar exerce directamente a sua acção, coadjuvado
pela acção eólica, e que tipicamente se estende, para o lado de terra, por centenas de metros e,
para o lado do mar, até à batimétrica dos 30 m (englobando a profundidade de fecho);
Linha de costa – fronteira entre a terra e o mar, materializada pela intercepção do nível médio
do mar com a zona terrestre.
Surge ainda a necessidade de escrutinar a discussão sobre a variação da linha de costa tendo
em conta, tal como refere Dias et al. (1994): “o período analisado, a época do ano, o método de
análise, a extensão do período analisado, a escala e pormenor da análise e da extensão e a
variabilidade do troço costeiro em análise”.
Globalmente pode-se afirmar que a costa litoral, e consequentemente a posição da linha de
costa, são influenciadas por factores de ordem física e de ordem humana. No que respeita aos
factores de ordem físicos destaca-se o tipo de costa, os sedimentos que a constituem e o seu
relevo, como também a alteração das características dos agentes erosivos – clima de agitação
marítimo e a subida do nível médio das águas do mar.
9
Por outro lado, ao longo do século XX o abastecimento sedimentar ao litoral reduziu-se
progressivamente, porém de forma drástica, devido ao impacto de diversas actividades
antrópicas. Entre estas destacam-se a construção de barragens, a exploração de inertes, as
dragagens e as obras de engenharia costeira (Dias, 2004).
2.3 Transporte sedimentar
Ao longo da costa a carga sólida, por acção das ondas e correntes, é transportada
longitudinalmente e transversalmente causando nas praias erosão/acreção e flutuações,
respectivamente. O fenómeno de erosão não contempla as modificações sazonais que se
verificam nos perfis de praia. Ainda assim o balanço sedimentar ao longo da costa é bastante
variável.
O transporte sedimentar em ambiente marítimo é somente conseguido se as forças
hidrodinâmicas intervenientes forem capazes de iniciar o movimento das partículas sobre o leito
do mar. Dois dos critérios que definem o início do movimento incipiente de uma partícula são: o
critério da velocidade média critica e o critério da tensão crítica de arrastamento. Quando são
atingidos os valores críticos destes critérios, as partículas iniciam o seu movimento e,
consequentemente, o transporte sedimentar. Neste caso as forças hidrodinâmicas intervenientes
são a força de arrasto hidrodinâmico e a força de sustentação hidrodinâmica (Cardoso, 1998).
Segundo Cardoso (1998), as condições de movimento incipiente estão associadas ao equilíbrio
que actua sobre as partículas. Quando o fundo é constituído por material não coesivo, o peso
submerso das partículas, que se deslocam isoladamente, é a principal força resistente ao
escoamento.
Ao registar-se um défice de fornecimento de sedimentos às praias, aliado a uma constante
capacidade de transporte dos mesmos por acção das ondas e correntes, verifica-se um
desequilíbrio no balanço sedimentar, originando erosão. Esta faz com que as praias tendam a
encontrar uma nova posição de equilíbrio (Figura 2.3). Devido a um menor volume de sedimentos
a transportar para sotamar os efeitos da erosão são propagados para sul (Pereira & Coelho,
2011).
10
Figura 2.3 – Caracterização genérica do efeito do défice sedimentar na propagação da erosão e na evolução da linha de costa, desde uma situação de equilíbrio dinâmico, até uma situação de equilíbrio estático (Pereira & Coelho, 2013).
2.3.1 Potencial de transporte longitudinal
De acordo com o U.S. Army Corps of Engineers (2002), o potencial de transporte longitudinal
relaciona-se com as componentes de energia da onda responsável pelo transporte longitudinal.
O potencial de transporte longitudinal é descrito pela equação seguinte:
𝑃𝑙 = (𝐸𝐶𝑔)𝑏
𝑠𝑖𝑛𝛼𝑏𝑐𝑜𝑠𝛼𝑏 (2.7)
Onde 𝐸𝑏 representa a energia da onda na linha de rebentação e é dada por:
𝐸𝑏 =𝜌𝑔𝐻𝑏
2
8
(2.8)
E Cgb é a velocidade de grupo da onda na linha de rebentação e é dada por:
𝐶𝑔𝑏 = √𝑔𝑑𝑏 = (𝑔𝐻𝑏
𝑘𝑏
)
12
(2.9)
Onde 𝐻𝑏 representa a altura de onda na rebentação, 𝑑𝑏 a profundidade de água na rebentação
e 𝑘𝑏 é o índice de rebentação Hb /db. O termo (𝐸𝐶𝑔)𝑏representa o fluxo energético da onda, por
unidade de comprimento de crista, avaliado na zona de rebentação e 𝛼𝑏 é o ângulo de
rebentação da onda em relação à linha de costa.
11
2.3.2 Caudais de transporte sedimentar
O transporte da matéria aluvionar é gerado, principalmente, pelo efeito entre as ondas e as
correntes tendo em conta todos os fenómenos que condicionam e caracterizam a agitação
marítima como a rebentação, a refracção, a difracção, o empolamento, o espraiamento, entre
outros. As correntes provocadas pela ondulação, por serem mais condicionantes face às
correntes de maré ou correntes provocadas por variações de densidades na coluna liquida,
constituem o principal agente de transporte sedimentar.
O transporte sedimentar, identificado como erosão ou acreção sedimentar, pode ser avaliado por
simples formas que relacionam o transporte de fundo e o transporte na forma suspensa através
de modelos de transporte sedimentar. A onda na rebentação induz correntes longitudinais ao
longo da costa que são facilmente verificadas através dos fenómenos de erosão ou acreção
sedimentar junto a estruturas e obras marítimas (Plecha et al., 2009).
A quantificação do caudal sedimentar transportado longitudinalmente é feita segundo a direcção
perpendicular à linha de costa, geralmente pela medição do caudal que passa num perfil
transversal. Tratando-se de um caudal é expresso em m3/ano. O balanço entre o caudal de
sedimentos transportado segundo direcções paralelas à linha de costa (para barlamar e
sotamar), a longo prazo, num dado perfil transversal de praia define-se como saldo do caudal
sólido, designado por 𝑄𝑛𝑒𝑡.
𝑄𝑛𝑒𝑡 = 𝑄𝑅 + 𝑄𝐿 (2.10)
Onde, 𝑄𝑅 designa o caudal do sentido: esquerda – direita e 𝑄𝐿 representa o caudal do sentido:
direita - esquerda;
O resultado da soma de caudais de sentidos opostos apresenta o sentido dominante e a taxa de
transporte verificada. A direcção e sentido destas grandezas são convencionados considerando
um observador em terra a olhar para o mar e são apresentados na Figura 2.4.
Figura 2.4 – Convenção adoptada para os sentidos do caudal resultante.
12
O caudal anual total, designado por 𝑄𝑔𝑟𝑜𝑠𝑠, traduz a quantidade total de sedimentos que
atravessa uma determinada secção transversal da linha de costa, num certo período de tempo,
independentemente do sentido de transporte, representando assim um volume total de
sedimentos que se expressa em m3/ano e traduz-se pela expressão seguinte:
2.3.3 Modelos de transporte litoral
De modo a determinar o transporte sedimentar numa dada zona definem-se modelos de
transporte litoral com características distintas de forma a ajustarem-se a cada área de estudo.
Os modelos matemáticos de transporte sedimentar classificam-se, de acordo com Hanson &
Kraus (1989) de acordo com a escala temporal e espacial da zona a tratar, sugerindo o diagrama
da Figura 2.5, onde se encontra assinalado o presente caso de estudo.
Segundo o autor anteriormente mencionado, classificam-se os modelos de transporte como
modelos de linha, modelos de n-linhas, modelos tridimensionais e modelos analíticos.
Figura 2.5 – Classificação de modelos numéricos em escalas temporais e espaciais. Adaptado de Hanson & Kraus (1989).
Nesta dissertação o modelo numérico utilizado é o modelo de linha dada a facilidade de se
adaptar a simulações com escalas espaciais e temporais extensas com um relativamente baixo
esforço computacional (quando comparado com outros modelos). Os modelos de linhas
consideram que, numa determinada praia, o perfil transversal se encontra em equilíbrio, havendo
apenas oscilações a nível do transporte sedimentar longitudinal fazendo mover o perfil
paralelamente a si mesmo (Figura 2.6).
𝑄𝑔𝑟𝑜𝑠𝑠 = 𝑄𝑅 + |𝑄𝐿| (2.12)
13
Figura 2.6 – Movimentação da linha de costa segundo o modelo de linha (Coastal Wiki, 2014).
Os limites do perfil transversal e a sua movimentação paralelamente a si mesmo são definidos
recorrendo à definição de cota de berma e de profundidade de fecho. A cota da berma, 𝑑𝐵, define-
se como o limite do lado da plataforma terrestre, geralmente associada a cota mais alta junto à
linha de água, enquanto que a profundidade de fecho, 𝑑𝑐, se define como o limite do lado da
plataforma marinha, para lá do local onde as variações do perfil de praia se deixam de verificar,
isto é, deixa de existir movimentação sedimentar. A Figura 2.7 apresenta as grandezas
envolvidas nos modelos de linha.
Assim, define-se deste modo os pressupostos a ter em conta com a utilização de modelos de
linha:
O transporte sedimentar é provocado por correntes induzidas por ondas na rebentação;
O perfil de praia não se altera;
Uma linha determina a posição da linha de costa;
Apenas se tem em conta o transporte longitudinal;
O transporte de sedimentos dá-se até à profundidade de fecho, 𝑑𝐶, para lá da qual o fundo permanece imóvel;
A taxa de transporte longitudinal depende principalmente do ângulo de incidência da onda, 𝛼𝑏, e da altura de onda na rebentação, 𝐻𝑏.
Seguindo o pressuposto que o perfil de praia se move paralelamente a si mesmo até à
profundidade de fecho, a equação da continuidade dos sedimentos, num trecho de comprimento
infinitamente pequeno, 𝑑𝑥, da linha de costa, pode ser formulada da seguinte forma:
𝑑𝑦
𝑑𝑡+ (
𝑑𝑄𝑙
𝑑𝑥+ 𝑞) /(𝑑𝑏 + 𝑑𝑐) = 0
(2.13)
14
Onde 𝑦 é a posição da linha de costa, 𝑥 é a coordenada longitudinal, 𝑡, representa o tempo, 𝑑𝑏,
é a altura média da berma acima do nível médio da água, 𝑑𝑐, representa a profundidade de fecho,
𝑄𝑙, é a taxa de transporte longitudinal de sedimentos e, 𝑞, representam as fontes e sumidouros
de sedimentos ao longo da costa.
Figura 2.7 – Esquema representativo do cálculo da linha de costa através de modelos de linha (Hanson & Kraus, 1989).
15
3 SOFTWARE LITPACK BY DANISH HYDRAULIC INSTITUTE (DHI)
O presente capítulo tem como objectivo a apresentação do software LITPACK (Littoral
Processes And Coastline Kinetics), dos seus componentes e módulos, em particular do sistema
Littoral Processes FM, desenvolvidos pelo DHI Water & Environment. A informação utilizada
neste capítulo refere-se aos manuais desenvolvidos pela DHI para modelação de sistemas
litorais e processos costeiros. (DHI, 2014b, 2014c, 2014d).
Cada sistema possui uma interface gráfica para facilitar a aplicação do modelo e a sua
visualização. Sendo o LITPACK / Littoral Processes FM um pacote de software integrado, a sua
interface, pertencente também à DHI, designa-se de MIKE Zero.
3.1 Considerações gerais
O LITPACK é um software profissional de engenharia destinado à modelação do transporte de
sedimentos não coesivos provocado por ondas e correntes. Aliado à capacidade de cálculo da
deriva litoral sedimentar numa determinada zona, este software permite o estudo da evolução da
linha de costa ao longo de praias quase-uniformes, constituindo um modelo numérico capaz de
modelar a maioria dos processos existentes nas zonas perto da costa.
Na sua constituição integra módulos individuais capazes de simular processos costeiros
específicos, permitindo uma modelação mais complexa respondendo com maior certeza aos
problemas analisados. A Figura 3.1 apresenta um resumo dos módulos do LITPACK. Os módulos
presentes no software LITPACK são os seguintes:
STP – Aplicado ao transporte sedimentar, em ondas e correntes, de sedimentos não coesivos;
LITDRIFT – Cálculo da deriva sedimentar litoral devido a ondas e correntes;
LITLINE – Evolução da linha de costa;
LITTREN – Evolução sedimentar de canal/escavação, no caso de desequilíbrio sedimentar;
LITPROF – Desenvolvimento do perfil transversal de praia, devido ao transporte sedimentar.
Integrado no software LITPACK, surge o Littoral Processes FM, ferramenta que reúne a maioria
dos módulos e das funcionalidades do LITPACK com uma interface user-friendly, que permite ao
utilizador um melhor tratamento dos dados e análise dos resultados. Na elaboração desta
dissertação apenas se utilizaram os módulos STP, LITDRIFT e LITLINE por forma a prever a
evolução da linha de costa num determinado trecho costeiro.
16
Figura 3.1 – Módulos do software LITPACK e as suas principais funções. Adaptado de DHI (2014b).
3.2 Littoral Processes FM
Littoral Processes FM é um sistema de modelação integrado que combina um modelo
hidrodinâmico a um modelo de transporte sedimentar, capaz de simular um conjunto de cenários
de ondas e correntes ao longo de linhas de costa lineares ou quase lineares. Este sistema simula,
tal como o software LITPACK, o transporte de sedimentos não coesivos ao longo de linhas de
costa quási-estacionárias, utilizando para tal uma abordagem de modelos de linha.
O sistema Littoral Processes FM contém quatro módulos de cálculo, formando, em conjunto, um
modelo matemático complexo.
1. Transport in point;
2. Littoral Drift;
3. Littoral Dift Table Generation;
4. Coastline Evolution.
17
A Figura 3.2 apresenta a integração e o encadeamento dos módulos que constituem o Littoral
Processes FM.
Figura 3.2 – Integração dos módulos do modelo Littoral Processes FM (DHI, 2014c).
3.2.1 Transport in point
Este módulo é o responsável pelo cálculo do transporte de sedimentos não coesivos em vários
pontos utilizando para tal um modelo de Transporte Sedimentar Quási Tridimensional (STPQ3D
– Sediment Transport Quasi Three-Dimensional). Este modelo calcula, instantaneamente, o
transporte sedimentar em duas direcções horizontais num ponto (as componentes x e y),
resolvendo a equação de difusão sedimentar vertical devido à acção de ondas e correntes, numa
variedade de períodos de onda.
Este módulo tem ainda em conta a arbitrariedade dos ângulos de incidência de ondas e
correntes, a configuração e o material de fundo, o declive do mesmo e as condições de
rebentação das ondas.
O cálculo do transporte sedimentar de fundo e em suspensão é calculado separadamente sendo
a soma dos respectivos valores o transporte sedimentar total, traduzido pela seguinte equação:
𝑞𝑡 = 𝑞𝑏 + 𝑞𝑠 (3.1)
Onde 𝑞𝑡 é o caudal sedimentar total, 𝑞𝑏, representa o transporte sólido por arrastamento e 𝑞𝑠 o
transporte sólido em suspensão.
18
No módulo Littoral Processes FM é usado o modelo de transporte sólido por arrastamento
proposto por Engelund & Fredsøe, (1976) em que este é calculado em função do parâmetro
instantâneo de Shields, apresentado na sua forma adimensional, 𝜃𝑓:
𝜃𝑓 =𝑈𝑓
2
(𝑠 − 1)𝑔𝑑
(3.2)
Onde 𝑈𝑓 é a velocidade de arrastamento instantânea, 𝑠 é a densidade relativa do material de
fundo.
Através de uma abordagem determinística, define-se o parâmetro adimensional de transporte de
fundo, Φb.
Φb = 5𝑝 (√𝜃𝑓′ − 0.7√𝜃𝑐)
(3.3)
Onde 𝜃𝑓′é o parâmetro de Shields determinado para um fundo plano, 𝜃𝑐 é o parâmetro critico de
Shields, e 𝑝, é determinado pela equação (3.4) onde 𝛽 representa o declive de fundo.
𝑝 = [1 + (
𝜋6
𝛽
𝜃′ − 𝜃𝑐
)
4
]
−0.25
(3.4)
A partir do parâmetro adimensional de transporte de fundo, Φb, as seguintes quantidades
direccionais podem ser calculadas sendo que Φb1e Φb2representam parâmetros de transporte
por arrastamento nas direcções do escoamento e normal ao escoamento, respectivamente.
Φb1 =1
𝑇∫ Φb
𝑇
0
(𝑡) cos(𝜑(𝑡)) 𝑑𝑡 (3.5)
Φb2 =1
𝑇∫ Φb
𝑇
0
(𝑡) sin(𝜑(𝑡)) 𝑑𝑡 (3.6)
Onde 𝜑(𝑡) representa a direcção instantânea do escoamento.
Assim, calculam-se, respectivamente, o caudal sedimentar de fundo na direcção do escoamento,
qb1, e normal à direcção do escoamento, qb2.
qb1 = Φb1 √(𝑠 − 1)𝑔𝑑503
(3.7)
qb2 = Φb2 √(𝑠 − 1)𝑔𝑑503
(3.8)
19
A soma destas duas grandezas traduz o caudal total sedimentar por arrastamento para a área
de estudo.
qb = qb1 + qb2 (3.9)
A variação temporal da concentração vertical de sedimentos suspensos é calculada através da
equação da difusão vertical proposta por Fredsøe et al. (1985), recorrendo ao conceito de
concentração de sedimentos, 𝑐𝑠, calculado pela equação de difusão vertical em regime
turbulento:
𝜕𝑐𝑠
𝜕𝑡=
𝜕
𝜕𝑧[𝜖𝑠
𝜕𝑐𝑠
𝜕𝑧] + 𝑤
𝜕𝑐𝑠
𝜕𝑧
(3.10)
Onde 𝜖𝑠 é o coeficiente de difusão de sedimentos para escoamentos turbulentos e 𝑤, a
velocidade de queda das partículas.
O transporte sedimentar em suspensão é então calculado como o produto da velocidade
instantânea do escoamento e a concentração instantânea de sedimentos:
𝑞𝑠 =1
𝑡𝑠
∫ ∫ (𝑢𝑐𝑠)𝑑𝑠
0
𝑑𝑧𝑡𝑠
0
𝑑𝑡 (3.11)
Onde 𝑢 representa a velocidade do escoamento e 𝑡𝑠 e 𝑑𝑠 os extremos de integração,
respectivamente o tempo de simulação e o limite espacial da simulação.
Apresenta-se de seguida, na Tabela 3.1, o resumo da informação necessária para executar o
módulo Transport in Point e a informação que poderá ser obtida do mesmo.
Tabela 3.1 – Informação necessária e obtida do módulo Transport in Point.
Informação de entrada Informação de saída
Altura de água e declive do fundo;
Propriedades das ondas: altura significativa,
período e ângulo de incidência;
Velocidade e direcção das correntes;
Propriedades dos sedimentos: tamanho, curva
granulométrica e velocidade de queda;
Os valores médios, ao longo do tempo, do
parâmetro eddy viscosity, velocidade,
concentração e transporte sedimentar em
suspensão;
Caudal sólido transportado em suspensão e por
arrastamento;
20
3.2.2 Littoral Drift
Este módulo é responsável pelo cálculo do transporte sedimentar longitudinal ao longo de um ou
mais perfis transversais. Permite uma descrição determinística da distribuição longitudinal de
sedimentos ao longo da costa bem como do balanço sedimentar causado por um ou mais
eventos climatológicos. Constitui uma poderosa ferramenta de análise do balanço sedimentar,
parâmetro de elevada importância para o estudo da morfologia da costa.
Este módulo consiste na combinação de um modelo hidrodinâmico, que calcula a propagação
da onda ao longo da costa, e um modelo de transporte sedimentar (modelo análogo ao usado
no módulo Transport in Point) que calcula o transporte sedimentar longitudinal usando os
resultados provenientes do modelo hidrodinâmico. O módulo Littoral Drift simula a distribuição
da altura de onda e correntes longitudinais para um perfil de costa definido tendo em conta ondas
regulares e irregulares, o nível médio de água, ondas de maré, a tensão tangencial entre o vento
e a superfície de água, os fenómenos de refracção, empolamento e rebentação e a distribuição
não uniforme de sedimentos.
O modelo hidrodinâmico aplica a equação da conservação da quantidade do movimento,
paralelamente à linha de costa, determinando a velocidade longitudinal ao longo do perfil,
estando o parâmetro 𝜏𝑏, relacionado com a velocidade da seguinte forma proposta por Fredsøe
et al. (1985):
𝜏𝑏 = −𝑑
𝑑𝑦[𝜌𝐸𝑑
𝑑𝑢
𝑑𝑦]
(3.12)
Onde 𝜏𝑏 representa a rugosidade de fundo, 𝜌, a densidade da água e 𝐸, o coeficiente de
transferência de quantidade de movimento.
Na Tabela 3.2 apresenta-se a informação necessária e a informação obtida da execução do
módulo Littoral Drift.
Tabela 3.2 – Informação necessária e obtida na execução do módulo Littoral Drift.
Informação necessária Informação obtida
Batimetria dos perfis transversais ao longo da
zona em estudo;
Rugosidade e tamanho dos grãos para cada
perfil;
Altura quadrática média da onda, período e
ângulo de incidência da onda;
Nível do mar e velocidade das correntes de maré;
Distribuição do transporte sedimentar nos perfis
transversais definidos;
Nível da superfície livre, altura de onda e
correntes longitudinais;
Deriva sedimentar anual.
21
A Figura 3.3 apresenta um exemplo dos resultados obtidos através do módulo Littoral Drift, em
que, à esquerda, é possível observar o transporte sedimentar verificado ao longo de um perfil
longitudinal e, à direita, a correspondente velocidade da corrente longitudinal obtida.
Figura 3.3 – Cálculo do transporte sedimentar e velocidade longo de um dado perfil. Adaptado de DHI (2014b).
3.2.3 Littoral Drift Table Generation
A utilização do módulo Coastline Evolution encontra-se condicionada pela geração de tabelas de
transporte sedimentar. De forma a reduzir o tempo de simulação da evolução costeira, as taxas
de transporte sedimentar são interpoladas das tabelas de transporte sedimentar geradas por
este módulo. Com o Littoral Drift Table Generation as tabelas de transporte sedimentar são
criadas replicando as taxas de transporte sedimentar obtidas, por aplicação das condições
hidrodinâmicas.
As tabelas são compostas por inúmeras taxas de transporte, para cada um dos eventos
climatológicos simulados no Littoral Drift. Os resultados obtidos nas tabelas de transporte
sedimentar consistem num número de ficheiros de quatro tipos, contendo informação sedimentar
tal como a taxa total de sedimentos para as diferentes secções transversais, a distribuição da
taxa de transporte sedimentar ao longo dos perfis e a posição dessa mesma distribuição.
Deste modo, a cada passo de cálculo, o módulo Coastline Evolution irá procurar nas tabelas de
transporte geradas a informação sedimentar correspondente a cada ponto, na malha de cálculo,
não tendo de inferir essa informação do módulo de deriva litoral, optimizando tempo de cálculo.
De referir ainda que a informação relativa ao clima de agitação marítima, ao largo, junto à costa
e na zona de rebentação encontra-se também nestas tabelas, bem como a informação relativa
aos perfis transversais definidos.
22
3.2.4 Coastline Evolution
Este módulo constitui a tarefa final no processo de simulação de evolução de linha de costa dado
que calcula as movimentações da posição da linha de costa em relação a uma linha de base. O
módulo representa um modelo de linha em que se assume que os perfis transversais se mantem
inalterados, existindo apenas uma translação dos mesmos, resultado de erosão ou acreção
sedimentar.
Baseado nos resultados obtidos através do Littoral Drift, este módulo de evolução costeira simula
a resposta da costa a gradientes de transporte sedimentar longitudinal ao longo da mesma. O
módulo permite calcular a evolução da linha de costa através da resolução da equação da
continuidade dos sedimentos na zona litoral. De forma a avaliar a influência das mesmas, permite
também a introdução de estruturas e obras marítimas, fontes e sumidouros sedimentares. A
evolução da linha de costa pode também ser calculada através da deriva sedimentar com base
numa série temporal de eventos, oferecendo a capacidade de estudar a evolução da linha de
costa durante as estações de Inverno e de Verão ou após monções climáticas.
A equação principal para a evolução da linha de costa corresponde à equação da continuidade
para o volume sedimentar apresentada de seguida:
𝑑𝑦
𝑑𝑡= (
𝑑𝑄𝑙
𝑑𝑥+ 𝑞) /(𝑑𝑏 + 𝑑𝑐)
(3.13)
Onde 𝑦 é a posição da linha de costa, 𝑥 é a coordenada longitudinal, 𝑡, representa o tempo, 𝑑𝑏,
é a altura média da berma acima do nível médio da água, 𝑑𝑐, representa a profundidade de fecho,
𝑄𝑙, é a taxa de transporte longitudinal de sedimentos e, 𝑞, representa as fontes e sumidouros de
sedimentos ao longo da costa.
Figura 3.4 – Definição da altura activa de um perfil transversal. Adaptado de DHI (2014a).
As mudanças nas condições de transporte devido a obras de engenharia costeira podem
facilmente ser ultrapassadas através da introdução apropriada de condições de fronteira. Antes
de bloquearem o transporte sedimentar, as obras costeiras mudam as relações de transporte
junto da mesma, sendo necessário alterar essas relações perto da estrutura. A Figura 3.5
23
apresenta um exemplo de resultado obtido através do módulo de evolução costeiro,
nomeadamente com a introdução de obras costeiras.
Figura 3.5 – Desenvolvimento junto a estruturas costeiras ao longo de 30 anos. (DHI, 2014b).
24
25
4 CASO DE ESTUDO: MACEDA – FURADOURO – TORREIRA. ANÁLISE DE
DADOS E PREPARAÇÃO DO MODELO.
Este capítulo apresenta, na primeira parte, uma breve descrição sobre o caso de estudo e a
análise histórica dos acontecimentos na área de interesse. Na segunda parte, este capítulo tem
como objectivo a identificação e processamento de todos os dados necessários ao modelo
matemático. Apresentam-se os dados de entrada, essenciais para a construção do modelo,
sendo que a informação sobre o clima de agitação marítima, topografia, batimetria e posição da
linha de costa em três momentos distintos, constituem os principais dados de entrada para a
criação do modelo computacional.
4.1 Zona do projecto
A área de estudo encontra-se localizada na costa noroeste de Portugal Continental, a norte da
Ria de Aveiro e apresenta uma linha de costa situada entre o esporão de Maceda e o esporão
da Torreira/Murtosa, numa extensão linear de 19,33 km (Figura 4.1). Nesta análise dá-se
especial atenção à zona do Furadouro, local que, ao longo do tempo, tem vindo a apresentar
níveis de elevada erosão. A praia do Furadouro situa-se no concelho de Ovar, distrito de Aveiro,
e é apontada há muitos anos como uma zona em que se evidencia o deficiente planeamento da
orla costeira.
Figura 4.1 – Área de estudo e esporões limitadores da zona – Maceda e Torreira-Murtosa. Adaptado de (Google, 2010).
No que respeita ao processo erosivo na zona do Furadouro, as primeiras notícias reportam à
década de sessenta do século XIX, tornando-se particularmente violento na parte final desse
26
mesmo século. Contudo, verificou-se que a costa, embora com flutuações inter-anuais, entrou
em nova fase regressiva entre 1930 e 1950. Sobre os agentes causadores desse processo
afirma-se que a as causas meteorológicas, isto é, a alteração do clima de agitação marítimo ou
do regime de precipitações, possam estar na origem de tal fenómeno ainda que, quanto a essas
causas muito se possa conjecturar mas pouco se possa provar. (Hidrotécnica Portuguesa, 1981).
A zona em estudo, bem como ao longo de toda a costa noroeste portuguesa, é atingida por
ondulação com direcção predominante de Noroeste, o que, aliado ao défice de abastecimento
de sedimentos, provoca o recuo da linha de costa. (Figura 4.2).
Figura 4.2 – Transporte litoral sedimentar na costa noroeste portuguesa. (Gomes et al.,1981)
Segundo o Sistema Nacional de Informação dos Recursos do Litoral (SNIRLit, 2014), a zona em
estudo engloba os troços 5 e 6 das denominadas Unidades de Litoral e, a nível sedimentar, os
troços em análise são constituídos por areias médias e grosseiras, na sua parte emersa, e areias
médias a finas, na parte submersa.
A zona em estudo é constituída por uma costa aberta, com praias arenosas extensas
subdivididas por estruturas de engenharia costeira, criando, em geral, praias em “espiral”,
conceito que designa a forma entre pontas naturais salientes que definem um alinhamento não
concordante com o da onda dominante (SNIRLit, 2014).
O resumo das características das Unidades Litorais 5 e 6 encontra-se apresentado na Tabela
4.1.
27
Tabela 4.1 – Unidades de Litoral abordadas no caso de estudo. Adaptado de SNIRLit (2014).
Unidade de Litoral
Tipo de Sedimentos
Balanço Sedimentar
Evolução e Transporte
Sedimentar e Geomorfologia
Estruturas existentes
Emersos Submersos
Troço 5: Espinho – Furadouro
Areia Grosseira a Média
Areia Média a Fina
Negativo a equilíbrio
Acentuado recuo da linha de costa;
Elevado condicionamento
pelas estruturas de defesa costeira;
Esporão de Maceda
Troço 6: Furadouro – Barra de
Aveiro
Areia Grosseira a Média
Areia Média a Fina
Positivo
Alternância entre áreas de acreção e
erosão;
Risco de dano pontual,
nomeadamente no Furadouro;
Paredão Praia do Furadouro (Norte);
Esporão 1 Praia do Furadouro;
Defesa Frontal 1 Praia do Furadouro;
Esporão 2 Praia do Furadouro;
Defesa Frontal 2 Praia do Furadouro;
Paredão Torreira – Murtosa;
Esporão Torreira – Murtosa.
Ao longo dos anos, os troços costeiros da zona do Furadouro têm sido afectados por inundações
e erosão provocada pela acção do mar, o que conduz a uma vulnerabilidade considerável do
troço costeiro(Pereira & Coelho, 2011). Através da análise da Figura 4.3 é possível observar que,
desde 1851, no trecho costeiro Espinho – Mira, o número de eventos causadores de destruição
aumentou significativamente, com cerca de 60 relatos registados no período de 2001 a 2011.
Figura 4.3 – Distribuição temporal de relatos de risco costeiro, desde 1850. (Pereira & Coelho, 2011).
28
Como se pode observar na Figura 4.4 a maioria das ocorrências relacionadas com o recuo da
linha de costa, identificadas desde 1850, ocorrem no Furadouro. Deste modo, registam-se 43
ocorrências devido à acção energética do mar no Furadouro, tornando este local o mais afectado
de toda a área de estudo. Por outro lado, o troço Furadouro – Praia da Torreira não apresenta
ocorrências de recuo de linha de costa, sendo apenas registados casos de galgamento e
destruição do cordão dunar, facto que torna este trecho mais estável.
Figura 4.4 – Ocorrências relacionadas com vulnerabilidade e risco, registadas desde 1850, nas praias do trecho costeiro Espinho – Mira. Adaptado de Pereira & Coelho (2013).
O trecho costeiro Espinho – Barra de Aveiro, constituído principalmente por praias arenosas de
cotas baixas e com um extenso cordão dunar, manifesta ao longo do tempo sérios problemas de
erosão costeira tendo como consequência o recuo da posição da linha de costa. Aliado à
conjugação da acção do mar com o défice generalizado de sedimentos, o trecho costeiro
assume-se como um dos mais dinâmicos de Portugal (Pereira & Coelho, 2013).
A Tabela 4.2 apresenta os valores correspondentes às taxas de recuo da linha de costa, na zona
de estudo, registados numa escala temporal extensa (1954 – 1992).Verifica-se que o fenómeno
erosivo na zona em estudo, desde meados do século XX, tem sido uma constante, destacando-
se a taxa de recuo da linha de costa, verificada para o Furadouro entre 1984 e 1990, de 8m/ano.
Tabela 4.2 – Taxas médias anuais de variação da posição da linha de costa (em metros/ano), entre Maceda e Torreira. Recuo assinalado com sinal negativo e acreção com sinal positivo. Adaptado de Pereira & Coelho (2011).
Praia 1954/80 1984/1990 1978/92
Maceda - -3.0 m -4.6 m
Furadouro -2.8 m -8.0 m -
Torreira 0.7 m -4.0 m -
29
No estudo recente (Pereira & Coelho, 2013) mapeou-se o risco das zonas costeiras por acção
energética do mar apresentando, na Figura 4.5, o mapa de risco obtido para a zona de estudo.
Figura 4.5 – Classificação de vulnerabilidade, exposição e risco na área de estudo. Adaptado de Pereira & Coelho (2013).
Segundo os autores do estudo anteriormente mencionado, a classificação do risco associado a
uma zona costeira combina: os efeitos da vulnerabilidade dos territórios às acções energéticas
do mar, de acordo com as características da costa e a sua dinâmica; e a exposição da zona
costeira, de acordo com a sua densidade populacional, actividade económica, património
histórico e ecologia.
Assim, observa-se que toda a área de estudo se encontra classificada como de alta
vulnerabilidade, muito devido ao forte processo erosivo e à perda significativa de território
costeiro. Em contraponto, quanto ao critério de exposição considera-se a zona como de baixa
exposição, uma vez que apresenta uma muito baixa densidade populacional e actividades
económicas classificadas como de muito baixa a moderada. Deste modo, a área de estudo, ainda
que com fraca densidade populacional, porém com uma forte tendência erosiva é considerada,
segundo os autores, como sendo de risco médio.
4.1.1 Áreas constituintes
Dada a extensão linear em análise, de 19.33km, de forma a melhorar a compreensão de todo o
trecho, optou-se pela subdivisão do mesmo, semelhante ao sugerido no estudo do (CEHIDRO,
1998), em trechos com características semelhantes do ponto de vista sedimentar e
geomorfológico. Em resultado identificaram-se 3 trechos sedimentares costeiros, apresentados
na Tabela 4.3.
30
Esta abordagem permite facilitar a quantificação do caudal sedimentar em cada um dos trechos
e, consequentemente inferir o transporte sedimentar para toda a extensão em análise, já que,
como é referido no estudo atrás mencionado, o fenómeno da erosão costeira está intimamente
associado com o caudal sólido litoral e o trânsito sedimentar.
De seguida apresenta-se a informação sedimentar, geomorfológica e das estruturas existentes
nos 3 trechos sedimentares, podendo ser observados na Figura 4.6.
Tabela 4.3 – Trechos sedimentares costeiros.
Trecho 1 De Maceda ao Furadouro ≈ 8 km
Trecho 2 Furadouro ao Torrão do Lameiro ≈ 6 km
Trecho 3 Do Torrão do Lameiro á Torreira ≈ 5 km
Caracterizada por uma baixa cota e características sedimentares arenosas com bastante floresta
na sua envolvência, no trecho 1: de Maceda ao Furadouro, ao nível da linha de costa as
evoluções têm ocorrido muito rapidamente, visto que, imediatamente a sul do esporão de
Maceda, de 1975 a 1996, a comparação entre dois levantamentos verifica um recuo na ordem
dos 190 m ainda que, ao longo do tempo, a taxa de recuo vá diminuindo regularmente, o que é
consistente com a hipótese do segmento costeiro se encontrar em rotação face ao esporão do
Furadouro.
Do Furadouro ao Torrão do Lameiro (trecho 2), o fenómeno de erosão é bastante acentuado,
intensificando o seu efeito na zona imediatamente a sotamar do esporão sul do Furadouro, efeito
que suporta a hipótese deste segmento se encontrar em rotação em torno do esporão da
Torreira.
Por último, do Torrão do Lameiro à Torreira (trecho 3), verifica-se uma rotação em torno do
esporão da Torreira ainda que com diminuição da taxa de erosão, de norte para sul. A evolução
da linha de costa na Torreira (1975 a 1996) mostra que a posição da linha de costa não difere
significativamente até uma distância de, aproximadamente 3 km a norte do esporão da Torreira,
onde a influência deste ainda se faz sentir, estando este segmento em equilíbrio estático.
Figura 4.6 – Trechos sedimentares costeiros na zona de estudo.
31
4.2 Dados topográficos e batimétricos
De forma a uniformizar todos os dados topo-batimétricos considera-se como sistema de
coordenadas de trabalho o sistema HAYFORD GAUSS DATUM 73 – IPCC. As características
do sistema de coordenadas de trabalho apresentam-se na Tabela 4.4.
Tabela 4.4 – Definição das coordenadas de trabalho. Adaptado de Direcção-Geral do Território (2013b).
Designação Hayford Gauss Datum 73 – IPCC
Ponto origem das coordenadas
geodésicas:
Vértice Geodésico Melriça TF4 (Observações Astronómicas
de 1964)
Elipsóide de referência:
Hayford (ou
Internacional
1924)
Semi-eixo maior: a = 6 378 388 m
Achatamento: f = 1/297
Projecção cartográfica: Transversa de Mercator
Latitude da origem das coordenadas
retangulares: 39º 40' 00'' N
Longitude da origem das coordenadas
retangulares: 08º 07' 54'',862 W
Falsa origem das coordenadas
retangulares:
Em M (distância à Meridiana): +180,598 m
Em P (distância à Perpendicular): -86,990 m
Coeficiente de redução de escala no
meridiano central: 1,0
4.2.1 Dados Batimétricos
A informação relativa à batimetria da zona de estudo foi retirada da Carta da Série Costeira
“Caminha a Aveiro”, doravante designada Carta Náutica, fornecida pelo Instituto Hidrográfico da
Marinha Portuguesa. A Tabela 4.5 apresenta as principais características desta carta.
Tabela 4.5 – Características da Carta Náutica Caminha a Aveiro (Instituto Hidrográfico, 1999).
Nome Fonte Data Principais características
“Caminha a
Aveiro”
Instituto Hidrográfico da
Marinha Portuguesa
Julho,
1999
Escala: 1:150 000;
Projecção de Mercator;
Elipsóide Internacional – Datum
Europeu (1950);
Representação de batimetria: dos
-2000m aos -10m;
Equidistância natural das curvas
de nível: 10m.
Relativamente à área de interesse, o limite ao largo corresponde, aproximadamente, aos 100m
de profundidade, a fim de cobrir a zona onde se encontra instalada a bóia ondógrafo de Leixões
(profundidade de 83m). Por outro lado, o limite junto à zona de rebentação corresponde à
batimétrica dos 10 metros. Na Figura 4.7 evidencia-se a área de interesse na Carta Náutica.
32
Figura 4.7 – Carta Náutica Caminha a Aveiro e área de interesse neste estudo. Adaptado de Instituto Hidrográfico (1999).
A Carta Náutica está definida no sistema de coordenadas European Datum 1950, sendo portanto,
necessária a sua conversão para o sistema de coordenadas de trabalho. Devido à inexistência
de parâmetros de transformação de Bursa-Wolf por parte da Direcção Geral do Território, a
mesma foi efectuada com recurso ao software Transcoord Pro V2.0 (Direcção-Geral do Território,
2014) que tem como modelo de transformação o método das bases.
Este método transforma as coordenadas do sistema por interpolação dos pontos distribuídos
numa grelha regular que, por sua vez, é também calculada por interpolação espacial a partir de
pontos com coordenadas conhecidas em ambos os sistemas.
Quanto às referências altimétricas, a Carta Náutica utiliza como nível de referência o Zero
Hidrográfico (≈ -2m ZT). Atendendo que a topografia disponível pelo INAG/IGeoE tem como
referência o Zero Topográfico (ZT), foram somados +2m a todas as coordenadas da Carta
Náutica para uniformização dos dados disponíveis.
4.2.2 Dados Topográficos
A topografia local da zona de estudo, tal como a batimetria, é importante para a criação da malha
de cálculo. Os dados fornecidos pelo INAG/IGeoE foram gerados a partir de fotogrametria e
apresentam-se em formato dwg, para os anos de 1996 e 2001. A Tabela 4.6 sumariza as
principais características dos dados fornecidos.
33
Tabela 4.6 – Características dos dados topográficos (INAG/IGeoE, 1996, 2001).
Denominação Fonte Data Principais características
INAG/IGeoE-
1996
“ESTEREOFOTO,
Levantamentos
Aerocartografados, Lda”
1996
Sistema de ortoprojecção digital;
Equidistância das curvas de nível:
2m;
Escala: 1:2000;
Sistema de coordenadas:
coordenadas rectangulares,
HAYFORD GAUSS DATUM 73
(HGD73_IPCC);
Marégrafo de Cascais;
INAG/IGeoE-
2001
“ARTOP, Aero Topográfica,
Lda” 2001
Sistema de ortoprojecção digital;
Equidistância das curvas de nível:
2m;
Escala: 1:2000;
Sistema de coordenadas:
coordenadas rectangulares,
HAYFORD GAUSS DATUM 73
(HGD73_IPCC);
Marégrafo de Cascais;
Estas coordenadas topográficas referem-se ao sistema HAYFORD GAUSS DATUM 73, não
sendo portanto necessária nenhuma uniformização dos dados, no âmbito deste trabalho. O único
processamento decorreu da análise visual dos dados, em dwg, e da remoção dos pontos fora da
zona de estudo e dos pontos sem informação topográfica relevante, diminuindo assim o tamanho
do ficheiro.
De notar que, nos dados INAG/IGeoE 2001 não foi tida em conta a linha que separa a água da
zona seca de praia (Linha de água) dado que essa informação induz em erro a posição efectiva
da linha de costa uma vez que a Linha de água representa apenas a zona limite de água na
altura em que o voo foi efectuado.
4.2.3 Dados Topo-Batimétricos
A zona activa de praia, considerada desde a profundidade dos 15 metros à curva de nível dos
+4m, constitui a grande dificuldade na definição da topo-batimetria local, nomeadamente na
definição do perfil activo de praia. Ao invés de se considerar um perfil de equilíbrio (teórico) para
a zona activa, optou-se pela utilização dos dados fornecidos pelo INAG-IGP, relativos a 2011, e
obtidos no documento Modelo Digital do Terreno das Zonas Costeiras de Portugal Continental
com resolução de 2 m (600 m mar, 400 m terra).
Este documento utiliza a tecnologia LiDAR (Light Detection And Ranging) para obtenção das
coordenadas do terreno, sendo uma ferramenta capaz de adquirir grandes volumes de dados de
grande resolução, a uma maior velocidade, quando comparada com outras tecnologias. Na
vertente da obtenção de coordenadas de pontos na superfície terrestre e para a geração de
Modelos Digitais de Superfície (MDS), o sistema LiDAR pode ser considerado como uma das
técnicas mais inovadoras na actualidade. Esta tecnologia combina o Sistema de Posicionamento
Global (GPS) e o sistema de Navegação Inercial (INS), sendo o princípio de base de utilização
34
muito simples: é emitida uma pequena luz até à superfície e é medido o tempo que esse feixe
de luz demora a regressar, após reflexão, à fonte. (Bluesky International Limited, 2015).
Os dados fornecidos pelo INAG-IGP, doravante designados por Dados LiDAR são constituídos
por uma malha com espaçamento de dois metros, traduzindo-se num conjunto de 40 milhões de
pontos para a área de estudo (cotas entre os 10 metros, na zona submersa, e os 20 metros, na
zona emersa). A Tabela 4.7 sumariza as principais características referentes aos Dados LiDAR.
Tabela 4.7 – Dados LiDAR. Características dos dados topo-batimétricos (Direcção-Geral do Território & SNIG, 2014).
Designação “Dados LiDAR”
Nome Modelo Digital do Terreno das Zonas Costeiras de Portugal
Continental com resolução de 2 m (600 m mar, 400 m terra)
Sistema de Referencia PT-TM06/ETRS89 (European Terrestrial Reference System 1989)
Sistema de Referencia Vertical Datum Altimétrico de Cascais Helmert 38
Extensão geográfica W: -9.52, E: -6.19, S: 36.96, N: 42.15
Resolução espacial (m) 2
Identificador no data -999
Área sem informação (%) 5.7
Como é possível observar na tabela anterior, o sistema de coordenadas dos Dados LiDAR não
corresponde ao sistema de coordenadas de trabalho, sendo portanto necessário a conversão
dos dados para o sistema de referência HAYFORD GAUSS DATUM 73.
O ETRS89 é um sistema global de referência recomendado pela EUREF (European Reference
Frame, subcomissão da IAG - Associação Internacional de Geodesia) estabelecido através de
técnicas espaciais de observação e possui as seguintes características:
Tabela 4.8 – Características do sistema de referência PT-TM06/ETRS89 (Direcção-Geral do Território, 2013c).
Designação: PT-TM06/ETRS89
Elipsóide de referência: GRS80 Semi-eixo maior: a = 6 378 137 m
Achatamento: f = 1 / 298,257 222 101
Projecção cartográfica: Transversa de Mercator
Latitude da origem das coordenadas
rectangulares: 39º 40' 05'',73 N
Longitude da origem das
coordenadas rectangulares: 08º 07' 59'',19 W
Falsa origem das coordenadas
rectangulares:
Em M (distância à Meridiana): 0 m
Em P (distância à Perpendicular): 0 m
Coeficiente de redução de escala no
meridiano central: 1,0
35
A conversão de coordenadas do sistema PT-TM06/ETRS89 para o sistema HAYFORD GAUSS
DATUM 73 teve por base uma Transformação de Bursa-Wolf, de acordo com os parâmetros
sugeridos pela Direcção Geral do Território (Tabela 4.9).
Tabela 4.9 – Parâmetros de transformação de Bursa–Wolf do sistema PT-TM06/ETRS89 para o sistema Hayford Gauss Datum 73. (Direcção-Geral do Território, 2013a).
Translações (m)
X -230.994
Y +102.591
Z +25.199
Rotações (’’)
X +0.633
Y -0.239
Z +0.900
Factor de Escala (ppm) +1.950
O processamento dos Dados LiDAR é uma etapa bastante importante devido ao impacto muito
significativo na geração da malha de cálculo do modelo matemático.Como tal, recorreu-se ao
software ArcMap 10.2.2 (esri, 2015) para produção um modelo digital de terreno que preservasse
a informação original dos Dados LiDAR, porém com uma menor densidade de pontos.
Este processo consiste, numa fase inicial, na criação de uma Rede Irregular Triangulada (TIN)
para a zona de estudo, convertendo, de seguida, essa informação em formato raster, isto é, em
matrizes de células. Esta matriz de células gerou-se por interpolação linear definindo como
distância máxima entre células o valor de 10m em reflexo da equidistância natural de curvas de
nível da informação disponível. De ressalvar que a perda de precisão causada pela interpolação
linear não é significativa pois a densidade de pontos é bastante acentuada à partida, o que faz
com que a interpolação linear crie variações suaves entre cada um dos pontos. A Figura 4.8
apresenta o resultado da conversão das coordenadas.
Figura 4.8 – Trabalho desenvolvido em ArcMap 10.2.2 (esri, 2015). a) Modelo Digital Terrestre; b) Imagem raster com curvas de nível.
36
4.3 Clima de agitação marítima
4.3.1 Dados da ondulação ao largo
A onda representa o principal agente responsável pelo transporte dos sedimentos e pela
evolução da linha de costa. Os dados relativos à ondulação, cedidos pelo Instituto Hidrográfico
Português, representam os dados recolhidos pela bóia ondógrafo de Leixões, com as
características apresentadas na Figura 4.9.
Bóia ondógrafo de Leixões
Latitude 41º 19’ 00’’ N
Longitude: 8º 59’ 00’’ W
Profundidade: -83mZH;
Parâmetros recolhidos (Hs, Tp, θ);
Período de recolha de dados:
17/7/1996, 18:00 a 31/12/2011, 21:00
Figura 4.9 – Localização da bóia ondógrafo de Leixões, adaptado de (Google, 2013) e características da bóia ondógrafo de Leixões (Instituto Hidrográfico, 2015a).
A bóia ondógrafo de Leixões permite o fornecimento da informação relativa à altura significativa
de onda (𝐻𝑠), o período de pico da onda (𝑇𝑝) e a direcção incidente da onda (𝜃), calculada a
partir do Norte Verdadeiro. Os dados recolhidos da bóia ondógrafo de Leixões datam do intervalo
de 17/7/1996 às 18:00h a 31/12/2011 às 21:00h.
Tipicamente, os dados obtidos distam de um período fixo entre eles de 3horas. Porém, devido a
problemas de medição existem dados que não se encontram nesse período de 3 horas tornando
a série descontínua e irregular, sendo necessário um procedimento para uniformizar e
padronizar. Para o efeito utilizou-se a série de dados obtida por Di Bona (2013), em que se
categorizam os registos da série original em cinco tipos de registos (A,B,C,D,E) consoante a
forma apresentada pelos mesmos (Tabela 4.10).
Tabela 4.10 – Categorização da série original de ondas. Adaptado de Di Bona (2013).
Tipo de registo
Descrição do tipo de registo Nº de
registos
Tipo A Dados registados a cada três horas começando às 00h00m do
presente dia (03h00min) 33324
Tipo B Dados registados a cada três horas, mas com diferentes minutos
(03h min) 2514
Tipo C Dados registados em diferentes horas mas aos zero minutos
(hh 00min) 281
Tipo D Dados recolhidos com diferentes horas e diferentes minutos
(hh min) 3072
Tipo E Sem dados recolhidos a cada 3h00min 11838
37
4.3.1.1 Análise estatística do clima de agitação marítimo
De maneira a compreender a tendência evolutiva do clima de agitação marítimo recorreu-se à
análise estatística de três parâmetros hidrodinâmicos: altura significativa de onda (𝐻𝑠), o período
de pico da onda (𝑇𝑝) e a direcção incidente da onda (𝜃).
Altura significativa de onda (𝐻𝑠)
A Figura 4.10 apresenta a distribuição da altura significativa de onda, organizada em 21 classes
de frequência. A maior gama de frequências ocorre no intervalo de alturas de ]1m;2m]. O valor
médio de altura significativa de onda é de 2.09m e os valores extremos, máximos e mínimos,
correspondem a 9.7m e 0.35m, respectivamente. Apesar do número reduzido de ondas com
altura de onda significativa superior a 6m e inferior a 0.5m, todas as ondas possuem a
capacidade de transportar sedimentos longitudinalmente, sendo esse transporte proporcional à
potência de 5/2 da altura de onda na rebentação – fórmula CERC – (US Army Corps of Engineers,
1984). Ainda assim, considera-se que o transporte longitudinal provocado por ondas com altura
significativa inferior a 1 metro é pouco significativo.
Figura 4.10 – Frequência de distribuição da altura significativa de onda (Hm0).
Período de pico (𝑇𝑝)
A distribuição do período de pico em 20 classes (Figura 4.11), apresenta como valores mais
frequentes os períodos de pico entre ]9s;12s]. A média da distribuição é de 11.04s, valor
característico da vaga (swell) verificada na região.
38
Figura 4.11 – Frequência de distribuição do período de pico (Tp)
Nota: Esta distribuição resulta do método usado para suavização do espectro. Em alternativa
poderia ser utilizada uma gama de intervalos superiores ou usar o período médio da onda.
Direcção incidente da onda (𝜃)
Como apresentado na Figura 4.12 a maioria dos eventos ocorre para direcções incidentes no
intervalo ]280º;340º], sendo que a média da distribuição de direcção incidente é de 302.24º.
Figura 4.12 – Frequência de distribuição da direcção incidente da onda (θ).
A relação entre a direcção incidente da onda e a sua altura significativa pode ser observada na
Figura 4.13. A direcção incidente predominante é consistente com a direcção predominante de
chegada de ondulação na costa noroeste portuguesa – direcção noroeste. Cerca de 11% da
ondulação incidente apresenta uma altura significativa inferior a 1m, considerando esta
ondulação em regime calmo, isto é, não apresenta grande relevância no transporte sedimentar
longitudinal.
39
Figura 4.13 – Distribuição conjunta dos parâmetros Hs – θ do clima de agitação marítima ao largo.
Note-se que a orientação da linha de costa apresentada no gráfico acima resulta de uma
estimativa da orientação da linha de costa ao longo da zona de estudo.
4.3.2 Propagação do clima de agitação marítima
A propagação das ondas do largo para a costa foi realizada através do software Littoral
Processes FM, executando o módulo Littoral Drift sem transporte sedimentar, sendo a ondulação
propagada da profundidade de 83mZH para a profundidade de 15mZH.
Este procedimento carece de algumas simplificações dado que o Littoral Processes FM não se
trata de um modelo específico de propagação de onda, tendo somente acoplado um modelo
hidrodinâmico passível de realizar essa propagação. As simplificações a ter em conta são as
seguintes:
A batimetria é paralela à linha de costa em cada perfil;
O período das ondas permanece constante ao longo da propagação;
O modelo durante a propagação considera somente os fenómenos de empolamento,
refracção e rebentação da onda. Esta propagação é feita de forma linear, não
representando a assimetria da onda;
A rugosidade do fundo é considerada constante ao longo da simulação;
A batimetria gerada, apresentada na Figura 4.14, teve como dados de entrada a Carta Náutica
(batimetria), os Dados LiDAR (topo-batimetria) e os dados INAG/IGeoE 1996 (dados
topográficos).
40
Figura 4.14 – Batimetria gerada para a propagação da ondulação do largo para a costa.
Quanto às simplificações considera-se que, com a pequena excepção da zona central da malha
gerada, a batimetria de fundo é paralela à linha costa sendo portanto aceite esta simplificação.
Por outro lado, ao longo da propagação das ondas do largo para a costa, o período da onda é o
parâmetro hidrodinâmico que menos se altera, validando a simplificação de este se manter
constante.
Quanto aos fenómenos de alteração da propagação da onda, a refracção é de facto o fenómeno
que mais condiciona essa propagação até à zona de rebentação o que, por sua vez, constitui o
principal fenómeno responsável pelo fluxo de energia capaz de gerar transporte sedimentar.
Deste modo torna-se aceitável que estes sejam os únicos fenómenos de alteração da onda a
serem tidos em conta.
No decurso da utilização do software Littoral Proccess FM definiram-se seis perfis
perpendiculares à linha de costa, com uma extensão suficientemente grande, desde a praia até
a profundidades superiores a 83m. A Tabela 4.11 apresenta os perfis utilizados nesta simulação,
bem como a sua orientação em relação à linha de costa, o espaçamento da malha e o número
de pontos da mesma.
Tabela 4.11 – Perfis transversais utilizados na simulação de propagação da onda.
Perfil Easting (m) Northing (m) Orientação
[graus N] (º)
Espaçamento
da malha (m)
Nº de pontos
da malha (-)
Perfil 1 -76300 143500 99 500 65
Perfil 2 -77300 139700 100 500 65
Perfil 3 -77600 138000 100 500 65
Perfil 4 -78600 134000 102 500 65
Perfil 5 -79600 130000 102 500 65
Perfil 6 -80200 128000 102 500 65
41
Na Figura 4.15 representam-se os perfis transversais na batimetria da zona de estudo.
Figura 4.15 – Perfis transversais utilizados com a batimetria da zona de estudo.
De referir que foram testadas algumas configurações alternativas para os perfis a considerar, de
forma a estes se manterem o mais perpendicular possível às curvas de nível, sendo a solução
proposta aquela que apresentou melhores resultados.
Uma vez que se pretende uma série de clima de agitação coincidente com a série original,
definiu-se um período de simulação do dia 17/07/1996, às 18:00h até 31/12/2011 às 21:00h, com
um passo de cálculo de 03:00h, totalizando um número de 45161 passos de cálculo.
Como resultado da propagação verifica-se que, à profundidade de 15m e para todos os perfis
definidos, os parâmetros hidrodinâmicos de altura de onda e direcção média incidente são
bastante semelhantes. A Figura 4.16 é esclarecedora disso mesmo, já que da análise às rosas-
dos-ventos dos climas de agitação para os 6 perfis ensaiados, verifica-se uma grande
semelhança quer na direcção incidente da onda quer na percentagem de ondas consideradas
calmas.
Por sua vez, na Figura 4.17 podemos comparar a altura de onda dos seis perfis para a
profundidade de 15m e nos primeiros 25 dias de simulação, concluindo que não existem
diferenças significativas entre os valores obtidos para a altura de onda.
De salientar que, ao longo de todo o período de simulação, foram detectadas algumas diferenças
nos valores obtidos para o Perfil 6, perfil mais a sul. Contudo, apesar das variações registadas
ocorrerem com alguma frequência, foi possível validar o procedimento, uma vez que o perfil em
causa se encontra no limite inferior da zona de estudo, não influenciando negativamente a
restante zona de estudo.
42
Como tal, dada a uniformidade dos dados em questão é possível prosseguir o estudo assumindo
que o clima de agitação obtido para o Perfil 3 é representativo de toda a zona, conforme resulta
da análise estatística dos parâmetros hidrodinâmicos apresentada na Tabela 4.12.
Tabela 4.12 – Estatística dos parâmetros hidrodinâmicos obtidos na simulação da propagação da onda.
Perfil 1 2 3 4 5 6
Altura de onda (Hrms)
Min -1.00E-
30 -1.00E-
30 -1.00E-
30 -1.00E-
30 -1.00E-
30 -1.00E-
30
Máx 6.427 6.473 6.528 6.502 6.352 5.888
Média 1.960 1.964 1.964 1.973 1.973 1.966
Desvio Padrão
1.045 1.047 1.048 1.052 1.048 1.024
Direcção média
incidente da
onda (θ)
Min 2.853 3.456 3.532 4.146 3.979 3.954
Máx 358.733 358.773 358.783 358.812 358.789 358.785
Média 294.843 295.266 295.325 295.983 295.853 295.834
Desvio Padrão
16.717 16.767 16.812 16.745 16.630 16.614
43
a) b) c)
d) e) f)
Figura 4.16 – Distribuição conjunta dos parâmetros Hs – θ do clima de agitação marítima ao largo. a) Perfil 1; b) Perfil 2; c) Perfil 3; d) Perfil 4; e) Perfil 5; f) Perfil 6.
44
Figura 4.17 – Comparação da altura de onda obtida na simulação de propagação da onda para os 6 perfis definidos, para os primeiros 25 dias de simulação
45
4.4 Maré astronómica
“Para se ter um conhecimento da maré com valor prático é necessário ter uma percepção correcta dos
níveis de referência. As previsões de maré efectuadas pelo Instituto Hidrográfico (IH) são referidas ao
nível do Zero Hidrográfico (ZH), que é o nível de referência utilizado na medição das sondas reduzidas
e das alturas da maré, situado perto do nível atingido pelas mais baixas baixa-mares. Porém, a
referência assumida em Portugal na determinação de cotas ou altitudes, é o Nível Médio Adoptado
(NMA) que corresponde ao nível médio do mar em Cascais, determinado a partir de mais de 50 anos
de dados maregráficos centrados em 1910” (Martins & Reis, 2007).
Os níveis de maré e planos de referência adoptados nesta dissertação correspondem aos sugeridos
pelo Instituto Hidrográfico Português e apresentam-se na Figura 4.18.
Figura 4.18 – Níveis de maré e planos de referência adoptados pelo Instituto Hidrográfico (Instituto Hidrográfico, 2015b).
Por observação da figura podemos verificar que o nível médio do mar, assinalado na figura como NM,
corresponde à posição que a superfície livre do mar teria na ausência dos efeitos da maré astronómica
e também dos efeitos meteorológicos (não abordados nesta dissertação).
A acção da agitação marítima encontra-se sempre associada, por sobreposição, aos efeitos da maré.
Na costa portuguesa, as marés astronómicas, com cerca de 4m de amplitude são do tipo semi-diurnas,
isto é, verifica-se a existência de duas baixas-mares e de duas praias-mares ao longo do dia.
Com recurso ao software WXTide32 (Hopper, 2007) foram retirados os valores de maré no período de
17/7/1996, às 18:00h até 31/12/2011 pelas 21:00h, com um passo de cálculo de 03:00h, totalizando
um número de registos igual a 45161, número igual ao número de eventos climáticos na série de ondas.
46
A Figura 4.19 representa, a título exemplificativo, as marés obtidas para o período das 18:00h do dia
27/12/2011 às 21:00h do dia 31/12/2011.
Figura 4.19 – Registo de maré astronómica do dia 27/12/2011 das 18h00 às 21h00 do dia 31/12/2011, obtido pelo software WXTide32.
A análise estatística dos valores obtidos demonstram que a média de valores é de +2.001161m e a
amplitude de valores de maré astronómica se situa entre os +0.17m e os +3.89m. Valores das tabelas
de marés para o ano de 2006 (Instituto Hidrográfico, 2005) permitiram validar os dados obtidos pelo
software WXTide32, através da comparação de alguns valores dos níveis de maré.
4.5 Obras de engenharia costeira
Da pesquisa às obras de engenharia costeira existentes na área de estudo verifica-se a existência de
cinco esporões e de dois conjuntos de defesas frontais aderentes (CEHIDRO, 1998), identificados na
Figura 4.20.
Figura 4.20 – Obras costeiras existentes na zona de estudo, datadas de 1996.
É importante referir que ao longo da dissertação a representação das obras de engenharia costeira é
meramente ilustrativa da sua posição, não sendo as mesmas representadas com o seu real
comprimento e localização, devido à sua geometria variável e à ordem de grandeza das unidades
apresentadas nos gráficos.
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
Nív
el de m
aré
(m
)
Registo de maré astronómica (3 em 3 horas)
47
Complementarmente, uma visita ao local permitiu a observação das obras de protecção costeira
estando apresentados, nas figuras seguintes, os esporões existentes. A visita ao local é datada de 5
de Setembro de 2015, entre as 16 horas e as 18 horas.
O esporão limitador da fronteira norte localiza-se em Maceda com cerca de 230 m de comprimento e
apresenta, a sotamar, a linha de costa junto ao seu enraizamento, estando o mar bastante próximo do
cordão dunar, sendo visíveis os efeitos da erosão sobre o mesmo. (Figura 4.21).
Figura 4.21 – Esporão de Maceda. Visita ao local (5/9/2015).
Os três esporões existentes no Furadouro datam de 1972-73 e o esporão a norte encontra-se,
actualmente, completamente soterrado em areia, sendo a sua utilidade de momento nula. A sul, o
esporão existente sofreu alterações na sua localização, tendo sido movido mais para sul.
A defesa frontal que une o enraizamento dos dois esporões começou a ser construída em 1959, unindo
hoje por completo ambas as estruturas e prolongando-se ainda mais para sul do segundo esporão. O
esporão do Furadouro Norte encontra-se junto ao limite da linha de água estando, à hora observada, a
cabeça do esporão a coincidir com a zona de rebentação das ondas. (Figura 4.22).
Figura 4.22 – Esporão do Furadouro Norte. Visita ao local (5/9/2015).
48
A sotamar, o mar encontra-se junto à defesa frontal aderente do Furadouro Centro criando, mais a sul,
uma pequena extensão de praia a barlamar do esporão do Furadouro Sul (Figura 4.23).
Figura 4.23 – Furadouro. Visita ao local (5/9/2015). a) Esporão do Furadouro Norte e Defesa Frontal Aderente do Furadouro Centro b) Esporão do Furadouro Sul.
A primeira intervenção de engenharia costeira na Torreira data de 1974 com a construção de uma
pequena defesa frontal em enrocamento e, seis anos depois, com a construção de um esporão. Na
Figura 4.24, observa-se que o Esporão da Torreira se encontra parcialmente soterrado em areia,
existindo uma extensão de 15 m de praia, da cabeça do esporão até ao limite de espraiamento da onda.
Figura 4.24 – Esporão da Torreira. Visita ao local (5/9/2015).
49
De seguida apresenta-se, na Tabela 4.13, a informação sobre as obras costeiras existentes na zona
de estudo. Note-se que as coordenadas apresentadas referem-se à zona do cabeço dos molhes, no
caso dos esporões.
Tabela 4.13 – Coordenadas de localização das obras costeiras existentes na zona de estudo.
Designação da Obra Easting (m) Northing (m)
Esporão de Maceda -44593.00 140395.00
Esporão do Furadouro Norte
-46050.00 133970.00
Esporão do Furadouro Sul
-46135.00 133407.00
Esporão da Torreira -49280.00 121103.00
Defesa frontal aderente Furadouro Centro
-45900.00 133916.00
-46000.00 133425.00
Defesa frontal aderente Furadouro Sul
-46000.00 133425.00
-46006.00 133209.00
Defesa frontal aderente Torreira
-49180.00 121103.00
-49100.00 121303.00
4.6 Sedimentologia
A análise das propriedades dos sedimentos é uma componente com bastante importância na temática
da evolução litoral, na medida em que influencia o transporte longitudinal dos próprios sedimentos. A
zona em estudo apresenta uma composição maioritariamente baseada em areias pouco graduadas,
sendo o valor do diâmetro nominal médio, 𝑑50, definido em 0,5 mm – conforme estudos anteriores
(Sena, 2010; Di Bona, 2013). A densidade relativa do material, 𝑠, foi definida em 2.65 tendo em conta
os valores de referência para a areia de quartzo e a porosidade do material definiu-se em 0.4.
A velocidade de queda das partículas, 𝑤, determinou-se de acordo com a fórmula de Rubey (1933),
em que, para uma partícula de diâmetro 𝑑𝑠, a sua velocidade de queda 𝑤 é dada por:
𝑤 = √𝑔(𝑠 − 1)𝑑𝑠 ((2
3+
36𝑣2
𝑔(𝑠 − 1)𝑑𝑠3
)
12
− (36𝑣2
𝑔(𝑠 − 1)𝑑𝑆3)
12
)
(4.1)
Onde 𝑠 é a densidade relativa dos sedimentos, 𝑔 é a aceleração da gravidade e 𝑣 é a viscosidade
cinemática dada pela equação:
𝑣 = (1.78 − 0.0570812𝑇𝑤 + 0.00106177𝑇𝑤2 − 8.27141 ∗ 10−6𝑇𝑤
3) ∗ 10−6 (4.2)
Em que 𝑇𝑤 representa a temperatura da água (considerada a 15ºC nesta dissertação).
50
A velocidade de queda, 𝑤, fixou-se em 0.06 m/s.
A rugosidade de fundo traduz a resistência da passagem do escoamento numa determinada superfície
dificultando, assim, o transporte sedimentar. Esta rugosidade depende do tipo de fundo (com dunas,
rugas, etc.) e do tamanho dos sedimentos, sendo definida pela rugosidade de Nikuradse (𝑘𝑛). Para
casos em que não existe configuração de fundo este parâmetro pode ser estimada pela expressão de
Nielson (1979):
𝑘𝑛 = 2.5 𝑑50 (4.3)
Os valores de rugosidade do fundo, para todos os perfis transversais definidos são apresentados no
subcapítulo § 5.1.1.
51
5 MODELO LITTORAL PROCESSES FM: CALIBRAÇÃO E VALIDAÇÃO
Este capitulo tem como objectivo a compreensão do modelo numérico realizado através do software
Littoral Processes FM. A primeira parte apresenta o processo de calibração do modelo, nomeadamente
as considerações assumidas, as limitações e os parâmetros usados na construção do modelo
numérico, enquanto a segunda parte fornece informações sobre a validação do modelo.
5.1 Calibração do modelo
A fase de calibração do modelo tem como objectivo a obtenção da linha de costa em 2001, partindo da
linha de costa inicial de 1996, de forma a ajustar os parâmetros de cálculo introduzidos no modelo. O
passo de cálculo utilizado neste procedimento é de 3 horas, com início no dia 17/7/1996 às 18:00h.
5.1.1 Definição dos perfis transversais
No modelo computacional definem-se 5 perfis transversais, localizados como indica a Figura 5.1, e com
as características apresentadas na Tabela 5.1. Os perfis transversais permitem a definição de um
gradiente de transporte sedimentar ao longo do trecho em estudo, forçando o ajustamento da linha de
costa.
Para tal, os perfis transversais são definidos perpendicularmente à linha de costa, em igual número de
pontos na malha de cálculo e com a mesma equidistância entre si. Em complemento, o primeiro ponto
do perfil, ao largo, tem de se situar a uma profundidade de modo a não serem sentidos os efeitos da
corrente gerada pela agitação marítima. Por outro lado, os últimos dois pontos dos perfis junto à costa
têm de se encontrar secos, isto é, acima do nível de água.
Figura 5.1 – Perfis transversais ao longo do trecho em análise.
52
Os perfis transversais foram gerados através do software Mesh Generator – MIKE Zero (DHI, 2012)
utilizando os dados topográficos e batimétricos apresentados anteriormente (subcapítulo § 4.2):
A informação da Carta Náutica define a batimetria até aos 10m de profundidade;
Os Dados LiDAR fornecem a informação entre os 10m e os 2m de profundidade;
A topografia, acima da curva de nível +2m, é obtida da informação do INAG/IGeoE 1996;
Entre as curvas de nível -2m e +2m é gerada a batimetria, através do software Mesh Generator.
Na Figura 5.2 apresentam-se os perfis transversais definidos para a zona de estudo referidos em
relação ao NMM.
Figura 5.2 – Perfis transversais obtidos dos perfis transversais gerados através do Mesh Generator.
Quanto aos perfis transversais obtidos verificam-se duas morfologias distintas relacionadas com a sua
localização ao longo da zona de estudo. Os Perfis 1 e 2, situados no Torrão do Lameiro e na Torreira,
respectivamente, apresentam uma configuração que, mais ao largo, revela uma batimetria inferior do
que em relação aos Perfis 3, 4 e 5, localizados no trecho Furadouro – Maceda. Na zona activa da praia
observa-se que a altura da berma pode variar entre os 4 e os 6 metros.
O software Littoral Processes FM tem como limitação a utilização de 5 perfis transversais na execução
do módulo de evolução de linha de costa. Dada a extensão do trecho em estudo não se consegue obter
um ajustamento preciso da linha de costa dificultando assim o processo de calibração. Na Tabela 5.1
apresentam-se as principais características dos perfis transversais definidos.
Tabela 5.1 – Perfis transversais utilizados no módulo de transporte litoral.
Easting
(m) Northing
(m)
Orientação
[graus N] (º)
Espaçamento da
malha (m)
Nº de pontos
da malha (-) Rugosidade de
fundo (m)
Perfil 1 -53950 121750 102 10 500 0.0001
Perfil 2 -51800 130000 100 10 500 0.001
Perfil 3 -50750 134000 101 10 500 0.01
Perfil 4 -49600 139500 101 10 500 0.0007
Perfil 5 -49250 141150 98 10 500 0.07
53
Para cada passo de cálculo a batimetria é directamente retirada da malha de cálculo criada, não
existindo, portanto, um perfil batimétrico representativo de toda a zona. Na Figura 5.3 apresenta-se, a
título de exemplo, o perfil batimétrico do Perfil 1.
Figura 5.3 – Perfil transversal 1, gerado através do Mesh Generator.
5.1.2 Sedimentologia e características do fundo
Tal como referido no subcapítulo § 4.6, o diâmetro médio dos sedimentos, 𝑑50, foi definido em 0.5mm,
com uma velocidade de queda associada de 0.06 m.s-1. Para a cota de berma, 𝑑𝐵, considera-se a cota
mais alta da praia junto à costa, valor para o qual o perfil transversal se move, acima do NM.
De acordo com o estudo atrás mencionado (Di Bona, 2013), definiu-se o valor de 4 metros para a cota
de berma. Segundo Hanson & Kraus (1989) a profundidade de fecho, 𝑑𝐶 ,pode ser estimada como
sendo duas vezes a altura significativa máxima na área de interesse, adoptando o valor de 12m para a
profundidade de fecho.
Por sua vez, a porosidade, parâmetro que controla a deriva sedimentar foi estimada em 0.4. Neste caso
de estudo não se considerou o efeito de rugas no fundo do leito, tendo o parâmetro critico de Shields
o valor de 0.045.
5.1.3 Condições de fronteira lateral.
As condições de fronteira lateral são, geralmente, expressas em relação ao nível de quantidade de
sentimentos à entrada e à saída da zona de estudo.
No caso do Littoral Processes FM, esta quantidade pode ser controlada pela definição da rugosidade
de fundo em duas secções fundamentais: a secção a barlamar do esporão de Maceda – que limita a
entrada de sedimentos; e a secção a sotamar do esporão da Torreira – que define a quantidade de
sedimentos de saída.
Ao serem modificadas as rugosidades de fundo dos perfis são alteradas as capacidades de transporte
dessas zonas forçando, assim, a passagem de mais ou menos sedimentos. Deste modo, pode ser
controlada a deriva litoral ao longo da zona em análise, a fim de obter o ajustamento desejável para a
posição da linha de costa.
54
De acordo com estudos anteriores (Teixeira, 2006; Henriques, 2007), o valor médio de sedimentos
medidos para a área de estudo é de um milhão de metros cúbicos de sedimentos por ano,
aproximadamente. Desta feita, para o Perfil 1, definiu-se uma rugosidade de 0.0001m, a fim de se
assegurar uma passagem anual de 1 090 000 m3. Junto a Maceda, o Perfil 5 controla a entrada de
sedimentos neste área, assumindo-se um valor de rugosidade igual a 0.07m para controlar a entrada
de sedimentos para num valor total de 358 000 m3/ano.
De notar que, com o objectivo de limitar a entrada de sedimentos no trecho em estudo, prologou-se o
comprimento do esporão de Maceda em 300 metros. Desta simplificação resulta uma grande
quantidade de sedimentos retidos no esporão de Maceda, o que origina a erosão no trecho em estudo.
5.1.4 Permeabilidade das obras marítimas
As obras marítimas não tem a capacidade de reter todos os sedimentos que lhe chegam, situação em
que é possível definir um comprimento de bypass – comprimento para o qual o esporão deixa de ser
totalmente eficiente. Neste cenário, o esporão passa a ter um comprimento aparente para o qual os
sedimentos são efectivamente bloqueados.
Durante a fase de calibração do modelo foram testadas muitas hipóteses quanto ao comprimento de
bypass das obras marítimas concluindo-se que, para além de existir um comprimento para o qual as
obras marítimas deixam de ser eficientes no bloqueio de sedimentos, essa influência na evolução
costeira é bastante significativa e não pode ser estimada apenas com dois registos da posição de linha
de costa – 2001 e 2011.
Deste modo, assumiu-se que as obras costeiras bloqueiam a passagem de todos os sedimentos
prevendo-se, como consequência, a saturação completa destas estruturas a barlamar – algo que, na
realidade, não se verificou.
Na Tabela 5.2 apresentam-se as obras costeiras presentes na simulação de calibração, bem como os
seus comprimentos.
Tabela 5.2 – Obras costeiras na zona de estudo.
Designação Easting (m) Northing (m) Comprimento (m)
Esporão de Maceda -44993.00 140500.00 215
Esporão do Furadouro Norte -46050.00 133970.00 135
Esporão do Furadouro Sul -46135.00 133407.00 140
Esporão da Torreira -49280.00 121103.00 120
55
5.1.5 Resultados da calibração
Os resultados finais da calibração podem ser observados na Figura 5.4, verificando-se que a linha de
costa obtida é aproximada à linha de costa de 2001.
Figura 5.4 – Posição da linha de costa obtida no processo de calibração.
Numa análise mais detalhada da simulação pode concluir-se:
No trecho 1, de Maceda ao Furadouro, a linha de costa determinada apresenta pequenas
variações face à realidade em 2001, estando a maior diferença a barlamar do esporão do
Furadouro Norte – o que corresponde a uma situação de acreção junto ao esporão;
Junto às obras do Furadouro, a calibração apresenta resultados bastante aproximados com a
linha de costa de 2001, registando-se a rotação do trecho para ficar perpendicular à direcção
incidente da onda dominante;
A sotamar do esporão do Furadouro Sul regista-se uma erosão acentuada provocada pelo
défice de sedimentos bloqueados pelas estruturas do Furadouro;
Entre os quilómetros 6 e 13.6, do Furadouro ao Torrão do Lameiro, a simulação apresenta uma
variação na ordem dos 25 metros, com excepção da extensão entre o quilómetro 11 e o
quilómetro 13, em que se regista uma acentuada erosão;
No trecho 3, do Torrão do Lameiro à Torreira, a posição de linha de costa apresenta o mesmo
alinhamento e orientação da linha de costa de 2001, validando a calibração realizada;
No que respeita ao Perfil 3, em especial na zona próxima do Furadouro, o facto da rugosidade de fundo
definida para este troço ser consideravelmente baixa (0.01m) faz com que a previsão da quantidade de
sedimentos a atravessar esta área seja superior à real, aumentando, por essa via, a acreção registada.
Por outro lado, a impossibilidade da definição de um número superior de perfis transversais foi outra
das razões para a difícil calibração desta zona, situação que permitiria uma melhor quantificação dos
sedimentos transportados nesse trecho e a criação de gradientes de transporte mais suaves e
adaptados a cada zona.
56
Em termos gerais, a variação da linha de costa da simulação face ao levantamento do INAG/IGeoE
2001 pode ser explicada devido a dois pontos: o clima de agitação marítima e a incerteza na
quantificação dos caudais sedimentares.
Em primeiro lugar, no processo de preenchimento das falhas no clima de agitação marítimo realizado
por Di Bona (2013), 56.6% dos dados em falta dizem respeito à estação de Inverno e foram substituídos
por valores médios, sendo que, em teoria, as alturas de onda são superiores durante esta estação.
Em segundo lugar, o número reduzido de perfis transversais definidos origina uma grande incerteza e
variabilidade em relação aos caudais de transporte na zona de estudo. Neste sentido, uma pequena
variação dos gradientes de transporte definidos conduz a uma significativa alteração da posição da
linha de costa obtida na simulação, verificando-se grandes diferenças na comparação com os
levantamentos topográficos no INAG/IGeoE 2001.
A Figura 5.5 apresenta, para o período de calibração, os resultados obtidos no que respeita à altura de
onda, nível de água e à velocidade da corrente longitudinal provocada pela rebentação. Da análise a
esta figura conclui-se que a velocidade da corrente é o principal factor responsável pelo transporte dos
sedimentos (e consequente erosão costeira), uma vez que regista o valor de, aproximadamente, 1 m/s
na zona activa da praia.
Os valores apresentados dizem respeito ao Perfil 1 definido no subcapítulo § 5.1.1.
Figura 5.5 – Velocidade da corrente e altura de onda, para o perfil transversal 1, obtido na fase de calibração do modelo.
5.2 Validação do modelo
A validação do modelo computacional é feita através da execução do módulo de evolução costeira sem
a alteração de qualquer parâmetro utilizado na calibração, por forma a alcançar a posição da linha de
costa em 2011.
Para tal, o ponto inicial da simulação corresponde à posição da linha de costa em 2001, utilizando-se
um passo de cálculo de 3h, para um período de simulação de 10 anos.
57
5.2.1 Resultados da validação
A Figura 5.6 apresenta os resultados obtidos no processo de validação do modelo matemático.
Figura 5.6 – Linha de costa obtida na validação do modelo
Nesta figura, pode observar-se que, de um modo geral, a linha de costa obtida apresenta uma tendência
semelhante à registada pelos Dados LiDAR, destacando-se os seguintes pontos:
A linha de costa obtida até ao quilómetro 13.6, junto da obra do Furadouro Sul, é bastante
aproximada à linha de costa do levantamento topográfico LiDAR 2011, podendo afirmar-se que,
para este trecho, o modelo matemático se encontra validado;
A tendência de aumento da erosão junto ao esporão do Furadouro Sul em relação ao restante
trecho Furadouro – Torreira mantém-se, sustentando a hipótese deste se encontrar em rotação
em relação ao esporão da Torreira;
No trecho Maceda – Furadouro regista-se a acreção da linha de costa, em virtude do facto do
modelo considerar a acumulação de sedimentos a barlamar do esporão do Furadouro Norte,
situação que levará à sua saturação. No entanto, prevê-se que esta tendência seja revertida
nos próximos anos de simulação, após a saturação total do esporão do Furadouro Norte e o
início da rotação em relação a essa mesma estrutura;
Do quilómetro 17 ao esporão de Maceda verifica-se o fenómeno de erosão a uma taxa de recuo
de 0.5m/ano, ainda assim inferior à taxa de recuo verificada através dos Dados LiDAR.
Apesar do fenómeno de acreção junto ao esporão do Furadouro Norte não ser consistente com os
Dados LiDAR considera-se validado o modelo matemático apresentado, assumindo as diferenças
observadas como uma limitação do software e utilizando a linha de costa observada no dia 1/1/2011
para as simulações de cenários futuros.
58
59
6 SIMULAÇÃO DA EVOLUÇÃO DA LINHA DE COSTA EM VÁRIOS CENÁRIOS
Este capítulo apresenta a evolução da linha de costa do trecho em estudo para os seguintes cenários
de simulação:
o cenário Do Nothing, em que a zona costeira não é alvo de nenhuma intervenção a nível de
obras de protecção costeira;
o cenário de Protecção com Campo de Esporões, proposto pela empresa Hidrotécnica
Portuguesa;
o cenário de Protecção com Quebramares Destacados.
Todos os parâmetros utilizados no modelo correspondem aos definidos na fase de calibração e
validação, não sendo os mesmos alterados nestas simulações.
Pelo facto do clima de agitação marítimo, fornecido pelo Instituto Hidrográfico, ser respeitante ao
período de 1996 a 2011 e, uma vez que as simulações futuras ultrapassam essa escala temporal,
assume-se que o clima de agitação marítimo é uma repetição da série facultada, estando o modelo
hidrodinâmico a ser executado no formato de looping. Esta simplificação assume que a série de
agitação marítima futura se manterá com características semelhantes à respeitante ao período de 1996
a 2011.
6.1 Simulação até à presente data.
Neste subcapítulo é simulada a linha de costa até ao dia 1/1/2016, assumida para esta dissertação
como sendo a data presente, a fim de não serem simulados cenários futuros partindo da posição de
linha de costa em 2011. Deste modo, executa-se o modelo numérico até esta data, assumindo que as
futuras intervenções a nível de obras de protecção costeira são introduzidas neste momento.
A Figura 6.1 apresenta o resultado da simulação até ao dia 1/1/2016, sendo especialmente relevante
por se tratar do ponto de partida para os cenários futuros.
Figura 6.1 – Linha de costa para a simulação até à data presente (1/1/2016).
60
Na Tabela 6.1 apresentam-se os resultados da deriva litoral calculada através do módulo Littoral Drift,
para o período de simulação de 1996 a 2016 e que engloba a simulação de calibração, validação, e
simulação até à data presente.
Tabela 6.1 – Deriva litoral para o período de simulação (1996-2016).
Calibração, Validação e Simulação até à data presente (1996-2016)
Perfil nº Sedimentos acumulados no período de simulação
(m3)
Deriva sedimentar
anual (m3/ano)
Rugosidade de fundo (m)
1 2.12E+07 1.09E+06 0.0001
2 1.49E+07 7.65E+05 0.001
3 8.21E+06 4.22E+05 0.01
4 1.84E+07 9.45E+05 0.0007
5 6.96E+06 3.58E+05 0.07
Da análise dos dados verifica-se que os Perfis 1 e 4 apresentam uma deriva litoral na ordem de um
milhão de sedimentos por ano, em contrapartida com os restantes perfis que apresentam uma deriva
litoral substancialmente mais reduzida. Este facto deve-se à necessidade de se criar um gradiente de
transporte sedimentar tal que induza erosão/acreção em determinados trechos específicos.
6.2 Cenário Do Nothing
O objectivo desta simulação passa pela definição da posição de equilíbrio da linha de costa, numa
situação em que se replicam as condições do clima de agitação marítimo (1996-2011) e não se
contempla a alteração ou introdução de novas obras marítimas que levem à modificação da linha de
costa e da sua tendência de erosão/acreção.
Na Figura 6.2 e Figura 6.3 é apresentada a evolução da linha de costa de dez em dez anos até ao
limite temporal estabelecido (2056) e a comparação da linha de costa em 2016 e 2056,
respectivamente, verificando a tendência generalizada de erosão em toda a área de estudo.
De uma análise mais detalhada pode concluir-se que:
No trecho 1 (Maceda ao Furadouro) regista-se uma erosão acentuada entre os quilómetros 16
e 18, com uma taxa de erosão de 1,25 m/ano, validando a hipótese deste trecho estar em
rotação face o esporão do Furadouro Norte;
O trecho 2 (Furadouro ao Torrão do Lameiro) apresenta a maior taxa de erosão, na ordem dos
2,25 m/ano. Este fenómeno está directamente relacionado com o défice sedimentar existente
nesta zona e com a hipótese deste trecho se encontrar em rotação face ao esporão da Torreira,
dado que é corroborado pela diminuição da taxa de erosão no trecho 3 (Torrão do Lameiro à
Torreira) – tornando-o mais estável;
Na zona entre os esporões do Furadouro é de notar uma flutuação da posição da linha de costa
concordante com a tendência de erosão/acreção sentida nessa zona;
61
A menor extensão do trecho 1 face aos trechos 2 e 3 faz com a rotação desse troço seja
efectuada a uma velocidade superior;
Nas simulações efectuadas até 1/1/2056 não é atingida a posição de equilíbrio na zona, uma
vez que os trechos continuam a apresentar elevadas taxas de erosão. Este desequilíbrio pode
ser justificado pela natural falta de fornecimento de sedimentos e pelo prolongamento, já
justificado, do comprimento do Esporão de Maceda;
À medida que a rotação dos trechos atinja valores aproximados aos do estudo do
CEHIDRO/INAG, (1998) – aproximadamente 20º N-S, a zona de estudo tende a encontrar a
posição de equilíbrio.
Em suma, o presente cenário permite estimar a perda de território para um período de 40 anos em
cerca de 960 200 m2, o equivalente a, aproximadamente 96 hectares e traduz uma perda de 19,7 % do
terreno costeiro da zona de estudo.
62
Figura 6.2 – Cenário Do Nothing. Posições de linha de costa obtidas de 10 em 10 anos.
Figura 6.3 – Posição da linha de costa em 1/1/2016 e 1/1/2056 para o cenário Do Nothing.
63
6.3 Cenário de Protecção com Campo de Esporões – a proposta da
Hidrotécnica Portuguesa
Em Agosto de 1981, a empresa Hidrotécnica Portuguesa, Consultores para Estudos e Projectos (HP),
apresenta o estudo “Leixões-Cabo Mondego. Problemas Litorais” com dois objectivos principais:
compreender o transporte sedimentar e regime litoral no troço costeiro entre Leixões e o Cabo Mondego
e propor um plano geral de obras para controlar o problema da erosão costeira que começava, à data,
a alertar as autoridades responsáveis.
6.3.1 Plano de obras
No estudo acima mencionado estava prevista a construção de 19 obras marítimas no troço Espinho –
S. Jacinto, sendo que, na zona de estudo Maceda – Torreira, era prevista a construção de nove
esporões novos e o prolongamento de um esporão existente.
Em concreto, no trecho 1 (Maceda ao Furadouro) estava prevista a construção de três esporões com
um comprimento aproximado de 250 m e distanciados entre si de dois quilómetros. Delimitadas pelos
esporões de Maceda e do Furadouro Norte, estas obras previam a formação de praias em espiral
aceitando, no sentido do transporte sedimentar, uma erosão controlada junto ao esporão anterior e
uma acumulação de sedimentos junto ao esporão seguinte.
A adopção da praia em espiral no lugar do clássico campo de esporões permite reduzir em menos de
metade o número de obras de protecção costeira, razão que se afigura bastante significativa para
justificar a perda adicional de território litoral, tanto mais que, volta a frisar-se, essa perda é controlada
no espaço e no tempo.
Do Furadouro à Torreira (trechos 2 e 3), o estudo da Hidrotécnica Portuguesa previa a construção de
seis esporões com comprimentos e espaçamentos similares aos do trecho 1 – 250 m e dois
quilómetros, respectivamente. Tal como no estudo do (CEHIDRO, 1998) admite-se como orientação
de equilíbrio estático entre as praias da zona de estudo valores entre os 18º e 22º face à direcção N-S.
De ressalvar, que no Furadouro, à data do estudo da Hidrotécnica Portuguesa, o esporão mais a Norte
não estava soterrado não sendo, portando, tido em consideração para as simulações seguintes. Por
outro lado, o estudo contemplava a ampliação do esporão do Furadouro Sul na ordem das dezenas de
metros, algo que, devido à pouca significância, não foi tido em consideração.
Por último, as obras previstas junto ao Furadouro para salvaguardar o aglomerado urbano existente
distam entre si cerca de um quilómetro, ao invés dos dois quilómetros do campo de esporões, limitando
assim o troço erodível.
64
6.3.2 Simulação do cenário de protecção
A Tabela 6.2 apresenta as localizações adoptadas para as obras consideradas nesta simulação, sendo
a sua localização indicada na Figura 6.4. A presente simulação tem início no dia 1/1/2016, data em que
se admite a construção do campo de esporões.
Para além do campo de esporões admite-se ainda a existência das defesas frontais aderentes definidas
no subcapítulo § 4.5 (Figura 4.20). Note-se que os pontos apresentados dizem respeito à cabeça dos
esporões.
Tabela 6.2 – Cenário de Protecção com campo de esporões. Localização das obras simuladas no estudo da Hidrotécnica Portuguesa.
Designação da Obra Easting (m) Northing (m)
Esporão de Maceda -44993.00 140500.00
Esporão do Furadouro Norte -46050.00 133970.00
Esporão do Furadouro Sul -46135.00 133407.00
Esporão da Torreira -49280.00 121103.00
Esporão E1.1 -44825.00 138500.00
Esporão E1.2 -45260.00 136500.00
Esporão E1.3 -45840.00 134500.00
Esporão E2.1 -46240.00 132500.00
Esporão E2.2 -46770.00 130500.00
Esporão E2.3 -47240.00 128500.00
Esporão E3.1 -47760.00 126500.00
Esporão E3.2 -48310.00 124500.00
Esporão E3.3 -48860.00 122500.00
A Figura 6.4 apresenta os resultados obtidos quanto à evolução da linha de costa, em períodos de 10
anos, até 1/1/2056 verificando-se, tal como previsto, a formação de praias em espiral.
Na zona do Furadouro, devido à localização dos esporões E1.3 e E2.1 a uma distância inferior em
relação aos já existentes, observa-se um maior abrigo da zona ao fenómeno de erosão, já que diminui
a extensão das zonas potencialmente erodíveis.
A maior acreção e, por sinal, a mais benéfica, verifica-se junto dos esporões E2.1 e E2.2, uma vez que
se situam numa zona que, tal como observado no Cenário Do Nothing, é bastante afectada pelo recuo
da linha de costa devido à rotação em relação ao esporão da Torreira. Esta acreção é acentuada devido
ao posicionamento mais adiantado destes esporões face aos restantes, decisão tomada pela
necessidade acrescida de recuperar território litoral.
65
Com a introdução destas obras e do esporão E1.3 é possível garantir um maior abrigo no Furadouro
face à erosão costeira criando, ainda, cerca de 100 m de praia, na sua maior extensão a sul desta
localidade.
Junto ao esporão de Maceda, a evolução de linha de costa deve ser entendida com cautela, uma vez
que a configuração apresentada tem em conta o prolongamento de 300 metros desse esporão
(assumido na fase de calibração), não se traduzindo na real evolução do trecho. A sua configuração
tende a ser semelhante à verificada no trecho anterior.
Apesar da generalizada erosão ao longo da zona de estudo, é de notar que no trecho Torrão do Lameiro
– Torreira este fenómeno ocorre a uma taxa superior à verificada para os restantes trechos, atingindo
o seu valor máximo no trecho E3.2 – E3.3, com valores de recuo de 3,25m/ano.
Quanto à perda de território litoral, verifica-se que a solução de Protecção com Campo de Esporões
origina uma perda de cerca de 17,1% do território litoral da zona de estudo, o que corresponde a 85
hectares de praia – valor inferior ao do Cenário Do Nothing. Em comparação, a diferença entre ambos
os cenários cifra-se, maioritariamente, na acumulação de sedimentos verificada no trecho 1: Maceda –
Furadouro.
A estimativa de erosão / acreção não se deve cingir apenas ao volume de sedimentos erodidos ou
acumulados, mas também à zona em que esses fenómenos ocorrem. Tendo em consideração tal facto,
considera-se que o cenário de Protecção com Campo de Esporões oferece uma solução benéfica para
a mitigação da erosão na zona do Furadouro, ao invés do cenário Do Nothing em que o recuo da linha
de costa é acentuado por toda a zona de estudo.
66
Figura 6.4 – Cenário de protecção com campo de esporões. Posições da linha de costa obtidas de 10 em 10 anos.
Figura 6.5 – Posição da linha de costa em 1/1/2016 e 1/1/2056 para o cenário de Protecção com campo de esporões.
67
6.4 Cenário de Protecção com Quebramar Destacado
Este cenário tem como objectivo o estudo da evolução da linha de costa com a introdução de
quebramares destacados ao longo da zona de estudo. Os quebramares destacados permitem não só
a criação de condições de abrigo (mais calmas), como também a criação de área útil de praia para fins
balneares.
À semelhança dos restantes cenários, as simulações começam no dia 1/1/2016, terminando quando
for atingida a posição de equilíbrio ou a formação do tômbolo junto ao quebramar destacado. As
seguintes subsecções apresentam as variantes simuladas para o cenário apresentado.
6.4.1 Cenário A: um quebramar destacado junto ao esporão do Furadouro Norte
Sendo o Furadouro a zona mais afectada da zona em estudo, optou-se pela definição de um cenário
de protecção que visa a construção de um quebramar destacado alinhado com o esporão do Furadouro
Norte e com desenvolvimento para norte (Figura 6.6).
Figura 6.6 – Cenário A de protecção com quebra-mar destacado.
O quebramar destacado encontra-se localizado, aproximadamente, ao longo da batimétrica dos 5 m
(NMM), com orientação paralela à linha de costa e um comprimento de 300 m – igual à distância desta
estrutura à linha de costa.
Tal como proposto pelo US Army Corps of Engineers (1984), esta relação entre o comprimento e a
distância do quebramar à linha de costa é aquela que promove a formação de tômbolos em quebramar
destacados.
68
Ainda que não seja consensual entre a comunidade científica, a relação que conduz à formação de
tômbolos em quebramares destacados simples pode ser dada, segundo US Army Corps of Engineers
(1984), pela expressão (6.1), em que 𝐿𝐵 corresponde ao comprimento do quebramar destacado e 𝑋𝑐 à
distância do quebra-mar destacado à linha de costa:
𝐿𝐵/𝑋𝐶 ≥ 1.0 (6.1)
Na Tabela 6.3 apresenta-se a localização exacta do quebra-mar destacado do Furadouro Norte.
Tabela 6.3 – Localização do quebramar destacado do Furadouro Norte.
Obra de engenharia costeira Start Easting
(m) Start Northing
(m) End Easting
(m) End Northing
(m)
Quebramar Destacado do Furadouro Norte -46325.00 134108.00 -46210.00 134367.00
A Figura 6.7 apresenta os resultados da simulação do Cenário A – Cenário de protecção com um
quebramar destacado alinhado com o esporão do Furadouro Norte.
Analisando o resultado obtido verifica-se que não ocorre a formação do tômbolo, sendo atingido o
quase-equilíbrio dinâmico junto à obra costeira, ao fim de 40 anos de simulação. No entanto, verifica-
se a formação de um saliente com cerca 180 m, na sua maior extensão, constituindo uma acreção à
taxa de 4,5 m/ano.
Complementarmente, observa-se que a erosão acentuada a sotamar do esporão do Furadouro Sul
(200 m) encontra-se directamente relacionada com a formação do saliente a norte do Furadouro, sendo
perfeitamente notório o seu acentuamento na primeira simulação intermédia, datada de 2026. Dado o
grande fluxo sedimentar em apenas 10 anos o saliente atinge uma posição de quase-equilíbrio aliado
a uma rotação que tende a assumir a perpendicularidade face à direcção da onda dominante.
Quanto à localização do quebramar destacado, conclui-se que a distância à linha de costa deve ser
inferior à utilizada na simulação a fim de proporcionar a formação do tômbolo, num período de
simulação bastante inferior ao testado neste cenário.
Quanto à orientação do quebra-mar destacado prevê-se que uma rotação do quebramar até atingir a
perpendicularidade face à agitação marítima, irá conduzir a uma maior acumulação de sedimentos e
uma formação mais rápida do tômbolo. A modificação da posição das obras de protecção costeira, bem
como o seu comprimento e critérios de dimensionamento constituem pontos de futura investigação
nesta área.
Ao analisar a Figura 6.8 observa-se que o balanço (criação/destruição) de território litoral é semelhante
entre a solução Do Nothing e a solução do Cenário A favorável em menos 1% para o Do Nothing.
Contudo, a extensão de praia criada no Cenário A revela-se de uma importância extrema na protecção
da localidade do Furadouro, promovendo a criação de um local abrigado para recriação balnear com
uma extensão bastante considerável.
69
Figura 6.7 – Cenário A de protecção com quebramar destacado. Posição da linha de costa obtida de 10 em 10 anos.
Figura 6.8 – Posição da linha de costa a 1/1/2016 e 1/1/2056 para o cenário A e para o Cenário Do Nothing.
70
6.4.2 Cenário B: um quebramar destacado junto ao esporão do Furadouro Sul
Partindo do pressuposto assumido para o Cenário A – introdução de obras costeiras no sentido de
protecção do aglomerado urbano (Furadouro) – e após analisar os resultados dessa simulação optou-
se pela localização do quebramar destacado numa das zonas que acusa uma elevada taxa de recuo
da linha de costa. Ou seja, o presente cenário de protecção considera um o quebramar destacado
alinhado com o esporão do Furadouro Sul (Figura 6.9).
Figura 6.9 – Localização do quebramar destacado simulado no Cenário B de Protecção com Quebramar Destacados
Tal como no Cenário A, o quebramar destacado com o comprimento aproximado de 350 m
(correspondente, também, à distância desta estrutura para a linha de costa) foi colocado junto da
batimétrica dos 5 m a fim de se promover a formação do tômbolo.
A razão para a definição desta solução prende-se com a perspectiva de diminuir a erosão no Furadouro
podendo, desta forma, abrigar esta área da agitação marítima e, em simultâneo, criar um extenso areal
numa zona que tem um potencial de recuo de linha de costa muito elevado – a zona a sotamar do
esporão do Furadouro Sul.
Na Tabela 6.4 apresenta-se a localização precisa do quebra-mar destacado do Furadouro Sul, sendo
os resultados obtidos para as simulações do Cenário B apresentados na Figura 6.10.
Tabela 6.4 – Localização do quebramar destacado do Furadouro Sul.
Obra de engenharia costeira Start Easting
(m) Start Northing
(m) End Easting
(m) End Northing
(m)
Quebramar Destacado do Furadouro Sul -46360.00 133387.00 -46450.00 133120.00
71
Da análise da Figura 6.10 verifica-se que a solução de protecção com quebramar destacado alinhado
com o esporão do Furadouro Sul apenas constitui uma mais-valia no sentido de mitigar o recuo da linha
de costa junto ao enraizamento do esporão do Furadouro Sul, não salvaguardando o Furadouro do
fenómeno de erosão.
Apesar de permitir uma acalmia no clima de agitação marítimo a sul do Furadouro, esta solução leva a
uma diminuição da taxa de recuo da linha de costa numa zona muito reduzida concluindo-se que, face
ao Cenário A, não se trata de uma solução interessante a nível de prevenção da erosão costeira.
Além do cenário acima indicado foram também investigadas outras localizações de quebramar
destacados a sotamar do Furadouro Sul, concluindo-se que a introdução destas estruturas para lá do
alinhamento do Furadouro Sul não constitui uma solução benéfica para o problema da erosão costeira,
já que promovem apenas a diminuição da taxa de erosão e não a acumulação de sedimentos na zona.
Dada a acalmia verificada na zona a sotamar do esporão do Furadouro Sul, uma intervenção no sentido
de alimentação artificial da praia poderia ter vantagens e benefícios, na medida em que se cria um
extenso areal numa zona de erosão abrigada dos climas de agitação mais violentos.
Note-se que para este cenário, dada a evolução dos resultados obtidos, a linha de costa foi somente
simulada até ao ano 2046.
72
Figura 6.10 – Resultados da simulação do Cenário B – Protecção com 3 Quebramar Destacados
Figura 6.11 – Comparação entre a linha de costa de 1/1/2016 a 1/1/2046 para o cenário B de protecção com quebramar destacado e o cenário Do Nothing.
73
6.4.3 Cenário C: um quebramar destacado alinhado com o esporão do
Furadouro Norte, com prolongamento do esporão do Furadouro Sul
Após a análise dos resultados obtidos para o Cenário B, decidiu-se pela simulação de evolução
da linha de costa assumindo a construção de um quebra-mar destacado alinhado com o esporão
do Furadouro Norte aliado ao prolongamento do esporão do Furadouro Sul.
Este cenário resulta da observação in loco da posição da linha de costa entre os esporões do
Furadouro Norte e do Furadouro Sul e da constatação de que a mesma se encontra no limite da
defesa frontal aderente do Furadouro Centro. Como tal, o principal objectivo deste cenário é a
acumulação de sedimentos na extensão de 500 m que separa os dois esporões do Furadouro.
No que respeita à construção do quebramar destacado, esta estrutura localiza-se ao longo da
batimétrica dos 5 m, tem um comprimento de 200 m e encontra-se alinhado com o esporão do
Furadouro Norte (a uma distância de 50 m) – ver Figura 6.12. Esta estrutura tem o objectivo de
acalmar o clima de agitação marítima entre os esporões do Furadouro e promover a acumulação
de sedimentos.
Quanto ao esporão do Furadouro Sul, este cenário preconiza um prolongamento de 100 m face
ao seu comprimento inicial, adoptando o mesmo alinhamento. Devido ao prolongamento deste
esporão prevê-se uma acumulação de sedimentos a barlamar, criando uma extensa praia entre
os esporões do Furadouro.
Figura 6.12 – Cenário C: quebramar destacado alinhado com os esporões do Furadouro.
74
Na Tabela 6.5 apresentam-se as coordenadas da localização do quebra-mar destacado.
Tabela 6.5 – Localização do quebramar destacado do Furadouro Centro.
Obra de engenharia costeira Start Easting
(m) Start Northing
(m) End Easting
(m) End Northing
(m)
Quebramar Destacado do Furadouro Centro -46150.00 134000.00 -46200.00 133800.00
Na Figura 6.13 apresentam-se os resultados da simulação, destacando-se a criação de cerca de
100 m de praia na zona do Furadouro, o que se relaciona directamente com o prolongamento do
esporão do Furadouro Sul. De realçar que o avanço significativo da posição de linha de costa
ocorre nos primeiros 10 anos de simulação, uma vez que beneficia do fornecimento sedimentar,
a norte, e do gradiente de transporte favorável, a sul.
No trecho Furadouro – Torreira verifica-se que a tendência erosiva observada é semelhante à
verificada para o cenário Do Nothing, registando-se uma taxa de erosão de 3m/ano a sotamar
do esporão do Furadouro Sul, em virtude da diminuição da passagem de sedimentos.
A barlamar do Furadouro, o trecho 1 não apresenta alterações face ao cenário Do Nothing uma
vez que as modificações introduzidas apenas alteram a evolução da linha de costa a sotamar
das mesmas.
Quanto à influência da introdução do quebramar destacado alinhado com o esporão do
Furadouro Norte, conclui-se que o mesmo não contribui significativamente para a formação do
areal no Furadouro, ainda que se admita que a sua construção contribui para a acalmia dos
climas de agitação desta área (Figura 6.14).
Por outro lado, uma vez atingida a saturação do esporão do Furadouro Sul, a linha de costa
apresenta pequenas variações na zona do Furadouro, continuando o trecho a sotamar a
evidenciar a falta de fornecimento sedimentar e, em consequência, a apresentar tendências
erosivas.
É importante realçar que, com o avanço da posição da linha de costa no Furadouro, o esporão
do Furadouro Norte fica cada vez mais soterrado em areia, verificando-se a sua total inutilidade
na protecção costeira ao fim de 20 anos de simulação.
Em suma, conclui-se que a construção do quebramar destacado do Furadouro Centro não
beneficia significativamente a solução apresentada, já que o prolongamento do esporão do
Furadouro Sul é o principal responsável pelo avanço da linha de costa na zona do Furadouro. A
solução de protecção com o prolongamento do esporão do Furadouro Sul constitui então, das
soluções apresentadas, aquela que apresenta os melhores resultados no âmbito da protecção
costeira e acumulação de sedimentos na zona do Furadouro.
75
Figura 6.13 – Cenário C. Posições de linha de costa obtidas de 10 em 10 anos.
Figura 6.14 – Posição de linha de costa a 1/1/2016 e 1/1/2056, para o cenário C, cenário de prolongamento do esporão do Furadouro Norte e cenário de protecção com quebramar destacado no Furadouro Centro.
76
77
7 CONSIDERAÇÕES FINAIS
A zona litoral constitui um recurso finito e insubstituível no nosso planeta, assumindo-se como uma das
zonas com mais potencialidades em todo o território terrestre. O objectivo principal deste estudo previu
uma análise, a médio e longo prazo, do desenvolvimento costeiro, na costa do Furadouro, usando para
tal, um modelo matemático de evolução de linha de costa.
A preparação de um modelo matemático deste tipo requer a introdução e análise de diversa informação,
tal como o clima de agitação marítima, a batimetria e a topografia da zona (inclui o conhecimento de
três posições de linha de costa distintas).
Em primeiro lugar, o clima de agitação marítima foi analisado através dos dados da bóia ondógrafo de
Leixões fornecidos pelo Instituto Hidrográfico Português obtendo-se, posteriormente e a partir dos
trabalhos realizados por Di Bona (2013), uma série continua e regular, com um passo de cálculo
constante e igual a 3 horas.
Por outro lado, os dados topográficos e batimétricos fornecidos pelo Instituto Geográfico Português e
pelo INAG/IGeoE permitiram constituir as duas posições de linha de costa necessárias à construção
do modelo, sendo as mesmas processadas e compatibilizadas através dos softwares Mesh Generator
e ArcMap 10.2.2. Neste processo, os Dados LiDAR assumiram grande relevância no processo de
definição da batimetria da área de estudo, uma vez que a compatibilização dos dados batimétricos e
topográficos se tornou mais precisa e rigorosa.
Após a recolha e análise da informação atrás mencionada, a calibração do modelo matemático parte
da posição de uma linha de costa conhecida, relativa a 17/7/1996, para se obter a posição da linha de
costa no dia 1/1/2001. Deste processo resulta a definição dos parâmetros hidrodinâmicos do modelo
matemático e, através da rugosidade dos perfis transversais definidos, das condições de fronteira
lateral.
Posteriormente, os parâmetros usados na calibração foram validados através da simulação da linha de
costa de 2001 a 2011 e da comparação do resultado obtido com a posição de linha de costa conhecida
(2011).
No processo de validação, a linha de costa obtida até ao quilómetro 13,6 (trecho 2 e 3) apresenta
bastante semelhança à linha de costa fornecida pelo LiDAR, validando-se esse trecho. Contudo, as
diferenças observadas no trecho 1 registam-se em virtude do facto do modelo considerar a acumulação
de sedimentos a barlamar do esporão do Furadouro Norte, o que conduz à sua saturação. Assumindo
as diferenças registadas para o trecho 1 (Maceda – Furadouro) considerou-se validado o modelo
matemático, utilizando a linha de costa obtida em 2011 para simulação de cenários futuros.
Finalizado o processo de validação do modelo matemático procedeu-se à simulação da linha de costa
até à data presente (1/1/2016), que corresponde ao ponto de partida de todos os cenários de evolução
78
da linha de costa estudados: o cenário Do Nothing, o cenário de Protecção com Campo de Esporões e
o cenário de Protecção com Quebramares Destacados. Este resultado assume extrema importância
na medida em que todos os cenários de evolução da linha de costa são previstos partindo da posição
de linha de costa nesta data.
O cenário Do Nothing confirma a tendência de evolução costeira apresentada na fase de calibração e
validação, registando-se que a não intervenção na linha de costa da zona do Furadouro levará à
contínua erosão do trecho até à sua posição de equilíbrio estático. Neste contexto, a situação mais
gravosa encontra-se a barlamar do esporão do Furadouro Norte e a sotamar do esporão do Furadouro
Sul, uma vez que evidenciam os efeitos de rotação dos respectivos trechos em relação ao esporão do
Furadouro Norte e da Torreira, respectivamente.
Quanto ao cenário de protecção com campo de esporões, e de acordo com o estudo elaborado pela
Hidrotécnica Portuguesa, optou-se pela solução de esporões ao longo de toda a área de estudo. Com
efeito, comprova-se que, em certos troços, as praias “em espiral” são boas soluções para a mitigação
da erosão costeira, pese embora se verifique a perda de terreno a sotamar dos esporões a favor da
acumulação e ganho de terreno, a barlamar dos mesmos.
Da simulação deste cenário conclui-se que, na sua maioria, cada trecho criado entre os esporões (com
cerca de 2 quilómetros de espaçamento) atinge a sua posição de equilíbrio ao fim de 40 anos de
simulação, verificando-se também a estabilização da linha de costa.
Numa análise global, a criação do campo de esporões contribui para que se perca menos território
litoral face á solução Do Nothing (Figura 6.5). Detalhadamente, no trecho 3 – Torrão do Lameiro à
Torreira – apesar de esta solução promover uma mais rápida rotação em torno dos respectivos
esporões introduzidos (E3.1, E3.2, E.3.3), face à rotação que esse trecho tinha em relação ao esporão
da Torreira, esta solução permite a significativa acumulação de sedimentos no trecho 1 e 2, resultando
num saldo positivo.
Como tal, em trabalhos futuros seria interessante avaliar a evolução da posição da linha de costa obtida
pela adopção do plano da Hidrotécnica Portuguesa apenas até ao Torrão do Lameiro, não optando
pela construção dos esporões E3.1, E3.2 e E.3.3. De salvaguardar também que, apesar de
tecnicamente viável, esta solução deverá ser acompanhada de uma análise custo-benefício, dado que
se trata da construção de 9 obras de protecção costeira em cerca de 20km.
A solução de Protecção com Quebramares Destacados assume-se como uma solução bastante
interessante dado que promove a acumulação de sedimentos nas zonas mais afectadas pela erosão e
ainda cria zonas de recreio balnear bastante abrigadas dos climas de agitação marítimo, por vezes,
violentos.
A simulação de protecção com o quebramar destacado alinhado com o esporão do Furadouro Norte –
cenário A – permite observar que, na zona do Furadouro e no trecho 1 (Maceda ao Furadouro) o
79
fenómeno de erosão é mitigado dando lugar, como seria de esperar, a um acentuar do recuo da linha
de costa a sotamar do esporão do Furadouro Sul, com recuos na ordem dos 200 metros.
A barlamar do esporão do Furadouro Norte observa-se que é criado um saliente com cerca de 180
metros, na sua maior extensão, beneficiando a zona com a elevada acumulação de sedimentos e
protegendo o Furadouro do fenómeno de erosão costeira.
Por fim, quanto a esta solução, seria interessante estudar a evolução da linha de costa assumindo a
construção do quebramar destacado alinhado com o esporão do Furadouro Norte e a construção dos
esporões E2.1 e E2.2 do plano da Hidrotécnica Portuguesa. Esta solução pretende visar a acumulação
de sedimentos a sul do Furadouro promovendo o avanço da linha de costa tanto a norte como a sul do
Furadouro.
O cenário B de protecção com quebramares destacados prevê a construção de um quebramar
destacado alinhado com o esporão do Furadouro Sul, com o objectivo de reduzir a erosão a sotamar
deste esporão, contribuindo para a acalmia do clima de agitação na zona e promovendo a acumulação
de sedimentos.
A análise aos resultados obtidos conclui que esta solução apenas atenua a erosão na zona não
promovendo a acumulação de sedimentos. Soluções análogas permitiram concluir que qualquer
solução de quebramares destacados alinhados com o esporão do Furadouro Sul e com o
desenvolvimento para sotamar deste, não produzem resultados interessantes ao nível de acumulação
de sedimentos.
No que respeita ao cenário C de protecção com quebramares destacados, conclui-se que o
prolongamento do esporão do Furadouro Norte em 100 metros constitui a obra condicionante para o
avanço da linha de costa entre os esporões do Furadouro, uma vez que a introdução do quebramar
destacado do Furadouro Centro não apresenta resultados significativos a nível de acumulação de
sedimentos. Ainda assim, assume-se que o quebramar destacado é importante na criação de uma zona
de prática balnear abrigada dos climas de agitação mais violentos, tendo importância na conservação
dos sedimentos da praia do Furadouro, no caso de um fenómeno efémero, como uma tempestade.
Uma estratégia de protecção costeira deve basear-se em estudos técnicos e económicos e apresentar
dois aspectos integrantes: um de prevenção e outro de controlo de erosão. A aceitação da perda de
território para o mar deve ser entendida de forma natural, uma vez que se trata de uma tendência da
costa portuguesa. A questão debate-se quando se trata de situações em que o impacto ambiental,
social e económico não comporta uma situação dessas. Neste caso, tanto a solução de protecção com
campo de esporões ou com quebramar destacados são soluções tecnicamente viáveis, permitindo a
acumulação de sedimentos, evitando assim a erosão costeira.
No caso português a solução para o problema da erosão costeira deveria passar por uma gestão mais
integrada e correcta da orla costeira, tanto ao nível da compreensão dos fenómenos litorais como ao
nível do planeamento urbano junto à costa. A aposta na investigação científica, a constante formação
80
de pessoas nestes temas e a sensibilização das populações constituem ideias-chave para mitigar o
problema da erosão costeira. A aplicação na investigação científica e no desenvolvimento de
ferramentas mais capazes, de uma ínfima parte das verbas que são canalizadas para a protecção do
litoral, muitas vezes só aplicadas em cenários de urgência, permitiria aumentar o conhecimento dos
sistemas litorais e da influência das obras marítimas na evolução da linha de costa e adoptar soluções
de protecção mais correctas e, provavelmente, menos dispendiosas.
Nesta dissertação, as dificuldades encontradas deveram-se a questões técnicas, relacionadas com o
software Littoral Processes FM, e dificuldades nas propostas das soluções de protecção a apresentar.
O processo de calibração, processo que se revelou bastante moroso, constituiu a principal dificuldade
encontrada, uma vez que, devido à grande extensão do trecho em causa, apenas com 5 perfis
transversais torna-se bastante difícil definir as taxas de transporte correctas que se adaptem a cada
trecho criado. A incerteza da influência de cada parâmetro envolvido na modelação faz com que muitas
vezes não se conheça a real importância na sua definição. Também a variabilidade quanto ao clima de
agitação marítima e à posição das linhas de costa tornaram a análise dos resultados mais dificultada.
Em futuros trabalhos relacionados com evolução de linha de costa seria interessante, para além da
definição da solução tecnicamente viável, apoiar a solução com um estudo económico. De modo a
caracterizar de uma forma mais realista a evolução da linha de costa, devem ser realizados estudos
tendo em conta diversas variações climáticas, por exemplo climas de agitação extremos, e mais
cenários de evolução. Várias tipificações do clima de agitação marítima e sedimentologia permitem
uma análise global da influência destes parâmetros na evolução da linha de costa, enquanto mais
cenários de evolução permitem a definição de soluções de protecção sucessivamente mais adequadas,
para além de proporcionarem diferentes tipos de soluções no apoio à tomada de decisão.
A questão da erosão costeira não deve ser entendida como um fenómeno discreto, mas sim perceber
que qualquer modificação no transporte sedimentar de uma zona resultará em repercussões a sotamar
dessa modificação, dentro de uma célula sedimentar costeira. O estudo de evolução de linha de costa
ao longo de toda a costa portuguesa permitiria obter uma visão global do fenómeno, o que possibilitaria
a criação de um mapa de vulnerabilidade e de risco costeiro completo e credível, que possa referenciar
zonas em perigo a fim de serem canalizados os esforços e os fundos necessários para a solução
desses problemas.
81
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
APRH. (2007). Glossário das zonas costeiras. Obtido 14 de Setembro de 2015, de http://www.aprh.pt/rgci/glossario/
Battjes, A. J. (1974). Surf similarity. Em 14th Coastal Engineering Conference. Copenhagen, Denmark, American Society of Civil Engineers, New York. Obtido de Hedges, 2009.
Bluesky International Limited. (2015). LiDAR. Obtido 14 de Abril de 2015, de http://www.lidar-uk.com/
Cardoso, A. H. (1998). Hidráulica Fluvial. (F. C. GULBENKIAN, Ed.) (1a Edição.). Lisboa, Portugal.
CEHIDRO. (1998). Carta de Risco do Litoral - Trecho 2: Foz do Douro - Nazaré. Centro de Estudos de Hidrossistemas. Instituto Superior Técnico. Dezembro. Lisboa, Portugal.
Coastal Wiki. (2014). Shoreline change and associated bottom profiles. Obtido 11 de Novembro de 2014, de http://www.coastalwiki.org/wiki/File:Oneline_profiles.jpg
Coelho, C. (2005). Riscos de exposição de frentes urbanas para diferentes intervenções de defesa costeira. Aveiro, Portugal. Tese de Doutoramento. Universidade de Aveiro, Portugal. Obtido de Sena (2010).
DHI. (2012). Mesh Generator. Step-by-step training guide. Danish Hydraulic Institute. Copenhaga, Dinamarca.
DHI. (2014a). LITLINE - Coastline Evolution - LITLINE User’s Guide. Danish Hydraulic Institute. Copenhaga, Dinamarca.
DHI. (2014b). LITPACK - An Integrated Modelling System for Littoral Processes and Coastline Kinetics - A Short Description. Danish Hydraulic Institute. Copenhaga, Dinamarca.
DHI. (2014c). Littoral Processes FM - Scientific Documentation. Danish Hydraulic Institute. Copenhaga, Dinamarca.
DHI. (2014d). Littoral Processes FM - User Guide. Danish Hydraulic Institute. Copenhaga, Dinamarca.
Di Bona, S. (2013). Modeling of coastal evolution: long term simulation in the Vagueira region (Portugal). Universidade de Padova. Padova, Itália.
Dias, A. (2004). A Historia da Evolução do Litoral Português nos Últimos Vinte Milénios. Em J. . Tavares, A.A., Tavares, M.J.F. & Cardoso (Ed.), Evolução Geohistórica do Litoral Português e Fenómenos Correlativos: Geologia, História, Arqueologia e Climatologia. Lisboa, Portugal.
Dias, A., Ferreira, Ó., & Pereira, A. (1994). Estudo Sintético de Diagnóstico da Geomorfologia e da Dinâmica Sedimentar dos Troços Costeiros entre Espinho e Nazaré. Lisboa, Portugal. ESAMIN (Estudos de Ambiente e Informática, Lda).
82
Direcção-Geral do Território. (2013a). Bursa-Wolf do Datum Lisboa e Datum 73 para PT-TM06-ETRS89. Lisboa, Portugal.
Direcção-Geral do Território. (2013b). Datum 73 (Obsoleto - Substituído pelo sistema PT-TM06-ETRS89). Lisboa, Portugal.
Direcção-Geral do Território. (2013c). PT-TM06/ETRS89 - European Terrestrial Reference System 1989. Lisboa, Portugal.
Direcção-Geral do Território. (2014). Transcoord PRO. Lisboa, Portugal: Versão 2.0.
Direcção-Geral do Território, & SNIG. (2014). Cartografia: «Modelo Digital do Terreno das Zonas Costeiras de Portugal Continental com resolução de 2 m ( 600 m mar , 400 m terra ) - LiDAR». Lisboa, Portugal.
Engelund, F., & Fredsøe, J. (1976). A sediment transport model for straight alluvial channels. Universidade Técnica da Dinamarca. Copenhaga, Dinamarca: Nordic Hydrology.
esri. (2015). ArcGIS - ArcMap. 10.2.2. Obtido de http://www.esri.com/software/arcgis/arcgis-for-desktop/free-trial
Fredsøe, J., Andersen, O. H., & Silberg, S. (1985). Distribution of suspended sediment in large waves, (Coastal and Ocean Engineering).
Gomes, N. A., Mota Oliveira, I., Pinto Simões, J., & Pires Castanho, J. (1981). Coastal erosion caused by harbour works on the Portuguese coast and corrective measures. 25th PIANC Congres, Edimburgh.
Google. (2010). Google Maps. Obtido 14 de Abril de 2015, de https://maps.google.pt/
Google. (2013). Google Earth. Obtido 14 de Abril de 2015, de https://earth.google.com/
Hanson, H., & Kraus, N. C. (1989). GENESIS: Generalized Model for Simulating Shoreline Change (No. 1). Department of the Army, US Army Corp of Engineers. Mississipi, USA.
Henriques, J. (2007). Coastline evolution at the south of the Figueira da Foz harbour. Application of a mathematical computational model.
Hidrotécnica Portuguesa. (1981). Leixões-Cabo Mondego. Problemas Litorais. Volume 1-Memória Geral. Lisboa, Portugal.
Hopper, M. (2007). WXTide32. Obtido de http://wxtide32.com
INAG/IGeoE. (1996). Orla Costeira. Cobertura Fotográfica. Cartografia numérica. Escala 1:2000. Lisboa, Portugal: ESTEREOFOTO, Levantamentos Aerocartografados, Lda.
INAG/IGeoE. (2001). Orla Costeira de Portugal Continental. Cobertura Fotográfica. Cartografia numérica. Escala 1:2000. Lisboa, Portugal: ARTOP, Aero Topográfica, Lda.
Instituto Hidrográfico. (1999). Carta da Série Costeira, Portugal Continental - Costa Oeste - Caminha a Aveiro. Escala 1:150000 (41o00’). Portugal.
Instituto Hidrográfico. (2005). Tabela de Marés. Volume I - Portugal 2006. Lisboa, Portugal.
83
Instituto Hidrográfico. (2015a). Bóia Ondógrafo de Leixões. Obtido 10 de Fevereiro de 2015, de http://www.hidrografico.pt/boias-ondografo.php?prodid=0
Instituto Hidrográfico. (2015b). Níveis de maré e Planos de Referência. Obtido 21 de Abril de 2015, de http://websig.hidrografico.pt/www/Content/Documentacao/ciencia/nmpr.pdf
Martins, L., & Reis, J. (2007). Nível Médio, Maré e Análise Harmónica. 5as Jornadas Portuguesas de Engenharia Costeira e Portuária, p. 16. Lisboa, Portugal.
Ministério do Ambiente do Ordenamento do Território e do Desenvolvimento Regional (MAOTDR). (2007). Bases para a Estratégia de Gestão Integrada da Zona Costeira Nacional. Portugal.
Nielson, P. (1979). Some Basic Concepts of Wave Sediment Transport. Institute of Hydrodynamics and Hydraulic Engineering, Technical University of Denmark. Copenhagen, Denmark.
Pereira, C., & Coelho, C. (2011). Base de dados da Ação Marítima sobre o Litoral: Trecho Espinho - Mira. Universidade de Aveiro. Aveiro, Portugal. (Não publicado).
Pereira, C., & Coelho, C. (2013). Mapas de Risco das Zonas Costeiras por Efeito da Ação Energética do Mar. Revista de Gestão Costeira Integrada, 13(1), 27–43. Obtido de http://www.aprh.pt/rgci/rgci325.html
Plecha, S., Silva, P. a, Oliveira, A., & Dias, J. M. (2009). Sediment Transport Modelling and Morphological Trends at a Tidal Inlet. Sediment Transport in Aquatic Environments, (2004).
Rubey, N. W. (1933). Settling Velocities of Gravel, Sand and Silt Particles. Journal of Science, pp. 325 – 338. Volume No 25. 5th Series, N. 148.
Sena, M. V. (2010). Modelação de Evolução da Linha de Costa - Influência do Uso de Séries Sintéticas de Agitação. Lisboa, Portugal. Universidade Técnica de Lisboa. Instituto Superior Técnico. Tese de Mestrado.
SNIRLit. (2014). Sistema Nacional de Informação dos Recursos do Litoral. Obtido 2 de Outubro de 2014, de http://geo.snirh.pt/snirlit/site/#
Teixeira, A. T. (2006). Evolução da linha litoral a sul do porto da Figueira da Foz – Estudos em modelo matemático. CEHIDRO. Lisboa, Portugal.
Tomás, C. (2012). «Mar pode engolir quase 100 metros da costa de Aveiro». Expresso. Obtido a 21 de Agosto de 2015. Obtido de http://expresso.sapo.pt/dossies/dossies_ciencia/dossie_mes_do_ambiente_do_expresso_2012/mar-pode-engolir-quase-100-metros-da-costa-de-aveiro=f765794
U.S. Army Corps of Engineers. (2002). Longshore sediment transport. Coastal Engineering Manual, Part III. Chapter 2.
US Army Corps of Engineers. (1984). Shore Protection Manual. Coastal Engineering Manual, 1.