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MONITORIZAÇÃO E RECOLHA DE DADOS DA COSTA
MARÍTIMA PORTUGUESA
A capacidade de conhecer e caracterizar as condições de agitação marítima ao largo da costa continental é imprescindível para o projeto e dimensionamento de estruturas no litoral português. A região costeira portuguesa tem uma dinâmica complexa, pois está sujeita à ação de diversos agentes naturais, como é o caso da agitação, das marés, e do vento. No entanto, as ondas geradas pelo vento são consideradas o principal agente no que respeita ao dimensionamento de estruturas marítimas.
O método que tem sido mais utilizado ao longo dos anos para adquirir um maior conhecimento sobre a agitação marítima é a aquisição de dados ao largo da costa continental através da monitorização in situ, com recurso a bóias denominadas por ondógrafos.
A aquisição destes dados tem sido levada a cabo pelo Instituto Hidrográfico (IH), que iniciou, no ano de 1979, um programa de medição de dados, designado por ONDMAR (Instituto Hidrográfico, 2015). O objetivo deste programa era contribuir para o conhecimento do clima de agitação marítima e contava com o apoio de várias instituições nacionais. Desde a década de 80, outros projetos foram implementados e alguns foram abandonados, mas nos dias de hoje o Instituto Hidrográfico procura dar continuidade à recolha de dados, mantendo uma rede de estações ondógrafo em parceria com diversas instituições públicas e privadas. A recolha de dados in situ é realizada através de aparelhos flutuantes equipados com instrumentos de medição, a que se dá o nome de bóias ondógrafos. A Figura 3.1 ilustra uma bóia ondógrafo instalada em alto mar.
Figura 3.1: Bóia ondógrafo, adaptado do Instituto Hidrográfico (2015)
Estas bóias são instaladas ao largo da costa (a uma profundidade conhecida) no local onde se pretende obter informação, e estão equipadas com sensores que medem a aceleração vertical do movimento da superfície livre do mar, o que possibilita estimar a altura das ondas e o seu período. A bóia ondógrafo de Sines localiza-se nas seguintes coordenadas: latitude de 37º 55’ 16’’ N, longitude de 08º 55’ 44’’ W, e a profundidade do local de fundeamento é de 97m. Inicialmente, a aquisição dos dados era efetuada por bóias não direcionais, até que no ano de 1986 foi fundeada em Faro a primeira bóia direcional.
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Atualmente, as bóias ondógrafo encontram-se munidas com sensores adicionais que permitem recolher os dados sobre a direção de propagação das ondas e possibilitam ainda medir a temperatura da água à superfície.
As bóias ondógrafo estão também equipadas com um sistema GPS que controla a sua posição, permitindo atuar com maior eficácia no caso de deriva do equipamento. Os dados recolhidos através dos sensores instalados nas bóias são enviados via rádio para uma estação recetora geralmente localizada em faróis próximos da posição onde foi colocada a bóia. A estação recetora recebe e descodifica os dados transmitidos pela bóia ondógrafo. A aquisição dos dados e a sua gravação são controladas por um computador que é parte integral da estação, que faz o processamento dos dados, calculando em tempo real os parâmetros mais representativos da agitação marítima (Instituto Hidrográfico, 2015). O conjunto formado pela bóia ondógrafo e pela estação recetora é designado por estação ondógrafo. A aquisição dos dados em Portugal é feita com auxílio de várias estações ondógrafo, que foram distribuídas em determinados pontos da costa de Portugal Continental e das Regiões Autónomas da Madeira e dos Açores. A Figura 3.2 mostra um mapa com a localização das estações ondógrafo atualmente ativas em território nacional.
Figura 3.2: Rede das estações ondógrafo localizadas em Portugal Continental e nas Regiões Autónomas, adaptado do Instituto Hidrográfico, (2015)
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A informação adquirida pela estação ondógrafo é então transmitida para a sede do Instituto Hidrográfico, onde é sujeita a um elaborado controlo de qualidade, processamento e armazenamento numa base de dados.
Das várias estações ondógrafo que foram instaladas ao longo dos anos, as que se revestem de maior importância do ponto de vista climatológico, quer pela sua localização, quer pela quantidade de informação disponível, são as estações de Leixões, Figueira da Foz, Sines e Faro. Porém, a boía ondógrafo da Figueira da Foz foi desativada à alguns anos, pelo que a sua estação recetora cessou o registo de quaisquer dados sobre a agitação marítima nessa localização.
Atualmente, a aquisição dos dados é efetuada pela gravação de deslocamentos verticais (elevação da superfície do mar) da altura das ondas e por deslocamentos horizontais nos sentidos norte-sul e este-oeste. Estes dados são gravados de forma ininterrupta ao longo de um certo intervalo de tempo cuja duração é variável, consoante a situação de agitação marítima. Cada conjunto de dados registados de forma consecutiva é denominado por série temporal ou registo.
Nas situações de acalmia em que as ondas não apresentam elevados valores na sua altura, as séries temporais analisadas são obtidas em cada 3 horas, enquanto no caso de as alturas de onda assumirem valores superiores a um determinado limite (a partir do qual considera-se como situação de tempestade), a análise do registo de informação é mais frequente, obtendo-se séries temporais em cada 30 minutos. Como foi referido anteriormente, o computador associado à estação ondógrafo recebe estas séries temporais e faz o seu processamento no domínio do tempo e no domínio da frequência, calculando, entre outros, os seguintes parâmetros:
Altura Máxima - 𝐻𝑚𝑎𝑥 (m): é o valor da altura de onda mais elevada registada durante o
período de observação;
Altura Significativa - 𝐻𝑠 (m): é a média da altura de onda do 1/3 das ondas de maior altura
que foram registadas durante o período de observação, também representada por 𝐻1/3; Período Máximo - 𝑇𝑚𝑎𝑥 (s): é o máximo período registado durante o período de observação;
Período Médio - 𝑇𝑧 (s): é o valor médio dos períodos observados no registo. Representa o
período típico das ondas registadas durante o período de observação;
Período de Pico - 𝑇𝑝 (s): o período de pico corresponde à frequência com maior densidade
espectral e permite caracterizar o período associado ao sistema de ondas predominante. É um parâmetro importante pois é representativo das ondas mais energéticas;
Direção de Pico - 𝑇ℎ𝑡𝑝 (º): é a direção média correspondente ao período de pico. Representa
a direção de origem do sistema de ondas predominante (ondas mais energéticas). É medido em graus em relação ao norte geográfico no sentido horário.
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A caracterização do clima de agitação marítima passa por identificar as distribuições destes parâmetros de onda, assim como os seus valores máximos, médios e mínimos. Para tal, é necessária informação de dados de agitação registados durante um longo período de tempo.
A realização de uma análise estatística dos parâmetros referidos anteriormente permite obter as suas distribuições para diferentes épocas do ano, que por sua vez possibilita a identificação de períodos de tempestade e de acalmia e estimar a probabilidade da ocorrência de situações extremas de agitação marítima.
O conhecimento do clima de ondas de uma determinada zona é de grande importância para projetar e dimensionar estruturas de proteção marítima e instalações costeiras.
Antigamente, o dimensionamento de estruturas marítimas era baseado em parâmetros da agitação estimados com base na observação visual do comportamento das ondas. A altura de onda e o período reportados por essas avaliações visuais correspondem aproximadamente à altura de onda significativa. A definição original resultou do trabalho do oceanógrafo Walter Munk, durante a segunda Guerra Mundial, (Denny, 1988).
Historicamente, várias alturas de ondas tornaram-se populares na caracterização do estado do mar, especialmente os parâmetros: 𝐻1/3 (altura significativa), definida por Sverdrup e Munk
(1947), 𝐻𝑚𝑎𝑥 (altura máxima), 𝐻𝑟𝑚𝑠 (valor médio quadrático das alturas de onda), entre outros. A conceção do parâmetro da altura significativa de onda foi destinada a expressar matematicamente a altura estimada por um "observador treinado". Tirando partido desta experiência de engenharia adquirida ao longo dos anos, a altura de onda utilizada com maior frequência para realizar cálculos de dimensionamento é a altura de onda significativa (𝐻𝑠).
Como foi referido anteriormente, o tempo de duração das séries temporais medidas pelo Instituto Hidrográfico é condicionado pela situação do clima de ondas. Um dos parâmetros estatísticos mais frequentemente utilizado quando se trata de fazer a caracterização da agitação marítima é a altura significativa (𝐻𝑠). Na situação habitual em que as ondas se mantêm abaixo de um valor preestabelecido de altura de onda significativa, o regime climatérico é de acalmia. Na situação em que o valor da altura significativa é superior a um determinado limite considera-se que se está na presença de um temporal.
O valor limite de referência de 𝐻𝑠 para se considerar que se está em condições de temporal varia de acordo com a região do país em que está a ser feito o estudo da distribuição estatística das ondas do mar. Na costa oeste portuguesa o IH considera que um temporal ocorre quando a altura significativa é superior a 4,5m, enquanto na costa sul considera-se que o valor limite de 𝐻𝑠 é 2,5m. Com esta diferenciação dos valores limites pretende-se obter uma informação detalhada sobre o clima de agitação também na região algarvia, onde as condições marítimas raramente ultrapassam o valor limite definido para a costa oeste.