Modelo tridimensional do estuário do rio Douro

A fase inicial do trabalho de modelação consiste na construção de uma grelha para discretização do domínio espacial do modelo. Para tal, foram definidas as fronteiras fechadas do estuário do rio Douro, através do programa Google Earth, com a ferramenta “adicionar caminho” (figura 10) criando um ficheiro do tipo *.kml, e posteriormente corrigido localmente através da análise dos ortofotomapas.

Para que a construção do modelo fosse toda efectuada no mesmo sistema de coordenadas, foi utilizado o programa Global Mapper (figura 10) para converter o ficheiro *.kml, do modelo, como a batimetria do estuário, para o sistema de

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coordenadas UTM (Universal Transverse Mercator coordinate system), e transformando os dados do domínio das fronteiras fechadas do modelo do estuário num ficheiro do tipo *.ldb para que este fosse reconhecido pelo programa Delft3d, programa que foi utilizado neste trabalho.

Figura 10 - Representação das fronteiras terrestres do estuário no programa Google Earth (esquerda) e Global Mapper (direita)

Na construção da grelha do modelo procurou-se obter um refinamento na zona da restinga para uma melhor compreensão e estudo desse local relativamente à sua dinâmica sedimentar e ao mesmo tempo ter uma grelha que permitisse a execução do programa com tempos CPU aceitáveis. A grelha foi considerada mais larga em locais de menor interesse para o estudo como é o caso do oceano e parte interior do estuário do rio Douro. Para se atingirem estes objectivos, estudou-se a construção de grelhas utilizando diferentes técnicas que são em seguida apresentadas.

A primeira técnica utilizada foi o domain decomposition que consiste na construção de um modelo dividido em múltiplos domínios (figura 11), o que permite uma maior flexibilidade relativamente ao domínio e refinamento da grelha, e um refinamento local acentuado apenas na região de interesse.

Para esta construção foi utilizado o módulo RFGRID do Delft3D utilizando o ficheiro do tipo *.ldb, criado para a definição das fronteiras fechadas e gerando uma grelha rectangular com o respectivo refinamento para cada local de domínio a construir através da ferramenta create rectangular grid, e posteriormente a eliminação da grelha fora do domínio do modelo através do comando delete interior or exterior block. Os múltiplos domínios criados consistem no domínio do rio Douro, no domínio da restinga, da zona costeira e do oceano, cada um com espaçamentos diferentes, sendo o domínio da restinga o que apresenta o maior refinamento com uma grelha espaçada de 10 m nas duas direções horizontais, enquanto a zona do oceano apresenta o menor refinamento com a grelha espaçada em 200 m. De modo a que os múltiplos domínios comunicassem entre eles procedeu-se a criação das fronteiras coincidentes de cada subdomínio através da ferramenta DD Boundaries, que através da delimitação cria um ficheiro do tipo *.ddb (figura 12). Apos a sua conclusão, a grelha apresenta um total de 42899 células de cálculo, sendo 972 da grelha do oceano, 3450 da grelha da zona costeira, 36234 da grelha da restinga, e 2243 da grelha do rio Douro.

Figura 12 - Representação dos múltiplos domínios do estuário (esquerda) e do domínio da restinga (direita)

Uma outra técnica de construção do modelo utilizada foi a técnica de NESTHG, que consiste na criação de um modelo global do estuário menos refinado e um modelo local da restinga com maior refinamento, sendo posteriormente sobrepostos os dois modelos e utilizada a informação do modelo global que transitará para a informação do modelo local (figura 13), através da interpolação bilinear dos resultados calculados computacionalmente nas estações definidas no modelo global do estuário.

Figura 13 - Principio do modelo NESTHG (Delft3D-FLOW, 2011)

Para a construção do modelo global do estuário e do modelo local da restinga (figura 14) foi utilizado o modulo RFGRID do Delft3D e utilizado o mesmo método de criação das grelhas que foi utilizado no método do domain decomposition, apresentado uma grelha com um espaçamento de 10 m para o modelo local da restinga, enquanto que para o modelo global do estuário optou-se pela criação de uma grelha através da opção baseada em splines para delimitar as fonteiras fechadas do modelo definidas no ficheiro do tipo *.ldb, criado anteriormente, e com um refinamento reduzido visto que se pretende um cálculo mais rápido neste modelo. Apos a criação do modelo global do estuário e do modelo local da restinga procedeu-se à criação das estações no modelo global que transitam informação para as fronteiras do modelo local, através do módulo NESTHD1 que cria um ficheiro do tipo *.obs. Obtidas as estações procedeu-se ao cálculo do modelo global, e de seguida à criação de um ficheiro do tipo *.bct através do modulo NESTHD2, que por interpolação bilinear transfere os dados da altura da água e da velocidade nas estações definidas no modelo global para as fonteiras do modelo local da restinga. Após a sua conclusão, a grelha apresenta um total de 37080 células de cálculo, sendo 846 referentes à grelha do modelo global, e 36234 da grelha do modelo local.

Figura 14 - Representação do modelo global do estuário (esquerda) e do modelo local da restinga (direita)

Por fim utilizou-se o método de criação da grelha utilizando um refinamento local (figura 15), através do modulo RFGRID do Delft3D, e do ficheiro do tipo *.ldb, criado anteriormente para a definição das fronteiras fechadas, gerando uma grelha rectangular com um refinamento homogéneo para todo o domínio a construir através da ferramenta “create rectangular grid”, e posteriormente a eliminação da grelha fora do domínio do modelo através do comando “delete interior or exterior block”. De modo a refinar mais o local da restinga, recorreu-se à opção “Refine grid locally” que permite o refinamento da grelha para um subdomínio horizontal e vertical, tendo como limitação este método, o refinamento de todo esse subdomínio, ou seja todo o subdomínio horizontal e vertical da grelha será refinado, procedendo-se então a um refinamento local da grelha da restinga definindo-se um espaçamento de 20 m. Para os locais da grelha em que se pretende um menor refinamento com o objetivo de reduzir o tempo de cálculo recorreu-se à opção “Derefine grid locally”. Apos a sua conclusão, a grelha apresenta um total de 12267 células de cálculo, estando 6351 células localizadas na restinga conforme ilustrado na figura 15.

Figura 15 - Representação da grelha utilizando um refinamento local na restinga

Constatou-se que os dois primeiros modelos em que as grelhas foram criadas com o Domain Decomposition e o NESTHG revelavam alguma instabilidade numérica nos processos de cálculo, pelo que se optou por utilizar a grelha em que foi realizado um refinamento local. O processo de cálculo é efectuado num período de tempo satisfatório de aproximadamente 3 horas para uma simulação de 48 horas.

3.2.1

Batimetria do modelo do estuário do rio Douro

Para definição da batimetria do modelo foi utilizado o módulo QUICKIN do Delft3D usando duas batimetrias existentes disponíveis, uma disponibilizada pela Administração do Porto do Douro e Leixões, referente ao local da restinga com 6 m de resolução e outra mais abrangente, incluindo parte do trecho do rio Douro e parte do

Oceano Atlântico com uma resolução de 100 m, disponibilizada pelo Instituto Hidrográfico e apresentada na figura 16. De modo a serem utilizadas pelo módulo QUICKIN para o modelo construído as batimetrias foram convertidas para o mesmo sistema de coordenadas UTM utilizado para a grelha, pelo pograma Global Mapper e para o mesmo nível de referência utilizado pelo programa Delft3D que é o zero hidrográfico. As batimetrias foram introduzidas no modelo através de um ficheiro tipo *.xyz e interpoladas para as células da grelha através da opção “triangular

interpolation”. Parte do trecho do rio Douro foi introduzida através da opção “depth

linear” uma vez que apenas se conhecia a cota de fundo do estuário na barragem de Crestuma. Para a definição de camadas segundo a direcção vertical do modelo foi utilizado o módulo Flow Input onde se utilizara um número de 10 camadas com espaçamento vertical idêntico (cada camada apresenta uma espessura de 10% da profundidade local).

Figura 16 - Representação da batimetria do modelo do estuário