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Modelação da inundação em estuários. Da avaliação da perigosidade à gestão crítica.
Paula Freire e equipa MOLINES [email protected] Laboratório Nacional de Engenharia Civil
• Enquadramento
• Instituições e equipa
• Objetivos
• Zona de estudo – estuário do Tejo
• Abordagem metodológica
• Síntese
Resumo da apresentação
Filipinas, Tufão Haiyan Nov. 2013
EUA, Furacão Sandy out. 2012
França, tempestade Xynthia Fev. 2010
mundogeo.com
www.metronews.fr
darkroom.baltimoresun.com
news.nationalpost.com
www.ouest-france.fr
www.citizenside.com
zonas densamente povoadas,
apresentando um risco elevado à
inundação
níveis de maré elevados
caudais fluviais intensos
sobrelevações de origem
meteorológica
drenagem urbana insuficiente e
cheias rápidas em pequenas bacias
hidrográficas afluentes
suscetibilidade à inundação das
zonas marginais de estuários
tenderá a aumentar
Inundação em estuários
o risco de inundação em áreas adjacentes a ambientes estuarinos deverá considerar os diferentes perigos de uma forma integrada (EU/EXIMAP - European exchange circle on flood mapping)
Projeto MOLINES Modelação da inundação em estuários.
Da avaliação da perigosidade à gestão crítica.
PTDC/AAG-MAA/2811/2012
Área científica:
Ambiente e Alterações Globais – Modelação e Avaliação Ambiental
Instituições participantes
- Laboratório Nacional de Engenharia Civil
- Centro de Estudos Sociais, Universidade de Coimbra
- Autoridade Nacional de Proteção Civil
Início do projeto: 1 julho 2013
Duração: 24 meses (+12 meses)
LNEC – Dep. Hidráulica e Ambiente Núcleo de Estuários e Zonas Costeiras
Paula Freire
André Fortunato
Ana Rilo (bolseira a partir de 30 de setembro)
Bolseiro (concurso em fase de finalização)
Núcleo de Engenharia Sanitária
Sérgio Teixeira Coelho
Maria Adriana Cardoso
Bolseiro
Grupo de Tecnologias de Informação em Água e Ambiente
Anabela Oliveira
João Palha Fernandes
João Gomes
Gonçalo de Jesus
Consultor Xavier Bertin, Universidade de La Rochelle (França)
EQUIPA
CES Alexandre Tavares Pedro Santos (bolseiro do projeto)
ANPC Patrícia Pires Luís Sá Jorge Dias Giuseppe Cornaglia
- melhoria do conhecimento científico sobre os processos de inundação em margens estuarinas (processos de sobrelevação meteorológica conjugados com o efeito da maré, e a drenagem urbana) para diferentes cenários climáticos
- avaliação do risco de inundação de zonas com diferentes tipologias (urbana, interface)
- criação de uma estratégia coordenada de gestão do risco, que contribua para promover ações preventivas de ordenamento do território, implementar formas de mitigação do risco, e otimizar o sistema de alerta e aviso
INOVAÇÃO
Modelos integrados de avaliação do risco a diferentes escalas espaciais >>> escala global do sistema estuarino e escala urbana
OBJETIVOS
engloba 11 concelhos da AML
fortes contrastes de ocupação do território ao longo das suas margens
localização e exposição de infraestruturas críticas e sensíveis
potencial a inundações de diferentes origens
informação disponível resultante de estudos anteriores / sistema de previsão em tempo real
http://olhares.sapo.pt
CASO DE ESTUDO – Estuário do Tejo
RDFS: Sistema de Previsão em Tempo Real para a Costa Portuguesa http://ariel.lnec.pt
ESTUÁRIO DO TEJO - geometria
Extensão até ao termo da propagação da maré dinâmica (Muge)
80 km
Extensão até ao limite montante da intrusão salina (VFX)
50 km
Área total (até VFX) 320 km2 Área entre-marés 43% da área total Largura máxima 15 km Largura média 4 km Profundidade máxima 46 m Profundidade média 11 m Comprimento da margem estuarina 360 km
ESTUÁRIO DO TEJO – propagação da maré
• constituintes semi-diurnas da maré são significativamente amplificadas no interior do estuário entre Cacilhas e Vila Franca de Xira (Fortunato et al., 1999)
• forte dominância de vazante até à zona dos mouchões
Guerreiro et al., 2012. 2as Jornadas de Engenharia Hidrográfica, IH
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Diferença entre as durações da vazante e da enchente ao longo do canal mais profundo do estuário para vários cenários de subida do NMM
ESTUÁRIO DO TEJO – caudal fluvial do rio Tejo
• A jusante de Alhandra os níveis máximos atingidos dependem pouco do caudal fluvial do rio Tejo
Níveis máximos para simulações forçadas por caudais em Ómnias com vários períodos de retorno
Rocha et al., 2007 - Estudo Hidráulico E Hidrológico Do Concelho De Vila Franca De Xira. Carta de Delimitação da Zona de Cheia
Average annual wind regime (Oliveira and Vargas, 2009)
Praia do Alfeite
29 Janeiro 2006 Intensidade máx. do vento: 40 km/h (NE)
Hmax: 0,84 m
ESTUÁRIO DO TEJO – ondas de geração local
Freire et al., 2013. Journal of Coastal Research, 65: 482-487 Oliveira et al.,2013. 2ª Conferência sobre Morfodinâmica Estuarina e Costeira
raso de maré ~ 28%
sapal ~ 6%
o. antrópicas ~ 7%
praias ~ 0,3%
ESTUÁRIO DO TEJO - leito
Nogueira Mendes et al., 2011 2as Jornadas de Engenharia Hidrográfica; MEC 2013: 2ª Conferência sobre Morfodinâmica Estuarina e Costeira
Nome da classe Área (km2) %
Espaço Verde 8,1 6
Espaço Urbano 44,5 34
Espaço Portuário 3,4 3
Espaço Natural 1,7 1
Espaço Industrial 19,8 15
Espaço Agrícola 44,8 35
Espaço Aeroportuário 7,4 6
Total 129,6 100
ESTUÁRIO DO TEJO – orla estuarina
Rilo et al., 2012. Geophysical Research Abstracts Freire et al., 2012. 2as Jornadas de Engenharia Hidrográfica
Algés and Cruz Quebrada beach. 1950 decade. Oeiras Municipal Archives. Author: unknown
Algés
Panoramic view of the industrial complex Siderurgia Nacional. Author / date: unknown
Seixal
Rilo et al., 2012. Geophysical Research Abstracts
ESTUÁRIO DO TEJO – impacto da ação humana
ESTUÁRIO DO TEJO – vulnerabilidade da faixa marginal
Seixal, 21/01/1996
Praia do Alfeite, 26/01/2006 Praia do Alfeite, 09/06/2007
Alcochete, 27/02/2010 http://www.youtube.com/watch?v=txvwoxcpEco
Seixal, 02/2010 http://www.youtube.com/watch?v=UifbCuukVuc
Nível médio do mar: atual Actual+0,5 m Actual+1,5 m
5.6
6.6
5.1
ESTUÁRIO DO TEJO – condições futuras
Mapas de inundação para os vários cenários de subida do NMM e períodos de retorno de 100 anos
Guerreiro et al., 2013. 11º Simpósio de Hidráulica e Recursos Hídricos dos Países de Expressão Portuguesa
• Cerca de 16% da orla estuarina será potencialmente inundada no cenário de 2050, havendo um incremento de 8% de área inundada em 2100
• As zonas industriais e urbanas serão das mais afetadas
2050 2100
Flood areas by occupation type for two SLR scenarios considering the marginal fringe of 22.7 km 2
Occupation type Area (km2) %
2050 SLR scenario
Agriculture parcel 0.1 0.5
Industrial facilities 1.1 4.6
Natural areas 0.7 3.2
Urban areas 0.9 4.0
Ports and harbours 0.5 2.3
Non-urban areas, green spaces and leisure facilities
0.3 1.5
Potencial flood prone area 3.7 16.1
2100 SLR scenario
Agriculture parcel 0.2 0.7
Industrial facilities 1.8 7.8
Natural areas 0.7 3.3
Urban areas 1.4 6.0
Ports and harbours 0.8 3.7
Non-urban areas, green spaces and leisure facilities
0.5 2.2
Potential flood prone area 5.4 23.7
Seixal
Rilo et al., 2013. Journal of Coastal Research, 65: 820-825
ESTUÁRIO DO TEJO – condições futuras
ESTUÁRIO DO TEJO
- Escala global
SEIXAL/?
- Escala urbana
ABORDAGEM METODOLÓGICA
modelo de ocupação do
território
cenários climáticos definidos por
trabalhos nacionais e internacionais
análise a duas escalas espaciais (estuário e local)
duas tipologias territoriais (zona
urbana e de interface)
modelação numérica integrada da hidrodinâmica do estuário e da
drenagem urbana
orientações, recomendações e
normas de suporte de instrumentos de gestão, prevenção, mitigação e alerta
do risco
avaliação do risco de inundação
mapas de perigosidade e vulnerabilidade
ABORDAGEM METODOLÓGICA
INTEGRADA E MULTIDISCIPLINAR
WP1: Modelação da inundação estuarina
WP2: Caracterização dos elementos expostos e
análise de vulnerabilidade
WP3: Modelação integrada da inundação estuarina e urbana
WP4: Análise de risco
WP5: Gestão da inundação estuarina
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ESTRUTURA DO PROJETO
Escala do estuário
Escala urbana
WP1: Modelação da inundação estuarina
WP2: Caracterização dos elementos expostos e
análise de vulnerabilidade
WP3: Modelação integrada da inundação estuarina e urbana
WP4: Análise de risco
WP5: Gestão da inundação estuarina
WP
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ESTRUTURA DO PROJETO
MOLINES WP1 – Modelação da inundação estuarina
T1 -Recolha de informação e dados históricos
T2 – Modelação numérica - Base de dados de eventos
históricos
- Caracterização da hidrodinâmica do estuário
- Mapas de perigosidade à inundação para diferentes PR e cenários de subida do NMM
- Avaliação crítica dos resultados da inundação estuarina à escala do estuário
Créditos de imagem: Blog Restos de Coleção
T3 – Mapas de perigosidade (à escala do estuário)
WP1: Modelação da inundação estuarina
WP2: Caracterização dos elementos expostos e
análise de vulnerabilidade
WP3: Modelação integrada da inundação estuarina e urbana
WP4: Análise de risco
WP5: Gestão da inundação estuarina
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ESTRUTURA DO PROJETO
WP2 – Elementos expostos e análise de vulnerabilidade
T4 – População T5 – Infraestruturas e
equipamento T6 – Recursos ambientais
- Seleção dos principais indicadores de vulnerabilidade e sua representação cartográfica
- Índice de vulnerabilidade à inundação para o estuário do Tejo e sua representação cartográfica
Créditos de imagem: dreamstime; projeto BERNA
T6 – Mapeamento da vulnerabilidade
(à escala do estuário)
WP1: Modelação da inundação estuarina
WP2: Caracterização dos elementos expostos e
análise de vulnerabilidade
WP3: Modelação integrada da inundação estuarina e urbana
WP4: Análise de risco
WP5: Gestão da inundação estuarina
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ESTRUTURA DO PROJETO
WP3 – Modelação integrada da inundação estuarina e urbana
T8 – Seleção da zona de estudo à escala urbana
T9 – Modelação integrada da inundação
₋ Identificação da zona de estudo em pormenor e escala de análise
₋ Estratégia integrada de modelação numérica da inundação
₋ Parâmetros do processo de inundação (níveis, velocidade, extensão)
₋ Guia metodológico para a seleção da escala e tipologia de dados necessários à modelação do processo de inundação
WP1: Modelação da inundação estuarina
WP2: Caracterização dos elementos expostos e
análise de vulnerabilidade
WP3: Modelação integrada da inundação estuarina e urbana
WP4: Análise de risco
WP5: Gestão da inundação estuarina
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ESTRUTURA DO PROJETO
WP4 – Análise de risco
T10 – Impacto da dimensão do perigo para a área de estudo
Créditos de imagem: Radio Renascença Online, TVI24 online, revista Visão
T11 – Avaliação do risco
- Representação cartográfica, seleção e validação dos parâmetros mais significativos no processo de inundação
- Índice de avaliação de estragos, tendo em conta a vulnerabilidade dos elementos expostos
- Representação cartográfica e avaliação do risco de inundação
WP1: Modelação da inundação estuarina
WP2: Caracterização dos elementos expostos e
análise de vulnerabilidade
WP3: Modelação integrada da inundação estuarina e urbana
WP4: Análise de risco
WP5: Gestão da inundação estuarina
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ESTRUTURA DO PROJETO
WP5 – Gestão da inundação estuarina
Orientações integradas de gestão do risco de inundação em estuários, tendo em conta a Diretiva Europeia de Inundações
• Proposta de medidas preventivas para
ordenamento e planeamento do território • Proposta de medidas estruturais e não
estruturais de redução e mitigação do risco de inundação
• Melhoria do sistema de alerta e aviso baseado na extensão do sistema de previsão em tempo real existente (ET)
T12 – Guia para a gestão do risco de inundação
prevenção
preparação proteção
Créditos de imagem: RTP
Plataforma WebSIG de suporte à emergência
₋ O projeto MOLINES visa o melhor conhecimento do perigo de inundação em estuários, a avaliação do risco e contribuir para estratégias e medidas de prevenção e redução do risco
₋ Os principais resultados esperados são:
- Base de dados de eventos históricos de inundação no ET
- Estratégia de modelação numérica integrada para previsão de inundações de
origem natural e urbana
- Representação cartográfica da perigosidade e da vulnerabilidade à inundação
- Orientações integradas de gestão do risco de inundação em estuários
- Plataforma WebSIG de suporte à emergência
SÍNTESE
MUITO OBRIGADA PELA VOSSA ATENÇÃO
http://www.chrismadden.co.uk
LNEC Simulação da inundação no Estuário do
Tejo Sistema de previsão e alerta em tempo real de inundações
Anabela Oliveira, André B. Fortunato
[email protected], [email protected]
SIMARSUL - 2 de novembro de 2013
Estuário do Tejo: trabalhos em curso
LNEC | 40
• Projeto PREPARED – Enabling Change (7FP)
• Projeto SI-GeA - Sistema Inteligente de Apoio à Gestão Avançada de Sistemas Urbanos de Águas Residuais (QREN)
• Previsão em tempo real da qualidade microbiológica de águas estuarinas e costeiras no contexto da incerteza dos modelos e dos forçamentos (Pós-doutoramento – FCT)
• Projeto RealQual - Towards real-time high-resolution monitoring and prediction of water quality in estuaries and coastal areas (FLAD)
• Projeto Níveis extremos no Atlântico NE (FCT, Région d’Aquitaine)
• Projeto SPRES – Oil spill prevention and response at local scales (Interreg)
APL – 24 outubro 2013
Task 3 Flood hazard mapping
Starting date: M6 (01/12/2013)
Duration (months): 3
The expected results are:
1. flood hazard maps for Tagus estuary for different return periods and for present and future scenarios of mean sea level;
2. critical assessment of the inundation modeling results
Task1. Historical accounts and data survey
Starting date: M1 (01/07/2013)
Duration (months): 5
Expected results:
1. morphological characterization of the study system;
2. database of historical records of flood impacts in Tagus estuarine margins;
3. accurate and robust DTM of the Tagus estuary margins;
4. statistically screened rainfall data of high resolution.
Task 2 Hydrodynamic numerical modeling
Starting date: month M2 (01/08/2013)
Duration (months): 16
Sub-tasks:
2.1 – Local model
2.2 – Regional / local model
Expected results:
1. hydrodynamic characterization of the Tagus estuary (towards Milestone 1);
2. inundation levels considering different return periods, and for present and future scenarios of mean sea level, that will support hazard mapping at T3;
3. boundary conditions for the urban flood model that will be developed in T9;
4. tide + storm surge hydrodynamic model that will support the alert system (T12).
WP1 – Estuarine Flood Model Simulation
Tarefa 2.1/2.2 - Modelo local e regional
• 2.1 – Modelo local – Desenvolver um modelo local do
estuário, forçado pelos resultados de uma análise estatística dos dados do marégrafo de Cascais
• 2.2 – Modelo regional e local – Desenvolver um modelo da
plataforma continental Portuguesa e do estuário do Tejo, forçado pela maré, vento, pressão atmosférica. O modelo deverá idealmente incluir a agitação marítima e os seus efeitos nos níveis
42
Modelo local
Tarefa 2.2 – resultados • Malha de 200.000 nós desenvolvida para o
Atlântico NE
• Precisão do modelo de maré é excelente (1 cm em Cascais)
• Erros totais um pouco maiores (6 cm em Cascais)
43
Modelo regional
RDFS-PT: Rapid Deployment Forecast System
LNEC | 44
http://ariel.lnec.pt
APL – 24 outubro 2013
> Plataforma acessível por internet, com níveis de detalhe diferenciados
> webSIG – detalhada
> Imagens – acesso rápido
> Produção automática de previsões (e sua aferição com dados on-line)
> Em produção desde 2007, de acesso livre:
> Agitação marítima no Atlântico Norte e na costa Portuguesa
> Circulação baroclínica da Ria de Aveiro
> Circulação barotrópica do Estuário do Tejo
LNEC | 45 APL – 24 outubro 2013
RDFS-PT – Plataforma de gestão de informação do projeto PREPARED • Objetivos
Previsão da dinâmica integrada do
caneiro de Alcântara e estuário do Tejo
Previsão e alerta de contaminação
fecal
Emissão de alertas de eventos de
poluição às entidades gestoras
• A plataforma dá acesso:
Previsão a 48 horas da dinâmica do
sistema de drenagem de Alcântara
Previsão a 48 horas da circulação e
evolução da descarga do Caneiro no
estuário do Tejo
Dados em tempo real das estações de
monitorização PREPARED
APL – 24 outubro 2013 LNEC | 46
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SWMM 4S-drainage
Multiple
Model
Ensemble
River Water
Level Forecast
Oceanic Forecast
(Water Levels, S, T)
Urban
Drainage Model
Receiving
Waters Model
Monitoring
Networks
ECO-SELFE
Hydrodynamics
Transport
Decay River Flow
Forecast
Rainfall
Forecast
Atmospheric forecast 1
Atmospheric forecast 2
Atmospheric forecast n
Urban drainage
Receiving Waters
Atmospheric
Forecast
LNEC | 47
Fronteira Oceânica
Níveis
Temperatura
Salinidade
[FC] = [E.coli] 0 MNP/100 ml
Rio Tejo
Caudal: SNIRH – Almourol
Temperatura: Climatologia - SNIRH
Salinidade: 0
[FC]=[E.coli]: Climatologia - SNIRH
MyOcean
(http:// myocean.eu)
Caneiro de Alcântara
Caudal
Temperatura
Salinidade [FC]
[E.coli]
Modelo de
Drenagem
Urbana
Forçamento Atmosférico
Vento
Temperatura do Ar
Pressão
Humidade Específica
Radiação Solar
Radiação Longo C. Onda
GFS 50 km (http:nomads.ncep.noaa.gov/)
WRF 9 Km (http://www.windguru.cz)
Estuário do Tejo: Modelo Operacional
APL – 24 outubro 2013
LNEC | 48 APL – 24 outubro 2013
RDFS-Prepared – Previsão em tempo real • Acessível em 2 modos:
Imagem/filme
webGIS:
georeferenciação/zoom
• Comparação automática
com dados em tempo real
VTS APL
LNEC | 49 6th SCACR – 4-7 June 2013
Monitorização em tempo real
• Equipamento instalado no Cais de Alcântara
• Transmissão de dados em tempo real
• Spectrolyser SCAN: Sólidos Suspensos Totais, Carência Química de Oxigénio, Nitratos
• Ammolyser SCAN: Amónia, Nitratos, pH, Temperatura
• Condulyser SCAN: Condutividade, Salinidade, Temperatura
• Oxilyser SCAN: Oxigénio Dissolvido, Temperatura
LNEC | 50 APL – 24 outubro 2013
RDFS-Prepared Monitorização em tempo real • Visualizar conjunto
dias à escolha
• Zoom in/out
• Exportação em csv
• Futuro: comparação
automática com
modelo
LNEC | 51 APL – 24 outubro 2013
RDFS- Plataforma SPRES
Plataforma para apoio à gestão do risco
de derrames de hidrocarbonetos em
zonas costeiras e portuárias (às escalas
locais)
“One-stop-shop”
Previsão em tempo real da
hidrodinâmica e derrames na Ria de
Aveiro • Derrames em locais pré-estabelecido
• On-demand
Gestão de risco baseada em: • Análise de cenários com modelação de
elevada resolução da hidrodinâmica e
de derrames
• Vulnerabilidade detalhada (física,
biológica e socio-económica)
LNEC | 52 APL – 24 outubro 2013
RDFS- Plataforma SPRES