Avaliacão numérica do comportamento das ondas durante eventos extremos na Região Costeira do Rio Grande do Sul

Abstract

Tempestades constituem uma das ameaças naturais mais significativas para as comunidades costeiras. Seus principais impactos geralmente estão associadas com a erosão e inundação, podendo chegar a causar destruição de propriedades e estruturas de engenharia costeira. O poder destrutivo associado à ondas formadas durante tempestade muitas vezes surge não só da energia transportada por elas, mas também da dificuldade de prever e compreender como essa energia se propaga até a costa. Sendo esse sempre um grande desafio para a energia e gestão costeira. Foram estudados todos os casos de ondas com altura significativas maior que 5 m em um ponto o.ffshore entre 2000 e 2010, que resultaram em seis casos principais. Essas ondas estudadas foram geradas por sistemas ciclônicos extratropicais no Atlântico Sudoeste. As mesmas foram simuladas e seu impacto sobre a costa do Rio Grande do Sul avaliado. Nesses casos, foi verificado que o padrão ciclogenético ocorrido entre as latitudes 31,5°S e 34°S, se apresentou como o mais favorável para o desenvolvimento de grandes ondas. A partir de diagramas Hovmoller para águas profundas foi possível identificar que a região sul do Rio Grande do Sul até à latitude 31.5°S é o mais energético durante a passagem de um ciclone, embora o evento ocorrido em maio de 2008 indica que esse padrão pode migrar para o norte com o deslocamento do ciclone formador. Diagramas de Hovmoller para águas rasas indicaram que as diferentes morfologias presentes na região da antepraia do Rio Grande do Sul foram responsáveis por focar ou dissipar a energia ao longo da costa. Essas observações também estão de acordo com as regiões de erosão e progradação desse mesmo litoral. Como resultado dessa análise pode-se identificar que as áreas urbanas das praias do Herrnenegildo, Cidreira, Pinhal, lmbé, Tramandaí e e Torres se apresentaram mais expostas durante os eventos de alta energia de ondas. Para simular ondas de tempestade condições em águas rasas é necessário uma alta resolução temporal e espacial para resolver os complicados processo de interações hidrodinâmicas com estruturas naturais e urbanas presentes na praia. Com este intuito, foram utilizados os seis resultados simulados com modelo o SWAN, bem como suas condições espectrais, para forçar o modelo SWASH, responsável por propagar as condições de onda de águas rasas até a dissipação total de energia na zona de espraiamento das praias Imbé e Tramandaí. Para fornecer uma boa base de dados de altimetria e topografia da região, foi utilizado na parte emersa, dados de LIDAR somados a dados batimétricos coletados no local para parte submersa. Dessa forma foi possível resolver em alta definição os rápidos processos que ocorrem na zona de quebra até a dissipação total da energia de ondas na forma de runup, muitas vezes passando sobre as estruturas naturais e urbanas complexas das cidades de Tramandaí e Imbé. Com base em analises temporais dos resultados de runup, foram identificadas três principais zonas críticas e vulneráveis a alagamentos durante os seis casos extremos analisados nestas praias. Como resumo dos resultados apresentados por este trabalho, foi possível reconstruir cenários de risco costeiros formados durante condições de tempestade. Nesse contexto, espera-se que este trabalho tenha produzido uma boa base de informação úteis para as agências de proteção civil e as autoridades costeiras.

Storms constitute one of the most significant natural threats to coastal communities. Their main associated impact is usua11y related to coasta1 erosion, coasta1 flooding and sometimes, destruction of coastal structures and properties. The potential damage of the waves generated during a storm come from their high energy and from the difficulty in forecasting and understanding how this wave energy propagates up to the coast. Thus, this is a great challenge for coastal management. The high waves on the Southwestem Atlantic generated by extra-tropical cyclones are simulated from 2000 to 2010 and their impact on the Rio Grande do Sul coast is studied. The six extreme events in the period which presented significant wave heights above 5 m, on a particular point of interest, are investigated in detail. It is found that the cyclogenetic pattern between the latitudes 31.5°S and 34°S, is the most favorable for developing high waves. Hovmõller diagrams for deep water show that the region between the south of Rio Grande do Sul up to latitude 31.5°S is the most energetic during a cyclone's passage, although the event of May 2008 indicate that the location of this region can vary, depending on the cyclone's displacement. On the oher hand, the Hovmõller diagrams for shallow water show that the different shoreface morphologies were responsible for focusing or dissipating the waves' energy; the regions found are in agreement with the observations of erosion and progradation regions. It can be concluded that som~ of the urban areas of the beaches of Hermenegildo, Cidreira, Pinhal, Tramandaí, lmbé and Torres have been more exposed during the extreme wave events at Rio Grande do Sul coast, and are more vulnerable to this natural hazard. To simulate storm waves conditions in shallow water, a high computation resolution is required to solve complicated hydrodynamic interactions with natural and urban structures in the beach. Considering these six cases simulated by SWAN, the spectral waves conditions in shallow water was nested in the SWASH model to propagate the waves from the shoaling zone until the total energy dissipation at the swash zone in Imbé and Tramandaí beaches. To provide a high resolution altimetry data base, a LIDAR scanner anda local survey campaign are used to supply SWASH with bottom grid conditions. Then, with this numerical approach it was possible so solve, in high definition, the fast vertical processes at the surf zone and the complex hydrodynamic interactions with the natural and urban structures. As a result of the horizontal runup time analysis, it was possible to identify three main criticai areas vulnerable of overwashing during the six extreme cases analyzed at these beaches. The results of the simulations at this work have constructed snapshots of natural hazards during storm conditions. It is expected that this work can produce useful information of criticai flooding zones for civil protection agencies and coastal authorities.