Estudo hidro e morfodinâmico do impacto de alterações na configuração do Porto de Rio Grande

Abstract

A maioria dos portos ao redor do globo estão localizados em regiões estuarinas. Nessas regiões a sedimentação pode se tornar um sério problema, devido aos sedimentos conduzidos pelos rios depositarem nos canais de navegação, que devem ser dragados freqüentemente para permitir a entrada de navios com calados maiores. O Porto de Rio Grande, localizado na Lagoa dos Patos e é o maior Porto da região sul do Brasil em volume de transporte de cargas. A sedimentação na área do Porto de Rio Grande é controlada pela variação do vento e das descargas fluviais. O aumento das atividades e a necessidade de melhorar suas instalações levam a operações de dragagem permanente, que podem causar sérios problemas ambientais ao ressuspender compostos tóxicos no fundo, além de possuir um alto custo operacional. Devido ao seu baixo custo de operação, a modelagem numérica da hidrodinâmica e do transporte sedimentar se torna uma grande ferramenta para a compreensão do processo de assoreamento do canal e investigar o efeito de uma estrutura que ajuste as correntes em uma das áreas mais afetadas por esse fenômeno. A necessidade de representar a batimetria complexa de um corpo estuarino leva à necessidade de usar um modelo de elementos finitos, que neste trabalho, foi utilizado o modelo hidrodinâmico TELEMAC-2D acoplado com o modelo morfológico SEDIMORPH que utiliza areia grossa, areia fina e silte como classes granulométricas. No trabalho, primeiramente, foi dada ênfase na circulação barotrópica na sua porção estuarina com dados de vento e descarga fluvial do ano de 2002, caracterizadas por altos valores de descarga no período de inverno no complexo do Rio Guaíba, Rio Camaquã e Canal do São Gonçalo devido ao fenômeno "El Niño". Posteriormente, a hidrodinâmica responsável pela deposição de sedimentos finos na bacia do Porto Novo, mais precisamente o silte, foi analisada. A hidrodinâmica do canal de acesso, devido à forma irregular da ilha do Terrapleno, é caracterizada por zonas de recirculação geradas pelos fluxos de vazante e enchente as quais são caracterizadas por águas aprisionadas com velocidades favoráveis a sedimentação. A sedimentação é controlada pela descarga e pela atuação dos ventos, principalmente os que são provenientes das direções NE e SO. As zonas de recirculação são identificadas através de linhas de correntes, geralmente na transição entre os ventos de NE para SO e vice-versa. Os resultados morfodinâmicos indicam que a porção final do canal do Porto Novo apresenta maior tendência deposicional de sedimentos finos, coincidindo com os menores valores de velocidade e as zonas de recirculação. O efeito da colocação de uma estrutura (parede de deflexão) foi simulado com o intuito de ajustar a configuração do canal de acesso do Porto Novo e diminuir os efeitos da sedimentação. Devido ao modelo ser bidimensional, as escalas de evolução do fundo são subestimadas, pois além da necessidade de simulações em três dimensões, o modelo utilizado não possui um modelo de consolidação de sedimento, portanto estes se comportam como sedimentos não-coesivos.

Most of the harbors around the world are located in estuarine regions. In these areas sedimentation can become a serious problem because the sediment load carried by the rivers deposit in the navigation channels and must be constantly dredged to accommodate deeper draft vessels. Rio Grande Harbor is located inside the Patos Lagoon, and is the major harbor in the southern Brazil. The sedimentation inside the Rio Grande Harbor area is dominated by currents driven by the wind effect and river discharge. The increasing navigation activities and the necessity of improving its facilities lead to permanent dredging operations. These constant dredging may cause serious problems to the environment, changing the circulation and sediment transport patterns, ressuspending toxic compounds lying in the bottom, besides from presenting high costs. Due to its low cost of operation, the numerical modeling of the hydrodynamics and sediment transport became an important tool to comprehend the process of siltation and investigate the effect of constructing a deflecting wall in one of the most affected areas of Rio Grande Harbor. The necessity of representing the highly variable bathymetry of the studied area leads to the necessity of using a finite elements model, which can represent the variation of the smaller scale circulation in complex bathymetry environments. The model used is the TELEMAC-2D model coupled with the morphodynamic model SEDIMORPH that uses coarse sand, fine sand and silt as granulometric classes. Firstly, the barotropic circulation in the estuarine zone was studied during an ENSO- El Niño event, which was characterized by high fluvial discharges. After that, the hydrodynamics responsible for depositional processes of fine sediments in Porto Novo was investigated. Due to the irregular shape of Terrapleno Island, the hydrodynamics of the access channel is characterized by low-velocities trapped waters where suspended matter tends to deposit. The sedimentation is controlled by fluvial discharges and wind action, mainly from the NE and SW directions. These recirculation zones are identified by streamline functions of the hydrodynamic model, usually during the transition from NE to SW winds and vice-versa. The morphodynamic results indicate significant depositional trends in the final portion of the access channel, in accordance with the low-velocity zones. A structure has been simulated in the numerical grid of the domain in order to adjust the current inside the access channel and reduce the depositional trends. An increase of the velocity is responsible for reducing the deposition flux, and consequently the bottom evolution. That method keeps the sediment moving, in a manner that reduces the deposition in the channel area. Due to limitations of the model, the bottom evolution is underestimated, indicating the necessity of a three-dimensional simulation.