Universidade do Minho - Escola de Engenharia MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL Plano de Trabalhos para Dissertação de Mestrado – 2016/17
Tema: Morfodinâmica de praias sob influência de estruturas antrópicas Aluno(a): Ana Carolina Magalhães Gomes
Número do Aluno(a): 65113
Orientador(a): Prof. Doutor José Luís da Silva Pinho
1. Introdução
As regiões litorais apresentam uma importância relevante para a vida humana e seu desenvolvimento, por serem regiões onde estão presentes algumas das grandes cidades mundiais e onde se produzem e exploram a maior parte dos recursos marinhos utilizados pelo homem (Almeida, 2013).
O Programa Ambiente das Nações Unidas (UNEP, 2002) salienta as áreas litorais e marinhas e as áreas urbanas de forte concentração populacional como áreas vulneráveis e cujo uso sustentável constitui um verdadeiro desafio para a Humanidade. Acresce, ainda, que, em muitas áreas do globo, áreas urbanas e áreas litorais são coincidentes já que, em 1994, cerca de 37% da população mundial vivia numa faixa com 60km de largura ao longo da linha de costa, tendência que se acentuou nos últimos anos. Por esse motivo, é crescente a pressão exercida sobre o litoral, tendo como consequência a degradação dos seus espaços (litorais e marinhos adjacentes), que constituem a sede de um vasto conjunto de recursos, alguns dos quais indispensáveis à vida e ao funcionamento da nossa sociedade.
A região costeira apresenta uma dinâmica intensa forçada por diferentes agentes: ventos, agitação marítima, marés, entre outros. As correntes costeiras e o vento induzem o transporte sedimentar em costas arenosas ou de seixos responsáveis por diferentes padrões morfodinâmicos. Com efeito, é fulcral a caracterização da hidrodinâmica, que constitui o primeiro passo em muitos estudos sobre a orla costeiras (sistema praia-duna), dado que as correntes, induzidas por diferentes estados de agitação e tipologia de maré, determinam o movimento dos sedimentos.
O Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) prevê o aumento de frequência de ocorrência e de intensidade de fenómenos extremos, como sejam, por exemplo, os galgamentos oceânicos em consequência de situações de temporal associadas a “storm surge”, e as inundações ribeirinhas, aumentando a frequência de ocorrência das inundações e a sua duração, provocando perturbações nos sistemas litorais, cuja resiliência já está em muitos casos danificada, e causando avultados prejuízos em áreas litorais densamente povoadas, com destruição de estruturas portuárias e de defesa costeira. A estes perigos naturais deve adicionar-se outros, como os deslizamentos, desabamentos e maremotos que são processos que também afetam os litorais e que têm como consequência, entre outras, a sua erosão.
Estes fenómenos podem ser amplificados pelo homem, ao ocupar os sistemas litorais móveis à escala humana, como os de praia-duna, com estruturas fixas, ou ao instalar-se no alto das arribas, aumentando a pressão e a vibração sobre estas formas litorais.
Assim, para conhecer as mudanças morfológicas de praias e sua relação com diferentes estados hidrodinâmicos, o estudo multidisciplinar destas áreas é terminante para uma correta avaliação de riscos que lhe estão associados, de forma a contribuir para a mitigação de presumíveis impactos negativos que possam advir de variadas ações antrópicas e naturais.
Para tal é essencial garantir uma monitorização regular, que avalie tendências morfodinâmicas evolutivas e permita identificar zonas de menor ou maior risco de erosão, bem como as causas que a determinam. Segundo Veloso-Gomes et al., 2004 e Carvalho et al., 2005, Portugal tem sofrido processos erosivos continuados, com migração das linhas de praia para o interior e recuo das arribas, e com registos na diminuição dos caudais sedimentares fluviais, devido à construção de barragens, dragagens, extração de inertes e esgotamento dos depósitos sedimentares da plataforma interna. O transporte sedimentar também é influenciado pela construção de estruturas de proteção costeira, cujos efeitos são difíceis de prever numa costa com agitação como a que se verifica na costa oeste de Portugal.
Assim, a monitorização contínua é a melhor forma de obter dados que permitam conhecer a sua tendência evolutiva, possibilitando a previsão de cenários futuros. Este tipo de trabalho deve ser baseado em meios técnicos diversificados e realizado com a maior extensão de costa frequência possível.
Como exemplo de metodologia de monitorização temos as observações de campo, fotografias aéreas, levantamentos topográficos com um sistema móvel com GPS e câmaras de vídeo; levantamentos batimétricos utilizando uma embarcação autónoma flutuante; recolha de amostras de sedimentos e realização de perfis de praia.
A dinâmica das praias arenosas e de seixos tem sido estudada principalmente com recurso à observação de perfis transversais de praia que se repetem periodicamente, obtidos com métodos usuais de levantamentos topográficos, normalmente de elevado custo.
Na presente dissertação, serão utilizados para levantamento topográfico um equipamento GPS (Trimble Geo-XR), para processamento de dados o software Arcgis e QGis.
2. Objetivos
O objetivo geral do trabalho consiste na realização de levantamentos topográficos através de um programa de monitorização a definir, com o intuito de avaliar alterações morfológicas de curto termo em praias em que foram realizadas intervenções recentes, aferindo-se as alterações morfológicas em diferentes estados de agitação e tipologia de maré, através de ferramentas, apresentadas na secção 3. Para tal, escolher-se-ão preferencialmente períodos de marés vivas, por estes serem manifestamente alturas em que a maré apresenta maiores amplitudes permitindo analisar maiores extensões de praia durante os períodos de baixa-mar.
Com a aplicação das diferentes metodologias pretende-se alcançar os seguintes objetivos específicos: - Aprendizagem de utilização e avaliação de ferramentas para levantamentos topográficos em praias de seixos;
- Aprendizagem de utilização de ferramenta para processamento de dados provenientes de monitorização de praias; será utilizado o programa QGis através do qual serão implementadas as metodologias de armazenamento dos dados obtidos e de análise de resultados.
- Obtenção de modelos 3D através dos trechos de praia monitorizados.
3. Metodologia
Levantamento topográfico através de GPS
As metodologias de levantamentos topográficos sofreram um forte desenvolvimento desde a disponibilização de tecnologias baseadas em satélites.
Atualmente, é possível utilizar a tecnologia de GPS (Global Positioning System), para fazer levantamentos de modo preciso.
As intervenções em sistemas costeiros (dragagens, construção de obras de defesa) deverão ser monitorizados de modo a que seja possível avaliar a sua eficiência. O levantamento do terreno e a sua representação analítica em diferentes sistemas de coordenadas, permite aferir das alterações sofridas em intervalos temporais relativamente curtos.
Desta forma, no caso de problemas de morfodinâmica costeira, revela-se uma técnica eficaz para a avaliação das alterações sofridas em intervalos temporais com duração da ordem do período de maré. Deverá ser considerada uma campanha experimental inicial com seleção dos perfis a levantar que será repetida em diferentes condições. Se forem percetíveis as alterações ocorridas durante um ciclo de maré (12,4 horas), dar-se-á prioridade a campanhas que envolvam a caracterização anterior e posterior a ciclos de maré.
Software GIS
A solução para a integração e organização de informação geográfica poderá ser conseguida com o auxílio de ferramentas GIS (Geographic Information Systems). O GIS combina várias camadas de informações, fornece aos utilizadores uma melhor perceção de uma determinada área e permite a maximização na obtenção da informação, que de outra forma só seria possível através de processos complexos de análise.
Um sistema GIS, integra dados de múltiplas fontes, ajudando os decisores em análises complexas. Mais ainda, o GIS proporciona uma comunicação rápida dos resultados, através de gráficos, mapas e outros mecanismos de apresentação de informação, possibilitando que esta seja instantaneamente percebida por todos os colaboradores de uma organização.
Existem várias soluções ou programas para GIS, tais como: Arcgis, Mapinfo, Geomedia, Grass, Gv SIG, Mapwindow, Quantum GIS (opensource), Spring, Saga Gis, iSMART, Terra View, Transcad, VisualSIG, entre outros.
GPS Trimble Geo XR
O dispositivo a utilizar para medição dos pontos nas praias é o GPS Trimble Geo XR.
O recetor Trimble Geo XR acrescenta um novo olhar à topografia Global Navigation Satellite System (GNSS) ao combinar funcionalidade e alta precisão nos trabalhos de campo com flexibilidade e de acordo com a conveniência de posicionamento. Pode ser instalado num bastão topográfico com uma antena externa para poder alcançar uma boa precisão topográfica. Quando ligado à tecnologia Trimble VRS, funciona como um telemóvel de rede avançado e muito eficiente.
Retirando-se do bastão, pode ligar-se o recetor sem problemas à antena integrada, convertendo-se assim numa solução para medição de pontos através do recetor, podendo-se ainda aceder facilmente à câmara integrada de 5 megapixeis.
O modem integrado do Trimble Geo XR permite acesso contínuo à internet e à rede para usar serviços baseados na web, dados RTK como Trimble VRS, uma sincronização segura e envio de arquivos do campo para o gabinete através de Trimble AccessSync.
O Trimble Geo XR inclui um recetor GNSS de 220 canais com capacidade de rastreamento GPS e satélites GLONASS junto com uma antena de dupla frequência (L1/L2) integrada.
X-Beach G
O programa XBeach-G tem como principal objetivo simular a resposta morfodinâmica de praias de seixos devido às ações do mar. Trata-se de um modelo hidrodinâmico bidimensional de propagação de ondas, transporte de sedimentos e alterações morfológicas da área costeira, praias, dunas e barreiras de proteção durante tempestades.
Baseia-se no modelo XBeach (Roelvink et al., 2009) desenvolvido para praias arenosas, de modo a resolver problemas de correntes e agitação em águas pouco profundas, considerando uma aproximação não-hidrostática (Smith et al., 2010), semelhante ao modelo Swash (Smith et al., 2013 e Zijlema et al., 2011). É particularmente importante para a aplicação em praias de seixos onde, devido aos acentuados declives, é frequente a existência de rebentação sobre a praia e o as ondas infragravíticas desempenham um papel importante na agitação próxima da praia.
A infiltração constitui um processo importante na dinâmica quando K>1cm/s (condutividade hidráulica). Para contabilizar corretamente este efeito, o XBeach-G calcula o escoamento subterrâneo e a troca entre águas subterrâneas e águas superficiais usando um modelo de água subterrâneas XBeach (gwflow=1). Comparativamente com praias arenosas, este processo é significativamente mais importante em praias de seixos.
Os processos de transporte de sedimentos de seixos foram considerados no XBeach-G, para simular a morfodinâmica das praias de seixos durante as tempestades. Estes processos de transporte encontram-se atualmente em fase de desenvolvimento e validação.
4. Resultados Esperados
Prevê-se a obtenção dos seguintes resultados parcelares durante a realização do trabalho proposto: - Caracterização geral das praias monitorizadas;
- Sistema de informação geográfica de apoio ao trabalho de dissertação;
- Resultados do programa de monitorização de praias com base em equipamento GPS (atendendo às tipologias da maré e estados de agitação).
- Resultados da evolução da praia durante os períodos monitorizados obtidos com base nos perfis ou modelos 3D e avaliação de processos morfodinâmicos resultantes das obras recentes;
- Outros fatores que possam advir no decorrer do estudo e sejam considerados relevantes.
5. Faseamento e Calendarização
5.1 Faseamento
Este trabalho será constituído por 6 fases:
I. Recolha de informação relativa a morfodinâmica de praias
Nesta primeira fase será feita uma pesquisa aprofundada sobre morfodinâmica de praias e outras matérias complementares que se considerem relevantes para a realização deste projeto, de forma a caracterizar a informação obtida com base em estudos anteriores.
II. Estudo do equipamento utilizado para levantamento topográfico e do software utilizado no processamento dos dados
Será realizada a aprendizagem e compreensão do modo de funcionamento do equipamento GPS.
III. Levantamentos topográficos utilizando um dispositivo GPS
Relativamente aos levantamentos topográficos será definido um programa de monitorização para diferentes praias, como foi referido na seção 1, com o auxilio de um equipamento GPS Trimble Geo-XR.
IV. Processamento de dados
Para o processamento de dados, será utilizado o software QGis
V. Análise de resultados
Será efetuada a análise cuidada e exaustiva dos resultados obtidos nas diferentes campanhas.
VI. Redação da dissertação
A redação da dissertação será realizada ao longo do desenvolvimento do trabalho.
5.2 Calendarização
Tempo (semanas) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Fase I x x x Fase II x x x x Fase III x x x x Fase IV x x x x x x x Fase V x x x Fase VI x x x x x x x xNota: O cronograma apresentado reflete a disposição temporal das fases e respetivas atividades a desenvolver pelo aluno durante o
2ºsemestre, admitindo que a Dissertação será entregue até meados de junho e será defendida em julho. Porém, de acordo com Despacho RT-15/2016, que aprova o calendário escolar para o ano letivo de 2016-2017, a data limite para entrega da Dissertação é
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