Estudo da bacia hidrográfica de Machico: vulnerabilidade de cheias

Esta dissertação de mestrado intitula-se “Estudo da Bacia Hidrográfica da Ribeira de Machico – Vulnerabilidade de Cheias”. Os objetivos deste estudo são: o estudo da Bacia Hidrográfica de Machico, catorze sub-bacias e secções de desembocadura destes afluentes para o curso de água principal, várias secções ao longo da linha de água principal, analisar se tais secções comportam os caudais de cálculo, elaboração de uma carta de vulnerabilidade e elaboração de uma lista de possíveis obras de intervenção e medidas a implementar. O método utilizado consistiu na identificação dos postos de monitorização de precipitação com efeito na bacia, de seguida aplicaram-se estatisticamente as amostras de precipitações máximas anuais com a duração de 1, 2, 3, 4 e 5 dias consecutivos, para que de seguida se estime a precipitação na bacia hidrográfica com o período de retorno e com a duração de 24h. Após determinação da precipitação para vários períodos de retorno, estimou-se o caudal de ponta de cheia através do método racional. Mediram-se as secções em estudo e determinou-se o caudal pela equação de Manning – Strickler nas mesmas. Após tal procedimento, verificaram-se quais as secções que não comportavam tal caudal e por fim elaboraram-se cartas de vulnerabilidade para vários períodos de retorno, quer para as secções de desembocadura de 14 sub-bacias, assim como, para as secções ao longo da ribeira de Machico. Relativamente aos resultados, foram os esperados, pois existem alguns trechos da ribeira que ainda estão por canalizar, assim como, a existência de passagens pedonais, pontes e passagens hidráulicas, onde há uma diminuição da área de vazão da ribeira de Machico. Assim sendo, tais secções apresentavam uma percentagem de preenchimento através da fórmula criada para o efeito, quociente entre o caudal pelo método racional e o caudal de Manning – Strickler, e multiplicado posteriormente por 100 %. Em termos numéricos é de constatar que para o período de retorno de 100 anos, seis das 18 secções estudadas da ribeira canalizada não comportam tal caudal líquido acabando por transbordar. Assim sendo, tem-se que 12 secções acabam por comportar tal volume de água, no entanto se juntarmos diferentes materiais tais como, solo, material rochoso e outros, essas secções não comportarão tal matéria líquida. Em suma, dever-se-á repensar e realizar obras de intervenção nos trechos onde a ribeira ainda está por canalizar como pontes e passagens pedonais. Dada a existência de um grande desnível na linha de água principal a partir do quarto quilómetro de montante para jusante, terá de haver uma série de intervenções a sul desse desnível de modo a mitigar um possível caudal que poderá advir de acordo com precipitações iguais ou superiores aos do período de retorno estudados. Por fim é importante referir que será de igual forma necessário realizar limpezas periodicamente tanto na ribeira principal como nos afluentes que nesta desaguam.

Caracterização físico-mecânica dos solos da bacia hidrográfica de Santa Luzia no âmbito do projeto "MonitorizaRibeiras" do LREC

O conteúdo da presente dissertação aborda a importância da caracterização dos solos, na medida em que estabilidade dos taludes é um fator que depende fortemente da constituição e do tipo de solo presente nos maciços. A realização deste estudo incide sobre os solos da bacia hidrográfica da ribeira de Santa Luzia. O motivo da escolha da bacia em causa prende-se com o facto de a mesma ser uma das ribeiras que, atualmente se encontra sob observação através do projeto “MonitorizaRibeiras” do LREC. Os ensaios laboratoriais de caracterização físico-mecânica dos solos constituem uma das componentes de maior relevância na engenharia geotécnica. Neste trabalho a caracterização mecânica é feita através de ensaios de corte direto (em caixa de corte), que permitem obter os parâmetros de resistência do solo (ângulo de atrito e coesão). A caraterização física foi efetuada recorrendo a ensaios simples que permitem determinar os índices físicos do solo, mais particularmente: determinação da baridade seca in situ, análises granulométricas, determinação de limites de consistência de Atterberg e do teor em água natural, densidade de partículas sólidas e determinação da quantidade de matéria orgânica. Os parâmetros obtidos permitem depois a realização de uma análise a vários taludes com diferentes inclinações, de modo a verificar que influências tais parâmetros geram na obtenção do Fator de Segurança. Verifica-se que à medida que o teor em água aumenta, essa influência traduz-se na perda de resistência de um solo. Tal análise permitiu determinar quais as zonas da bacia de Santa Luzia que com as características obtidas e nas condições estudadas se encontram em maior perigo de escorregamento. Os sensores de saturação do solo, sendo uma útil ferramenta de monitorização remota foram alvo de pesquisa nesta dissertação. Esta pesquisa foi realizada com propósito de contribuir com informação, que posteriormente auxilie, na implementação destes equipamentos no sistema do projeto “MonitorizaRibeiras”.

Estudo da concentração e do transporte de sedimentos em suspensão em cursos de água de montanha

O principal objectivo deste estudo foi o de verificar a aplicabilidade, às ribeiras da Ilha da Madeira, de técnicas indirectas de estimação do caudal e da concentração de sedimentos em suspensão e do seu emprego no cálculo do transporte sólido em suspensão nessas pequenas bacias de montanha. Particular ênfase é dada ao uso de traçadores químicos na determinação indirecta do caudal em cursos de água turbulentos com acentuados declives e à estimação da concentração de sedimentos em suspensão a partir de dados de turbidez da água, sendo tais técnicas aqui detalhadamente descritas. A campanha de medições da condutividade eléctrica e da turbidez da água realizada na Ribeira Seca do Faial, complementada pelos trabalhos realizados na Ribeira do Lajeado e na Ribeira de Santa Luzia, devido às suas grandes limitações em termos temporais e espaciais, não permitiu chegar a conclusões mais representativas sobre o transporte de sedimentos em suspensão na bacia hidrográfica em estudo. Ainda assim, os trabalhos de campo e em laboratório realizados possibilitaram confirmar a aplicabilidade das técnicas indirectas adoptadas na estimação de caudais e no estudo da concentração e do transporte de sedimentos em suspensão nesses cursos de água de montanha.

Caracterização hidráulica, hidrológica e de transporte sólido do evento de 20 de fevereiro de 2010 na Ribeira de João Gomes - Ilha da Madeira

O presente trabalho surge em resultado do evento de 20 de Fevereiro de 2010, com o objectivo de caracterizar a bacia hidrográfica da Ribeira de João Gomes, nas suas vertentes hidráulicas, hidrológicas e de transporte sólido. Inicialmente este trabalho relata as condições climáticas, geológicas e hidrológicas da ilha da Madeira, inclusive nos recursos hídricos e nas situações hidrológicas extremas. Em seguida é apresentado uma breve cronologia dos eventos aluviais presentes na ilha da Madeira desde o início do século XVIII. Foram efectuados trabalhos de campo com o intuito de elaborar uma caracterização morfológica, conhecer a geometria do corredor fluvial, proceder à localização das zonas inundadas, zonas com deposição de material sólido e identificar as zonas com danos. Através da informação recolhida dos trabalhos de campo, foi possível alcançar estimativas de valores de caudais líquidos e velocidades de escoamento na zona canalizada a jusante da Ribeira de João Gomes. Posteriormente através do modelo digital do terreno foi elaborada a delimitação da bacia hidrográfica e a determinação da sua rede de drenagem, procedendo à hierarquização da rede de drenagem, determinação dos declives da bacia e calcular as características geométricas e da rede de drenagem da bacia hidrográfica. São apresentadas algumas medidas estruturais utilizadas em bacia hidrográficas de forma a proteger as zonas urbanas e minimizar os efeitos provocados por evento aluviais.

Caracterização hidráulica, hidrológica e de transporte sólido do evento de 20 de fevereiro de 2010 na Ribeira de São João – Ilha da Madeira

Após o temporal que se abateu sobre a ilha da Madeira no dia 20 de Fevereiro de 2010 ficou a dúvida se a tragédia podia ter sido evitada ou pelo menos minimizada. A intensa intervenção humana, principalmente na baixa da cidade do Funchal, alterou o normal curso das ribeiras. Esse facto levantou a questão se o homem estará a ser negligente ou irresponsável na maneira como constrói nas suas proximidades. Posto isto, o Governo Regional da Madeira achou que algo mais poderia ser investigado em relação ao comportamento das ribeiras em situações extremas, tal como a sucedida. Com o intuito de responder a estas e outras questões, equipas da UMa (Universidade da Madeira), IST (Instituto Superior Técnico) e LREC (Laboratório Regional de Engenharia Civil) iniciaram, em cooperação, um estudo que foi denominado por Estudo de Avaliação do Risco de Aluviões na Ilha da Madeira. Ao autor deste trabalho foi concedida a oportunidade de fazer parte deste importante estudo para a Ilha da Madeira e de poder realizar esta dissertação no âmbito do mesmo. Foram estudadas as três mais importantes ribeiras do Funchal (João Gomes, Santa Luzia e São João) e as ribeiras da Ribeira Brava e Tabua. O presente trabalho, em particular, incidiu sobre a bacia hidrográfica e Ribeira de São João. Este trabalho inicia-se por uma base teórica, onde é feita uma caracterização biofísica à Ilha da Madeira e mais detalhadamente à bacia hidrográfica da Ribeira de São João. Segue-se uma pequena referência a eventos semelhantes e anteriores ao de 20 de Fevereiro. A parte prática do trabalho consiste no tratamento e interpretação dos dados levantados nas visitas de campo. Estimaram-se os valores sucedidos no dia do evento para caudais máximos e velocidades de escoamento em secções transversais da ribeira previamente seleccionadas. Estimou-se também o volume para o material sólido que foi depositado no leito e nas ruas ou estradas que se situam dentro da área da bacia hidrográfica da Ribeira de São João. Foi feita também uma caracterização granulométrica desse mesmo material sólido. Por fim elaboraram-se listas e mapas com as infra-estruturas danificadas. Finalmente foram propostas algumas medidas preventivas que poderão minimizar as consequências de futuras aluviões.

Estudo de soluções de monitorização automática de ribeiras para prevenção do risco de aluviões

As aluviões, também denominadas por fluxos de detritos ou enxurradas, são movimentos de vertente rápidos, que ocorrem por ação da água e são consideradas um dos fenómenos mais perigosos em regiões montanhosas, causando prejuízos por onde passam. Como forma de prevenção, mas também como forma de estudo das condições inerentes à formação destes fenómenos e do respetivo comportamento ao longo do seu percurso, deve ser atribuído um papel importante à monitorização automática dos cursos de água. Na Ilha da Madeira, a aluvião mais recente aconteceu a 20 de fevereiro de 2010, afetando os concelhos da vertente Sul, particularmente os do Funchal e Ribeira Brava. Este evento surgiu devido a uma situação meteorológica adversa, com precipitações de elevada intensidade, resultando no transporte de um elevado volume de material sólido que levou ao transbordamento das ribeiras, obstruindo completamente a baixa funchalense e outros locais. Portanto, esta dissertação surge como introdução à temática do estudo e monitorização dos fluxos de detritos na Ilha da Madeira, onde, inicialmente, foi realizada uma primeira abordagem ao fenómeno, referindo as suas causas e características, tendo sido, também, mencionadas algumas das aluviões que assolaram a ilha. Posteriormente, foram descritos alguns dos equipamentos incluídos num sistema de monitorização, com as respetivas vantagens e desvantagens, bem como a descrição de alguns sistemas existentes. Como objetivo deste trabalho, foi idealizada uma solução de monitorização automática para a bacia hidrográfica da Ribeira de Machico, tendo sido analisadas as propriedades morfológicas da bacia, seguindo-se uma descrição dos sensores utilizados e a sua localização. Por fim, como caso de estudo, foi apresentado o sistema de monitorização a ser implementado pelo LREC (Laboratório Regional de Engenharia Civil), onde foram definidos os aparelhos utilizados, bem como a respetiva localização.

Caracterização, simulação (à escala) e modelação do escoamento em canais artificiais: aplicação a caso de estudo

Os escoamentos no interior de zonas urbanas, apresentam grande heterogeneidade, pelo que a sua caracterização, requer uma formulação que incorpore explicitamente essa variabilidade espacial. A caracterização, simulação (à escala) e modelação do escoamento em canais artificiais e a aplicação a um caso de estudo, no Laboratório de Hidráulica da UMa, representa o cerne desta dissertação. Os objetivos principais desta dissertação são: a caracterização e desenvolvimento de ferramentas de simulação do comportamento do escoamento em canais artificiais, no caso de uma variação súbita dos caudais afluentes, mecanismos de prevenção de cheia; o desenvolvimento de um modelo de simulação hidrodinâmico, considerando os escoamentos variáveis em superfície livre no caso de situações de cheia, na simulação entre as condições variáveis das afluências, das condições hidromorfológicas do canal e da instalação e operação dos sistemas e regulação dos escoamentos; e ainda a análise da viabilidade da simulação (modelo) na gestão e prevenção de cheias em canais artificiais. Numa primeira instância, procede-se à recolha de toda a informação bibliográfica disponível. Com recurso aos modelos digitais do terreno e ao programa ArcGis, é efetuada toda uma exaustiva caracterização da bacia hidrográfica, relativa ao caso de estudo (canal artificial), a partir da qual foi possível obter os dados inerentes às características geométricas, características de relevo e características de drenagem. Segue-se a análise da precipitação com recurso a folhas de cálculo e dados fornecidos pelas instituições pertinentes, de forma a obter valores de precipitação média diária e anual para aplicação de fórmulas, tanto para calcular valores de tempo de concentração, bem como caudais. O próximo passo é selecionar os troços relevantes do canal em estudo e com recurso ao equipamento disponível no Laboratório de Hidráulica da UMa, à folha de cálculo programada e ao programa HEC-RAS procede-se à simulação/modelação/análise desses troços, comparando o resultado/comportamento simulado, com o expectável e entre os vários métodos. Por fim, são expostas as conclusões, bem como algumas considerações finais e uma listagem de objetivos a manter ou alcançar nos próximos anos, onde se incluem, ações prioritárias e recomendações visando, não só melhorar o processo de caracterização do escoamento em canais artificiais, bem como simplificar a prevenção e gestão de cheias.

Análise da qualidade das águas, Ribeira Brava

O planeamento e gestão dos recursos hídricos é nos dias de hoje uma tarefa complicada, mas interessante e necessária, tendo em vista a satisfação de cada vez mais exigentes padrões de vida das populações e da qualidade do ambiente. Para que sejam possíveis escolhas e decisões judiciosas sobre a melhor forma de utilizar a água disponível, a sua gestão deve ser enformada por leis, actuações administrativas e disposições económico-financeiras, as quais determinam a necessidade da existência de sistemas institucionais competentes para as implementar. Sob o paradigma da sustentabilidade no contexto dos recursos hídricos, procedeu-se a uma avaliação do estado qualitativo das águas superficiais e subterrâneas do concelho da Ribeira Brava, quer a nível da distribuição de águas quer a nível das águas residuais. Inicialmente, caracterizou-se a região hidrográfica em estudo quanto aos aspetos geográficos, demográficos, socioeconómicos, bem como uma perspetiva quanto à caracterização hidrológica e geomorfológica da bacia hidrográfica a ser monitorizada. Posteriormente, apresentou-se, sob um manto teórico, o funcionamento de todo o sistema de abastecimento de água desde a captação até à sua devolução à natureza, passando pelas ETA, redes de distribuição e ETAR, passando a descrever-se a realidade em termos de infraestruturas existentes no concelho da Ribeira Brava. De seguida, procedeu-se à análise paramétrica temporal nas ETA e ETAR do concelho, cruzando esses dados com a legislação em vigor. Como etapa final, retratam-se as principais ilações quanto à monitorização efetuada, quer a nível de águas de distribuição, quer a nível das águas residuais, bem como se contribui com algumas recomendações, tendo em conta a manutenção e melhoria quantitativa e qualitativa da água no concelho da Ribeira Brava.