Flood risk assessment in Ria de Aveiro under present and future scenarios

Abstract

Floods are a major threat to coastal regions, affecting millions of people, socioeconomic activities and natural ecosystems. Ria de Aveiro is a coastal lagoon, particularly threatened by floods, facing permanent changes motivated by both natural and anthropogenic factors. Consequently, the main aim of this study is to assess flood risk for floods of oceanic, fluvial and combined origin in Ria de Aveiro under present and future scenarios. This study also aims to propose and evaluate the effectiveness of structural measures on flood risk mitigation. These goals were achieved by applying the methodology Source - Pathway - Receptor, which is a multidisciplinary approach that comprised the following steps: 1) characterization of flooding drivers (oceanic and fluvial) through statistical analysis; 2) implementation, calibration and application of hydro/morphodynamic models to identify the flooding pathway and the flood extent; 3) assessment of flood damage by identifying the socio-economic and ecological assets exposed to flood hazard and determining flood risk by combining the probability and the adverse effects of flood events on assets. In addition, the effectiveness of flood barriers and changes in the lagoon central area geometry on flood risk mitigation was assessed. Results highlight that oceanic floods are consequence of signifcant sea levels induced by storm surge events (>0.4 m) and high tidal levels (>3.3 m), which increased in the last decades due to the general lagoon deepening motivated by dredging activities. These morphological changes increased the tidal prism, the tidal currents and the flood extent, increasing the threat to floods of oceanic origin. These endanger settlements and economic activities (mainly, agriculture, industry and commerce) located along the lagoon main channels margins as well as habitats in the lagoon central area. Floods of fluvial origin occur during adverse weather conditions, and endanger the rivers mouth adjacent regions causing damage in restricted settlements, economic activities (almost only agriculture) and farmland habitats. Besides the areas dominated by oceanic and fluvial forcing, the events of combined origin also affect the margins adjacent to the transition zones, once the flood water drainage is hindered by high sea levels. Although the uncertainties associated to the influence of anthropogenic actions on the lagoon geomorphology, it is predicted an/a increase/decrease of flood risk for events of oceanic/fluvial origin under future scenarios, as consequence of mean sea level rise/river discharges reduction predicted for the region. Finally, this work demonstrated the potential of hydrodynamic modelling for simulate the effectiveness of structural measures on flood risk mitigation, and consequently in supporting the decision making process underlying the flood risk management.

As inundações são uma das maiores ameaças às regiões costeiras, afetando milhões de pessoas, atividades socioeconómicas e ecossistemas. As lagunas costeiras, como a Ria de Aveiro, são sistemas de baixo relevo marginal, particularmente ameaçados por inundações, que enfrentam permanentes mudanças motivadas por fatores naturais e antropogénicos. Consequentemente, o presente estudo tem como objetivo principal avaliar o risco de inundação para eventos de origem oceânica, fluvial e combinada na Ria de Aveiro em cenários presentes e futuros. É também objetivo deste trabalho propor e avaliar a eficiência de medidas estruturais na mitigação do risco de inundação. Para alcançar estes objetivos foi aplicada a metodologia Fonte - Percurso - Recetor, uma abordagem multidisciplinar que compreendeu a realização dos seguintes passos: 1) caracterização dos agentes forçadores de cheias (oceânicos e fluviais) através de análises estatísticas; 2) implementação, calibração e aplicação de modelos hidro/morfodinâmicos para identificação do percurso e extensão de inundação; 3) avaliação dos danos causados pelas inundações, através da identificação dos elementos socioeconómicos e ecológicos expostos ao perigo de inundação e do cálculo do risco combinando a probabilidade com os efeitos adversos das inundações nos elementos expostos. Adicionalmente avaliou-se a eficiência de barreiras de inundação e de alterações na geometria da área central da laguna na mitigação do risco de inundação. Os resultados evidenciam que as inundações de origem oceânica são consequência de elevações significativas no nível do mar induzidas por sobre-elevações de origem meteorológica (>0.4 m) e níveis de maré elevados (>3.3 m), os quais aumentaram na Ria de Aveiro nas últimas décadas em resposta ao aprofundamento generalizado da laguna motivado por dragagens nos canais principais. Estas alterações morfológicas aumentaram o prisma de maré, as correntes de maré e a extensão de inundação, aumentando a ameaça de inundações de origem oceânica. Estas ameaçam aglomerados populacionais e atividades económicas (principalmente agricultura, indústria e comércio) localizadas ao longo das margens dos canais principais e ainda habitats localizados na área central da laguna. As inundações de origem fluvial ocorrem em condições atmosféricas adversas e ameaçam as regiões adjacentes à foz dos rios, causando danos em pequenos aglomerados populacionais e atividades económicas (quase exclusivamente agricultura). Além das regiões de influência oceânica e fluvial, os eventos de origem combinada afetam particularmente as áreas adjacentes às zonas de transição, uma vez que aí a drenagem é dificultada pela sobre-elevação do nível do mar. Apesar das incertezas relacionadas com a infuência de atividades antropogénicas na geomorfologia da laguna, prevê-se uma intensificação/redução do risco de inundação de origem oceânica/fluvial em cenários futuros, como consequência do aumento do nível do mar/diminuição das descargas fluviais previstas para a região. Finalmente, este trabalho demonstrou o potencial da modelação hidrodinâmica para simular a eficiência de medidas estruturais na mitigação do risco de inundação, e consequentemente no suporte ao processo de tomada de decisão subjacente à gestão do risco de inundação.