modelagem de ondas geradas pelo vento no terminal ...siaibib01.univali.br/pdf/deborah fonseca...
TRANSCRIPT
UNIVERSIDADE DO VALE DO ITAJAÍ – UNIVALI
CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DA TERRA E DO MAR – CTTMar
CURSO DE OCEANOGRAFIA
MODELAGEM DE ONDAS GERADAS PELO VENTO NO TERMINAL
PORTUÁRIO DE VILA DO CONDE – PARÁ
DEBORAH FONSECA AGUIAR
Monografia apresentada como parte
dos requisitos para obtenção do
grau de Bacharel em Oceanografia
da Universidade do Vale do Itajaí.
Orientador: João Luiz B. de
Carvalho
Itajaí
2011
ii
UNIVERSIDADE DO VALE DO ITAJAÍ – UNIVALI
CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DA TERRA E DO MAR – CTTMar
CURSO DE OCEANOGRAFIA
MODELAGEM DE ONDAS GERADAS PELO VENTO NO TERMINAL
PORTUÁRIO DE VILA DO CONDE – PARÁ
DEBORAH FONSECA AGUIAR
Itajaí
2011
iii
NOTA
O presente documento – Trabalho de Conclusão de Curso – faz parte do processo de avaliação da disciplina Projeto de Graduação do curso de Oceanografia da UNIVALI, a qual tem os seguintes objetivos: Proporcionar aos acadêmicos,
condições complementares de atividades de aprendizagem teóricas e práticas nos diferentes campos de atuação profissional;
Proporcionar condições para que os
acadêmicos formados desenvolvam atitudes e hábitos profissionais, bem como adquiram, exercitem e aprimorem seus conhecimentos;
Estimular a especialização em um
campo de atividade específica; Promover a integração entre o
acadêmico formado e o mercado de trabalho.
O TCC é resultado do trabalho do aluno, executado sob orientação de um professor orientador. Por ter como finalidade documentação de aprendizado, não se trata de uma publicação científica estrito senso, sendo que os métodos empregados, resultados e conclusões obtidas, devem ser consideradas nesse contexto. Maiores informações sobre o conteúdo específico do documento podem ser obtidas com o autor ou o professor orientador do trabalho.
iv
DEDICATÓRIA
A meus pais, meu irmão querido, a pequenina Stella e ao meu namorado, Wiliam, dedico.
v
AGRADECIMENTOS
Agradeço ao meu pai primeiramente por investir nos meus sonhos, a minha mãe pela
dedicação, ao meu irmão simplesmente por ser meu irmão... e quero dizer a vocês
que era sim o que eu queria e me sinto muito feliz de estar me formando em
Oceanografia.Obrigada!
Quero agradecer também a uma pessoa que entrou há muito tempo na minha vida,
mais a pouco na minha rotina. Wiliam, obrigada por estar comigo, me sinto super
orgulhosa por isso, obrigada pelo amor,pela ajuda...enfim, não só por isso ou aquilo,
mais por tudo.Meu amor lindo que eu amo tanto, com certeza sem você esse TCC não
seria tão emocionante. Amo-te!
Agradeço também as minhas amigas maravilhosas de infância que mesmo longe
aquecem minha vida, LADAL 4ever!
Agradeço aos professores que contribuíram muita para minha formação, em especial
agradeço a professora Kátia, pelas belas aulas; ao professor Thadeu pelos conselhos
e sabedoria, ao Pezutto por tantas informações e a Pati que é uma ótima professora e
super querida!
Agradeço ao meu orientador, pelos os conselhos, pela ajuda, pelos puxões de orelha,
por sempre tentar parecer fácil o que parecia tão difícil. Obrigada João!
Agradeço a galera do LOF, a melhor galera do mundo, Mauricio, Bruno, Guto, Vinão,
Rafinha, Henrique, Lori, Mineiro, Gabriel. Em especial agradeço ao Lori pela força, ao
professor Mineiro pelos conselhos e ao Henrique mais conhecido como Matlab
Agradeço a Turma 2005/2
Agradeço aos meus queridos amigos, Carioca e Michelli (OOO caSAL), Débora
Gaúcha Tchê, Noilictha, Gorda, Aline, Day, Jesus, André, Tiozão e ao Tio Chico de
Camargo - ex gordo...Valeu D++!
Agradeço aos meus primos, Luiza, Isis, Lohaynne, João Vitor (agora Flusãooo) e ao
preto da minha vida Hendryk.
vi
Agradeço as minhas avós Tereza e Luzia e aos meus avôs Francisco e Geraldo.
Agradeço aos meus tios, Márcia, Zezé, Mari e Leda.
Agradeço a minha amiga Lyssa pela paciência.
E por fim, a Deus que me proporcionou viver em um lugar maravilhoso por 4 anos e
meio!
vii
LISTA DE FIGURAS
Figura 1- Distribuição (A) da energia relativa, (B) das componentes morfológicas, e (C)
das fáceis sedimentares em uma seção longitudinal para um estuário idealizado
dominado por maré (segundo DALRYMPLE et al., 1992). ............................................ 5
Figura 2: Seção longitudinal de um sistema estuarino indicando: as zonas de maré do
rio (ZR), de mistura (ZM) e a costeira (ZC). São também apresentadas as
características da estrutura vertical de salinidade e circulação medias. Qf denota a
descarga fluvial ou vazão do rio . .................................................................................. 6
Figura 3: Delimitação funcional de um sistema estuarino. Características
geomorfológicas e processos nas ZC, ZM e ZR. .......................................................... 8
Figura 4: O esquema mostra um estuário dominado por ondas, na parte superior
encontra-se a distribuição de energia, na parte central a morfologia, e na parte inferior,
fácies em seção longitudinal (LOS ESTUARIOS, 2007). .............................................. 9
Figura 5: O esquema mostra um estuário dominado por marés, na parte superior a
distribuição de energia, no meio a morfologia e na parte inferior, fácies em seção
longitudinal (LOS ESTUARIOS, 2007). ....................................................................... 10
Figura 6: Tipos fisiográficos de estuários (adaptada por FAIRBRIDGE, 1980). (1a)
estuários de relevo alto, em vales em forma de U, fjörds, e (1b) tipos relacionados em
relevo um pouco menos alto, fjards; (2) estuários de relevo moderado, em vales em
forma de V, ria; (3) estuários de baixo relevo, em vales ramificados, em forma de funil,
estuários de planície costeira (abertos), ou em forma de frasco, parcialmente
bloqueado por uma ilha-barreira; (4) estuários de baixo relevo, em forma de L no
plano, com o seu curso final paralelo à linha de costa, estuários de ilha-barreira; (5)
estuários de baixo relevo, sazonalmente bloqueados pela deriva litorânea e processos
costeiros, estuário cego; (6) estuários de frente deltaica e de tributários efêmeros,
estuário de frente deltaica; (7) estuários tectônicos, apresentando forma de frasco com
uma ria com uma planície atrás. ................................................................................. 13
Figura 7: Distribuição e perfis de salinidade e velocidade de corrente em um estuário
sem fricção (modificado de DYER, 1997). .................................................................. 14
Figura 8: Distribuição e perfis de salinidade e velocidade de corrente em um estuário
do tipo cunha salina ou altamente estratificado (DYER, 1997). ................................... 16
Figura 9: Distribuição e perfis de salinidade e velocidade de corrente em um estuário
bem misturado (DYER, 1997). .................................................................................... 17
Figura 10: Distribuição e perfis de salinidade e velocidade de corrente em um estuário
parcialmente misturado (DYER, 1997). ....................................................................... 18
Figura 11: Tríade dos parâmetros que definem a estrutura dinâmica de um estuário
(SCHETTINI, 2000)..................................................................................................... 18
viii
Figura 12: Esquema de circulação dos ventos no planeta, Fonte: SOUZA (2005) apud
GARRISON (1999). .................................................................................................... 21
Figura 13: Influencia do vento no meio liquido. ........................................................... 22
Figura 14: Principais parâmetros apresentados em uma onda sinusoidal. .................. 24
Figura 15: Localização da área de estudo. ................................................................. 31
Figura 16: Caracterização geral da região Hidrográfica do Tocantis-Araguaia. ........... 34
Figura 18: Estrutura montada para o fundeio do ADCP. ............................................. 37
Figura 17:Área de estudo – em foco o Porto de Vila do Conde, local onde foram
coletados os dados de vento e onde foi fundeado o ADCP......................................... 37
Figura 19:ADCP-NORTEK .......................................................................................... 38
Figura 20: GPS utilizado no campo. ............................................................................ 38
Figura 21: Barco utilizado no campo como suporte para a coleta dos dados. ............. 39
Figura 22: Mapa Base (*.srf) gerado no programa surfer onde serão apresentados os
cenários de simulação ( coordenadas UTM). .............................................................. 40
Figura 23:Programa utilizado para a confecção da malha. ......................................... 41
Figura 24: Domínio modelado do Estúario do rio Pará, os eixos representam distâncias
em UTM (Universal Transverse Mercator) .................................................................. 41
Figura 25: Digitalização das Cartas náuticas no programa Global Mapper 12.0, onde
na imagem o sinal vermelho significa a batimetria já digitalizada. ............................... 43
Figura 26: Ficha do Catálogo das Estações Maregráficas Brasileiras, para o porto de
Vila do Conde (Fonte: FEMAR, 2002). ........................................................................ 44
Figura 27: Comparação entre os espectros PIERSON & MOSCOWITZ e JONSWAP,
evolução do espectro de onda com o vento, o ajuste da curva também é mostrado. .. 46
Figura 28: Distribuição da freqüência de ocorrência (%) dos ventos em função ao
rumo. .......................................................................................................................... 51
Figura 29: Analise de vento pontual. Dados de vento em dias julianos obtidos em
campo através de uma estação meteorológica instalada no local ............................... 52
Figura 30: Esquema da entrada dos navios ao porto de Belém e Vila do Conde. ....... 54
Figura 31: Batimetria da área de estudo. .................................................................... 55
Figura 32: Evolução das alturas máximas de ondas registradas em campo. .............. 56
Figura 33: Evolução do período de pico registro em campo. ....................................... 56
Figura 34: Evolução da intensidade de vento medida em campo. .............................. 57
Figura 35: Evolução da altura significativa (Hmo). ...................................................... 57
Figura 36: Comparação entre a evolução da altura significativa (hmo) multiplicada por
um fator de multiplicação igual a 10 e intensidade de vento. ...................................... 58
Figura 37: Freqüência de ocorrência de altura significativa (Hmo). ............................. 58
Figura 38: Frequência de ocorrência de período de pico (Tp). .................................... 59
ix
Figura 39: Evolução espectral ao longo do tempo. ..................................................... 59
Figura 40: Representação da evolução espectral ao longo do tempo comparado com
as médias das intensidades de vento a cada hora. ..................................................... 60
Figura 41: Evolução do tamanho da pista. .................................................................. 61
Figura 42: Evolução da altura significativa (Hmo) para dados medidos e modelados . 61
Figura 43: Cenário obtido na modelagem de geração de ondas, os valores
apresentados são de altura significativa (Hmo). .......................................................... 63
Figura 44: Correlação entre os dados de vento medidos em campo e calculados pelo o
modelo. ....................................................................................................................... 64
Figura 45: Relação entre altura de onda e velocidade do vento nos estuarios de Great
South Bay e Delaware Bay. ........................................................................................ 65
Figura 46: Evolução da direção de vento durante os dias de coleta. ........................... 66
Figura 47: Evolução da Pista (Km), Altura significativa (Hmo) possuindo um fator de
multiplicação igual a 20 e intensidade do vento (m/s) tendo fator de multiplicação igual
a 10. Os fatores de multiplicação aplicados para Hmo e Intensidade de vento tem
proposito apenas visual, proporcionando a melhor visualização dos parâmetros
analisados .................................................................................................................. 66
Figura 48: Comparação dos resultados de altura de onda (Hmo) medidos em campo
(Hmo medido) com os dados calculados pela formulação apresentada pelo U.S.Army
(Hmo pista limitada) e SisBaHia (Hmo SisBaHiA) para mar em desenvolvido. ........... 67
Figura 49: Correlação entre os valores de Hmo modelado (SisBaHia ) e Hmo calculado
(U.S.ARMY - pista limitada). ....................................................................................... 68
Figura 50: Correlação entre os valores de Hmo medidos em campo e Hmo calculado
(U.S.ARMY - pista limitada). ....................................................................................... 68
Figura 51: Correlação entre o tamanho da pista gerada pelo SisBaHiA e altura de onda
(Hmo) medida em campo............................................................................................ 69
Figura 52: Comparação dos resultados de alturas de ondas medidas em campo (Hmo
medido) com os dados calculados pela formulação apresentada pelo U.S. Army e
SisBaHia para mar desenvolvido. ............................................................................... 70
Figura 53: Correlação entre os dados calculados para altura de onda (Hmo) SisbaHia
e U.S.ARMY. .............................................................................................................. 70
Figura 54: Cenário obtido na modelagem de geração de ondas, os valores
apresentados são de altura significativa (Hmo). .......................................................... 71
Figura 55: Comparação dos resultados de período de pico (Tp) medidos em campo
(Tp medido) com os dados calculados pela formulação apresentada pelo U.S.Army (
Tp pista limitada) e SisBaHia (Tp SisBaHiA) para mar em desenvolvido. ................... 72
Figura 56: Correlação entre os dados calculados para período de pico através da
formulação do U.S.ARMY (Tp pista limitada) e modelados pelo SisbaHia ( Tp
SisBaHiA). .................................................................................................................. 72
x
Figura 57: Correlação entre os dados calculados para período de pico através da
formulação do U.S.ARMY (Tp pista limitada) e Tp medido em campo para mar em
desenvolvimento. ........................................................................................................ 73
Figura 58: Comparação dos resultados de período de pico medidos em campo (Tp
medido) com os dados calculados pela formulação apresentada pelo U.S.Army e
SisBaHia para mar desenvolvido. ............................................................................... 73
Figura 59: Correlação entre os dados calculados para período de pico (Tp) SisbaHia
(Tp SisBaHiA) e U.S.ARMY(Tp mar desenvolvido). .................................................... 74
Figura 60: Correlação entre os dados calculados para período de pico através da
formulação do U.S.ARMY (Tp mar desenvolvido) e os dados medidos. ..................... 74
xi
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Dados gerais das principais bacias fluviais brasileiras (Fonte: LATRUBESSE
& STEVAUX (2002). ................................................................................................... 33
Tabela 2: Médias apresentadas para os anos de 1987 a 1996 para Belém-PA. Fonte:
INMET ........................................................................................................................ 53
Tabela 3: Comparação entre os dados Hmo medidos em campo e os dados
modelados. ................................................................................................................. 62
Tabela 4: Comparação entre os dados de Tp medidos em campo e modelados. ....... 70
xii
RESUMO
O presente trabalho teve como objetivo a utilização de um modelo numérico
para a geração de ondas superficiais através da direção e intensidade de vento em um
terminal portuário. Para este trabalho foi utilizado o modelo numérico SisBaHiA
(Sistema Base de Hidrodinâmica Ambiental) desenvolvido pela fundação COPPE da
Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ). Dados de vento e onda foram
medidos em campo entre os dias 25/02/2010 e 13/03/2010. A área de estudo está
localizada na margem direita do estuário do Rio Pará (Amazônia), precisamente no
Porto de Vila do Conde, terminal portuário de grande importância para o estado do
Pará. Este estuário possui comprimento de 300km e largura variando de 12km a
50km. Os dados de ondas foram tratados em ambiente MATLAB® e STORM (software
desenvolvido pela NORTEK). Os dados de entrada no modelo foram de ventos
variáveis. Em relação aos dados medidos foram obtidas alturas significativas variando
entre 0,08 e 1,15 metros, com média de 0,34 metros, moda de 0,21 metros e cerca de
30% delas ocorrendo entre 0,2 e 0,3 metros. Os períodos de pico distribuíram-se entre
2,42 e 5,32 segundos, com moda de 3,1 segundos e média de 3,67 segundos e em
69% dos casos o período de pico variou de 3 a 4 segundos. Em relação aos ventos, o
predominante foi de norte-nordeste corroborando com os ventos esperados para a
época do ano, sendo suas intensidades consideradas baixas com média para todos os
dias de coletas de 2,8m/s. Devido à direção do vento a pista para geração de onda
variou de 4,73km a 18,77km, sendo assim, quando o vento atuava entre 15º a 20º
observava-se maior pista e conseqüentemente maior altura de onda. A batimetria
média nesta área é de 11,9 metros. Já em relação aos dados modelados pelo
SisBaHiA foi observado certa incoerência se comparados aos dados medidos, e assim
sendo, foram feitas diversas analises para fins de comparação entre formulações
disponibilizada pelo o SisBaHiA e pelo U.S.ARMY. Observou-se que o modelo limitou
o local modelado pela pista, portanto acaba não se tornando eficaz para essa área de
estudo. Porém, quando foi utilizada a formulação para mar desenvolvido, tanto a
formulação apresentada pelo SisBaHiA quanto pelo U.S.ARMY, apresentaram bom
desempenho. Entretanto notou-se uma defasagem entre os dados calculados pelas
formulações e o modelado de 10 horas. Em relação ao período, independente da
formulação, o resultado modelado não foi satisfatório. Outra análise realizada foi a
comparação entre o vento medido e vento efetivo. Esta por sua vez demonstrou-se
muito boa, obtendo uma correlação alta (r²=0,99). Dessa maneira, conclui-se que para
um estuário desse porte, o modelo SisBaHiA não é eficiente devido à sua limitação
pela pista. Outros erros poderiam ser considerados, como por exemplo, a relação do
vento efetivo pelo vento medido. Porém todas as analises feitas para tentar encontrar
outro erro deram negativas. Dessa maneira um modelo para mar desenvolvido seria o
ideal para essa área.
Palavras chave: Porto Vila do Conde (PA); Modelagem Numérica; Ondas de Gravidade
xiii
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS ........................................................................................ VII
LISTA DE TABELAS ........................................................................................ XI
RESUMO.......................................................................................................... XII
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................ 1
2 OBJETIVO ...................................................................................................... 3
2.1 OBJETIVO GERAL....................................................................................................................... 3
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ........................................................................................................ 3
3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ...................................................................... 4
3.1 DEFINIÇÃO DOS ESTUÁRIOS ................................................................................................... 4
3.2 PROCESSOS COSTEIROS E ESTUARINOS ........................................................................... 7
3.3 CLASSIFICAÇÕES DOS ESTUÁRIOS ...................................................................................... 8 3.3.1 Classificação Quanto Aos Processos Físicos Dominantes .................................................. 9
3.3.1.1 Estuários Dominados Por Ondas ..................................................................................... 9 3.3.1.2 Estuários Dominados Por Maré ........................................................................................ 9
3.3.2 Classificações Quanto A Geomorfologia ............................................................................... 10 3.3.2.1 Estuários De Planície Costeira ....................................................................................... 11 3.3.2.2 Fjordes ................................................................................................................................ 11 3.3.2.3 Construído Por Barras...................................................................................................... 11 3.3.2.4 Os Estuários Restantes ................................................................................................... 12
3.3.3 Classificações Quanto A Circulação Das Águas ................................................................. 13 3.3.3.1 Estuários Tipo Cunha Salina ........................................................................................... 14 3.3.3.2 Estuário Tipo Bem Misturado .......................................................................................... 16 3.3.3.3 Estuário Tipo Parcialmente Misturado ........................................................................... 17
3.4 MARÉ ........................................................................................................................................... 19
3.5 REVISÃO DE VENTOS E ONDAS: CONCEITOS BÁSICOS ............................................... 20 3.5.1 Ventos ......................................................................................................................................... 20 3.5.2 Ondas ......................................................................................................................................... 22
3.5- Revisão de Ondas: CONTEXTUALIZAÇÃO ......................................................................... 25
3.6 MODELAGEM NUMÉRICA ....................................................................................................... 26 3.6.1 Conceito de Modelagem .......................................................................................................... 26 3.6.2 Tipos de Modelos de Ondas ................................................................................................... 27 3.6.3 Modelo Utilizado ........................................................................................................................ 29
3.6.3.1 Descrição do SisBaHiA .................................................................................................... 29 3.6.3.2 Sobre a Importância e a Confiabilidade de Modelos ................................................... 29
xiv
4- MATERIAIS E MÉTODOS ........................................................................... 31
4.1 ÁREA DE ESTUDO .................................................................................................................... 31 4.1.1 HIDROLOGIA – As Bacias dos Rios Tocantis e Araguaia ................................................. 33 4.1.2 Parâmetros Hidrodinâmicos .................................................................................................... 34
4.1.2.1 Marés .................................................................................................................................. 34 4.1.2.2 Correntes ............................................................................................................................ 35
4.1.3 PARÂMETROS METEREOLÓGICOS .................................................................................. 35 4.1.3.1 Clima ................................................................................................................................... 35 4.1.3.2 Ventos ................................................................................................................................. 36
4.2- METODOLOGIA DE CAMPO E LABORATÓRIO .................................................................. 36 4.2.1 Campanhas Oceanográficas - Campo .................................................................................. 36
4.2.1.1 Aquadopp Current Profiler (ADCP) ................................................................................ 37 4.2.1.2 Estação meteorológica ..................................................................................................... 38 4.2.1.4 GPS ..................................................................................................................................... 38 4.2.1.5 Embarcação e Mergulhadores ........................................................................................ 39
4.2.2 Laboratório ................................................................................................................................. 39 4.2.2.1 Definição dos Contornos e Mapa Base ......................................................................... 39 4.2.2.2 Confecção da Malha de Elementos Finitos .................................................................. 40 4.2.2.3 Batimetria ........................................................................................................................... 42 4.2.2.4 Rugosidade ........................................................................................................................ 43 4.2.2.5 Maré .................................................................................................................................... 43 4.2.2.6 Dados Coletados ............................................................................................................... 43 4.2.2.7 Modelo de Geração de Ondas ........................................................................................ 44
5 RESULTADOS E DISCUSSÕES .................................................................. 51
5.1 VENTO ......................................................................................................................................... 51
5.2 BATIMETRIA ............................................................................................................................... 53
5.3 ALTURA DE ONDA E PERÍODO DE PICO MEDIDOS .......................................................... 55
5.4 ALTURA DE ONDA E PERÍODO DE PICO MODELADOS ................................................... 60
6 CONCLUSÃO ............................................................................................... 75
7 REFERÊNCIAS: ........................................................................................... 77
1
1 INTRODUÇÃO
Nos últimos 50 anos os estudos dos ambientes estuarinos passaram a ser
pesquisados mais intensamente. O grande objetivo é entender este ambiente para que
possamos manejá-lo. O estudo de estuários se fundamenta em trabalhos
experimentais, utilizando o mesmo como laboratório natural e de interpretação dos
dados tanto teóricos quanto em modelagens e simulações. O termo estuário é utilizado
para indicar o encontro do rio com o mar, por tanto se trata de um ambiente em
transição entre oceano e o continente, ocorrendo com maior presença em regiões
temperadas e subtropicais, que tem associação com diversas condições
hidrodinâmicas e climáticas, entre elas, ventos, ondas, correntes e marés (MIRANDA
et al. 2002). No entanto, em regiões tropicais úmidas os estuários são margeados por
grandes áreas de manguezais, como é o caso do litoral paraense.
Os estuários têm uma relação direta com o crescimento da atividade
econômica, pois são locais adequados para a instalação portuária. Atualmente cerca
de 85 % de toda a carga do comercio exterior brasileiro é movimentada através do
setor portuário do Brasil (MARCHETTI & PASTORI, 2006). Segundo a secretaria de
estado de desenvolvimento, ciência e tecnologia (SEDECT), atualmente, somente o
Pará exporta através dos portos cerca de U$ 737 milhões por mês. O Pará está entre
os dez estados que mais exportam no Brasil, entretanto esta região enfrenta
problemas devido à infra-estrutura portuária, dificultando assim o escoamento do
principal produto de exportação, o minério de ferro.
A região amazônica possui uma vocação para a navegação. Os rios
desempenham papel preponderante na colonização da mesma e foram às primeiras
vias de acesso ao interior. As vias fluviais continuam ainda hoje a ter uma enorme
importância para a economia local. É neste cenário que o presente trabalho se insere,
uma vez que a região possui escassez de dados confiáveis, tornando-se importante o
conhecimento da região, especificamente da área portuária de Vila do conde, notável
exemplo de intermodalidade logística no Brasil.
Neste trabalho temos como foco o estudo de ondas geradas pelo vento no
terminal portuário do Porto da Vila do Conde no estado do Pará. A companhia Docas
do Pará (CDP), autoridade portuária deste porto, busca ampliar a participação da Vila
do Conde no cenário nacional, valorizando as grandes áreas retroportuárias e
diversificando as cargas movimentadas no local.
2
As ondas podem ser consideradas como perturbações na interface entre dois
meios de densidades diferentes. Dentre os vários tipos de ondas que ocorrem no
oceano estão as ondas superficiais de gravidade geradas pelo vento. Sabe-se que
ondas geradas pelo vento são os principais fatores na movimentação de navios
atracados, causando também grandes esforços nas amarras, e estruturas do cais
(PAES-LEME et al., 2008). A energia liberada pela onda influência de forma direta a
morfologia do local, o transporte de sedimento e hidrodinâmica.
Nos ambientes costeiros, uma descrição do clima de ondas é fundamental para
vários aspectos na física, oceanografia e na engenharia costeira e oceânica. No
projeto de plataformas de petróleo, de quebra-mares, de portos, nas predições de
correntes litorâneas, de deriva lagrangiana e de transporte de sedimentos, são usados
termos estatísticos de longos períodos. Esses termos são obtidos a partir de longos
registros experimentais (PIUMBINI, 2006). Os custos envolvidos na aquisição e na
manutenção do equipamento para o registro de ondas faz com que muitas vezes não
possamos contar com os dados experimentais, além claro da dificuldade de poder
contar com pessoas capacitadas para sua manipulação.
Atualmente essa dificuldade pode vir a ser compensada através da modelagem
numérica e matemática a partir de modelos computacionais que simulam a atuação
das ondas no ambiente a partir de dados meteorológicos.
Segundo MRANDA (2002) a modelagem parece ser uma boa alternativa na
predição de fenômenos que ocorrem em ambientes marinhos costeiros fornecendo
uma visão mais detalhada e realista do ambiente, pois alguns problemas que tínhamos
antes como: presença de termos não-lineares da turbulência e da dificuldade de
representar adequadamente o fundo do mar e a linha de costa, não são considerados
mais como uma solução impossível, graças ao auxilio da modelagem. ROSMAN
(2007) chama a atenção pela necessidade da aplicação de modelos para estudos,
projetos e auxilio a gestão de recursos hídricos devido ao fato de ser inquestionável
sua aplicabilidade face à complexidade do ambiente em corpos de água naturais,
especialmente em lagos, reservatórios, estuários e zona costeira adjacente das bacias
hidrográficas. Modelos são ferramentas integradoras, sem as quais dificilmente se
consegue uma visão dinâmica de processos nestes complexos ambientais.
O presente trabalho está direcionado ao estudo da geração de ondas a partir
de dados de ventos adquiridos no campo, e usará o modelo numérico SISBAHIA
(Sistema Base de Hidrodinâmica Ambiental) para calcular, ao longo do tempo, a
distribuição espacial no domínio de parâmetros do clima de ondas gerados.
3
2 OBJETIVO
2.1 OBJETIVO GERAL
Contribuir para a compreensão e o conhecimento das ondas de gravidade no
estuário do Rio Pará.
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Analisar os dados medidos: Período de Pico (Tp), Altura significativa (Hs);
Testar o modelo SiSBaHia para representar a área amostrada durante os dias
23/02/2010 a 03/03/2010;
4
3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
3.1 DEFINIÇÃO DOS ESTUÁRIOS
Estuários têm uma importância histórica e fundamental para o desenvolvimento
da humanidade. Cerca de dois terços das grandes cidades distribuídas ao redor da
terra estão localizados nas proximidades dos estuários, representando em proporção
às suas dimensões, uma das mais valiosas regiões de nosso planeta. Com algumas
exceções, os estuários formaram-se em regiões relativamente estreitas de transição
entre mar e as massas de terra continentais. É um ambiente de uma época geológica
recente e sua forma e extensão estão sendo sempre modificadas através de
processos erosivos e deposições sedimentares e também por efeitos relacionados ao
abaixamento e elevação do nível do mar, tais alterações podem ser de natureza
eustática (variações de volume de água dos oceanos) ou isostática (variação do nível
da crosta terrestre) (MIRANDA, et al. 2002).
Com relação as suas formas e extensões sabemos que dependem
consideravelmente do nível do mar, da topografia do litoral e dos rios, sendo alteradas
por processos erosivos, deposicionais de sedimentos e mais recentemente, como
conseqüência da exploração e explotação das bacias de drenagem. O efeito da
descarga fluvial além de gerar um componente da circulação estuarina que
naturalmente se desloca para fora do estuário, ao diluir a água do mar produz
diferenças de densidade ao longo do estuário, gerando movimentos estuário acima
forçados pelo gradiente de pressão (MIRANDA, et al. 2002). Um estuário pode ser
definido de varias formas, para muitos oceanógrafos, engenheiros e ecologistas o que
nos mostra a diversidade do perfil dos pesquisadores dedicados à investigação desses
ambientes, a palavra estuário é usada para indicar um ambiente onde ocorre mistura
da água salgada do mar com a água doce dos rios. Estuários são ambientes
transicionais complexos onde ocorrem inúmeras interações entre o aporte fluvial com
as águas oceânicas, e em certos casos também com processos meteorológicos.
Todos os processos atuam na modelagem da geomorfologia do estuário, e este, por
sua vez, irá determinar de que modo ocorrerão tais interações (SCHETTINI, 2000).
Segundo FAIRBRIDGE (1980), a definição de DIONNE (1963) é a mais
abrangente em termos morfodinâmicos, sendo um estuário definido como um braço de
mar que adentra em um vale de rio tão para o interior quanto o limite da elevação da
maré, usualmente sendo divisível em três setores.
5
(a) o baixo estuário (ou estuário marinho), com conexão livre com o mar aberto;
(b) o médio estuário, sujeito à intensa mistura de água doce e salgada;
(c) o alto estuário (ou estuário fluvial), caracterizado por apresentar somente
água doce, porém sujeito à ação diurna das marés.
Os limites entre os setores são variáveis, e sujeitos a constantes mudanças
decorrentes das variações da descarga fluvial.
Em 1992 para tentar exemplificar as formações faciológicas ao longo de um
estuário dominado por marés, DALRYMPLE et al., propôs o seguinte esquema
mostrando como as diferentes forçantes devido a maré e a descarga fluvial interagem
de maneira complexa dentro do interior da bacia estuarina (Figura 01). E definiu
estuários como a porção de um vale afogado pelo mar que recebe sedimentos tanto
de origem fluvial como marinha sendo influenciado pelas marés, ondas e processos
fluviais. É considerado estuário a extensão a partir de um limite interno onde se
observa fáceis ocasionadas por marés nas suas cabeceiras, até o limite externo de
fáceis costeiras na desembocadura.
Figura 1- Distribuição (A) da energia relativa, (B) das componentes morfológicas, e (C) das fáceis sedimentares em uma seção longitudinal para um estuário idealizado dominado por maré
(segundo DALRYMPLE et al., 1992).
6
Outra classificação foi apresentada por KJERFVE (1989), onde ele não levou
em conta somente a história geológica do estuário, mas também processos como:
sedimentação recente e forçantes dinâmicas, além claro dos fatores climáticos que
contribuíram para a formação desses ambientes costeiros de transição, sendo
responsáveis pelo amplo espectro de suas características geomorfológicas e
fisiográficas. Sendo assim o sistema estuarino foi definido por:
“Ambiente costeiro com conexão restrita com o oceano adjacente à qual
permanece aberta pelo menos intermitentemente, sendo esse ambiente dividido em
três zonas distintas:
Zona de Maré do Rio (ZR) – Correspondente a parte fluvial com salinidade
praticamente igual a zero, mas ainda sujeita à influência da maré;
Zona de Mistura (ZM) – Onde ocorre a mistura da água doce da drenagem
continental com a água do mar;
Zona Costeira (ZC) – Correspondendo à região costeira adjacente e que se
estende até a “frente” que delimita a “camada limite costeira”.
Nota-se que a ZR e a ZM (figura 02) correspondem aos setores denominados
estuário fluvial e médio ou ao estuário da definição clássica proposta por CAMERON &
PRITCHARD et al. (1963). A inclusão da ZC enfatiza o fato de que é essa parte da
plataforma continental que está sob influência direta da massa de água estuarina. Na
interface entre as massas de água costeira e estuarina formam-se zonas frontais
notando-se uma concentração de poluentes na região de convergência (MANN &
LAZIER, 1991).
Figura 2: Seção longitudinal de um sistema estuarino indicando: as zonas de maré do rio (ZR), de mistura (ZM) e a costeira (ZC). São também apresentadas as características da estrutura vertical de
salinidade e circulação medias. Qf denota a descarga fluvial ou vazão do rio .
7
Os limites entre as diferentes zonas citadas são dinâmicos e a sua posição
geográfica pode variar sazonalmente ou em períodos de tempo menores de acordo
com a intensidade e a variabilidade das diferentes forçantes como: descarga de água
doce, maré, vento e circulação da região costeira adjacente.
Já segundo outros autores (ALLEN, 1990; DALRYMPLE; ZAITLIN; BOYD
1992), pela posição os estuários podem ser caracterizados pelas variações de
salinidade que acabam influenciando a estrutura da fauna e também na densidade da
água, e pela interação dos processos fluviais e marinhos. Por tanto, em todos os
estuários se destingue-se três áreas:
1. Uma parte externa (jusante) dominada pelas correntes de ondas ou de marés,
que induzem um maior transporte de sedimento em suspensão;
2. Uma parte central com energia mínima, por que as influencias fluviais e
marinhas se equilibram, onde os sedimentos finos são depositados;\
3. Uma parte interna (montante) dominada pela energia do rio, que induz uma
sedimentação grossa com transporte de sedimento de fundo (LOS
ESTUARIOS, 2007).
Neste contexto, atualmente a definição mais aceita é a clássica de CAMERON E
PRITCHARD (1963):
“Estuário é um ambiente costeiro semi-fechado com uma ligação livre com o
oceano aberto, no interior do qual a água do mar é mensuravelmente diluída pela água
doce oriunda da drenagem continental”.
Essa classificação atende a um propósito básico segundo MIRANDA (2002),
pois um exame detalhado de seu enunciado mostra que a circulação, processos de
mistura, e a estratificação do estuário dependem principalmente de sua geometria, da
descarga de água doce, da intensidade da maré, da salinidade e da circulação da
região oceânica adjacente, e do vento atuando sobre a sua superfície livre.
3.2 PROCESSOS COSTEIROS E ESTUARINOS
Nas zonas de rio (ZR) os movimentos são unidirecionais e a água dessa zona
é integralmente de origem fluvial. Na transição entra a zona de rio (ZR) e a zona de
mistura (ZM) existe uma região onde a velocidade resultante de movimentos
convergentes é praticamente nula. A concentração de sedimentos tanto de origem
fluvial quanto de origem marinha é muito elevada na zona de máxima turbidez
8
(MIRANDA et al. 2002). Devido aos processos de sedimentação, matéria orgânica e
inorgânica acabam acumulando–se sobre o fundo, podendo ocasionar a médio e a
longo prazo obstáculos para navegação.
Esse processo, gerado pelo transporte de sedimentos e circulação estuarina,
promove o aprisionamento dos mesmos no interior do estuário, impedindo ou
retardando a sua saída para a zona costeira (Figura 03). A localização dessa zona de
turbidez varia de acordo com vários fatores como: intensidade da descarga fluvial e a
altura de maré.
O transporte litorâneo gerado pela a arrebentação das ondas pode acumular
sedimentos na entrada de estuários e lagunas costeiras, inibindo as trocas entre as
zonas de mistura e costeira. O efeito oposto desse transporte, ou seja, o processo
erosivo, também pode ocorrer na entrada de estuários, alterando suas características
geomorfológicas. Os componentes mais energéticos das correntes na zona costeira
são gerados pelo vento e maré; as correntes de maré têm em geral, como principal
componente de alta freqüência àquela orientada ortogonalmente ao litoral.
Figura 3: Delimitação funcional de um sistema estuarino. Características geomorfológicas e
processos nas ZC, ZM e ZR.
3.3 CLASSIFICAÇÕES DOS ESTUÁRIOS
De acordo com Miranda et al. 2002, os ambientes estuarinos são classificados
de acordo com os processos físicos dominantes, geomorfologia e quanto à
estratificação da salinidade.
9
3.3.1 Classificação Quanto Aos Processos Físicos Dominantes
3.3.1.1 Estuários Dominados Por Ondas
Apresentam-se divididos em três zonas bem definidas:
Um corpo marinho composto por depósitos de ilha barreira, leque de lavagem,
canal de maré e delta de maré;
Uma bacia central onde se depositam os sedimentos finamente granulados;
Um delta de cabeceira de baía que está submetido á influencia da maré e/ou
da água salina (estuário dominado por onda) (Figura 4).
Figura 4: O esquema mostra um estuário dominado por ondas, na parte superior encontra-se a distribuição de energia, na parte central a morfologia, e na parte inferior, fácies em seção
longitudinal (LOS ESTUARIOS, 2007).
3.3.1.2 Estuários Dominados Por Maré
Desenvolvem-se na parte marinha barras arenosas alongadas conforme a
direção das correntes marinhas e amplas planícies de maré arenosas, que possuem
um canal de baixa sinuosidade, seguidas por uma área de meandros, e uma zona que
é dominada por processos fluviais. Estuários dominados por maré (Figura 05) recebem
sedimentos vindos dos rios, na cabaceira do estuário e da plataforma adjacente. Neste
caso a energia das correntes de maré excede a energia das ondas na foz, devido o
desenvolvimento das barras de areias alongadas que acabam dissipando a energia
10
das ondas o que faz variar o decréscimo da energia estuário acima, além disso, a
forma afunilada da foz proporciona que a maré de enchente seja progressivamente
contida estuário adentro, chegando à zero no limite de maré, enquanto que a energia
fluvial decresce em direção ao mar (SILVA, 1996).
Figura 5: O esquema mostra um estuário dominado por marés, na parte superior a distribuição de
energia, no meio a morfologia e na parte inferior, fácies em seção longitudinal (LOS ESTUARIOS, 2007).
3.3.2 Classificações Quanto A Geomorfologia
Em 1995 HAYES propôs uma classificação de acordo com os aspectos
geomorfológicos dos estuários se baseando na altura da maré. O autor se atentava as
formas deposicionais distintas observadas na foz dos canais estuarinos e lagunares ao
longo de costas de restingas apresentando assim variações longitudinais na altura das
marés. Essa classificação teve como referencia a classificação proposta por DAVIS
(1964), onde o termo micromaré se refere a marés com altura menor que 2m,
mesomarés a mares com altura variando de 2 a 4 m e macromarés a mares com
altura maior que 4m.
Os estuários largos, que possuem uma desembocadura mais larga e forma
longitudinal em funil são característicos de regiões de macromáres, o que é o caso do
estuário do Rio Pará. Já os estuários de micro e mesomarés estão associados a
restingas e ocasionalmente por conexões entre o estuários ou lagunas, á retaguarda,
e o mar (HAYES,1995)
11
De acordo com a geomorfologia, os estuários podem ser classificados em
planície costeira, fiordes, rias, construídos por barras e deltas (PRITCHARD, 1952
apud KJERFVE (1987).
3.3.2.1 Estuários De Planície Costeira
Estuários formados em planície costeira estão geralmente localizados nas
regiões tropicais e subtropicais, sendo muito comum na costa leste da America do
norte. Esses estuários são muito comuns também no Brasil, podendo-se citar os
estuários dos rios São Francisco, das Contas e Potengi no litoral leste e nordeste
brasileiro. Nesses estuários a razão largura/ profundidade é grande, a razão de fluxo
depende da intensidade da descarga fluvial e da altura da maré, o transporte de
sedimentos em suspensão é grande nos estuários abastecidos por rios muito
caudalosos. (MIRANDA et al. 2002)
3.3.2.2 Fjordes
São sistemas profundos e apresentam a razão largura/profundidade
relativamente pequena, quando comparada aquela dos estuários de planície costeira
as soleiras restringem fortemente as trocas de água com o oceano adjacente. Essa
limitação pode ocasionar condições anóxicas e adversas para as comunidades
biológicas nas camadas profundas no verão, pois nessa época do ano a estabilidade
vertical da coluna de água é mais intensa. A descarga fluvial em geral é pequena,
quando comparada ao volume total do sistema, mas pode ser grande em relação ao
prisma de maré, no inverno a descarga fluvial é muito pequena ou até mesmo nula.
Estes são ambientes localizados em latitude altas e são comuns no Alasca, Noruega,
no Chile e na Nova Zelândia (MIRANDA et al. 2002).
3.3.2.3 Construído Por Barras
São estuários formados durante a transgressão marinha devido às inundações
dos vales primitivos, mas a sedimentação recente ocasionou a formação de barras na
boca. Por tanto, esses ambientes estão associados a regiões costeiras que podem
sofrer processos erosivos com muita facilidade, produzindo sedimentos grandes que
serão retrabalhados pelas ondas e transportados pelas correntes litorâneas. Em geral
são ambientes rasos (20-30m). Este grupo de estuários geralmente forma-se em
regiões tropicais, sendo referido na literatura brasileira como estuário-lagunar.
(MIRANDA et al. 2002). Segundo SILVA (1998), esses estuários apresentam um
pequeno prisma de maré, com pouca entrada de água doce, se comparado a outro
tipo estuarino, característico de zonas costeiras de micromarés.
12
3.3.2.4 Os Estuários Restantes
Fazem parte deste grupo os estuários que não foram abrangidos nessa
classificação geomorfológica feita anteriormente por tanto são colocados na categoria
de estuários restantes, formados por outros processos como: falhas tectônicas,
erupções vulcânicas, tremores e deslizamento de terra, inclui também os estuários que
passaram por algum processo de sedimentação recente como é o caso dos deltas e
rias. Nas regiões de macro ou hipermaré, com ação moderada ou grande de ondas e
com o transporte fluvial de alta concentração de sedimentos em suspensão, o
processo sedimentar recente favoreceu o crescimento de ilhas parte interior do
estuário; esse tipo de estuário é denominado delta estuarino ou delta de enchente; por
outro lado em regiões de micromaré, mas com as mesmas condições de concentração
de sedimentos com a ação de ondas de energia moderada, a sedimentação tem lugar
na plataforma continental interna, formando bancos de areia e ilhas, dando origem ao
delta de vazante. O estuário tipo Ria é de origem tectônica, formou-se devido a
elevação da parte continental onde estava localizado o vale interior do rio, aliviado do
peso de glaciares durante o descongelamento. Este estuário é típico de regiões
montanhosas e altas latitudes ocupadas anteriormente por glaciares, em relação a sua
morfologia pode ser um canal entrecortado ou ter morfologia afunilada e aumento da
profundidade em relação ao mar o que pode causar a amplificação da co-oscilação da
maré (MIRANDA et al. 2002).
A seguir a figura 06 adaptada por FAIRBRIDGE (1980) representando de uma
forma esquemática a classificação geomorfológica dos estuários.
13
Figura 6: Tipos fisiográficos de estuários (adaptada por FAIRBRIDGE, 1980). (1a) estuários de relevo alto, em vales em forma de U, fjörds, e (1b) tipos relacionados em relevo um pouco menos alto, fjards; (2) estuários de relevo moderado, em vales em forma de V, ria; (3) estuários de baixo relevo, em vales ramificados, em forma de funil, estuários de planície costeira (abertos), ou em forma de frasco, parcialmente bloqueado por uma ilha-barreira; (4) estuários de baixo relevo, em forma de L no plano, com o seu curso final paralelo à linha de costa, estuários de ilha-barreira; (5) estuários de baixo relevo, sazonalmente bloqueados pela deriva litorânea e processos costeiros, estuário cego; (6) estuários de frente deltaica e de tributários efêmeros, estuário de frente deltaica; (7) estuários tectônicos, apresentando forma de frasco com uma ria com uma planície atrás.
3.3.3 Classificações Quanto A Circulação Das Águas
Sendo os estuários um ambiente de transição localizado entre o oceano e
continente e sofrendo a influencia da descarga fluvial, ondas, marés e também dos
ventos podem ser classificados através da circulação de suas águas. Todos os tipos
geomorfológicos de estuários podem apresentar os diversos tipos de circulação das
águas (CUNHA, 2005). Uma característica única dos estuários é a grande variação da
salinidade no seu interior, que por vez acontece de diferentes modos devido a
interação entre a descarga fluvial, o regime de marés e a morfologia do estuário. O
modo como a salinidade se distribui é reflexo direto das condições hidrodinâmicas, a
medida que essas condições mudam ao longo do tempo, o mesmo se dá nos modos
de mistura (SCHETTINI, 2000). Pela circulação das águas os estuários podem ser
14
classificados em três tipos: estuário cunha salina, tipo bem misturado e parcialmente
misturado.
Ainda segundo SCHETTINI, (2000), para explicar as diferentes classificações
citadas à cima devemos considerar um estuário sem fricção no qual recebe certo
aporte fluvial na sua cabeceira e que possui conexão livre com o mar na outra
extremidade. Dessa maneira, a água do mar irá penetrar no interior do canal até onde
a superfície do rio está aproximadamente no nível do mar. Lembrando que como
estamos falando de um estuário sem fricção, portanto, não há fricção entre a água
doce e a salgada e que a água se comporta como um fluido sem viscosidade a água
doce escoará por sobre a água salgada devido à menor densidade (Figura 07).
Se não houver variação na largura do canal, a espessura da camada de água
doce e a velocidade de escoamento se manterão constantes. A haloclina será paralela
à superfície ao longo do estuário, porém inclinada para baixo lateralmente para a
esquerda de quem olha à jusante devido à força de Coriolis, claro que para quem está
no hemisfério sul. Desse modo não há mistura entre as águas, havendo uma variação
da salinidade na camada superficial para a camada mais profunda. A velocidade da
camada inferior será zero. A quantidade de água que sai pela desembocadura neste
local será igual a que entra pelo aporte fluvial.
Figura 7: Distribuição e perfis de salinidade e velocidade de corrente em um estuário sem fricção (modificado de DYER, 1997).
3.3.3.1 Estuários Tipo Cunha Salina
Em 1953 surgiram os primeiros trabalhos referentes a este tipo de estuário
como, por exemplo, os realizados por MORGAN et al. (1953).Segundo AMARAL
(2003), o estuário do tipo cunha salina possui salinidade das águas superiores menor
15
quando comparada com a salinidade das águas de fundo, o que acarreta em uma
diferença no perfil vertical de salinidade.A cunha salina não se movimenta, por tanto
não há mistura entre a água doce e da água salgada.
Porém, SCHETTINI (2000) atenta para o seguinte fato: se analisarmos um
estuário real, saberemos que a água apresenta viscosidade, o que faz com que
ocorram os processos friccionais decorrentes do cisalhamento na interface entra as
camadas de água, o que acaba gerando turbulência. A cunha salina será empurrada
para fora do estuário, se a superfície tiver certo grau de inclinação para o interior do
estuário irá gerar uma gradiente de pressão dessa maneira acarretará na resistência
da cunha salina a essa força; conseqüentemente a extremidade da cunha torna-se
mais inclinada para baixo à montante e a superfície livre torna-se também inclinada
em direção ao oceano (Figura 08).
Por causa do cisalhamento a água salgada junto à interface em pequena
quantidade será empurrada juntamente com a água doce para fora. Quando o
cisalhamento ultrapassar certo limite começará a ocorrer ondas ao longo da interface,
essas ondas poderão ganhar altura e arrebentar formando uma turbulência
propiciando a mistura em pequenas quantidades da água salgada para dentro da
camada de água doce, esse processo se chama intrusionamento onde a massa é
transportada do meio de menor turbulência para o de maior turbulência.
De acordo com que vai aumentando a mistura da água mais densa com a
menos densa o escoamento superficial aumenta em direção a desembocadura devido
ao ganho de volume e energia potencial. Nesse estuário, apesar da mistura que ocorre
em poucos centímetros ou até mesmo em metros, são facilmente distinguíveis as
parcelas de água doce e salgada.
As velocidades das camadas de fundo são menores do que as das camadas
superficiais. Normalmente observamos uma pluma fluvial bem pronunciada na
plataforma interna local onde efetivamente ocorre a mistura da água doce com a
salgada. Esses estuários são característicos de regiões de micromaré e grande
descarga fluvial, de modo que a velocidade da massa de água da camada acima da
haloclina é praticamente igual à velocidade gerada por essa descarga. Encontram-se
também, estuários do tipo cunha salina em regiões de mesomarés onde a distancia de
penetração da cunha salina varia consideravelmente ao longo do estuário durante o
ciclo de maré, movendo-se em direção ao equilíbrio em resposta as variações do nível
do mar.
16
Em relação ao perfil vertical de salinidade, que é altamente estratificada nas estofas
de enchente e vazante, evolui para a condição fracamente estratificada durante a
vazante e a massa de água mais salina fica confinada nas proximidades do fundo
(MIRANDA et al. 2002).
Figura 8: Distribuição e perfis de salinidade e velocidade de corrente em um estuário do tipo cunha salina ou altamente estratificado (DYER, 1997).
3.3.3.2 Estuário Tipo Bem Misturado
Esse estuário é típico de regiões com pequena descarga fluvial, sendo que os
processos de mistura e os movimentos são dominados pela maré. O gradiente vertical
de salinidade é praticamente desprezível, pois, a salinidade das águas superficiais
quando comparada com as águas de fundo são iguais e a condição de
estacionaridade pressupõe que a descarga fluvial e a maré permaneçam constantes e
não variem de um ciclo de maré a outro.
CUNHA (2005) descreve que neste tipo de estuário a salinidade da água varia
somente lateralmente, isso acontece segundo SCHETTINI (2000) devido ao seguinte
fato, se temos a amplitude da maré relativamente grande se comparada com a
profundidade e turbulência produzida pelo cisalhamento pode ser grande o suficiente
para misturar a coluna d´água completamente.nessas condições sempre haverá
circulação gravitacional uma vez que a energia das correntes de maré sempre estarão
misturando efetivamente a água doce com a salgada (Figura 9).
Quando um estuário bem misturado possui uma largura expressiva
normalmente ocorre variação lateral da salinidade devido à ação da força de Coriolis,
onde se cria uma circulação residual onde a água doce tende a escoar
17
preferencialmente pela esquerda do estuário para quem olha a jusante no hemisfério
sul, uma contra corrente ocorre do lado direito para compensar o volume.
Esses estuários são denominados de lateralmente não homogêneos. Porém se
o estuário é estreito, as forças friccionais laterais serão suficientes para acarretar a
mistura lateral, o que os tornam lateralmente homogêneos.
Figura 9: Distribuição e perfis de salinidade e velocidade de corrente em um estuário bem misturado (DYER, 1997).
3.3.3.3 Estuário Tipo Parcialmente Misturado
Esse tipo de estuário é notório quando as influencias fluviais e de maré são
comparáveis. Neste estuário o aumento da salinidade se dá de maneira gradativa
tanto na escala vertical quanto na horizontal. (CUNHA, 2005).
A energia envolvida nos movimentos devido às marés é considerável, uma vez
que a adição do fenômeno da maré faz variar todo o volume do estuário
periodicamente com a enchente e a vazante (DYER,1997), a dissipação da energia de
maré pelo interior do estuário é contra as forças friccionais do fundo e das bordas, o
que produz turbulência. Esses vórtices turbulentos podem carregar água salgada para
cima e água doce para baixo (Figura 10) provocando um processo de mistura
bidirecional muito mais intenso do que o processo de intrusionamento.
A cada pico de correntes de maré a coluna de água é agitada e misturada
durante os períodos de estofa, as correntes de densidade procuram restabelecer uma
situação de equilíbrio que é rompido novamente no próximo ciclo de maré. Em função
da mistura mais efetiva entre os dois tipos de água, a salinidade apresenta um
18
aumento progressivo da cabeceira até a desembocadura do estuário, havendo um
menor gradiente vertical em toda a extensão.
A ocorrência das águas fluviais e marinhas sem mistura é observada somente
nas extremidades do sistema, diferente do que se observa nos estuários altamente
estratificados (SCHETTINI, 2000).
Figura 10: Distribuição e perfis de salinidade e velocidade de corrente em um estuário parcialmente misturado (DYER, 1997).
As características descritas anteriormente que definem um estuário em Cunha
salina, bem misturado e em parcialmente misturado dependem principalmente da
morfologia do estuário, do regime de marés e da descarga fluvial esses são os fatores
determinantes da circulação e características de estratificação do estuário (Figura 11).
Figura 11: Tríade dos parâmetros que definem a estrutura dinâmica de um estuário (SCHETTINI, 2000).
Neste contexto o estuário do Rio Pará se enquadra em um estuário dominado
por maré. Quanto aos processos físicos, com formação do tipo planície costeira.
Quanto à geomorfologia, possuindo características de ser relativamente raso, onde a
área de seção transversal em geral aumenta estuário abaixo, e a configuração da
19
seção transversal tem a forma de “V”. A razão largura/ profundidade, é grande devido
ao processo recente de sedimentação. O fundo é preenchido com lama e sedimentos
finos na parte superior, apresentando grande suporte de sedimentos em suspensão,
principalmente oriundos do rio Amazonas. E parcialmente misturado quanto à
circulação das águas.
3.4 MARÉ
A maré é uma onda longa caracterizada por oscilações verticais da superfície
do mar ou outros corpos d’água como por exemplo baias e estuários, causada pela
atração gravitacional da Lua e, em menor extensão, do Sol, sobre os diversos pontos
da Terra.
Os movimentos relativos Sol–Terra–Lua fazem com que as marés possam ser
decompostas em vários harmônicos simples. Ao movimento periódico dos astros
podem somar-se um número de fatores que contribuem a um comportamento não
estacionário das marés em regiões estuarinas, como quando a onda é afetada pela
vazão fluvial (GALLO, 2004).
A penetração da maré num estuário é o resultado da interação do escoamento
fluvial e do movimento oscilatório gerado pela maré na sua desembocadura, onde
essas ondas longas são geralmente amortecidas e progressivamente distorcidas pelas
forças do atrito no fundo e a vazão fluvial (GODIN, 1999). E influenciadas também pela
geometria do canal (IPPEN e HARLEMAN, 1966).
As principais forças intervenientes no processo são as de gravidade (principal
agente no escoamento fluvial), as de pressão (provenientes de desníveis na linha
d’água gerados pela maré), as de atrito (geradas pela resistência no fundo), as
inerciais e finalmente, as provenientes da estratificação da água (pelo encontro de
água doce e salgada).
A fronteira rio-estuário não permanece fixa no tempo, mas apresenta variações
de posição em função da variação dos parâmetros que caracterizam a maré (período e
amplitude) e o escoamento fluvial (vazão, declividade e rugosidade do fundo). No caso
do rio Amazonas, onde a mistura de água doce e salgada ocorre na plataforma
continental, a perturbação do escoamento fluvial pela maré se percebe até algumas
centenas de quilômetros à montante da foz.
20
3.5 REVISÃO DE VENTOS E ONDAS: CONCEITOS BÁSICOS
3.5.1 Ventos
Os ventos desempenham papel importante no sistema marinho, sobretudo na
geração das ondas e correntes de deriva. Os Ventos são formados pelo aquecimento
irregular da atmosfera, uma vez que os raios solares não incidem uniformemente na
superfície terrestre e em virtude da não uniformidade da orientação dos raios solares e
dos movimentos da terra (SOUZA, 2006).
De acordo com CAMPOS (1995), diferenças de temperatura causam
diferenças de pressão atmosférica. A taxa de variação de pressão atmosférica entre
duas áreas causa o movimento horizontal do ar, ou seja, o vento. A direção dos ventos
sempre ocorre de regiões de alta pressão para as de baixa pressão e sua velocidade
está relacionada com a magnitude do gradiente de pressão.
Por tanto, as massas de ar se deslocam das regiões de alta pressão, polares,
para áreas de baixa pressão, equatoriais. Esse movimento constante dá origem aos
ventos chamados de planetários, que podem ser classificados em:
Ventos Alísios: ventos que sopram dos trópicos para o Equador, em baixas
altitudes;
Contra Alísios: ventos que sopram de Equador para os pólos, em altas
altitudes;
Ventos do Oeste: ventos que sopram dos trópicos para os pólos;
Ventos Polares: ventos frios que sopram dos pólos para as zonas temperadas.
21
A Figura 12 apresenta o esquema de circulação dos ventos no planeta.
Figura 12: Esquema de circulação dos ventos no planeta, Fonte: SOUZA (2005) apud GARRISON
(1999).
O padrão de circulação dos ventos é bem complexo, principalmente da célula
do meio, ou seja, a compreendida entra as latitudes de 30 e 60 graus. Ressaltando
que nas regiões de encontro das células, geralmente não há ventos ou, se ocorrem,
são muito fracos e irregulares. Próximo do equador, a região chamada de doldrum, ou
calma equatorial, além da ausência de ventos apresenta grande ocorrência de chuvas
causadas pela grande evaporação. Esse fenômeno é muito comum na região de
estudo, uma vez que está localizada nas proximidades da linha do Equador.
Os parâmetros importantes para os ventos são a sua velocidade e direção
predominante, o efeito do vento pode ser melhor entendido a partir da Figura 13
(adaptada de GARRISON,1999).
22
Figura 13: Influencia do vento no meio liquido.
Onde,
A- Correntes gerais, originadas pela rotação da terra, correntes marítimas e ventos de
longa duração (remotos) que alteram o nível do mar;
B- Influência da velocidade do vento atuando diretamente sobre a massa líquida.
Destaca-se que é um termo de curta duração que varia com a velocidade, direção e
duração do vento;
C- Influência do vento sobre um filme líquido sobre a superfície da água.
3.5.2 Ondas
As ondas são manifestações de forças atuantes em um fluido, tendendo a
deformá-lo contra a ação da gravidade e a tensão superficial, que unidas agem para
manter o nível da superfície do meio (DEAN & DALRYMPLE, 1991). Essa deformação
requer alguma força para gerá-la, podendo ser ventos, perturbações meteorológicas,
terremotos, atração planetária, etc. (GIOC, 2000).
Uma vez que as ondas são criadas, a força gravitacional e a tensão superficial
permitem que elas se propaguem. Estas ondas irão apresentar diferentes períodos,
comprimentos e mecanismos de controle como conseqüência da variedade das
características das forçantes que as geram.
As ondas de gravidade geradas pelo vento juntamente com as ondas de maré,
são as principais responsáveis pelo transporte de energia na superfície do mar
23
(YOUNG, 1999). Estas ondas são geradas por perturbações na interface oceano-
atmosfera, causada pela tensão de cisalhamento do vento.
As características das ondas de gravidade geradas pelo vento variam em
função da velocidade e duração do vento, bem como o tamanho da pista sobre a qual
o mesmo atua.
A energia dessas ondas vai sendo incorporadas as maiores, que crescem
ainda mais por esse motivo, quando o mar atinge seu estado de equilíbrio, isso quer
dizer quando as ondas não conseguem mais crescer, é chamado de mar
completamente desenvolvido. Como as características do vento não se mantêm
constantes ao longo do tempo, nem sempre o estado do mar atinge a condição de
completo desenvolvimento (PEREIRA, 2000).
As ondas que ainda estão na zona de geração, recebendo energia do vento,
são chamadas de vagas (wind-sea ou sea) e as ondas que se propagam fora da zona
de geração, não recebendo, portanto a energia daquele vento chama-se marulho
(sweel) (CANDELLA, 1997; ALVES, 1996). O marulho passa por um processo de
selecionamento progressivo causado pela dispersão das ondas, isso quer dizer que
ondas com períodos maiores propagam-se com velocidades maiores. As vagas
possuem períodos de 4 a 8 s e direção coincidente com a direção do vento local. Já os
marulhos possuem períodos em média superiores a 10s e direção de onda de origem
diferente das observadas no vento local. Dentro da zona de geração, o vento define a
direção predominante das ondas. Parte das ondas geradas, entretanto, espalha-se em
torno da direção principal.
Dentro dos estudos de ondas regulares desenvolveram-se duas teorias: a
teoria linear de ondas desenvolvida por AIRY (1845) e a teoria não linear de ondas.
A teoria linear de ondas assume que a superfície de água é uma função
sinusoidal perfeita e encontra aplicabilidade para zonas profundas e para ondas de
baixa amplitude. De acordo com a teoria linear de ondas, o movimento das mesmas
pode ser representado por uma onda sinusoidal, progressiva e cristas longas:
sinusoidal por repetir a si mesma e por ter a forma suave de uma curva senóide;
progressiva por mover-se com velocidade constante em uma direção perpendicular a
crista sem mudar de forma; e com cristas longas por ser uma série longa e com cristas
paralelas que são iguais em altura e eqüidistantes entre si (WMO, 1998).
São apresentados na Figura 14 uma onda bidimensional propagando-se na
direção X ao longo do tempo e seus principais parâmetros, dentre eles:
24
Comprimento de onda (L): distância horizontal, em metros, entre duas cristas
sucessivas;
Período de onda (T): é o tempo que leva para a onda completar um ciclo
completo (de crista a crista ou de cava a cava), geralmente é medido em
segundos;
Amplitude (a): é a magnitude do máximo deslocamento do nível médio do mar
(em metros);
Altura de onda (H): é a diferença na elevação da superfície entre a crista de
onda e a onda anterior. Para uma onda sinusoidal simples, H = 2a;
Taxa de propagação (c): é a velocidade em que o perfil de ondas se propaga,
sendo também chamada de velocidade de onda ou velocidade de fase.
Obliqüidade da onda: é a relação entre a altura e o comprimento de onda (H/L).
Figura 14: Principais parâmetros apresentados em uma onda sinusoidal.
A teoria não linear explica o comportamento das ondas quando a amplitude é
maior ou quando estas se aproximam de zonas menos profundas. Nestas situações a
superfície desvia-se de uma sinusóide perfeita e o problema deixa de ser linear.
A teoria “espectral” que é recentemente a mais utilizada nos muitos modelos de
ondas, inclui-se na formulação de ondas irregulares e estabelece que a geração de
ondas é melhor descrita como um fenômeno espectral. O conceito de espectro é
baseado no trabalho de Fourier e permite representar uma superfície como a soma de
senos e co-senos com diferentes freqüências e orientados em todas as direções. Esta
25
aproximação é a que melhor consegue descrever a variabilidade espacial verificada na
natureza (BRITO,2005).
Para o estudo e previsão de ondas os fatores mais importantes são: Altura de
onda, período e a direção de propagação dessas ondas.
Cada onda é delimitada no domínio do tempo pelos instantes em que a
superfície as água cruza o nível médio (ou zero) ascendentemente (zero ascendente)
ou descendentemente (zero descendente). A diferença entre o nível máximo e mínimo
atingido pela superfície da água define a altura individual da onda.Analogamente, o
período individual da onda corresponde ao intervalo de tempo entre dois zeros
ascendentes ou descendentes consecutivos.
3.5- Revisão de Ondas: CONTEXTUALIZAÇÃO
As ondas têm atraído a atenção e muitos comentários desde o começo da
historia, Aristóteles (384-322ac) observou a existência da relação entre vento e ondas,
e essa relação natural se tornou fonte de estudo, (THE OPEN UNIVERSITY, 1999).
Até a década de 40, a única forma que os navegantes tinham para descrever o
estado do mar era a escala Beaufort, criada por um almirante inglês em 1805 e
adotada pela Marinha inglesa em 1834, a escala relacionava intensidade de vento com
a força do mar da seguinte maneira:
Equação 1
Onde, U é a intensidade do vento em milhas marítimas por hora (nós) e B é o fator
Beaufort. Essa escala é até hoje aceita.
Em 1943, SVERDRUP & MUNK desenvolveram o método da onda significativa,
e conseguiram, neste ano, realizar as primeiras previsões de ondas, esses resultados
foram divulgados somente em 1947 (KOMEN et al., 1994).
No entanto, na atualidade, a compreensão do mecanismo de formação das
ondas e sua propagação ainda não são feitas de uma forma muito precisa, em parte
isso ocorre devido a dificuldade nas observações das ondas no mar e pelo fato de
modelos numéricos serem baseados na dinâmica de fluidos idealizada, e como
sabemos a água do oceano não se comporta precisamente com esses ideais
Entretanto, conseguimos informações bem próximas, (THE OPEN
UNIVERSITY, 1999). Os modelos podem auxiliar nos estudos relacionados à erosão
26
costeira e transporte de sedimentos, estimativa da energia, projetos de portos e
estruturas costeiras e oceânicas como plataformas de exploração de petróleo (WMO,
1988).
Desde então varias técnicas têm sido utilizadas para a predição de ondas. As
primeiras tentativas foram baseadas em relações empíricas entre altura e
comprimento da onda, velocidade do vento, duração, e pista (CANDELLA, 1997).
No entanto, o desenvolvimento do espectro de onda permitiu a evolução de
componentes individuais da onda, dessa maneira as previsões seguem componentes
individuais do espectro de onda no espaço e no tempo, permitindo que cada
componente cresça ou decaia dependendo dos ventos locais, (PIUMBINI, 2006).
De um modo geral a forma do espectro de ondas varia consideravelmente de
acordo com a velocidade do vento, período de tempo que o vento sopra, comprimento
da pista, etc. (PINHO,2003).
Com o objetivo de se obter um espectro de onda para diversas condições de
mar, diversos autores vêm propondo formulações baseando-se em analises teóricas
juntamente com ajustes empírico.
Existem varias formas de representação espectral, porém as mais comuns são:
PIERSON-MOSKOWITZ & JONSWAP.
3.6 MODELAGEM NUMÉRICA
3.6.1 Conceito de Modelagem
A modelagem é um processo de tradução em diferentes etapas (ALMEIDA et al.,
1999):
Modelagem conceitual: concepção de fenômeno observado, conhecendo suas
causas e efeitos e as interações dos agentes intervenientes na sua ocorrência;
Modelagem matemática: traduções do modelo conceitual escrita em linguagem
matemática. Os diferentes modelos matemáticos são diferentes arranjos,
incluindo um numero maior ou menor de causas e efeitos, e de agentes
intervenientes em diferentes formas. Para tanto há regras e princípios formais a
serem seguidos;
Modelagem numérica: São traduções dos modelos matemáticos adaptados
para vários métodos de calculo;
27
Modelagem computacional: Tradução de um modelo numérico em linguagem
computacional que possa ser compilada e executada em um computador.
3.6.2 Tipos de Modelos de Ondas
PIERSON et al.(1955) desenvolveram um método, denominado PNJ, capaz de
prever o espectro das ondas ao invés de apenas parâmetros, descrevendo – o
matematicamente através de uma função que relaciona o quadrado da altura das
vagas (ondas que ainda estão na zona de geração, sendo capazes de receber energia
do vento) com a frequência. Tal método pode ser considerado um grande passo para
os modelos espectrais. Entretanto não havia uma formulação que pudesse descrever
a dinâmica da evolução dos espectros (KOMEN et al. ,1994).
Os trabalhos de PHILLIPS (1957) e MILES (1957) sobre transferência de
energia entre atmosfera e oceano juntamente com o trabalho de HASSELMANN
(1962) sobre a função de transferência não linear de energia foi crucial para se
estabelecer a formulação espectral atualmente utilizada. (KOMEN et al., 1994).
Segundo CANDELLA (1997), os modelos de onda podem diferir em alguns
aspectos, como na representação do espectro de energia ou na representação das
fontes e sumidouros de energia. Alguns autores adotam estes fatores, e também o
termo de interação não linear, para classificar diferentes modelos de propagação
(SWAMP, 1988 apud CANDELLA, 1997; WMO 1998), denominando-os modelos de
primeira, segunda ou terceira geração.
Os primeiros modelos de geração de ondas chamados, portanto de modelos de
primeira geração foram desenvolvidos na década de 70 e não consideravam
explicitamente as interações quádruplas de onda. O espectro de ondas nestes
modelos permitia somente para seu desenvolvimento um limite superior do espectro
de PIERSON-MOSKOWITZ (1964) apud FUCHS (1999). Foi encontrado mais tarde
por HASSELMANN et al (1973) apud FUCHS (1999) que para descrever inteiramente
o crescimento dos mares pelo vento era necessário explicar corretamente as
interações quádruplas das ondas. Os modelos de primeira geração, também
denominadas de modelos desacoplados, consideram que cada componente do
espectro de energia se propaga com sua própria velocidade de grupo, com
desenvolvimento independente dos demais, até que atinjam um nível individual de
saturação (CANDELLA, 1997). Este nível pode ser representado pela energia do
espectro de um mar plenamente desenvolvido. Nestes modelos, a interação não-linear
é desprezada ou então pouco significativa e representada de forma muito simples.
28
(WMO, 1998), sendo que há subestimação do crescimento das ondas e da interação
não-linear entre as ondas na região de alta freqüência e superestimação da entrada de
energia pelo vento.
Os modelos de segunda geração atentaram para consertar este problema por
meio da parametrização destas interações e usando o espectro JONSWAP como um
limite superior (RIS, 1997). Nos modelos de segunda geração a interação não linear é
representada através de parametrizações, podendo ser denominados de modelos
híbridos ou discretos. Os modelos de segunda geração híbridos consideram que o
espectro das vagas e dos marulhos é diferenciado, considerando, então que o modelo
para vagas é paramétrico e o modelo para marulhos é desacoplado (tal como o
modelo de primeira geração). O modelo de segunda geração discreto representa todo
o espectro com freqüências discretas, eliminando, assim, o problema de espectros
diferentes para vagas e marulhos. Os modelos de segunda geração apresentam como
limitações a dificuldade de representar mares complexos gerados por rápidas
alterações da direção do vento (HOLTHUIJSEN, 2007).
Devido às limitações dos modelos de segunda geração em reproduzir
condições extremas, os modelos de terceira geração foram desenvolvidos, onde o
espectro é computado por integração da equação do balanço de energia espectral
sem nenhuma restrição. A grande evolução dos modelos de terceira geração, no
entanto, está nas trocas de energia entre atmosfera e oceano e entre as próprias
ondas, que são parametrizadas sem nenhum tipo de restrição quanto ás formas
espectrais pré-determinadas, possibilitando melhor representação de situações de
mudanças bruscas de direção de vento, como também interações entre vagas e
marulhos (Wind-sea e swell) (CRUZ,2004). Neste tipo de modelo, o estado do mar é
determinado através do espectro de energia que descreve a distribuição da energia ao
longo da freqüência e da direção de propagação.
29
3.6.3 Modelo Utilizado
3.6.3.1 Descrição do SisBaHiA
O SisBaHiA (Sistema Base de hidrodinâmica Ambiental), é um sistema
profissional registrado pela Fundação Coppetec, órgão gestor de convênios e
contratos de pesquisa da coordenação de programas de Pós Graduação em
Engenharia (COPPE) da Universidade Federal do Rio de Janeiro,UFRJ.
O SisBaHiA encontra-se continuamente sendo ampliado e aperfeiçoado pela
COPPE desde 1987, através de várias teses de mestrado e doutorado, além de
projetos de pesquisa.Tem sido adotado em dezenas de estudos e projetos contratados
à fundação Coppetec envolvendo modelagem de corpos de água naturais.
O modelo utilizado no SisBaHia será o de geração de ondas por campos de
vento permanentes ou variáveis. O modelo determina se a geração de ondas será
limitada pela pista ou pela duração do vento. O modelo permite calcular, ao longo do
tempo, a distribuição espacial no domínio de parâmetros do clima de ondas gerado
tais como: alturas significativas e médias quadráticas, períodos de pico, tensões
oscilatórias no fundo ondas, etc. (ROSMAN, 2001).
3.6.3.2 Sobre a Importância e a Confiabilidade de Modelos
Geralmente quando se levanta dados ambientais para estudos e projetos,
planejamento, gestão ou gerenciamento, obtêm-se series temporais em uns poucos
pontos distribuídos na área de interesse. Através de modelos calibrados as
informações obtidas nestes poucos pontos podem ser estendidas para toda a área de
interesse.
E, se os modelos calibrados são capazes de reproduzir bem as situações as
quais se fez levantamento, não há porque duvidar que possam ser usados como
efetivas ferramentas de previsão, para prever impactos de modificações a serem
introduzidas no meio, ou prever situações com cenários diferentes dos que ocorreram
nas épocas de medições. (ROSMAN, 1997).
Ainda segundo ROSMAN op cit., modelos são ferramentas indispensáveis para
auxilio a projetos, a gestão e ao gerenciamento de sistemas ambientais, pois permitem
integrar informações espacialmente dispersas, estender o conhecimento para regioes
nas quais não há medições, ajudar a interpretação de medições feitas em estações
pontuais, prever situações simulando cenários futuros, etc.
30
Para garantir o sucesso do modelo é necessário que se faça a calibração do
mesmo, modelos não calibrados também são uteis, desde que se conheça muito bem
as características do sistema que está sendo modelado, mesmo assim, sua utilidade
fica diminuída.Por melhor que seja o modelo adotado, não é possível avaliar
quantitativamente a acerácea dos resultados sem dados medidos para a comparação.
É através da analise dos dados medidos, valores computacionais seguidos de ajustes,
eu se faz a calibração do modelo (ROSMAN, 2001).
31
4- MATERIAIS E MÉTODOS
4.1 ÁREA DE ESTUDO
Entende-se como rio Pará um conjunto hidrográfico formado por inúmeros rios
cujas águas nele desembocam, dando origem a uma sucessão de baías e enseadas
que se estendem ao longo de toda costa sul da ilha de Marajó e o continente, iniciando
a baia de Marajó. O rio Pará apresenta extensão de 300 km e cerca de 20 km de
largura em média (LIMA et al.; 2001). O estuário do rio Pará se inicia na baía das
bocas (delta de Boiuçu/Breves), e se estende pelo chamado rio Pará onde recebe toda
a massa de água do rio Tocantins e inclui a pequena baía em frente á Belém, na altura
do emboque dos rios Guamá/Mojú/Acará/Capim, passando pelo complexo terminal
estuarino conhecido como Baia do Marajó (ABSABER, 2006) (Figura 15).
Figura 15: Localização da área de estudo.
32
O Rio Pará corresponde, de fato, ao braço sul do rio amazonas, que circunda a
ilha de Marajó. O caso do estuário do porto da Vila do Conde é, de fato, o caso de um
dos principais braços de um dos maiores estuários do mundo, ou seja, do estuário do
rio Amazonas, onde ocorre um imenso emaranhado de rios, canais, furos, ilhas e
terras baixas, em constante movimento e mutação devido às forças naturais de
correntes, marés, ondas, enchentes, variações da salinidade, intrusões salinas,
vegetação entre outros fatores.
O rio Pará separa a costa leste, sudeste e sul da ilha de Marajó do continente,
tem largura considerável havendo trechos em que o navegante situado no meio do rio
não avista suas margens.
De acordo com CARRETEIRO (1987), o rio Amazonas, dentro dos limites do
território nacional, possui cerca de 3.100 km de extensão, com declividade média de 2
cm/km. Possuindo duas desembocaduras, a “norte” em forma de delta e a “sul” em
forma de estuário.
O terminal portuário de Vila do Conde se encontra em um local chamado ponta
Grossa, à margem direita do rio Pará, município de Barcarena. Barcarena pertence à
mesorregião metropolitana de Belém e é limitado ao norte pela baía do Guajará e pelo
município de Belém; ao sul pelos municípios de Moju e Abaetetuba; a leste pela baía
de Guajará e pelo município de Acará e a oeste pela baía de Marajó. O porto foi
inaugurado na década de 80 com objetivo de servir de suporte a movimentação e o
escoamento de bauxita e alumínio, respectivamente, no complexo Albrás-Alunorte.
Atualmente, as cargas predominantes no Porto de Vila do Conde são: alumina,
lingotes de alumínio, bauxita, coque, óleo combustível, madeira e piche (COSTA,
2008).
Mais próximo da área estudada, o principal acidente hidrográfico de Barcarena
é a baía de Marajó que, em sua maior abertura para nordeste, compõe, com outras
contribuições hídricas, o golfão Marajoara. Além desses dois elementos alguns furos
separam a porção continente da porção insular do município, entre os quais o Furo do
Arrozal, que separa a Ilha de Carnapijó e recebe o rio Barcarena, e o rio Itaporanga,
nasce ao sul do município. Outro rio de expressão na área é o Moju, cuja foz limita
com o município de Acará. A sudoeste o rio Arienga limita com Abaetetuba e, a
sudeste, o limite com Moju é feito através do Igarapé Cabresto (SEPOF, 2005).
33
4.1.1 HIDROLOGIA – As Bacias dos Rios Tocantis e Araguaia
O estuário do rio Pará se encontra inserido na bacia do rio Tocantins-Araguaia.
Segundo LATRUBESSE & STEVAUX (2002), a bacia do rio Tocantins-Araguaia é
visivelmente ignorada na literatura internacional quando se menciona grandes rios.
Possuindo uma área de 757.000 km² e uma descarga média anual de 12.000 m³/s¹
(Tabela 01), o sistema dos Rios Tocantis-Aranguaia é a décima primeira drenagem do
mundo em vazão.
Tabela 1: Dados gerais das principais bacias fluviais brasileiras (Fonte: LATRUBESSE & STEVAUX (2002).
Boa parte da parte da Região Hidrográfica do Tocantins – Araguaia se localiza
na região Centro- Oeste, desde as nascentes dos rios Araguaia e Tocantins até a sua
confluência, e daí, para jusante, adentra na Região Norte até a sua foz.
A Figura 16 apresenta uma caracterização geral da Região Hidrográfica do
Tocantins – Araguaia. O rio Tocantins nasce no Planalto de Goiás, sendo formado
pelos rios das Almas e Maranhão, e com extensão total aproximadamente de 1.960
km até sua foz no oceano Atlântico. (MINISTÉRIO DO MEIO AMBIENTE, 2006).
Estudos relacionados com o crescimento demográfico e a expansão do desmatamento
na bacia indicaram alterações hidrológicas como o aumento do pico de vazão no
período chuvoso e redução no período de seca, caracterizando uma maior amplitude .
34
Figura 16: Caracterização geral da região Hidrográfica do Tocantis-Araguaia.
4.1.2 Parâmetros Hidrodinâmicos
4.1.2.1 Marés
A maré nessa região é definida como semidiurna, com duas preamares e duas
baixa-mares semelhantes por dia lunar (24h 50min). O nível médio da água no porto
da Vila do Conde encontra-se a 1,68 m acima do nível de redução estabelecido pela
DHN para a região. O comportamento da maré neste local reflete a influência da vazão
fluvial do rio Pará, uma vez que os intervalos de enchente e vazante são bastante
distintos. A preamar se apresenta com uma duração de cerca de 5 horas e meia, já a
baixa-mar tem uma duração de aproximadamente 7,3 horas. Pela a Tábua de Marés
essa característica também é reproduzida e apresentada na publicação DG6 da DHN.
35
4.1.2.2 Correntes
Segundo estudos realizados e apresentados pela PLANAVE (2005), de
maneira geral, a corrente se inverte cerca de uma hora após a baixamar ou preamar,
havendo um período de cerca de 30 minutos de corrente sem intensidade significativa
antes da ocorrência de sua inversão – período da estofa da maré.
Direção predominante nas enchentes: SW–WSW a 3m e WSW a 6m;
Direção predominante nas vazantes: NE e NNE a 3m e WSW a 6m;
As principais correntes que atuam no litoral paraense são as correntes de maré
e secundariamente as correntes litorâneas (resultados da chegada das ondas na
costa), as correntes litorâneas são as grandes responsáveis pelo transporte de
grandes quantidades de sedimentos da plataforma continental para o litoral (ALVEZ,
2001).
Muitos dos estuários do mundo são influenciados, em maior ou menor grau,
pelas correntes de marés. A energia destas correntes de marés serve como
mecanismo de mistura entre as águas doces provenientes dos rios e as águas
salgadas oriundas do ambiente marinho, bem como a resuspenção, transporte e
deposição dos sedimentos, além da formação de canais e bancos em regiões de
macromaré e a redistribuição de contaminantes que possam atingir a área.
A amplitude e duração das marés, bem como a intensidade das correntes, é
função da quantidade de chuva, da intensidade dos ventos reinantes e das variações
das direções das correntes nos canais, igarapés, rios e bancos (CORRÊA,2005).
As correntes de maré estão presentes na circulação da plataforma continental
interna, até próximo ao litoral, onde ocorrem a predominância de correntes de maré
reversas, as quais agem perpendicularmente a costa com velocidades máximas
ultrapassando as vezes 0,75m/s na plataforma continental interna (ALVEZ, 2001).
4.1.3 PARÂMETROS METEREOLÓGICOS
4.1.3.1 Clima
O clima da região é do tipo tropical úmido, caracterizado pela classificação de
KOPPEN, é do tipo Af, o qual caracteriza um clima tropical de floresta constantemente
úmido, onde a pluviosidade, no mês mais seco, atinge no mínimo 60 mm (CORRÊA et
al., 1974). Neste tipo de clima tanto a temperatura como a precipitação, sofrem uma
variação mínima anuamente, mantendo-se níveis elevados. As temperaturas médias
anuais apresentam valores em torno de 27°C, com máxima absoluta de 35°C e
36
mínima absoluta de 20°C.A umidade relativa do ar é superior a 80% chegando até
87% .
4.1.3.2 Ventos
Os ventos nessa região são fracos pela manha e moderados à fraco à tarde.
Os principais ventos que atingem a Costa Atlântica Paraense são os ventos alísios
que possuem direção nordeste, variando de norte para leste. O vento dominante (que
possui maior intensidade) é o de NE, porém nos meses de transição entres os
períodos chuvosos e secos o vento predominante é o de SE (MONTEIRO, 2006).
4.2- METODOLOGIA DE CAMPO E LABORATÓRIO
Este item irá apresentar os métodos utilizados na coleta dos dados realizados
na etapa de Campo, e no processamento dos mesmos na etapa de laboratório, para a
implementação do modelo utilizado.
4.2.1 Campanhas Oceanográficas - Campo
Infelizmente não foi possível a realização de um pré-campo para se conhecer
melhor a área de estudo, dessa maneira a campanha oceanográfica foi realizada do
dia 25/03/2010 ao dia 13/03/2010 com os seguintes objetivos: Coletar dados de ondas
e ventos da área adjacente a Vila do Conde, município de Barcarena - PA. O
planejamento do campo se deu dá seguinte forma:
Escolha dos equipamentos para a coleta de dados;
Definir local de instalação dos equipamentos para a coleta dos dados;
Definir configuração dos equipamentos;
Coordenar equipe de oficina a montar a estrutura para o fundeio do Aquadopp
Current Profiler;
Coordenar equipe de mergulho para o fundeio do Aquadopp Current Profiler;
Coordenar tripulação para coleta de dados.
Os equipamentos utilizados para a realização do campo foram:
Aquadopp Current Profiler (ADCP) – Nortek
Estação meteorológica – Monitor de vento - Young
GPS (Garmim mod. GPS 12XL e GPS 60)
Equipamentos de mergulho
Embarcação
37
4.2.1.1 Aquadopp Current Profiler (ADCP)
O ADCP foi instalado a aproximadamente 8 metros de profundidade, variando
de acordo com a maré, sobre uma estrutura montada com altura de 0,75 metros na
área adjacente ao Porto de Vila do Conde. Este permaneceu no local por 17 dias
(25/02/2010 a 13/03/2010) coletando dados de direção e velocidade de ondas (Figuras
17, 18 e 19).
Figura 18: Estrutura montada para o fundeio do ADCP.
Figura 17:Área de estudo – em foco o Porto de Vila do Conde, local onde foram coletados os dados de vento e onde foi fundeado o ADCP.
38
Figura 19:ADCP-NORTEK
4.2.1.2 Estação meteorológica
A Estação meteorológica ficou instalada no Píer do Porto da Vila do Conde (ver
Figura 17) por 18 dias (24/02/2010 a 13/03/2010) coletando dados de direção e
velocidade de ventos.
4.2.1.4 GPS
O GPS foi utilizado para marcar os locais especificados para a coleta dos
dados, e posteriormente para ajudar na recuperação dos equipamentos.
Figura 20: GPS utilizado no campo.
39
4.2.1.5 Embarcação e Mergulhadores
A embarcação utilizada para a coleta dos dados foi de pequeno porte. Os
mergulhadores foram fundamentais neste estudo, pois, devido a grande profundidade
do canal estes tiveram que descer com a poita (Figura 21), colocá-la de maneira com
que a força das correntes não a movesse do local e posteriormente fixar o
equipamento junto as poitas.
Figura 21: Barco utilizado no campo como suporte para a coleta dos dados.
4.2.2 Laboratório
No laboratório foi realizada a análise dos dados coletados em campo, bem
como a definição dos contornos, mapa base além da confecção da malha. O modelo
utilizado nesse trabalho é o modelo de geração de ondas por campo de ventos
permanentes ou variáveis. A região de interesse encontra-se na latitude 01º30’21” sul
e na longitude 48º37'33" oeste, no município de Barcarena. É importante ressaltar que
os dados coletados em campo foram necessários na calibração do modelo, portanto
valores reais foram inseridos no programa computacional SisBaHiA, com o intuito de
fazer com que este programa gere modelos que reproduzam a realidade.
4.2.2.1 Definição dos Contornos e Mapa Base
Os contornos do estuário do rio Pará foram definidos utilizando como base
principal uma imagem de satélite da região. Através da digitalização mediante o
software Surfer (versão 8.0) da área georreferenciada, criou-se o mapa base onde
foram apresentados os cenários das simulações (figura 22). Neste mapa foram
definidos os contornos fechados, chamados de contorno de terra e os contornos
abertos, chamados de domínio em água. Os contornos de terra, em geral,
representam as margens do corpo de água, os contornos abertos geralmente
representam os limites do domínio de água modelado, e não fronteira física.
40
Figura 22: Mapa Base (*.srf) gerado no programa surfer onde serão apresentados os cenários de simulação ( coordenadas UTM).
4.2.2.2 Confecção da Malha de Elementos Finitos
Para se obter resultados satisfatórios no modelo hidrodinâmico, a confecção da
malha foi realizada de tal forma a se respeitar os contornos dos limites do domínio a
ser estudado, tendo a densidade de elementos definida de acordo com o grau de
detalhamento dos resultados esperados.
A confecção da malha foi realizada pelo programa Argus ONE, e depois
exportada para o SisBaHiA. O SisBaHia aceita malhas com elementos de dois tipos
quadrangulares ou triangulares ou os dois em uma mesma malha, mas o Argus ONE
só gera malha com elementos de um mesmo tipo, portanto quadrangulares ou
triangulares, deste modo leva –se em conta o fato de que as malhas quadrangulares
são melhores e preferíveis no SisBaHia. Neste trabalho foram utilizados elementos
finitos quadrangulares, o domínio foi discretizado utilizando um total de 1613
elementos e 6913 nós.
41
Figura 23: Domínio modelado do Estuário do rio Pará, Os eixos representam distâncias em UTM (Universal Transverse Mercator).
Figura 24: Malha utilizada no modelo.
42
4.2.2.3 Batimetria
As informações relativas à batimetria foram obtidas através de levantamentos
a partir de cartas náuticas disponibilizadas pela DHN, dessa maneira foi realizada a
digitalização (figura 25) das cartas seguintes cartas náuticas:
Carta Náutica n˚ 303-Rio Pará- Do Baixo do Espardate a Mosqueiro. 2ªed.
1983. Escala 1: 100.002- Sondagens batimétricas realizadas até 1983;
Carta Náutica n˚304 –Brasil- Rio Pará – Do Mosqueiro a Abaetetuba.
2ªed.1983. Escala 1:99. 980. Sondagens batimétricas realizadas até 1980;
Carta Náutica n˚305 – Brasil –Rio Pará- Da Ilha do Capim à ilha da conceição
1ªed.1974. Escala 1:99. 960. Sondagens batimétricas realizadas até 1973;
Carta Náutica n˚306 – Brasil –Rio Pará- Da Ilha da Conceição aos Estreitos.
2ªed.1993. Escala 1:99. 960. Sondagens batimétricas realizadas até 1989;
Carta Náutica n˚315- Brasil- Rio Pará- Da Boca da Vigia à ilha do Mosqueiro. 1ª
ed.1961. Escala 1:49.996. Sondagens batimétricas realizadas de 1959 a 1960;
Carta Náutica n˚316- Brasil – Rio Pará- Do Mosqueiro à Belém. 2ªed. 1980.
Escala 1:49.990. Sondagens batimétricas realizadas até 1978;
Carta Náutica n˚320- Brasil – Rio Pará – Porto de Belém. 1ªed.1961. Escala
1:50.000. Sondagens batimétricas realizadas em 1958, 1960;
A digitalização das cartas náuticas foi realizada através do programa Global
Mapper 12.0. Em seguida a batimetria foi exportada em forma de tabela contendo
latitude, longitude e profundidade para o programa Surfer 8.0 onde foi feita uma
interpolação dos dados e posteriormente exportados para o SisBaHia, nesse caso o
melhor resultado para a interpolação foi obtido com método de kriging que parte do
principio que pontos próximos no espaço tendem a ter valores mais parecidos do que
pontos mais afastados; é um método pré-suposto, e mais recomendável para uso
geral. Este método interpola e extrapola até os limites Xmin, Ymin, Xmax, Ymax.
Gerando resultados realistas com variações semelhantes às naturais. Pode ser lento
se o intervalo do grid for muito pequeno (Figura 25).
A batimetria foi fundamental na geração da grade do modelo. Esse é um dos
pontos mais importantes na implantação do modelo sendo determinante na qualidade
dos resultados. A geração da grade do modelo depende basicamente do
conhecimento da batimetria do estuário.
43
Figura 25: Digitalização das Cartas náuticas no programa Global Mapper 12.0, onde na imagem o
sinal vermelho significa a batimetria já digitalizada.
4.2.2.4 Rugosidade
Para rugosidade equivalente ao fundo foi utilizado o valor de 0.03mm,
considerando assim como sendo um fundo arenoso.
4.2.2.5 Maré
A série temporal de elevação do nível d’água, devido à maré astronômica
adotada neste trabalho, corresponde a registros obtidos no catálogo de Estações
Maregráficas Brasileiras da Fundação de Estudos do Mar (FEMAR) para o porto de
Vila do Conde (Figura 26).
4.2.2.6 Dados Coletados
Os dados coletados em campo vindos do ADCP e estação meteorológica
foram tratados através no programa MATLAB® e também no STORM, programa esse
desenvolvido pela NORTEK, esse tratamento prévio é necessário para podermos
colocar todos os equipamentos com o mesmo tempo de medição, além de facilitar o
entendimento dos dados na hora da validação do modelo.
44
Figura 26: Ficha do Catálogo das Estações Maregráficas Brasileiras, para o porto de Vila do Conde (Fonte: FEMAR, 2002).
4.2.2.7 Modelo de Geração de Ondas
Após a definição dos contornos, neste caso definidos como mar e terra, a
confecção do mapa base da malha e a digitalização da batimetria, passa-se a utilizar
como área de trabalho o programa SisBAHIA. Todos esses dados foram salvos
anteriormente nos programas onde foram criados com extensão compatível para
45
abertura dos mesmos no SisBaHiA. Dentro deste programa foi criado uma base de
dados para o programa de geração de ondas. Foi adicionado também, a esse banco
de dados, os valores medidos de vento pela estação meteorológica. Com todos os
dados validados dentro do programa SisBaHiA, começa a partir de então, de fato, o
modelo de geração de ondas que consiste em algumas etapas, antes de esclarecer
essas etapas é importante classificar os tipos de mares. Dessa forma temos:
1. Mar completamente desenvolvido: Uma determinada condição de vento
constante, alturas das ondas crescendo à medida que a pista aumenta, até
atingirem um limite máximo. Acredita-se que este estado é atingido quando a
energia transferida do ar para a superfície da água é completamente dissipada
pela arrebentação das ondas. Nesta condição é produzida a máxima altura de
onda que pode ser mantida por um determinado vento.
2. Mar em desenvolvimento: Quando as ondas ainda não atingiram o estado
citado acima (ROSMAN, 2008).
Portanto, em geral, a forma do espectro de ondas varia consideravelmente,
com já dito anteriormente, de acordo com a velocidade do vento, período de tempo
que o vento sopra, comprimento de pista, etc.Com a intenção de se obter um espectro
de ondas esperado para as diversas condições de mar diversos autores vem propondo
formulações baseando-se em analises teóricas juntamente com ajuste empíricos,
neste contexto temos as primeiras formulações para mares completamente
desenvolvidos, apresentadas por PIERSON & MOSKOWITZ (1964) que é função
apenas da velocidade do vento (independente da pista).
Equação 2
Onde,
f= freqüência
g = aceleração da gravidade
α = coeficiente de Phillips (=0.0081)
ƒu= freqüência limite para mar completamente desenvolvido. Este último parâmetro
seria apenas dependente da velocidade do vento.
Mais tarde, foi formulado o modelo JONSWAP (Joint North Sea Wave Project)
por HASSELMANN et al.; (1973), que parte do modelo de PIERSON –MOSKOWITZ e
46
que introduz fatores de escala e de forma, de forma a considerar o tamanho da pista,
esses autores esclareceram que o coeficiente de Phillips e o comprimento da pista
teriam uma relação clara,dessa maneira foi constatado que este espectro teria uma
tendência em ter um pico maior( Figura----) do que o de PIERSON & MOSKOWITZ em
mares desenvolvidos,este espectro representa mares com limitação de pista, e os
dados de entrada são a velocidade do vento e o comprimento da pista.
Equação 3
Onde, fp é a freqüência de pico do espectro, onde σ=0.07 para f < fp e σ =0.09 para f
> fp, γ=3.3. Neste espectro, α não é mais uma constante como no espectro de
PIERSON & MOSCOWITZ (1964) e sim o fator de escala correspondente à constante
de PHILLIPS (In: U.S. ARMY 2001-2006) devendo guardar uma relação com o
comprimento da pista, por fim, γ é o fator que dá a razão entre a energia de pico deste
espectro e a energia de pico do espectro de PIERSON & MOSCOWITZ, a comparação
entre o espectro de PM e de JONSWAP é mostrada na Figura 27.
Figura 27: Comparação entre os espectros PIERSON & MOSCOWITZ e JONSWAP, evolução do
espectro de onda com o vento, o ajuste da curva também é mostrado.
U.S. ARMY ( Corpo de Engenheiros dos U.S) (2001) fornece uma relação entre
o coeficiente de Phillips e o comprimento da pista, obtida por KITAIGORODSKII
(1983). (In: U.S. ARMY 2001-2006). Esta relação é apresentada a seguir:
47
Equação 4
Onde, X é o comprimento da pista e u* é a velocidade de atrito que representa a
transferência de quantidade de movimento do vento para as ondas, definida por:
Equação 5
A tensão exercida pelo vento na superfície livre pode ser calculada pela seguinte
expressão:
Equação 6
Onde, CD é o coeficiente de arraste do vento e W10 é a velocidade do vento medida a
10m da superfície livre. Para determinação deste coeficiente utilizou-se a
parametrização proposta por WU (1982) (In: Rosman 2000).
Equação 7
O parâmetro altura significativa é usado para caracterizar um estado de mar. A
altura significativa nada mais é do que considerar N alturas de ondas medidas em
certo ponto, ordená-las (da maior para menor). Obtém-se altura significativa a partir da
média das primeiras ondas mais altas (N/ 3) (Rosman,2008).A partir de um espectro é
possível estimar valores de altura significativa e freqüência de pico.Por definição, a
altura significativa de um determinado espectro de onda é dada como:
Equação 8
Onde, mo é a variância da altura das ondas obtida a partir do espectro por:
48
Equação 9
U.S. ARMY (2001) apresenta fórmulas que governam o crescimento das ondas com a
pista em águas profundas, para serem utilizadas em previsões de onda simplificadas,
obtidas a partir do espectro de JONSWAP (equação (2)). A seguir são apresentadas
estas fórmulas:
Equação 10
Equação 11
Onde, Tp é o Período de pico. As equações acima apresentadas são aplicáveis à
situação de mar em desenvolvimento.
Estas fórmulas são aplicáveis a duas situações de geração de ondas em águas
profundas. A primeira delas ocorre quando o vento sopra em direção constante, ao
longo de uma pista limitada por contornos de terra por um tempo suficiente para se
atingir um estado constante de mar em desenvolvimento. Nesta situação, têm-se
ondas limitadas por pista.
Uma segunda situação de ondas limitadas por pista pode ocorrer quando o
vento sopra por um tempo limitado em uma região afastada de limites de terra, de
maneira que o comprimento de pista é limitado pela duração do vento.
Equações que governam o crescimento das ondas com limitação de duração
do vento podem ser obtidas convertendo duração em uma pista equivalente através da
seguinte equação, fornecida em U.S. ARMY (2001):
Equação 12
49
Onde, t é a duração do vento. Xd é a pista considerando não haver limitações
espaciais para a pista, sendo esta limitada apenas pela duração do vento.
Uma terceira situação, que pode ser tratada por métodos simplificados é a de
mar completamente desenvolvido. As fórmulas (12) e (13), apresentadas a seguir,
podem ser utilizadas para obter a altura significativa e o período de pico do espectro
para esta situação:
Equação 13
Equação 14
Para águas rasas U.S. ARMY (2001) sugere que as equações (9) e (10) podem
ser utilizadas, com a limitação que o período de pico não deve exceder um valor
definido pela fórmula (14), apresentada a seguir:
Equação 15
Onde, h é a profundidade local. Este limite de período de pico será considerado para o
cálculo das tensões no fundo. Uma vez que apenas as ondas de águas rasas
produzem tensões no fundo.
Considerando-se as fórmulas citadas anteriormente, a seguir é apresentado o
algoritmo que é repetido para cada ponto de cálculo.
50
51
5 RESULTADOS E DISCUSSÕES
5.1 VENTO
Através dos dados obtidos a partir da estação metereológica temos que o vento
predominante nos dias da coleta (24/02/2010 a 13/03/2010) foi o de nordeste (Figura
28), o que representa exatamente os padrões esperados para essa época do ano.
Geralmente, os períodos que vão de janeiro a junho nesta região são denominados de
períodos de enchente, onde os ventos predominantes são de nordeste com
velocidades entre 5.2 e 7.7m/s (DIÉGUES, 1972). Neste caso os ventos medidos entre
15 e 20 graus possuíram as maiores ocorrências, cerca de 30%.
Figura 28: Distribuição da freqüência de ocorrência (%) dos ventos em função ao rumo.
Analisando os dados de vento de maneira pontual (Figura 29) temos que os
instantes que representaram os maiores valores de velocidade de vento foram na
parte da tarde, a partir das 16h00min.
52
Observa-se ventos de até 5,5 m/s e nos últimos dias de coleta dos dados foi
possível notar ventos com velocidades de até 7.5m/s no começo da noite, os ventos
com velocidades entre 1 e 3 m/s são predominantes, a velocidade média do vento
atuante do terminal portuário de Vila do Conde foi de 2,8m/s, nota-se também que a
direção predominante associada as maiores velocidades foi de nordeste.
Figura 29: Analise de vento pontual. Dados de vento em dias julianos obtidos em campo através
de uma estação meteorológica instalada no local
Segundo a empresa PLANAVE, que realizou em Março de 2010 um relatório
para Companhia Docas do Pará, que visou à atualização do plano de desenvolvimento
e zoneamento do porto da Vila do Conde, a velocidade média dos ventos está situada
entre 2,0 m/s e 3,8 m/s, ocorrendo com maior intensidade nos meses de Fevereiro,
Outubro, Novembro e Dezembro. Podendo afirmar ainda que, o regime de ventos
observado na região é o N/NE.
No entanto, estes ventos ocorrem de forma esporádica, não se constituindo,
portanto, um agente prejudicial à movimentação de navios e cargas no Porto. Na
tabela a seguir são apresentadas as médias das velocidades e a direção
predominante para cada mês do ano durante os períodos de 1987 a 1996.
Observa-se através da Tabela 2 uma consistência em relação às médias
anuais para os meses da coleta dos dados. Os dados medidos em fevereiro e março
53
de 2010 foram de 3,0m/s e 2,8m/s respectivamente tendo total coerência com as
médias apresentadas de 1987 a 1996.
Tabela 2: Médias da velocidade do vento apresentadas para os anos de 1987 a 1996 para Belém-PA. Fonte: INMET
Mês Direção Velocidade (m/s)
Janeiro N 3,2 Fevereiro N/NE 3,4
Março NE 2,8 Abril E/NE 2,6 Maio E/NE 2,2
Junho E/SE 2,0 Julho SE/E 2,1
Agosto SE/E 2,9 Setembro E 2,4 Outubro E/NE 3,2
Novembro N/NE 3,8 Dezembro N/NE 3,5
Em estuários, lagoas e lagos a direção que o vento atua é muito importante,
pois define o tamanho da pista (fetch) para a geração de ondas.
Uma pequena variação no ângulo do vento pode originar diferenças
significativas no comprimento da pista. Nestas zonas não existe uma direção
predominante para o Fetch, (BRITO 2005)
Já para zonas em que o Fetch não é restringido (zonas de mar aberto, por
exemplo, existe tamanho de pista dominante e pequenas mudanças na direção do
vento não alteram significativamente o comprimento do mesmo ou a direção da onda
gerada.
5.2 BATIMETRIA
Em relação à batimetria dessa área nota-se tamanha imprecisão nos dados,
com alguns pontos inconsistentes, visto que a ultima atualização, realizada pela
Marinha do Brasil, aconteceu em 2002, (Figura 31).
A implementação do Porto de Vila do Conde foi feita em um canal natural do rio
Pará, onde a profundidade média desse estuário é de 12,1 metros, esse trecho é
denominado de baia de Marajó, onde se constata a existência de uma singularidade
54
geológica, caracterizada por uma “ponta” em um fragmento relativamente retilínio e
monótono das margens do rio, que propicia a ocorrência das águas relativamente
profundas próximas ás margens do rio.
Um dos grandes problemas nessa área em relação à batimetria se dá devido
às freqüentes variações de profundidade e mudanças de posição dos bancos, assim
como as alterações das suas margens por erosão. Ocorrem casos de bancos que há
poucos anos estavam sujeitos a cobertura e descobrimento nas marés, que foram
transformados em ilhas; altos fundos, que logo quando afloram, ficam cobertos por
vegetação, formando novas ilhas em curto espaço de tempo.
Pode-se observar que na desembocadura a profundidade é menor, o que
dificulta a entrada dos navios, mais precisamente na área do porto de Vila do Conde a
profundidade média é entorno de 12 metros e a frente do porto tem profundidades
chegando a mais de 30 metros, (Figura 30).
Figura 30: Esquema da entrada dos navios ao porto de Belém e Vila do Conde.
A figura 31 representa a batimetria digitalizada a partir das cartas náuticas da
Diretoria de Hidrografia e Navegação e que serviram de entrada para o modelo.
55
5.3 ALTURA DE ONDA E PERÍODO DE PICO MEDIDOS
São apresentados a seguir os dados medidos de altura máxima - Hmáx,
referente à maior altura de onda individual em um registro, e Tp referente ao período
correspondente à freqüência com maior densidade espectral também no registro.
(Figura 32 32 e Figura 33).
É importante ressaltar que os registros estão divididos por hora, portanto a
cada hora se tem um valor Hmáx e Tp, sendo que a primeira hora começa no dia
26/02/2010 e termina no dia 12/03/2010.
Figura 31: Batimetria da área de estudo.
56
Figura 32: Evolução das alturas máximas de ondas registradas em campo.
Figura 33: Evolução do período de pico registro em campo.
Nota-se que os valores de Tp e Hmáx medidos variam de 2,5s a 5,30s e 0,1m
a 1.5m respectivamente. A maior altura medida (Hmáx) foi de 1,5m no décimo
segundo dia, com vento de intensidade igual a 6,2 m/s. Como já imaginado os maiores
valores de altura de onda estão relacionados aos ventos de maiores intensidade
(Figura 34).
57
Figura 34: Evolução da intensidade de vento medida em campo.
Para melhor visualização da relação intensidade de vento e onda foram
multiplicados os valores de altura significativa (Hmo) de onda medida em campo por
um fator de multiplicação 10, somente para visualização, uma vez que, como os
tamanhos de ondas são bem menores que os de intensidade de vento.Portanto fica
melhor observar o efeito proporcional vento-onda com escala maior para ondas
(Figura 35 e Figura 36).
Figura 35: Evolução da altura significativa (Hmo).
58
Figura 36: Comparação entre a evolução da altura significativa (hmo) multiplicada por um fator de
multiplicação igual a 10 e intensidade de vento.
As alturas significativas das ondas medidas variam entre 0,08 e 1,15 metros,
com média de 0,34 metros, moda de 0,21 metros e cerca de 30% delas ocorrendo
entre 0,2 e 0,3 metros (Figura 37).
Os períodos de pico se distribuem entre 2,42 e 5,32 segundos, com moda de
3,1 segundos e média de 3,67 segundos. Em 69% dos casos, o período de pico variou
de 3 a 4 segundos (Figura 38).
Figura 37: Freqüência de ocorrência de altura significativa (Hmo).
59
Figura 38: Frequência de ocorrência de período de pico (Tp).
A Figura 39 representa a evolução espectral ao longo do tempo, demonstrando
assim as características do campo de ondas no local da coleta. De acordo com a
análise espectral observam-se menores freqüências (0,2 – 0,3 Hz) relacionadas aos
maiores valores de energia espectral (>0,03 m2/Hz). Nota-se também que nos últimos
dias de aquisição de dados a energia foi ainda maior (>0,06 m2/Hz).
Figura 39: Evolução espectral ao longo do tempo.
60
A Figura 40 evidencia a relação de energia de onda com os dados de vento.
Para essa comparação foi feita uma média da intensidade do vento por hora, nota-se
que quando os ventos sopram com maior intensidade a energia das ondas aumentam,
conseqüentemente nestes instantes ocorrem ondas de maior altura. Nos últimos dias
de coletas observaram-se ventos mais fortes, e ondas chegando a 1.5 metros de
altura e período variando de 3,5 a 5,5 segundos.
Figura 40: Representação da evolução espectral ao longo do tempo comparado com as médias
das intensidades de vento a cada hora.
5.4 ALTURA DE ONDA E PERÍODO DE PICO MODELADOS
Os dados modelados são apresentados a seguir. Tais foram modelados com
duração de vento de 4 horas e velocidade e direção variáveis. Os dados para a
modelagem de geração de ondas podem ser fornecidos de duas maneiras:
permanentes ou variáveis, para o fornecimento de ventos variáveis dependerá da
disponibilidade de medições, que em geral são efetuadas pontualmente.
Neste caso, como já citado anteriormente, foram feitas medições de vento
através da estação meteorológica. Os ventos medidos durante a campanha foram
predominantemente de Norte-Nordeste, com velocidade média de 2,8 m/s. Vale
ressaltar que para a época da coleta são ventos típicos, enfim, para ventos de Norte-
Nordeste a pista local varia de 5,07 km a 18,79 km, sendo tamanho médio da pista de
11,9 Km. Os intervalos de saída dos dados foram de hora em hora. (Figura 41)
È notória a significância em relação ao tamanho deste estuário se comparado,
por exemplo, com o estuário do rio Itajaí-açu, situado em Itajaí, Santa Catarina, onde
segundo SCHETTINI (2001) a ação direta de ondas de gravidade no local não
61
desempenha um papel importante devido à retificação da barra do estuario e seu
aspecto sinuoso, não havendo assim pista para a formação de ondas de altura
suficiente para desempenhar um papel importante na dinâmica sedimentar na bacia
estuarina. Já o estuário do rio Pará chegando a ter 18,79 km de pista neste caso,
dependendo da direção do vento, as ondas ali geradas, além da maré, é de total
relevância para a dinâmica local.
Figura 41: Evolução do tamanho da pista.
Facilmente se observa na Figura 42 uma diferença significativa nos valores de
altura de onda modelados e medidos, o modelo consegue obter alturas até 0,37m
enquanto que em campo obtivemos altura significativa de até 1,2m, essa discrepância
pode ocorrer principalmente porque o modelo de geração de onda calcula o algoritmo
para pista limitada, devido a esse fator o modelo possui uma limitação na hora de
gerar altura de onda, pois, o calculo para altura de onda depende e é diretamente
proporcional ao tamanho da pista, como foi apresentado na equação 10 para mar em
desenvolvimento.
Figura 42: Evolução da altura significativa (Hmo) para dados medidos e modelados
62
A tabela a seguir representa a comparação de dados obtidos pelo modelo
SisBaHiA com os dados obtidos pelo levantamento em campo.
Tabela 3: Comparação entre os dados Hmo medidos em campo e os dados modelados.
Data Velocidade
(m/s) Direção (graus)
Hmo (m) (medido)
Hmo (m) (modelado)
26/02/2010 2,32 18,16 0,28 0,12
04/03/2010 2,61 20,15 0,24 0,13
09/03/2010 28 21,51 0,34 0,14
Com esses resultados verifica-se que a altura de onda modelada é quase a
metade das ondas medidas em campo. Outro fato interessante é notado na Figura 43,
onde se observa que o estuário do rio Pará rapidamente se torna um ambiente
chamado de mar desenvolvido e esse estágio de mar é atingido quando toda energia
do vento e transferida para a superfície da água e dissipada pela arrebentação das
ondas. Portanto acreditasse que o modelo de mar desenvolvido seria o mais indicado
para este local.
Outro fator que pode ser levado em conta é o fato que a batimetria deste local
não é altamente confiável, perto do ponto especifico de coleta temos profundidades
variando de 2 m até 30m de profundidade, aumentando a profundidade, aumenta a
velocidade da onda e conseqüentemente diminui seu tamanho.
De acordo com FISCHER (2005) um dos fatores mais importantes para a
previsão de ondas é a profundidade que acaba limitando o processo de crescimento
de onda por algumas razões. Primeiramente,ela faz diminuir a declividade limite da
onda e, portanto, a altura para determinado período.Ela também influência na
dissipação de energia da onda, pois em pequenas profundidades, além dos
fenômenos de rebentação parcial, turbulência e atrito interno, somam-se os efeitos do
atrito e da percolação no fundo.
Segundo CANDELLA (1997), um dos principais problemas nos modelos de
segunda geração, modelo no qual o SisBaHiA se enquadra, surge na interação de
vagas e marulhos, as vagas são ondas de cristas curtas, devido à propagação da
onda em vários rumos, e são compostas por ondas mais esbeltas com período e
comprimento de onda mais curtos, dessa forma a superfície da água é muito mais
63
perturbada pela ação do vento, e os marulhos são as ondas observadas quando o
vento cessa ou as ondas avançam para uma região sem vento, a distancia entre as
cristas são maiores, a fonte de energia torna-se pequena com o enfraquecimento do
vento e as ondas curtas desaparecem primeiro, deixando somente as maiores.
Figura 43: Cenário obtido na modelagem de geração de ondas, os valores apresentados são de altura significativa (Hmo).
Sendo assim, quando há diminuição na intensidade do vento ou alteração
brusca de sua direção o modelo de segunda geração não consegue expressar essas
mudanças, que no caso seria a transformação de vagas em marulhos ou no caso
oposto, quando o marulho atinge uma região com intensidade de vento
suficientemente alta tornando-se vagas abruptamente.
Os modelos de segunda geração residem na dificuldade de representação de
mares complexos gerados por rápidas alterações do vento (WAMDI, 1988); essa
poderia também ser uma razão aceitável para explicar a incoerência dos dados
modelados com os dados medidos.
Outro fator que pode ser levado em consideração segundo PINHO (2003) é a
relação entre vento medido e o vento efetivo calculado pelo modelo, um erro de
calculo pode comprometer toda a modelagem e como conseqüência a geração de
64
dados não condizentes com a realidade. Analisando a correlação entre o vento efetivo
e o vento medido, temos que o vento calculado pelo modelo possui total coerência
com o medido, obtendo o coeficiente de correlação (r²) de 0,99. Dessa maneira, pode-
se afirmar que o fato das ondas modeladas não possuírem alturas compatíveis com as
alturas medidas, não há relação com a intensidade de vento efetivo calculado. (Figura
44).
Figura 44: Correlação entre os dados de vento medidos em campo e calculados pelo o modelo.
Os estudos de Nordstron et al.(1996) feitos em dois estuários, Great South Bay
em Nova Iorque e Delaware Bay em New Jersey, nos Estados Unidos, levaram às
conclusões de que as alturas de ondas geradas por ventos locais dependem
principalmente das condições do vento (velocidade, direção e duração) e das
dimensões da bacia (largura, comprimento e profundidade).
Great South Bay é uma lagoa protegida por uma barreira costeira, tendo uma
profundidade menor do que 5 m e a distância da pista de vento é menor do que 12 km.
Já Delaware Bay é um estuário em forma de funil com profundidade em torno
de 12m e a distância da pista para geração de ondas é de aproximadamente 48 Km.
Em seus estudos,verificou-se que ventos com baixa intensidade (< 6,0 m/s)
geram ondas com altura significativa menor que 0,15 m em ambos os estuários. O
incremento da velocidade do vento não traz efeitos significativos nas alturas de onda,
em Great South Bay devido à curta distância do fetch e pela pequena profundidade. Já
em Delaware Bay um aumento da intensidade do vento traz um efeito bastante
significativo na altura de onda, passando a 0,52 m, com velocidade de vento de 12
m/s.
65
Figura 45: Relação entre altura de onda e velocidade do vento nos estuarios de Great
South Bay e Delaware Bay.
Assim como mostra os estudos de Nordstron et al.(1996),é preciso se ter uma
pista grande, com intensidade de vento alta ( > 6m/s) para formação de ondas com
alturas maiores, levando em consideração esse estudo, acredita-se que as ondas
medidas em campo com alturas entre 0,6 e 1,5 poderiam ser formadas através do
empilhamento da água.
Porém isso acontece quando as condições climáticas mudam, normalmente
durante as tempestades, ventos fortes acumulam água contra a costa e criam o
empilhamento das ondas, gerando certa elevação do nível do mar. Áreas costeiras
planas são particularmente suscetíveis a tais inundações, especialmente se esta
coincide com uma maré alta de sizígia, que no caso coincidiu, quando o aumento do
nível do mar se dará entre 2 a 10 metros acima do normal.
Observando a Figura 46 e 47 temos que quando há mudança do vento para os
ângulos de 15 a 20 graus é proporcionado um aumento na pista e conseqüentemente
na altura de onda, porém a mudança de direção não é considerada brusca e nem há
um aumento da velocidade de vento considerável para causar o empilhamento da
água.
66
Figura 46: Evolução da direção de vento durante os dias de coleta.
Figura 47: Evolução da Pista (Km), Altura significativa (Hmo) possuindo um fator de multiplicação
igual a 20 e intensidade do vento (m/s) tendo fator de multiplicação igual a 10. Os fatores de multiplicação aplicados para Hmo e Intensidade de vento tem proposito apenas visual,
proporcionando a melhor visualização dos parâmetros analisados
Outra teoria sobre as maiores alturas de ondas medidas em campo seria que
ou elas são formadas dentro do estuário, desconsiderando assim o tamanho da pista
para a geração da onda e considerando este estuário ao invés de mar em
desenvolvimento um mar desenvolvido, ou essas ondas se propagam estuário adentro
chegando ao local de medição com altura máxima de até 1,5m.
No entanto, segundo a PLANAVE (2010) o porto de Vila do Conde está
protegido das ondas geradas em alto mar, devido à sua localização, sofrendo apenas
67
com as ondas formadas na superfície do rio, geradas por ventos na região. A altura
máxima provável das ondas é de 0,84 m de amplitude com período de 3,5 s.
Assim sendo, alguns testes foram realizados para analisar a coerência dos
dados modelados, esses testes consistia em criar em ambiente excel planilhas onde
eram comparadas as formulações do SisBaHiA, juntamente com as proposta pelo U.S
ARMY CORPS OF ENGINEERS(1987) no manual de proteção costeira (anexo 1 ) e
os dados medidos, foram calculados dados para pista limitada e mar desenvolvido. ale
ressaltar que essa tabela foi criada somente para servir como uma forma de validar a
formulação do SisBaHiA, pois foi encontrado algumas diferenças na formulação do
SisBaHiA em relação a formulação apresentada pelo U.S.ARMY (1987).
Os resultados para pista limitada são apresentados na Figura 48, observa-se
que há uma discrepância entre os dados modelados e calculados (formulação
U.S.ARMY (1987)) em relação aos dados medidos, porém, como o SisBaHiA é um
modelo que determina se a geração de onda é limitada pela pista ou pela duração do
vento seus dados são bem coerentes com a formulação proposta pelo U.S.ARMY
(1987), comprovando que o modelo calcula de uma maneira correta os dados para
pista limitada, apresentando uma correlação linear alta com os dados calculados
(formulação U.S.ARMY) e muito baixa com os dados medidos.
Figura 48: Comparação dos resultados de altura de onda (Hmo) medidos em campo (Hmo medido) com os dados calculados pela formulação apresentada pelo U.S.Army (Hmo pista limitada) e
SisBaHia (Hmo SisBaHiA) para mar em desenvolvido.
68
Figura 49: Correlação entre os valores de Hmo modelado (SisBaHia ) e Hmo calculado (U.S.ARMY - pista limitada).
Figura 50: Correlação entre os valores de Hmo medidos em campo e Hmo calculado (U.S.ARMY -
pista limitada).
Foi realizado também um teste com os dados medidos e o tamanho de pista
calculada pelo SisBaHiA proporcional a cada direção de vento, com o objetivo de
saber se o tamanho da pista que o modelo calculava seria capaz de gerar ondas com
as alturas medidas em campo. E o resultado dessa comparação foi que o modelo não
conseguiria gerar ondas de até 1m ou mais como visto em campo com os tamanhos
de pista calculados pelo SisBaHiA. A correlação desses dados foi muito baixa e é
apresentada na Figura 51.
69
Figura 51: Correlação entre o tamanho da pista gerada pelo SisBaHiA e altura de onda (Hmo)
medida em campo.
Outro teste foi realizado, porém desta vez os dados calculados foram baseados
nas fórmulas do U.S. Army e também nas fórmulas disponibilizadas no manual do
SiSBaHiA para mar desenvolvido.O objetivo desta vez era tentar visualizar o efeito da
formulação de mar desenvolvido em relação aos dados medidos, o resultado esperado
seria então alturas de ondas parecidas com as medidas em campo. Existem duas
formulações, uma para modelo em desenvolvimento, que seriam aqueles limitados
pela a pista ou duração de vento, portanto estamos tratando de mares que não
poderiam atingir o desenvolvimento total devido a essas limitações, e a outra para mar
desenvolvido.
Como o primeiro teste foi feito para mar em desenvolvimento com limitação de
pista e obtivemos um resultado positivo em relação à formulação utilizada pelo o
SisBaHia e U.S.Army, descartando assim a possibilidade de erro na formulação, esse
teste seria então para tentar observar uma relação coerente entre os dados medidos e
os dados calculados para mar desenvolvido. Dessa forma foi criada outra tabela em
ambiente excel e calculados os dados para mar desenvolvido. Os dados foram
calculados de duas maneiras, a primeira foi pela formulação disponibilizada pelo
U.S.ARMY e a outra pela formulação apresentada pelo manual do SiSBaHiA. Pela
Figura 53 e 54 observa-se que rapidamente tanto as ondas quanto os períodos
atingem o estágio de mar desenvolvido, neste caso, o ideal como resultado para este
teste seria obter altura de onda igual à medida em campo, comprovando assim uma
limitação do modelo
Contudo, nota-se que os dados medidos estão defasados em relação aos
dados calculados pelo U.S.ARMY e modelados pelo o SiSBaHiA. Em relação aos
dados modelados e calculados (formulação disponibilizada pelo SiSBaHiA e
70
U.S.ARMY) a coerência existente entre eles é alta o que nos prova que o modelo só
não é eficaz devido sua limitação em relação a pista.
Figura 52: Comparação dos resultados de alturas de ondas medidas em campo (Hmo medido) com
os dados calculados pela formulação apresentada pelo U.S. Army e SisBaHia para mar desenvolvido.
Figura 53: Correlação entre os dados calculados para altura de onda (Hmo) SisbaHia e U.S.ARMY.
O período de pico (Tp) também foi analisado. Contudo, houve certa
discrepância entre os dados modelados. Foram obtidos períodos altos (8,3 s),
incompatíveis com o tamanho de pista ali existente e não houve registros de eventos
que possam ter caracterizado períodos longos (Figura 54). A tabela a seguir,
representa a comparação de dados obtidos pelo modelo SisBaHia, com os dados
obtidos pelo levantamento em campo
Tabela 4: Comparação entre os dados de Tp medidos em campo e modelados.
Data Velocidade (m/s)
Direção (graus)
Tp(s) (medido) Tp (s) (modelado)
26/02/2010 2,32 18,16 3,95 5,69
04/03/2010 2,61 20,15 3,81 6,10
09/03/2010 2,8 21,51 3,91 6,37
71
De acordo com VIOLANTE DE CARVALHO (1998), períodos entre 13-20 s
correspondem a ondulações geradas em latitude mais altas, que caracterizam
ondulações de swell. Estes períodos existem enquanto a pista de geração se mantém
elevada. O mesmo pode ser dito para a faixa de períodos entre 9 – 12 s, porém com
pistas menores.Os períodos intermediários de 5 -9 s pode ser gerados com um mar
local com vento forte. Finalmente, os menores períodos da faixa entre 3 -4 s estão
sempre associados a ventos locais que caracterizam ondulações de sea.
Segundo CANDELLA (1997) as observações de longos períodos de ondas
relacionadas com ondas de alturas bastante pequenas podem estar relacionadas com
a subestimativa da intensidade do vento, o que não é o nosso caso, e pode ser
agravado pela utilização da interpolação dos dados espacial e temporalmente.
A formulação apresentada pelo SisBaHia na referência técnica difere da
formulação apresentada pelo U.S.ARMY para pista limitada, através dos cálculos
realizados percebeu-se a incoerência dos resultados, deste modo a discrepância dos
Figura 54: Cenário obtido na modelagem de geração de ondas, os valores apresentados são de altura significativa (Hmo).
72
dados apresentados pela modelagem podem estar relacionados com um possível erro
na formulação.
Todavia, a formulação apresentada pelo SisBaHiA para mar desenvolvido
oferece resultados condizentes com a realidade para altura de ondas, porém talvez
por causa da atuação do vento ocorra a defasagem observada, em relação ao período
não se sabe ao certo o que pode ter influenciado no fato dos dados modelados,
calculados e o medidos não possuírem coerência (Figura 55).
O período de pico calculado para pista limitada com a formulação do
U.S.ARMY (1987) possui um padrão similar ao período de pico modelado, porém,
ambos diferem do período de pico modelado. Nota-se novamente uma correlação alta
(r²=0,9) entre os dados modelados e calculados, e baixa para os dados medidos
(Figura 55 e 56).
Figura 55: Comparação dos resultados de período de pico (Tp) medidos em campo (Tp medido)
com os dados calculados pela formulação apresentada pelo U.S.Army ( Tp pista limitada) e SisBaHia (Tp SisBaHiA) para mar em desenvolvido.
Figura 56: Correlação entre os dados calculados para período de pico através da formulação do
U.S.ARMY (Tp pista limitada) e modelados pelo SisbaHia ( Tp SisBaHiA).
73
Figura 57: Correlação entre os dados calculados para período de pico através da formulação do
U.S.ARMY (Tp pista limitada) e Tp medido em campo para mar em desenvolvimento.
Os resultados de período de pico (TP) para a formulação de mar desenvolvido
são apresentados na Figura 58. Mais uma vez observa-se uma relação positiva entre
os dados modelados e os dados calculados através das fórmulas propostas pelo
U.S.ARMY (1987) e isso acontece pelo fato que esses dados seguem um padrão.
Contudo nota-se que os dados modelados possuem valores para Tp bem mais
elevado do que os dados medidos e calculados (Figura 59 e 60).
Figura 58: Comparação dos resultados de período de pico medidos em campo (Tp medido) com os dados calculados pela formulação apresentada pelo U.S.Army e SisBaHia para mar desenvolvido.
74
Figura 59: Correlação entre os dados calculados para período de pico (Tp) SisbaHia (Tp SisBaHiA)
e U.S.ARMY(Tp mar desenvolvido).
Figura 60: Correlação entre os dados calculados para período de pico através da formulação do
U.S.ARMY (Tp mar desenvolvido) e os dados medidos.
75
6 CONCLUSÃO
O vento predominante nos dias de coleta foi o esperado para a época do ano
N-NE, sendo que as maiores ocorrências foram de ventos com intensidades de 1 a
3m/s, abaixo dos valores esperados para os meses de Fevereiro e Março, porém
condizentes com a média apresentada pelo INMET para os anos de 1987 a 1996 que
foi de 2,8m/s.
Os dados de altura de ondas e períodos de picos coletados variaram entre 0,08
e 1,15 metros e 2,42 e 5,32 segundos respectivamente, sendo que 30% das alturas de
ondas ocorreram entre 0,2 e 0,3 metros e 69% dos períodos de pico variaram entre 3
e 4 segundos.
Em relação à evolução espectral ao longo do tempo para demonstrar as
características do campo de ondas no local de coleta obtivemos maiores valores de
energia espectral relacionado aos maiores períodos e por conseqüência a menores
freqüências, foi notado que as maiores intensidade de vento estão relacionadas as
maiores energia de ondas, logo,com as maiores alturas de onda também.
Para a modelagem de geração de ondas alguns fatores como tamanho da
pista, duração do vento e intensidade do mesmo é de total importância. No caso do
terminal portuário de Vila do Conde, a modelagem de geração de ondas pelo
SisBaHiA não foi eficiente. Tendo como principal problema o fato do modelo ser
limitado pela pista, o que afetou diretamente no crescimento das ondas modeladas, a
maior pista calculada pelo modelo foi de 18,79km com vento atuante de 6,28m/s
gerando ondas de 0,41m, porém o valor medido foi praticamente o dobro 0,83m na
mesma hora.
Dessa forma constatou-se que a formulação utilizada pelo SisBaHiA para mar
em desenvolvimento mantém o mesmo padrão dos dados medidos, as ondas
possuem um mesmo instante de pico em relação a altura e período de pico, porém
com valores diferentes, praticamente a metade do valor medido em relação a onda e
quase o dobro do valor medido para período de pico.
Modelos para mar desenvolvido seriam de melhor aplicabilidade, porém, com a
formulação utilizada neste trabalho foi observada uma defasagem de 10h entre os
dados modelados e medidos. Em relação ao vento efetivo não foi encontrado nenhum
76
problema em relação ao seu cálculo, vale ressaltar que um erro em seu calculo pode
comprometer toda a modelagem.
77
7 REFERÊNCIAS:
AB’SÁBER, A. N. Paisagens de exceção: O litoral e o pantanal matogrossence:
Patrimônios básicos. São Paulo: Ateliê editorial. 2006.
ALLEN,J.R.L.The severn estuary in Southwest Britain:its retreat under marine
transgression and fine sediment regime.Sedimentary geology,v.66, p. 13-28. 1990.
ALMEIDA,A.B.de;EIGER,S.;ROSMAN,P.C.C..Métodos numéricos em recursos
hídricos.Rio de Janeiro:Associação Brasileira de Recursos hídricos .Vol.3,p.235,1999
ALVES, J.H.G.M. Refração do Espectro de Ondas Oceânica em Águas Rasas:
Aplicações à Região Costeira de São Francisco do Sul, SC. Florianópolis, 1996. Tese
(Mestrado em Ciências em Engenharia Ambiental) – Universidade Federal de
Santa Catarina.
ALVEZ,M. A. M. S. Morfodinâmica e Sedimentologia da Praia de Ajuruteua -NE
do Pará. Dissertação (Mestrado)- Universidade Federal do Pará, Centro de
Geociências, Belém, 2001.
AMARAL, K.J. Estuário do rio Macaé: modelagem computacional como
ferramenta para gerenciamento integrado de recursos hídricos. 2003. 160 f.
Dissertação (Mestrado em ciências em Engenharia Civil)- Universidade Federal do Rio
de Janeiro,COPPE, Rio de Janeiro,2003.
BRITO,D. A.C., Integração de detecção remota, dados in-situ e modelos
numéricos no estudo do transporte de sedimentos coesivos no estuário do
Tejo.Trabalho de conclusão de curso.Instituto superior técnico, 2005.
CAMERON, W.M. & PRITCHARD, D.W. 1963 Estuaries. In: HILL, M.N. (Ed.) The sea.
New York, Wiley Interscience, pp. 306-32.
CAMPOS, E. J. D. Estudos da circulação oceânica do Atlântico tropical e na
região oeste do Atlântico subtropical sul. Tese de Livre- Docência- Instituto
Oceagráfico, Universidade de São Paulo.1995.
CANDELLA, R.N. Estudo de Casos de Ondas no Atlântico Sul Através de
Modelagem Numérica. Rio de Janeiro, 1997. 93 f. Tese (Mestrado em Engenharia
Oceânica) – COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro.
78
CORRÊA, I. C. S. Aplicação do diagrama de Pejrup na interpretação e da
dinâmica do estuário da baía de Marajó-PA.Pesquisas em Geociências, v. 32, n.2,
p. 109-118. 2005.
CORRÊA, P. R. S.;PERES,R.N & VIEIRA,L. S. 1974. Levantamento Exploratório de
Solos da Folha AS.22 Belém. In: Brasil Fundação Instituto Brasileiro de Geografia e
Estatística. Folha AS.22 Belém. IBGE, Rio de Janeiro. p. 1-153. (Projeto
RADAMBRASIL- Levantamento de Recursos Naturais, v.5).
CARRETEIRO, R. P. A navegação na Amazônia. Belém: Editora Calderaro Ltda, 408
p., 1987.
COSTA, M. A. F. G. Desenvolvido pelo Ministério dos transportes. CDP. 2008.
Disponível em: http://WWW.cdp.com.brhistoricoviladoconde.aspx. Acesso 15/04/2011.
CRUZ, L.M.M. da. Estudo comparativo de variações espaciais e temporais nas
“Forçantes Meteorológicas” em um modelo de ondas de terceira geração no
oceano Atlântico Sul. Rio de Janeiro, 2004. 66 f. Tese (Mestrado em Ciências em
Engenharia Civil) – COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro.
CUNHA, E. M.S. Considerações gerais sobre a Zona Costeira (Cap.3). p. 126-153.
2005. Disponível em: http://www.tdx.cesca.es/tesis_ub/available/tdx-
042210533010/3.consider_gerais_zona_costeira.
DALRYMPLE, R.W.;ZAITLIN,B.A.; BOYD,R. Estuarine facies models:Conceptual
basis and stratigraphic implications.Journal of Sedimenary Petrology,v.62-
n.6,p.1130-1146.1992.
DAVIES, J.L., A morphogenic approach to world shorelines. Zeitschrift für
Geomorphology. Mortensen Sonderheft, v.8. p. 127-142.1964.
DEAN, R.G. & DALRYMPLE, R.A. Water Wave Mechanics for Engineers and
Scientists. Advanced Series on Ocean Engineering, Vol. 2. 1991.
DEPARTAMENTO DE HIDROGRAFIA E NAVEGAÇÃO (DHN). Tábuas de Maré
(Pará). Costa do Brasil e alguns portos estrangeiros. Rio de Janeiro,DHN,1994.
DIÉGUES, F. M. F. Introdução à oceanografia do estuário amazônico. In:
CONGRESSO BRASILEIRO GEOLOGIA, 36, 1972, Belém.Anais...Belém-PA:SBG,
1972. V.2, p.301-317.
DIONNE, J.C. 1963 Towards a more adequate definition of the St. Lawrence estuary.
Zeitschr. f. Geomorph., 7(1):36-44.
DYER,K. R. Estuaries: a physical introduction.2ed.Chichester:Wiley,1997.195p.
79
FAIRBRIDGE, R. W., The estuary: its definition and geodynamic cycle. In:
OLAUSSON,E., AND CATO,I. (EDS), Chemistry and biogeochemistry of estuaries
p. 1-36 1980.
FUCHS,D. M. R., 2D spectral modeling of wind-waves on inland lakes. Dissertaão
de mestrado – Universidade de Manitoba.Winnipeg, Manitoba. P. 150, 1999.
GALLO,M. N. A influência da vazão fluvial sobre a propagação da maré no
estuário do rio Amazonas. 2004. 99f. Dissertação (Mestrado em Ciências em
Engenharia Oceânica)- Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE, Rio de
Janeiro, 2004.
GARRISON,T. Oceanograph: An Invitation to Marine Science.3º ed. USA:
Wadsworth publishing company, 552p., 1999.
GIOC (Grupo de Ingeniería Oceanográfica e de Costas). Documento de Referência:
Dinâmicas. Vol. 1. Universidade de Cantabria, Ministério do Meio Ambiente. 2000.
GODIN, G. The Propagation of Tides up Rivers with Special Considerations on
the Upper Saint –Lawrence River. Estuarine, coastal and Shelf Science, v.48,p.307-
324.1999.
HAYES, M. O. Morphology of sand accumulations in estuaries: In: CRONIN, L. E. (Ed.)
Estuarine research, geology and engineering. New York: Acad. Press, 1995. V.2 ,p.
research, geology and engineering. New York:Acad. Press, 1995. V.2 ,p.3- 22.1975.
HASSELMANN, K., BARNETT, T. P., BOUWS, CARLSON, H., CARTWRIGHT,D. E.,
ENKE, K.,EWING, J. A., GIENAPP, H., HASSELMANN, D. E.,KRUSEMAN, P.,
MEERBURG, A., MÜLLER, P., OLBERS, D. J.,RICHTER, K., SELL, W. & WALDEN,
H., 1973, "Measurements of Wind-Wave Growth and Swell Decay during the Joint
North Sea Wave Project(JONSWAP)", Dtsch. Hydrogr. Z., A(8)12.
HASSELMANN, K. Measurement of wind-wave growth and swell decay during the
Joint North Sea Wave Project (JONSWAP). Deutsch Hydrogr. Inst., 1973.
HOLTHUIJSEN, L.H. Waves in Oceanic and Coastal Waters. Cambridge: Cambridge
University, 2007.
IPPEN, A. P., HARLEMAN, D.R.F. Tidal dynamics in Estuaries. In: Ippen, A.P.(ed),
Estuary of Coastline hydrodynamics, chapter 10, New York, USA, Mc Graw Hill
Book.1966.
Jr., J.W.; HALL, C.A.S.; KEMP, W.M.; YAÑES-ARANCIBIA, A. (EdS.) Estuarine
ecology. New York, John Wiley and Sons, pp. 47-78.
KJERFVE, B. 1989 Estuarine geomorphology and physical oceanography. In: DAY
80
KOMEN, J. G.;CAVALERI, L.;DONELAN, M.; HASSELMAN, K.; HASSELMAN, S. &
JANSSEN, P. A. E. M., 1994, Dynamics and Modelling of Ocean Waves, London,
Cambridge Press.
KOMEN, G.J. Dynamics and modelling of ocean waves. Cambridge: Cambridge
University Press, 1994.
LATRUBESSE, E; STEVAUX, J.C. Geomorphoogy and environmental aspects of
Araguaia fluvial basin, Brazil. Zeitschrift. Geomorphologie 129, 109-127. 2002
LIMA, R. R; TOURINHO, M.M; COSTA, J. P. C. Várzeas fluvio – marinhas da
Amazôna brasileira- características e possibilidades agropcuárias. 2ª Ed. 2001.
LOS ESTUARIOS: modelo sedimentário. 2007. Disponível em: www.geocities.com.
Acessado em 20/03/2011.
MANN, K.H. & LAZIER, J.R.N. 1991 Dynamics of marine ecosystems.
Boston,Blackwell Scientific Publications, 466pp.
MARCHETTI D.DOS S.& PASTORI A..DEMENSIONAMENTO DO POTENCIAL DE
INVESTIMENTOS PARA O SETOR PORTUÁRIO.BNDES Setorial,Rio de
Janeiro,n.24,p.3-34,set.2006.
MINISTÉRIO DO MEIO AMBIENTE. Diagnóstico para avaliação e ações
prioritárias para conservação dabiodiversdade da Zona Costeira-Estuarina dos
Estados do Piauí, Maranhão, Pará e Amapá. 2006. Disponível em:
http://www.anp.gov.br/ibamaperfuração. Acessado em: 20/09/2010.
MIRANDA, L. B. de; CASTRO, B. M. de; KJERFVE, B.. Princípios de oceanografia
física de estuários. São Paulo: Editora da Universidade de São Paulo, 2002.
MONTEIRO, M. C. Estudo morfodinâmico de uma praia de macromaré no litoral
Amazônico, Ajuruteua - PA. Revista Científica da UFPA. 2006. Disponível em:
http://www.cultura.ufpa.br/rcientifica/cabecalho.php?conteudo=4.14. Acessado em:
14/03/2011.
NORDSTRON, K. F., ROMAN, C. Estuarine shores: Evolution, Environments and
Human Alterations. New York : Jonh Wiley & Sons Ltd,1996,484 p.
PAES-LEME, R.B; VIOLANTE-CARVALHO N;ACCETTA DOMENICO& MEIRELLES.
Modelagem física e computacional de ondas geradas pelo vento em um terminal
Portuário: O desempenho do modelo Swan 40.51 em uma Região com elevada
reflexão e difração.Revista Brasileira de Geofísica 26(1):45-59, 2008.
81
PEREIRA, J. Contribuição ao estudo do clima de ondas do litoral sul de Arraial
do Cabo, Rio de Janeiro. Trabalho de conclusão de curso. UNIVALI, 2000.
PHILLIPS, O. M. The dynamics of upper ocean. 2. ed. Cambridge University Press,
v. 1. 1977.
PLANAVE, S. A. Estudo de Impacto Ambiental para a Implantação do terminal
Portuário Graneleiro de Barcarena- Pará. 2005.
PIERSON,W. J.; MOSKOWITZ, L. A proposed spectral form for fully developed wind
seas based on the similarity form of Kitaigorodskii. Journal of Geophysical Research,
Washinton, v. 69, p. 5181–5190, 1964.
PINHEIRO, R.V.L. Estudo hidrodinâmico e sedimentológico do esuário do
Guajará. 1987. 152f. Dissertação (Mestrado)- Centro de Geociências, Universidade.
Federal do Pará, Belém. 1987.
PINHO,U.FERREIRA de.Caracterização dos estados de mar na bacia de
campos.Dissertacao de mestrado-Programa de Pós-graduaçao em engenharia
oceânica. Universidade federal do Rio de Janeiro,Rio de Janeiro.p.122,2003.
PINTO,N.L.S; HOLTZ,A. C. T;MARTINS J.A.; GOMIDE,F.S. Hidrologia básica. [S.I.]:
Ed. Edgard Blucher Ltda., 1976.278 p.
PIUMBINI,P.P..Estudo da refração de ondas de gravidade na Baía do Espírito
Santo.Dissertação da tese de Graduação em Oceanografia.Universidade federal do
espírito Santo,Espírito SAnto.p.85, 2006.
RIS,R. C. Spectral Modeling of Wind Waves in Coastal Areas, Communications
on Hydraulic and Geotechnical Engineering. TU Delft, report no. 97-4, 1997.
RIS, R. C.; BOOIJ,N; HOLTHUIJSEN, L. H.; PADILLA-HEMANDEZ L.; HAAGSMA, U.
G. User manual – Simulation of Waves in the Nearshore Zone. Delft University of
Technology, Netherlands, 1997.
ROSMAN, P. C. C. Referência Técnica do SisBAHIA – Sistema Base de
Hidrodinâmica Ambiental. Programa COOPE: Engenharia Oceânica, área de
Engenharia Costeira e Oceanográfica, Rio de Janeiro, Brasil, 2000. ÚLTIMA REVISÃO
10/06/08.
ROSMAN, P. C. C. Documentação sobre módulo de Análise & Previsão de Maré.2007.
Referência técnica do SisBaHiA, Rio de Janeiro: Instituto Alberto Luiz Coimbra de
Pós-graduação e Pesquisa de Engenharia.
82
ROSMAN, P. C. C. Subsídios para modelagem de sistemas estuarinos. In: ROSMAN,
P. C. C. et al. Métodos numéricos em recursos hídricos 3. Rio de Janeiro,RJ:
Associação Brasileira de Recursos Hídricos, 1997. v. 3, cap.3, 100p , 1997.
ROSMAN, P. C.C. et al. Métodos numéricos em recursos hídricos. Rio de
janeiro:Associação Brasileira de Recursos Hídricos/Fundação COPPRTEC,2001.
SCHETTINI, C.A.F.. Dinâmica de sedimentos finos no estuário do rio Itajaí-Açu-
SC. Porto Alegre. 92p. Tese de Doutorado, Programa de Pós-Graduação em
Geociências,Instituto de Geociências-UFRGS 2001.
SCHETTINI, C. A. F. River high discharge events and near bottom cohesive sediment
transport in the Itajaí-açu estuary, southern Brazil. In: Estuarine Conference on
Nearshore an Estuarine Cohesive Sediment Transport Processes. 6, Delft, The
Netherlands, Abstracts, Delft Hydraulics, p.19, 2000.
SEPOF. Relatório de Estatística municipal: Barcarena. Secretária especial de
Estado de Gestão e da secretaria Executiva de Estado Planejamento Orçamento e
Finanças. Governo do Pará. P. 40. 2005.
SILVA, C. A. Análise morfoestratigráfica do estuário do Rio Marapanim- NE do
Estado do Pará. 1998. 133f. Dissertação (Mestrado)-Centro de Geociências,
Universidade Federal do Pará, Belém, 1998.
SILVA JÚNIOR, O. G. do.Morfostratigrafia da Planície Costeira do município de
São João de Pirabas (Porção NW)-NE do Estado do Pará.1998. 89f Dissertação
(Mestrado). Centro de Geociências, Universidade Federal do Pará, Belém, 1998.
SOUZA,R.R. Modelagem numérica da circulação de correntes de maré na Baía de
Marajó e Rio Pará (PA). 159f. Dissertação (Mestrado)-Escola Politécnica da
Universidade de São Paulo (SP). 2006.
THE OPEN UNIVERSITY.Waves,Tides and Shallow-Water Processes,1ed, Editora:
Butterwoeth-Heinemann,Oxford,1999,p.11-49.
TOBA, Y. Stochastic form of the growth of wind wave in a single-parameter
representation with physical implications. Journal of Physical Oceanography, v. 1, n.
8, p.494–507, 1978.
U.S.ARMY COASTAL ENGINEERING RESEARCH CENTER. Shore Protection
Manual. Volume 1, Waterways Experiment Station, Vicksburg, 1984.
YOUNG, I.R. Wind Generated Ocean Waves. Elsevier, 1999.
WMO (World Meteorological Organization). Guide to Wave Analysis and
Forecasting. Secretaria da Organização Meterológica Mundial, Genebra, Suíça, 1998.
83
ANEXO 1
Formulação U.S. ARMY (1987)