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UNIVERSIDADE DO VALE DO ITAJAÍ
CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DA TERRA E DO MAR CURSO DE OCEANOGRAFIA
GABRIELA MENEGUÊS
CARACTERIZAÇÃO DA HIDRODINÂMICA DO ESTUÁRIO ACARAÍ, SÃO FRANCISCO DO SUL - SC
ITAJAÍ 2011
II
GABRIELA MENEGUÊS
CARACTERIZAÇÃO DA HIDRODINÂMICA DO ESTUÁRIO ACARAÍ, SÃO FRANCISCO DO SUL - SC
Trabalho de conclusão de curso apresentado
como requisito parcial para a obtenção do título de
Oceanógrafo pela Universidade do Vale do Itajaí,
Centro de Tecnológicas da Terra e do Mar.
Orientador: Prof. Dr. João Luiz Baptista de
Carvalho
ITAJAÍ 2011
III
DEDICATÓRIA
À minha família,
Vó Nair, Vô Argemiro,
Mãe, Tia Dete e Thi.
Obrigada por tudo!!
IV
AGRADECIMENTOS A Deus, por me abençoar nesta difícil caminhada.
A toda minha família que sempre me apoiou e esteve ao meu lado.
Ao meu orientador João Luiz pela oportunidade e compreensão.
A Prefeitura de São Francisco do Sul, pela oportunidade nesse projeto.
Ao meu amor Thiago que esteve sempre ao meu lado.
Aos amigos e professores do LOF que me ensinaram muito, e pela parceria nos campos
(Lori, Mineiro, Rafa, Henrique, Grug, Bruno).
Ao Vini pela grande ajuda na realização da batimetria.
Ao Marcelo Ulysséa e Marcela pela incrível aventura na realização da batimetria.
Ao LOG por emprestar o RTK e ao Marquinho por realizar os campos comigo.
Ao professor Thadeu, Sangoi, Cristina por ajudarem a enriquecer o trabalho.
A Carina Cassiano, que me apresentou aos moradores da Tapera, e principalmente ao Seu
Daniel por todo apoio e parceria na realização dos campos para coleta de dados.
As minhas amigas, Bárbara, Ellen, Karol, Nat, Marcela, Camila, Marcella pela parceria!
V
RESUMO
Os estuários são ambientes interiores da região costeira, onde ocorre o encontro das
águas fluviais com águas marinhas. O rio Acaraí, que deságua nas praias de Enseada e
Ubatuba, na região nordeste do município de São Francisco do Sul vem sofrendo com o
processo de migração da desembocadura, que tem se intensificado nos últimos anos. A
proposta deste trabalho é caracterizar a hidrodinâmica do rio e para isso, foram coletados
dados de maré, salinidade, vento e realizado o levantamento batimétrico. Esses dados
foram tratados utilizando o software Matlab e posteriormente foi realizada a modelagem
numérica para reproduzir as características próximas à realidade. Os dados de maré
mostraram que a variação dentro do estuário é pequena, mas que sua velocidade próxima à
desembocadura em maré de sizígia esteve em torno de 0,5 m/s. A realização da batimetria
mostrou que há pequena variação na profundidade ao longo de todo o estuário. Utilizando o
software SisBaHiA® - Sistema de Base Hidrodinâmica Ambiental foi possível avaliar os
fenômenos hidrodinâmicos ocorrentes no estuário do rio Acaraí, podendo complementar às
informações obtidas pela medição dos dados em campo.
Palavras-chave: hidrodinâmica, migração da desembocadura, modelagem numérica.
VI
LISTA DE FIGURAS Tabela 1: Tabela de classificação da maré. ............................................................................ 3
Tabela 2: Classificação do regime de maré com base no Número de Forma. ...................... 10
Tabela 3: Representação das principais constantes harmônicas. ........................................ 11
Tabela 4: Localização geográfica dos marégrafos. ............................................................... 22
Tabela 5: Constantes harmônicas obtidas por Truccolo (1998). ........................................... 40
Tabela 6: Parâmetros estatísticos calculados para a validação da elevação. ...................... 41
Tabela 7: Valores de velocidade mínima, máxima e média para 3 pontos ao longo do
estuário. ................................................................................................................................. 49
VII
LISTA DE TABELAS Figura 1: Tipos fisiográficos de estuários (adaptada de Fairbridge, 1980). ............................. 4
Figura 2: Classificação da evolução dos ambientes costeiros. Reproduzido por permissão da
Sociedade de Geologia Sedimentar para Dalrymple et al. (1992). ......................................... 5
Figura 3: Oscilações periódicas e simétricas de maré com seus respectivos parâmetros:
amplitude (a), altura (H), comprimento (λ) e período (T). Note também os instantes de maré:
preamar, baixamar, vazante e enchente (COLOMBI, 2011). .................................................. 9
Figura 4: Exemplos de diferentes tipos de maré (BROWN, 1989). ....................................... 10
Figura 5: Migração da desembocadura do Rio Acaraí, (a) posição do rio em novembro de
2006 e (b) posição do rio em agosto de 2009. Fonte: Google Earth. .................................... 13
Figura 6: a) Principal local onde o mar estava invadindo as casas (prédio da esquerda) e b)
Destaque para os sacos de areia, depositados próximo a residências. Fonte: Sonja Hass. 13
Figura 7: (a) Abertura do canal próximo á ponte com máquinas da Prefeitura de São
Francisco do Sul, (b) Vista do canal já aberto e da barreira feita com areia e (c) Destaque
para a barreira arenosa colocada no local para diminuir a migração do rio. Fonte: Sonja
Hass....................................................................................................................................... 14
Figura 8: Localização da área de estudo, destacando do Rio Acaraí (Coordenadas: UTM /
Datum: WGS 84). .................................................................................................................. 18
Figura 9: Localização dos equipamentos coletaram dados de maré e salinidade
(Coordenadas: UTM Datum: WGS84). .................................................................................. 21
Figura 10: (a) Marégrafo Orphimedes instalado no píer da Estância Tertúlia e (b) Marégrafo
RBR XR-420, colocado em uma gaiola para sua proteção. .................................................. 22
Figura 11: a) Moto aquática com equipamentos em funcionamento, b) Sonda GPS marca
Garmin® modelo MAP 178c e c) transdutor, que coleta o dado de profundidade. ............... 23
Figura 12: Localização do marco geodésico (localizado na Prainha) e os pontos para onde
foram transferidas as referências de níveis (RN) (Coordenadas: UTM Datum: WGS). ........ 24
Figura 13: Marco geodésico OSPAR001, localizado na Prainha (749694.031E,
7096311.243N). ..................................................................................................................... 25
Figura 14: Pontos #1(a) e #2 (b), na qual foram transferidos as Referências de Níveis (RN).
............................................................................................................................................... 25
Figura 15: Estação meteorológica São Francisco do Sul -1021. Fonte: EPAGRI. ................ 26
Figura 16: Equipamento CTD, protegido por uma gaiola para sua proteção. ....................... 26
Figura 17: Domínio de modelagem e malha de elementos finitos quadrangulares da área de
estudo (Coordenadas: UTM). ................................................................................................ 28
Figura 18: Variação da elevação de nível observada para os dois marégrafos. ................... 31
VIII
Figura 19: Registro de maré do marégrafo #1 mostrando as variações da série bruta (azul) e
de baixa freqüência (vermelho). ............................................................................................ 32
Figura 20: Registro de maré do marégrafo #2 mostrando as variações da série bruta (azul) e
de baixa frequência (vermelho). ............................................................................................ 33
Figura 21: Maré astronômica para o marégrafo #1. .............................................................. 33
Figura 22: Maré astronômica para o marégrafo #2. .............................................................. 34
Figura 23: Espectro de energia do Marégrafo #1. A frequência se dá em c.p.d, que refere-se
a ciclo por dia. ........................................................................................................................ 35
Figura 24: Espectro de energia do Marégrafo #2. A frequência se dá em c.p.d, que refere-se
a ciclo por dia. ........................................................................................................................ 35
Figura 25: Batimetria da área de estudo. (Coordenadas: UTM / Datum: WGS 84). ............. 36
Figura 26: Variação da salinidade ao longo do estuário (eixo x), e profundidade do ponto de
coleta (eixo y). A parte em preto é o fundo do estuário, o que mostra que em alguns pontos
estava bem raso. ................................................................................................................... 37
Figura 27: Gráfico da série temporal de ventos. As setas têm módulo proporcional à
velocidade do vento, bem como o sentido e direção do vento. ............................................. 38
Figura 28: Distribuição da frequência de ocorrência da direção dos ventos. ........................ 39
Figura 29: Comparação entre dados de elevação medidos e previsto pelo SiSBaHia. ........ 40
Figura 30: Gráfico de dispersão que mostra a correlação entre os dados de elevação
medidos e modelados. ........................................................................................................... 41
Figura 31: Curva de elevação mostrando os momentos em que foram gerados os
resultados. ............................................................................................................................. 42
Figura 32: Representação gráfica em situação de estofa de preamar (a) e baixamar (b) em
período de sizígia. O detalhe apresenta a desembocadura (não está em escala). .............. 43
Figura 33: Representação gráfica em situação de maré média vazante (a) e enchente (b) em
período de sizígia.O detalhe apresenta a desembocadura (não está em escala) ................ 44
Figura 34: Representação gráfica em situação de estofa de maré enchente (a) e vazante (b)
em período de quadratura. O detalhe apresenta a desembocadura (não está em escala). . 46
Figura 35: Representação gráfica em situação de maré média enchente (a) e vazante (b) em
período de quadratura. O detalhe apresenta a desembocadura (não está em escala). ....... 47
Figura 36: Variação da elevação para diferentes estações inseridas no modelo. ................ 48
Figura 37: Elipse de Corrente na desembocadura. Note que a direção do escoamente é ENE
(80°). ...................................................................................................................................... 49
IX
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ..................................................................................................................... 1
2. OBJETIVOS ......................................................................................................................... 2
2.1. OBJETIVO GERAL ....................................................................................................... 2
2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ........................................................................................ 2
3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ........................................................................................... 2
3.1 ESTUÁRIOS .................................................................................................................. 2
3.2 CLASSIFICAÇÃO DOS ESTUÁRIOS ........................................................................... 3
3.2.1 Maré.........................................................................................................................3
3.2.2 Topografia ...............................................................................................................3
3.2.3 Morfologia ..............................................................................................................5
3.2.4 Estratificação quanto à salinidade...........................................................................6
3.2.4.1 Cunha Salina........................................................................................................6
3.2.4.2 Moderadamente ou parcialmente misturado........................................................6
3.2.4.3 Verticalmente bem misturado...............................................................................7
3.2.4.4 Lateralmente estratificado....................................................................................7
3.2.4.5 Bem misturado......................................................................................................7
3.3 HIDRODINÂMICA EM ESTUÁRIOS ............................................................................. 7
3.3.1 Maré.........................................................................................................................8
3.3.1.1 Definição...............................................................................................................8
3.3.1.2 Tipos de Maré.......................................................................................................9
3.3.1.3 Constantes Harmônicas......................................................................................11
3.3.2 Batimetria...............................................................................................................11
3.3.3 Vento......................................................................................................................12
3.4 MIGRAÇÃO DA DESEMBOCADURA ......................................................................... 12
3.5 MODELAGEM NUMÉRICA ......................................................................................... 14
3.5.1 Modelos hidrodinâmicos........................................................................................14
3.5.1.1 Modelo Hidrodinâmico 2DH................................................................................15
3.5.1.2 Fórmulas utilizadas no modelo .......................................................................... 15
4. METODOLOGIA ................................................................................................................ 18
4.1. LOCALIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO .................................................................... 18
4.2 CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA ................................................................................... 19
4.2.1 Maré.......................................................................................................................19
4.2.2 Bacia hidrográfica ..................................................................................................19
4.2.3 Regime de vento....................................................................................................20
X
4.2.4 Clima......................................................................................................................20
4.3 COLETA DE DADOS ....................................................................................................... 20
4.3.1 Dados de maré......................................................................................................20
4.3.2 Dados de batimetria..............................................................................................22
4.3.4 Dados de vento......................................................................................................25
4.3.5 Dados de salinidade..............................................................................................26
4.4 Dados de entrada para Modelo Hidrodinâmico .......................................................... 27
4.4.1 Definição do contorno e Mapa base......................................................................26
4.4.2 Discretização espacial...........................................................................................26
4.4.3 Discretização temporal..........................................................................................26
4.4 Implementação do modelo hidrodinâmico ................................................................... 29
4.4 Validação .................................................................................................................... 29
4.4 Variação da Maré ao longo do estuário ...................................................................... 30
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES ...................................................................................... 30
5.1 MARÉ .......................................................................................................................... 31
5.2 BATIMETRIA ............................................................................................................... 36
5.3 SALINIDADE ............................................................................................................... 37
5.4 VENTO ........................................................................................................................ 38
5.5 RESULTADO DA MODELAGEM HIDRODINÂMICA .................................................. 39
5.5.1.1 Validação............................................................................................................39
5.5.1.2 Métodos Estatísticos...........................................................................................41
5.5.2 Caracterização da hidrodinâmica..........................................................................42
5.5.2.1 Sizígia.................................................................................................................42
5.5.2.2 Quadratura..........................................................................................................45
5.5.2.3 Variação da Maré ao longo do estuário..............................................................48
5.5.2.3 Velocidade da Corrente 48
6. CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................................... 50
7. REFERÊNCIAS ................................................................................................................. 51
1
1. INTRODUÇÃO
O aumento populacional na região costeira mostra um grande problema de gestão
ambiental, pois mais da metade da população mundial vive em um raio de 60 km (Agenda
21,1992) da orla litorânea e dois terços das cidades do mundo, com populações de 2,5
milhões de pessoas ou mais, localizam-se próximas de estuários (POLETTE et al,1997). O
crescimento de cidades próximas a estuários mostra a importância dessas áreas no
desenvolvimento social, econômico e urbano, por ser uma importante via de acesso ao
continente, serem locais adequados para a construção de portos, terem suas águas
renovadas periodicamente pela variação da maré e por serem grandes produtores de
matéria orgânica, tornando assim um dos maiores desafios a ser enfrentado (MIRANDA et
al, 2002).
Os estuários não são uniformes, devido a variações na amplitude de maré e da
descarga fluvial, que afetam a extensão em que ocorre a mistura da água doce com a água
salgada. Os processos físicos são os primeiros determinantes do tipo, da configuração e
distribuição dos ambientes ou unidades morfológicas que irão ocorrer na região costeira do
estuário (NORDSTORM; ROSMAN, 1996). As complexas interações espaciais e temporais
das ondas, marés e correntes criam e modificam constantemente a morfologia e a estrutura
sedimentar das desembocaduras (PACHECO et al, 2008).
A desembocadura de um estuário tem grande importância para regiões costeiras,
pois muitas vezes está ligada a aspectos econômicos, sendo a pesca e a navegação alguns
dos exemplos. Segundo Perk (2006) muitos problemas de erosão ao longo da costa
ocorrem próximos a desembocaduras, sendo consequências naturais do processo. As
correntes de maré, influência das ondas e a descarga fluvial interagindo com o transporte de
sedimentos da praia, definem o comportamento morfodinâmico deste sistema (SIEGLE;
SCHETTINI, 2006).
O estudo da hidrodinâmica dos estuários resulta da interação de processos que
controlam a morfodinâmica de entrada (ondas, marés, descarga fluvial e aporte de
sedimentos) e aqueles que atuam na mistura da água no estuário (SIEGLE et al, 2009).
Para compreender melhor a hidrodinâmica do local, é muito utilizada a modelagem numérica
que busca reproduzir as características próximas à realidade; esta ferramenta também serve
de base para o planejamento e gestão de sistemas costeiros.
A necessidade da aplicação de modelos para estudos, projetos e auxílio à gestão de
recursos hídricos é inquestionável, face à complexidade do ambiente em corpos de água
naturais, especialmente em lagos, reservatórios, estuários e zona costeira adjacente às
bacias hidrográficas. Modelos são ferramentas integradoras, sem as quais dificilmente se
2
consegue uma visão dinâmica de processos nestes complexos sistemas ambientais
(ROSMAN, 2011). De acordo com Tena e Rosman (2004) os modelos hidrodinâmicos são
um componente essencial de muitas estruturas computacionais que auxiliam o
gerenciamento estuarino. Sendo assim cada vez mais estes modelos veem sendo utilizados,
com caráter preditivo, para avaliações de cenários ambientais futuros ou em tempo real, que
subsidiem tomadas de decisão relativas à gestão ambiental costeira referente a aspectos
preventivos e corretivos.
2. OBJETIVOS 2.1. OBJETIVO GERAL
Avaliar o comportamento hidrodinâmico do estuário Acaraí, localizado em São
Francisco do Sul/SC, através da modelagem numérica computacional.
2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• Determinar a influência da maré ao longo estuário;
• Realizar o levantamento batimétrico no domínio modelado;
• Caracterizar espacialmente a variação da salinidade;
• Avaliar o comportamento hidrodinâmico para a região de interesse utilizando o
software SisBahia.
3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
3.1 ESTUÁRIOS
O termo estuário é utilizado para indicar a região interior de um ambiente costeiro,
onde ocorre o encontro das águas fluviais com a do mar transportada pelas correntes de
maré, estendendo-se rio acima até o limite de influência da maré. Várias são as definições
para este tipo de ambiente, tendo como a definição mais satisfatória, seguida da adaptação
da clássica de Pritchard (1952, p.245): O estuário é um corpo de água costeiro semifechado com ligação livre com o oceano aberto, estendendo-se rio acima até o limite da influência da maré, sendo que em seu interior a água do mar é mensuravelmente diluída pela água doce, oriunda da drenagem continental.
Através da interação entre os processos fluviais e marinhos ocorre formação dos
estuários, que podem ser de diversas formas, pois estão em constante evolução, mudando
sua forma e adaptando-se às mudanças no fluxo dos rios e nos padrões climáticos. Existe
3
variações no ciclo de maré de sizígia e quadratura. As correntes produzem turbulência e
ondas internas; criam mistura; erodem, transportam e depositam o sedimento. A vazão do
rio influencia na variação sazonal da salinidade, bem como a interferência do vento na
estratificação vertical, e também o formato da bacia (DYER, 1997).
3.2 CLASSIFICAÇÃO DOS ESTUÁRIOS
São utilizados diferentes fatores para classificá-los, tais como:
3.2.1 Maré
Davies (1964) discute a classificação de acordo com a taxa de variação da maré, mostrada
na Tabela 1.
Tabela 1: Tabela de classificação da maré.
Variação (m)Micromaré 2 < m < 4 Mesomaré < 6 m Macromaré 6 < m < 4 Hipermaré > 6m
Quando em preamar, o volume de água entre maré alta e baixa – o prisma de maré
– é grande se comparado com o volume na baixamar. A interação entre a propagação da
onda de maré, dentro do estuário e sua morfologia, leva a importantes variações na
amplitude e força nas correntes de maré (DYER, 1997).
3.2.2 Topografia
A classificação dos estuários quanto a sua topografia foi desenvolvida por Pritchard
(1952), agrupados em quatro tipos:
3.2.2.1 Planície Costeira
São estuários relativamente rasos, que se formaram durante a transgressão do mar
do Holoceno. A razão do fluxo é dependente da intensidade da descarga fluvial e da altura
de maré. Estão localizados, em geral, em regiões tropicais e subtropicais.
3.2.2.2 Fiordes
Formaram-se em regiões que durante o Pleistoceno estavam cobertas com calotas
de gelo. A pressão dessas calotas sobre os blocos continentais e os efeitos erosivos durante
4
o descongelamento aprofundaram os vales dos rios primitivos e deixaram um fundo rochoso
na entrada.
3.2.2.3 Construído por barra
Também formados com a inundação de vales primitivos de rios durante a
transgressão marinha, mas devido a alta taxa de sedimentação ocasiona a formação de
barras na boca. Porém, esses ambientes estão associados a regiões costeiras que podem
sofrer processos erosivos com facilidade, produzindo grandes quantidades de sedimento
que são retrabalhados pelas ondas e transportados por correntes litorâneas. Em geral, são
rasos, com profundidade não superior a 20-30m e podem apresentar canais e lagunas
extensas no seu interior.
3.2.2.4 Estuários restantes
Estes são formados por outros processos, tais como, falhas tectônicas, erupções
vulcânicas, tremores e deslizamentos de terra (Figura 1). Nesta categoria, também foi
incluído os estuários cuja morfologia foi muito alterada por processos de sedimentação
recente, ocorrido nos últimos milênios, como os deltas e rias.
Figura 1: Tipos fisiográficos de estuários (adaptada de Fairbridge, 1980).
5
3.2.3 Morfologia
Dalrymple et.al (1992) considerou o desenvolvimento da morfologia como parte da
sequência de evolução, na qual foi determinada pela intensa mudança relativa do rio e da
influência de ondas e marés. Isso pode ser visto no diagrama triangular (Figura 2) no qual
mostra uma forma conveniente de separar estuários de deltas. Deltas são vales de rios,
onde a quantidade de sedimentos trazidos pelo rio é maior que a retração da costa pelo
nível do mar. Em situações onde não há influência dos rios, planícies de maré são
formadas. Os estuários se encontram no meio da pirâmide, pois é influenciado pelo rio, onda
e maré (DYER, 1997).
Figura 2: Classificação da evolução dos ambientes costeiros. Reproduzido por permissão da
Sociedade de Geologia Sedimentar para Dalrymple et al. (1992).
A interação entre o rio, ondas e correntes de maré foi também considerada por
Dalrymple et.al (1992), sendo estas consideradas em dois tipos:
3.2.3.1 Dominado por onda
As ondas atuam significativamente na boca do rio, onde o sedimento erodido é
transportado ao longo da costa, podendo formar cuspe. Dentro do estuário a corrente
6
diminui rapidamente. Em direção a montante a força dos processos fluviais aumenta. Este
tipo geralmente ocorre em condições de micro ou meso maré.
3.2.3.2 Dominado por maré
É resultado de altas correntes de maré se comparadas ao efeito das ondas, a área
da boca do rio geralmente contém bancos da areia, na qual são alinhados com o fluxo de
corrente. Mas a montante do estuário, a influência da maré diminui e o fluxo do rio torna-se
dominante.
3.2.4 Estratificação quanto à salinidade
Segundo Miranda et al (2002) de acordo com a classificação da estratificação de
salinidade é possível estabelecer qualitativamente as principais características da circulação
na zona de mistura, abrangendo a grande maioria dos estuários de planície costeira. De
acordo com a estratificação vertical da salinidade, tem-se os seguintes tipos de estuários
(PRITCHARD, 1955):
3.2.4.1 Cunha salina
São tipos de regiões de micromaré e de locais dominados pela descarga fluvial e
pelo processo de entrada, que é responsável pelo aumento de salinidade da camada
superficial. Devido às variações da descarga fluvial e da maré, a cunha salina não se
mantém estacionária, movendo-se lentamente, buscando sempre uma posição de equilíbrio
em resposta às variações da descarga fluvial e da maré (STOMMEL apud MIRANDA et. al.,
2002).
3.2.4.2 Moderadamente ou parcialmente misturado
Com a co-oscilação da maré, todo volume de água no interior do estuário é agitado
periodicamente. São estuários com gradientes verticais moderados de salinidade. A energia
da maré envolvida nesse processo deve ser suficientemente grande para realizar trabalho
tanto contra o atrito nos limites geométricos dos estuários, quanto contra a ação
estabilizadora do empuxo, produzindo turbulência interna.
7
3.2.4.3 Verticalmente bem misturado
Geralmente forma-se em canais rasos e estreitos forçados por descarga fluvial
pequena. Se estiver localizado numa região com altura de maré moderada ou grande, o
cisalhamento das correntes no fundo produzirá turbulência.
3.2.4.4 Lateralmente estratificado
Quando a razão largura/profundidade do estuário é relativamente grande, a força de
Coriolis pode gerar estratificação lateral de salinidade. Os movimentos resultantes estuário
abaixo e acima são intensificados à esquerda no Hemisfério Sul, gerando variações laterais
na salinidade, embora a coluna de água possa permanecer verticalmente quase
homogênea.
3.2.4.5 Bem misturado
Em canais estuarinos estreitos, o cisalhamento lateral poderá ser suficientemente
intenso para gerar condições homogêneas lateralmente. Nessas condições, a salinidade
aumenta gradativamente estuário abaixo e o movimento médio está orientado nessa direção
em todas as profundidades.
3.3 HIDRODINÂMICA EM ESTUÁRIOS
As características hidrodinâmicas e de circulação de água nos estuários, podem
proporcionar condições ideais de alta produtividade e torná-los verdadeiros berçários para
diversas espécies marinhas e costeiras, o que acaba por servir de atrativo para o
desenvolvimento de atividades socioeconômicas ao longo do tempo, como a pesca, a
aquicultura, e outras, que, por sua vez, podem ser desenvolvidas de forma inadequada
comprometendo estas importantes características dos estuários (DIAS, 2007).
Segundo Siegle (2009) a hidrodinâmica estuarina é um fator chave, que resulta da
interação de processos que controlam a morfodinâmica da desembocadura (ondas, marés,
descarga fluvial e fornecimento de sedimentos) e aqueles que atuam na mistura da água no
estuário. Os fatores primários que controlam os processos de hidrodinâmica estuarina são
(1) marés e outras forças provenientes das fronteiras abertas, (2) entrada de água doce, (3)
vento, evaporação/precipitação e fluxo de trocas de calor com a atmosfera e (4) geometria e
batimetria do estuário (ZHEN-GANG JI apud BENEVIDES, 2009).
8
As desembocaduras apresentam uma tendência natural de migrar, um resultado dos
processos sedimentares em função das condições hidrodinâmicas únicas nesses
ambientes. Mudanças nas condições naturais ou induzidas por atividades antrópicas podem
resultar em grandes impactos no sistema. Por ser um ambiente de extrema importância,
prever e entender a hidrodinâmica de um ambiente estuarino e da zona costeira adjacente é
fundamental para seu manejo. Através da aplicação de modelos numéricos, tornou-se
possível estimar muitos dos processos atuantes (ondas, correntes, transporte de sedimento,
mudanças morfológicas) que ocorrem nesses ambientes (DE VRIEND; SIEGLE apud
CASSIANO, 2010).
3.3.1 Maré
3.3.1.1 Definição
Segundo Franco (1988), a maré se refere à variação do nível do oceano sob
influência das forças astronômicas. São consequências da ação simultânea da força
gravitacional da Lua, do Sol e da Terra, e da revolução da Terra sobre a Lua e da Terra
sobre o Sol (POND; PICKARD 1983). A maré astronômica é o movimento periódico de
subida e descida do nível do mar que obedece à força do campo gravitacional no sistema
Terra-Sol-Lua (PUGH, 1987). O nível do mar também pode oscilar devido à efeitos
induzidos por processos meteorológicos. Estas oscilações, quando simultâneas às marés de
sizígia, podem acarretar níveis extraordinários muito acima dos níveis possível devido
somente à maré astronômica.
Duas causas provocam a maré meteorológica, as variações da pressão atmosférica
e a troca de momentum entre o campo de vento e a superfície do mar. No geral, os efeitos
devidos unicamente à ação da pressão atmosférica são inferiores a 10% do efeito total
observado, sendo o restante devido exclusivamente à tensão de cisalhamento do vento na
superfície do oceano. A maré meteorológica é, portanto, responsável pelo aumento ou
diminuição do nível do mar em relação às marés astronômicas observadas num dado local.
Este fenômeno pode implicar em intrusão de água do mar em local onde isso normalmente
não ocorre, causando as grandes inundações; ou então, pode acarretar níveis
extremamente baixos, impedindo a navegação nos canais de acesso a portos (CAMARGO
et al, 2002).
As subidas e descidas do nível d’água são denominadas respectivamente de
enchente e vazante está relacionada às correntes de maré (Figura 3). Quando se encontra
9
na máxima elevação da maré (preamar) tem-se a estofa de maré enchente e na mínima
elevação (baixamar) estofa de maré vazante (ALFREDINI, 2005).
Figura 3: Oscilações periódicas e simétricas de maré com seus respectivos parâmetros: amplitude
(a), altura (H), comprimento (λ) e período (T). Note também os instantes de maré: preamar, baixamar, vazante e enchente (COLOMBI, 2011).
Em águas rasas, principalmente em estuários e desembocaduras, as marés
astronômicas estão sujeitas a distorções da hidrodinâmica natural que podem modificar
completamente seu padrão regular (FRANCO, 1988). Segundo Brown (1989) as marés
podem se propagar nos estuários e em alguns casos, chegar bem próximo à montante do
rio. A velocidade da propagação da maré em um estuário depende de sua profundidade.
3.3.1.2 Tipos de maré
Os tipos de maré são classificados de acordo com o período dominante da maré
observada. Baseia-se na relação (F) entre a soma da amplitude de duas componentes
principais (K1 e O1) e a soma da amplitude de suas importantes componentes semi-diurnas
(M2 e S2) (BROWN,1989).
Um alto valor de F a classifica como maré diurna, onde ocorre apenas uma maré alta
diariamente, e a variação da maré é devido a mudanças na declinação da Lua. Já quando
valores de F são pequenos, classifica-se como semi-diurna, e a principal variação da maré
se dá devido à posição relativa do Sol e da Lua.
10
Tabela 2: Classificação do regime de maré com base no Número de Forma.
Desigualdade Classificação 0 < NF ≤ 0,25 maré semi-diurna
0,25 < NF ≤1,5 maré semi-diurna com desigualdades diurnas 1,5 < NF ≤ 3 maré mista
NF > 3 maré diurna
Cada ciclo de maré leva em média 12 horas e 25 minutos, de modo que dois ciclos
de maré ocorrem para cada trânsito da lua (a cada 24 horas e 50 minutos). Portanto, para a
maré semidiurna, seu ciclo ocupa aproximadamente metade de um dia, tem uma escala que
normalmente aumenta e diminui ciclicamente ao longo de um período de catorze dias.
Quando ocorrem as maiores variações no nível d’água, tem-se a maré de sizígia que ocorre
poucos dias após as luas nova e cheia (quando a Terra, Sol e a Lua estão alinhados)
enquanto que quando ocorrem as menores variações, chama-se de maré de quadratura,
que ocorre nas luas minguante e crescente (PUGH, 1987).
Figura 4: Exemplos de diferentes tipos de maré (BROWN, 1989).
11
3.3.1.3 Constantes harmônicas
A série temporal de maré astronômica é dada pelo somatório de suas constantes
harmônicas, onde cada uma corresponde ao período de um dos movimentos astronômicos
relativos à Terra, ao Sol e à Luz, bem como as interações em águas rasas (FRANCO, 1988;
PUGH, 1987). Para cada lugar da Terra, há uma constante harmônica com uma amplitude e
fase. Na tabela, observe as principais constantes harmônicas.
Tabela 3: Representação das principais constantes harmônicas.
Símbolo Período (h) Descrição K2 11,97 Lunar/Solar S2 12,00 Solar M2 12,42 Lunar N2 12,66 Lunar Elíptica K1 23,93 Lunar/Solar P1 24,07 Solar O1 25,82 Lunar Mf 327,84 Lunar Mm 661,10 Lunar Ssa 4526,88 Solar
3.3.2 Batimetria
A batimetria pode afetar significativamente a propagação da maré e das águas
marinhas em um estuário pela existência de irregularidades na topografia do fundo,
retardando a propagação da intrusão salina na presença de soleiras, ou ainda pelo
aprisionamento de águas salinas (mais densas) em depressões, inclusive durante a maré
vazante (MEDEIROS, 2003).
De acordo com Neto et al (2004) os ecobatímetros são equipamentos utilizados para
medir a profundidade dos oceanos. O equipamento consiste em uma fonte emissora de
sinais acústicos e um relógio interno que mede o intervalo entre o momento da emissão do
sinal e o instante em que seu eco retorna ao sensor. Este fornece informações pontuais de
profundidade no local imediatamente abaixo do transdutor. Em pesquisas realizadas em
regiões costeiras, onde a variação da maré é crítica, deve-se fazer correções para o nível
médio dos mares.
Independente da técnica escolhida para a coleta dos dados batimétricos, esses
níveis devem obrigatoriamente ser referenciados a um ponto fixo materializado no terreno,
12
geralmente denominado referência de nível (RN), que por sua vez deverá estar relacionado
a um sistema de referência geocêntrico (e.g.. WGS-84, International Terrestrial Reference
Frame- ITRF), assim como à rede geodésica nacional (ARENTZ, 2009).
3.3.3 Vento
O vento é uma forçante que promove a aeração e a mistura das massas de água
estuarina e costeira, podendo provocar a erosão dos gradientes verticais de salinidade,
principalmente na entrada dos sistemas abrigados da influência local. Essa forçante também
gera ondas e correntes nos estuários com grande área superficial, intensificado a mistura
vertical (MIRANDA et.al, 2002).
Segundo French apud Benevides (2009) a tensão de cisalhamento causada pelo
atrito do vento sobre a superfície da água pode produzir energia suficiente para misturar
verticalmente toda a coluna d’água; isso em estuários relativamente rasos. É importante
mencionar que a mistura vertical induzida pelo vento ocorre na interface atmosfera-água e
se propaga para baixo em direção ao fundo, enquanto a mistura vertical induzida pela maré
é produzida pela fricção do escoamento da massa d’água com o fundo do reservatório,
sendo propagada para cima em direção a superfície.
3.4 MIGRAÇÃO DA DESEMBOCADURA
A região da praia da Enseada vem sofrendo com os problemas acarretados pela
migração da desembocadura do Rio Acaraí (Figura 5). Segundo Tung et al. (2009) a taxa de
migração da desembocadura de rios é dependente de vários fatores, incluindo a magnitude
da deriva litorânea (aporte de sedimentos e do clima de ondas), a velocidade das correntes
de maré vazante (prisma de maré e a profundidade do canal principal), outras correntes
(correntes geradas ribeirinhas) e sobre a composição do banco de canais.
13
Figura 5: Migração da desembocadura do Rio Acaraí, (a) posição do rio em novembro de 2006 e (b)
posição do rio em agosto de 2009. Fonte: Google Earth.
Segundo moradores da região, a migração da desembocadura do rio Acaraí vem
ocorrendo há décadas. Eles contam que o rio sempre migrou e que no ano de 1991 houve
um fechamento natural da barra, e foi realizada a abertura da boca próximo à ponte. O
problema maior vem ocorrendo nos últimos anos. Em meados de fevereiro, a Prefeitura
Municipal de São Francisco do Sul procedeu novamente com a abertura da foz do rio nas
proximidades da ponte (Figura 7a), uma vez que a migração natural da foz em direção ao
norte foi intensificada pelos fenômenos meteorológicos extremos ocorridos a partir de 2008;
o que passou a colocar em risco o patrimônio público, privado, a comunidade, a fauna e a
flora do entorno. Parte de uma via pública foi destruída, a rede de energia elétrica teve que
ser realocada, e um prédio foi ameaçado pela erosão da praia.
A ideia da obra foi abrir um canal próximo à ponte, o que facilitaria o curso do rio, e
para diminuir a migração mais a norte, foi fechado um canal, formando ali do lado uma lagoa
(Figura 7b).
Figura 6: a) Principal local onde o mar estava invadindo as casas (prédio da esquerda) e b) Destaque
para os sacos de areia, depositados próximo a residências. Fonte: Sonja Hass.
14
Figura 7: (a) Abertura do canal próximo á ponte com máquinas da Prefeitura de São Francisco do Sul,
(b) Vista do canal já aberto e da barreira feita com areia e (c) Destaque para a barreira arenosa colocada no local para diminuir a migração do rio. Fonte: Sonja Hass.
Por se tratar de uma ação de Defesa Civil (apesar de respaldada por legislação federal
que isenta o licenciamento ambiental para obras e intervenções emergenciais visando
contornar situações de risco), os Órgãos Ambientais Municipal, Estadual e Federal foram
ouvidos e apresentaram pareceres favoráveis e a solução emergencial foi proposta pelo
Município. A obra foi realizada, mas o problema não foi solucionado, pois a foz do rio
continua migrando.
3.5 MODELAGEM NUMÉRICA
Os modelos numéricos são traduções dos modelos matemáticos para diferentes
tipos de cálculos, de uma forma rápida através de computadores. A modelagem numérica
de processos dinâmicos costeiros é provavelmente uma das áreas que mais tem crescido
nos últimos anos. Cada vez mais os modelos numéricos vêm sendo adotados para
entender, acompanhar e prever fenômenos ambientais costeiros.
3.5.1 Modelos hidrodinâmicos
Para a realização deste trabalho utilizou-se o SisBaHiA® - Sistema Base de
Hidrodinâmica Ambiental, desenvolvido em 1987 e aperfeiçoado pela Fundação Coppetec,
da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ). O sistema adotado possui ferramentas
para modelagem hidrodinâmica, transportes Euleriano e Lagrangeano, modelo de geração e
propagação de ondas, além de ferramentas para análise e previsão de marés. Esses
modelos são ferramentas usuais no desenvolvimento de projetos e estudos e na gestão
ambiental de recursos hídricos. Com maior frequência tais modelos são empregados para
15
simulações de cenários em águas costeiras, baías, estuários, rios, reservatórios, lagos e
lagoas.
Para analisar a circulação hidrodinâmica de um ambiente, a base fundamental é o
modelo hidrodinâmico. Segundo a Referência Técnica do SisBaHiA® (ROSMAN, 2011), o
modelo de circulação hidrodinâmica 3D ou 2DH é otimizado para corpos de água naturais,
ou seja, planejada para bem representar o escoamento em domínios naturais com
geometria complexa. Resultados podem ser tanto 3D quanto 2DH, dependendo dos dados
de entrada. Processos de calibração são minimizados devido a fatores como: discretização
espacial via elementos finitos quadráticos e transformação s, permitindo ótimo mapeamento
de corpos de água com linhas de costa e batimetrias complexas, campos de vento e atrito
do fundo podendo variar dinamicamente no tempo e no espaço, e modelagem de
turbulência multiescala baseada em Simulação de Grandes Vórtices (LES). Também pode-
se incluir efeitos de gradientes de densidade acoplando modelos de transporte de sal e calor
dos Modelos de Qualidade de Água.
3.5.1.1 Modelo Hidrodinâmico 2DH
O SisBaHiA possui um modelo hidrodinâmico de linhagem FIST (Filtered in Space
and Time) 3D, otimizado para corpos de água naturais. Trata-se de um eficiente modelo
numérico hidrodinâmico, tridimensional, para escoamentos homogêneos e de grande
escala. Calcula, primeiramente, os valores da elevação da superfície livre através de um
modelamento integrado na vertical (2DH) e em seguida, o campo de velocidades.
Dependendo dos dados de entrada, o campo de velocidade pode ser computado de forma
tridimensional (3D) ou apenas bidimensional (2DH).
O modelo é composto por dois módulos:
1. Um módulo promediado na vertical ou bidimensional na horizontal (2DH), através do qual
a elevação da superfície livre e velocidades de corrente 2DH promediadas na vertical são
calculadas. O modelo FIST3D sempre calcula esse módulo.
2. Um módulo 3D que calcula o campo de velocidades tridimensional através de duas
opções possíveis.
3.5.1.2 Fórmulas utilizadas no modelo
A versão 3D do FIST resolve as equações completas de Navier-Stokes com
aproximação de águas rasas. O FIST3D utiliza uma eficiente técnica numérica em dois
módulos, calculando, primeiramente, os valores da elevação da superfície livre através de
um modelamento bidimensional integrado na vertical (2DH) e, em seguida, o campo de
16
velocidades. Dependendo dos dados de entrada, o campo de velocidades pode ser
computado de forma tridimensional (3D) ou apenas bidimensional (2DH). Com o FIST3D
pode-se simular a circulação hidrodinâmica em corpos de água naturais sob diferentes
cenários meteorológicos, oceanográficos, fluviais ou lacustres.
Três equações determinam as três incógnitas de circulação hidrodinâmica em um
escoamento 2DH integrado na vertical:
1. Equação da quantidade de movimento 2DH para um escoamento integrado na
vertical, na direção x:
(1)
2. Equação da quantidade de movimento 2DH para um escoamento integrado na
vertical, na direção y:
(2)
3. Equação da continuidade (do volume) integrada ao longo da vertical:
(3)
A seguir, são apresentados cada termo das equações (1) e (2) e seus significados,
tU∂∂
Representa a aceleração local do escoamento, i.e., em uma
dada posição, a taxa de variação temporal do fluxo de
quantidade de movimento 2DH por unidade de massa. Em
escoamentos permanentes, esse termo é igual a zero.
yUV
xUU
∂∂
+∂∂
Representa a aceleração advectiva do escoamento, i.e., em um
determinado instante, esses termos representam a taxa de
variação espacial do fluxo de quantidade de movimento 2DH na
17
direção x por unidade de massa. Em escoamentos uniformes,
esses termos são iguais a zero.
xg∂∂
−ζ
Representa a pressão hidrostática resultante na direção x
(gradiente de pressão), devido à declividade da superfície de
água na direção x. Conforme indicado pelo sinal negativo, o
escoamento tende a ser de lugares onde o nível da água é mais
alto para lugares onde o nível da água é mais baixo.
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
∂
∂+
∂∂
yH
xH
Hxyxx
o
)()(1 ττρ
Representa a resultante das tensões dinâmicas turbulentas
2DH no escoamento. Por exemplo, esses termos são
responsáveis pela geração de vórtices horizontais em zonas de
recirculação.
VsenθΦ2 Representa a força de Coriolis devido ao fato do referencial
estar se movimentando na superfície da Terra.
( )τρS
xoH1
Representa a tensão do vento na superfície livre por unidade de
massa. Se o vento estiver na mesma direção do escoamento,
esse termo irá acelerar o escoamento; se estiver oposto, irá
retardar o escoamento.
( )τρB
xoH
−1
Representa a tensão de atrito no fundo atuante no escoamento
por unidade de massa. Conforme indicado pelo sinal negativo,
esse termo sempre tende a desacelerar o escoamento. É
sempre oposto ao escoamento.
Para a equação da continuidade 2DH, tem-se:
( )y
HVx
HUt
h∂∂
−∂
∂−=
∂+∂ ζ
+ qp- qe+ qI
Evidentemente, possui o mesmo significado da equação
semelhante no módulo 3D. Pode-se observar que a altura da
coluna de água (ζ+h) varia no tempo como resultado dos fluxos
efetivos através da coluna de água nas direções x e y
respectivamente, y
HVex
HU∂∂
∂∂
.
18
4. METODOLOGIA 4.1. LOCALIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO
O município de São Francisco do Sul (26º14’43” S; 48º38'18" O), está localizado no
litoral norte do estado de Santa Catarina, tem a maior parte territorial na denominada Ilha de
São Francisco do Sul. É reconhecido historicamente por ser a terceira cidade mais antiga do
país. Tem a economia durante o ano focada na atividade portuária, sendo o porto de São
Francisco do Sul o quinto maior em movimentação de contêineres no Brasil e no crescente
pólo industrial. No verão se transforma em um cobiçado pólo turístico, que com suas 13
praias fazem a população atual da cidade, que é estimada em aproximadamente 40.030
habitantes (IBGE, 2000), aumentar consideravelmente.
O sistema estuarino do rio Acaraí (Figura 8) localiza-se no lado nordeste da ilha de
São Francisco do Sul, e tem a sua foz no Oceano Atlântico, na praia da Enseada. Nesta
região, foi criado em 2005 o Parque Estadual de Acaraí (Decreto Estadual nº 3.517, 2005),
que tem seu complexo hídrico formado pelo rio Acaraí, nascentes do rio Perequê e lagoa do
Capivaru, sendo este parque responsável pelo abrigo, reprodução e alimentação de várias
espécies aquáticas, que somado à vegetação de restinga e de floresta das terras baixas do
domínio da Mata Atlântica, constituem local para proteção da flora e fauna, entre elas as
endêmicas e ameaçadas de extinção.
Figura 8: Localização da área de estudo, destacando do Rio Acaraí (Coordenadas: UTM / Datum:
WGS 84).
19
4.2 CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA
Segundo Truccolo (1998) a plataforma continental Sul caracteriza-se por ser
relativamente larga, com isóbatas alinhadas paralelamente à costa, e com orientação geral
da linha de costa de 45° em relação ao norte. Localmente, a plataforma continental ao largo
de São Francisco do Sul apresenta uma orientação de aproximadamente 20° em relação ao
norte.
4.2.1 Maré
Segundo a classificação de Pugh (1987), a região pode ser caracterizada por micro-
marés, pois a diferença entre valores máximos e mínimos do nível num ciclo resulta em um
valor menor que 2 m. A maré astronômica apresenta uma altura média de 70 cm, atingindo
105 cm durante a sizígia e 21 cm durante a quadratura (TRUCCOLO, 1998).
O Número de Forma (F) encontrado para São Francisco do Sul é igual à 0,32, o que
representa um regime de maré do tipo misto, predominantemente semi-diurno com
desigualdades de alturas para as preamares e baixa-mares consecutivas (RUCCOLO;
MELO F° apud TRUCCOLO,1998).
4.2.2 Bacia hidrográfica
Segundo Gonçalves (2006) a região hidrográfica da baixada norte catarinense tem
como divisor de águas a Serra do Mar, que dá origem a duas vertentes, o Sistema Integrado
da Vertente do Interior, comandado pela bacia Paraná-Uruguai, e o Sistema da Vertente
Atlântica, formado por um conjunto de bacias isoladas e que integram a hidrografia da
região norte. A maior parte da hidrografia regional é representada pela Vertente Atlântica e
caracteriza-se por rios de pequeno curso, que desembocam diretamente no Oceano
Atlântico ou na Baía da Babitonga.
A região pode ser dividida nas bacias hidrográficas: do complexo Baía da Babitonga;
do Rio Negro; do Rio Itapocu; e litorâneas. As últimas incluem rios que percorrem a área
serrana e desembocam na planície costeira, constituindo várias pequenas bacias litorânea.
Dentre elas destacam-se a bacia do rio Saí-Mirim que deságua diretamente no Oceano
Atlântico, drena os municípios de Itapoá e São Francisco do Sul, e a bacia dos rios Acaraí e
Araquari (GONÇALVES et. al apud BENINCA, 2011). A rede hidrográfica da ilha de São
Francisco é composta por rios de pequeno percurso, que deságuam na Baía da Babitonga,
canal do Linguado e praias da Enseada e Ubatuba (STCP apud BENINCA, 2011).
20
O corpo hídrico do rio Acaraí destaca-se, na região, como o principal corpo d’água,
possui forma alongada paralela à linha de costa, na direção geral SO-NE (STCP apud
BENINCA, 2011). Apresenta características bem distintas, em alguns pontos calhas largas,
em outros estreitos, com profundidades variáveis, correntes baixas e lagoas formadas por
efeito da maré.
4.2.3 Regime de vento
Truccolo (1998) afirma que a distribuição percentual mensal do vento para o período
de 14 de julho a 15 de dezembro de 1996 na região de São Francisco do Sul mostra a
dominância geral de ventos de nordeste, com uma maior presença de ventos do quadrante
sul durante o inverno, quando os sistemas de frentes frias tornam-se mais intensos. Ela
comparou dados medidos com valores médios de 29 anos, chegando a conclusão que este
periodo de medição representou bem os ventos de Inverno e Primavera.
4.2.4 Clima
O clima da região enquadra-se na zona de clima úmido, com predomínio de clima
mesotérmico úmido com verão quente. As chuvas são bem distribuídas ao longo do ano,
tendo como período mais chuvoso o primeiro trimestre (janeiro, fevereiro e março) e o mês
menos chuvoso na região é maio, com precipitação mensal de 41 mm. A temperatura média
alcança 20,6°C (STCP apud BENINCA, 2011).
4.3 COLETA DE DADOS
Os dados que alimentaram e calibraram o modelo hidrodinâmico foram coletados em
saídas de campo, contando com o apoio do Laboratório de Oceanografia Física (LOF) e
Laboratório de Oceanografia Geológica (LOG) do Centro de Ciências Tecnológicas da Terra
e do Mar (CTTMar) da Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI.
4.3.1 Dados de maré
Foram instalados 2 estações maregráficas (Figura 9), com o objetivo de realizar
observações contínuas do nível das águas. O primeiro ponto foi próximo à nascente do rio, e
o outro no início do estreitamento do rio.
21
Figura 9: Localização dos equipamentos coletaram dados de maré e salinidade (Coordenadas: UTM
Datum: WGS84).
Estes equipamentos ficaram fundeados por 15 dias, para analisar o período de maré de
sizígia e de quadratura. Primeiramente foi realizado um campo para reconhecimento da área
de estudo. Para a instalação do marégrafo #1 (Figura 10a) optou-se pelo píer da Estância
Tertúlia (27°18’1.80’’S e 48°35’4.65”W) um dos poucos existentes na região. O marégrafo
escolhido foi o Orphimedes, por existir uma estrutura rígida para sua fixação. Já o marégrafo
#2, devido à falta de estrutura para fixação do mesmo, optou-se por fundear um do modelo
RBR (Richard Brancker Research Ltd.) XR-420-TG (Figura 10b) fixo em uma gaiola para
sua proteção e preso sobre as raízes do mangue, em um local estratégico onde nunca seca,
por onde passam as pequenas embarcações.
22
Tabela 4: Localização geográfica dos marégrafos.
Coordenadas Geográficas UTM Estações Longitude Latitude Oeste Leste
Marégrafo #1 -48.2517 -26.2517 741150.48 7088783.94 Marégrafo #2 -48.5846 -26.3005 745913.79 7094091.05
Figura 10: (a) Marégrafo Orphimedes instalado no píer da Estância Tertúlia e (b) Marégrafo RBR XR-
420, colocado em uma gaiola para sua proteção.
4.3.2 Dados de batimetria
Devido à falta de dados na região do estuário, foi necessária a realização do
levantamento batimétrico. A batimetria da zona costeira foi cedida pelo Professor João
Thadeu de Menezes, do Laboratório de Geoprocessamento Remoto da UNIVALI.
Por causa das características do estuário, a coleta de dados foi dividida em duas partes. Para a parte onde o rio é mais estreito, por apresentar muitos meandros e muitos bancos de
areia, que ficam expostos em maré baixa; optou-se por utilizar uma moto aquática (Figura
12a) da marca Yamaha, que tem calado de aproximadamente 50 cm, já contabilizado o
comprimento da haste com o transdutor, que proporciona a aquisição de dados onde a
23
profundidade é de até aproximadamente 80 cm, o que não seria possível com uma
embarcação mesmo que de pequeno porte.
A sonda GPS marca Garmin®, modelo MAP 178c (Figura 11b), foi instalada na moto
aquática. Foi utilizado um notebook na moto aquática que esteve conectado com a sonda
aquisitando os dados por um transdutor (Figura 11c) para o programa Hypack®, o qual
interpreta os dados e os exporta em x, y e z, sendo este software específico para realização
de levantamentos batimétricos. A posição (coordenadas) dos pontos é fornecida pela próprio
equipamento, ou seja, a sonda.
Figura 11: a) Moto aquática com equipamentos em funcionamento, b) Sonda GPS marca Garmin®
modelo MAP 178c e c) transdutor, que coleta o dado de profundidade.
Para a outra parte do rio, onde aparentemente suas margens são mais distantes,
utilizou-se uma pequena embarcação de madeira com motor Yamaha 4HP, de um pescador
da região. Linhas de navegação foram previamente traçadas no mapa da área de estudo
com auxílio do programa ArcGis® e exportadas para a sonda 178c para orientação do piloto
da embarcação. Os dados também foram aquisitados no notebook pelo programa Hypack®.
Devido à falta de referenciais de nível (RN) na região de estudo, foi necessário a
utilização de um equipamento DGPS (TRIMBLE/R6) para transferência dos pontos. O ponto
mais próximo da área de estudo, foi o Marco Geodésico OSPAR001 (7096311,243N
749694,031E), localizado na conhecida Prainha - como mostra a Figura 12 - com altura igual
a 4,088, instalada em 06/2005.
24
Figura 12: Localização do marco geodésico (localizado na Prainha) e os pontos para onde foram transferidas as referências de níveis (RN) (Coordenadas: UTM Datum: WGS).
Primeiramente este marco foi transferido para o ponto #1 (Figura 12), local este onde foi
realizada a medição da maré para a primeira parte da batimetria (Figura 15a). O ponto #2,
mostrado na Figura 12, por ser muito distante teve que ser realizado de outra forma,
utilizando novamente o DGPS foi necessário deixa-lo na posição de interesse durante
aproximadamente uma hora, para aquisitar suas coordenadas x, y e z (Figura 14b).
25
Figura 13: Marco geodésico OSPAR001, localizado na Prainha (749694.031E, 7096311.243N).
Figura 14: Pontos #1(a) e #2 (b), na qual foram transferidos as Referências de Níveis (RN).
4.3.4 Dados de vento
Os dados de vento foram cedidos pela EPAGRI/CIRAM (Centro de Informações de
Recursos Ambientais e de Hidrometeorologia de Santa Catarina), que faz um trabalho de
monitoramento na cidade de São Francisco do Sul. A Figura 15 mostra a estação que fica
localizada na Petrobrás de São Francisco do Sul (26º13'58''S e 48º31'55''W).
26
Figura 15: Estação meteorológica São Francisco do Sul -1021. Fonte: EPAGRI.
4.3.5 Dados de salinidade
A Figura 16 apresenta o equipamento CTD (Conductivity, Temperature and Depth) é
utilizado para caracterizar fisicamente a coluna d’água. Fornece os dados de temperatura e
condutividade associadas à profundidade em perfis ao longo de toda a coluna. Foram
selecionados 10 pontos aleatórios ao longo do rio (Figura 9) para obter sua atuação por todo
o estuário.
Figura 16: Equipamento CTD, protegido por uma gaiola para sua proteção.
27
4.4 Dados de entrada para Modelo Hidrodinâmico
4.4.1 Definição do contorno e Mapa base
A definição da área de estudo foi feita utilizando como base a imagem de satélite
definida pelo programa Google Earth®. A imagem utilizada não representava bem o
ambiente, devido à imagem ser de 2009, e a desembocadura já terem migrado
consideravelmente, foi utilizado o equipamento DGPS Trimble R6, com o método RTK para
adquirir valores de x, y, z e realizar a confecção do mapa base com a desembocadura mais
parecida com o momento real.
Os contornos fechados (contorno de terra) representam a área de transição entra a
terra e água, sendo este o domínio da modelagem. Já os contornos abertos (contorno de
água) representam a transição entre o corpo d’água ser modelado e o corpo d’água exterior.
Após definidos os contornos o mapa base (.srf) foi georreferenciado no programa Surfer® 8.
4.4.2 Discretização espacial
A estratégia de discretização espacial é otimizado para corpos de água naturais, pois
permite um detalhamento de contornos recortados e batimetrias complexas. A discretização
espacial é preferencialmente feita via elementos finitos quadrangulares biquadráticos,
analisando a área de interesse e a complexa variação de linha de costa.
Utilizou-se o programa Argus ONE® para gerar e editar a malha de elementos finitos
(Figura 17), respeitando os limites do domínio a ser modelado. Segundo o manual do
programa, malhas que utilizam elementos quadrangulares são preferíveis a malhas que
utilizam elementos triangulares. A densidade dos elementos na malha foi definida de acordo
com o detalhamento que se desejava obter dos processos hidrodinâmicos atuantes no local.
A malha criada para modelar o ambiente é constituída por 668 elementos finitos
quadrangulares e um total de 3261 nós, sendo 2085 nós internos, 1131 nós do contorno de
terra e 47 do contorno aberto.
28
Figura 17: Domínio de modelagem e malha de elementos finitos quadrangulares da área de estudo
(Coordenadas: UTM).
4.4.3 Discretização temporal
O número de Courant fornece classificação do escoamento. Quando o número de
Courant (Cr) é grande, os modelos tendem a gerar instabilidades numéricas, porém o tempo
computacional para gerar os resultados é menor. Quando este número é baixo as
inconsistências tendem a desaparecer, mas com um grande aumento no tempo
computacional.
29
Onde:
∆t = passo de tempo que se deseja determinar (s);
∆x = espaçamento médio longitudinal dos nós da malha (m);
∆y = espaçamento médio transversal dos nós da malha (m);
|V| = módulo da velocidade de corrente;
g = aceleração da gravidade (m²/s);
H = profundidade média local.
No SisBaHiA® um bom número de Courant (Cr) varia entre 3 e 8. Estes valores
permitem que o modelo represente bem os resultados, sem inconsistências e com um
tempo computacional aceitável. Sendo assim, o intervalo de tempo para discretização
temporal foi de 30 s, gerando um número médio de Courant (Cr) igual a 5.5.
4.5 Implementação do modelo hidrodinâmico
Para a realização da modelagem, optou-se por utilizar as constantes harmônicas
obtidas por Truccolo (1998), pois as constantes geradas para o marégrafo #2 apresentaram
amplitudes muito pequenas, o que poderia gerar inconsistências nos dados devido a coleta
ter sido realizada no meio do estuário e estar colocando como condição de contorno estes
mesmos dados.
Para a determinação da rugosidade equivalente de fundo é necessário o
conhecimento dos sedimentos presentes no leito do corpo hídrico. Devido à falta de estudos
sobre o assunto, adotou-se um único valor de rugosidade nodal igual a 0.03m que
corresponde a fundo de solo com transporte de areia.
A área de estudo não possui dados de vazão, o valor inserido no modelo foi de 1cm3
s-1.
4.6 Validação
A validação do modelo foi realizada através da comparação dos resultados obtidos
pelo modelo e os coletados em campo. No SisBaHiA® há um módulo – Análise & Previsão
de Marés - que é possível realizar análises harmônicas dos registros de níveis d’água, para
obtenção de suas constantes; podendo assim comparar os resultados.
30
COLOCAR CONSTANTES GERADAS
Outra forma de quantificar esta validação é utilizando parâmetros estatísticos, como:
Raiz do erro médio quadrático (RMS): indicador do desvio entre os dados
medidos pelos modelados. O RMS ideal é zero (MONTGOMERY & RUNGER
apud COLOMBI, 2011).
( )
( )∑
∑
=
=
−
−−= n
i
n
iR
1
2i
1
2ii
2
dadodado
modelodado1
Coeficiente de deteminação (R2): comparação entre o erro do modelo e a
variância total dos dados. Seu valor varia entre 0 e 1, sendo que o 1 é o valor
ideal (MONTGOMERY & RUNGER apud COLOMBI, 2011).
RMS= ( )∑=
−n
iiin 1
2modelodado1
4.7 Variação da Maré ao longo do estuário
Na execução do modelo hidrodinâmico para o estuário do rio Acaraí, foram inseridas
4 estações (Figura 36) com a finalidade de observar a variação dos dados de maré e
velocidades de corrente ao longo de todo o rio. O ponto A encontra-se no limite do contorno
de água que separa o domínio de modelagem do oceano restante, o ponto B localiza-se na
desembocadura. Já o ponto C corresponde ao marégrafo #2, localizado no meio do estuário;
e por fim o ponto D é dado pelo marégrafo #1, o ponto mais a montante do rio.
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Os dados coletados foram armazenados em computador para tratamento. Para
análise das séries temporais e processamento dos dados, fez-se uso dos softwares Matlab®
(Mathworks Inc.), Surfer 9® e Grapher 9® (ambos da Golden Software). Os dados
batimétricos foram tratados pelo Hypack®.
Todas as datas do período de amostragem foram convertidas para dias Julianos, o
que consiste em representar o tempo de forma que o dia Juliano 1 faça referência ao dia 1º
31
de janeiro e dia Juliano 365 faça referência ao dia 31 de dezembro. Os dados de elevação
coletados entendem-se pelo período de 1 a 15 de junho de 2011, sendo estes como julianos
os dias 152 a 167.
5.1 MARÉ
A partir da coleta de dados dos dois marégrafos instalados na área de estudo foi
possível a aquisição de uma série temporal de elevação do nível d’água para dois pontos
dentro do estuário, como mostra na Figura 18, as suas localizações.
Os valores de nível de água medidos pelo marégrafo #1 (Orphimedes) mostraram uma
variação máxima da maré de 0,2 m, atingindo o nível mínimo de -0,97 m e máximo de 0,1 m.
Para o marégrafo #2 (RBR) a variação máxima medida foi de 0,24 m, com um nível mínimo
de -0,14 m e máximo de 0,1 m. Lembrando que o marégrafo #1 esteve coletando em um
ponto a montante do rio, já o marégrafo #2 ficou fundeado na parte intermediária do
estuário, onde começa o estreitamento. Observa-se esses resultados na Figura 18.
152 154 156 158 160 162 164 166-0.15
-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
Dias julianos
Ele
vaçã
o (m
)
Marégrafo #1Marégrafo #2
Figura 18: Variação da elevação de nível observada para os dois marégrafos.
É possível notar que os primeiros dias de coleta foram marcados por maré de sizígia,
que mostra maior variação, de -0,15 m a 0,1 m. A partir do dia juliano 160, nota-se variações
um pouco menores no nível d’água, de -0,07 a 0,05 marcando maré de quadratura.
Realizando uma análise comparativa dos dois marégrafos que coletaram os dados por
um período de 15 dias, observa-se que suas variações foram semelhantes, mas que devido
as suas localizações no estuário o efeito da maré sobre eles é pequeno; tendo entre eles
uma pequena defasagem.
32
No período de coleta foram marcadas ocorrência de chuva nos dias julianos 159, 160
e 161 pela estação meteorológica São Francisco do Sul – 1021; tendo no primeiro dia 23,4
mm de chuva e nos outros pouco menos de 5 mm, o que pode explicar o pico no dia juliano
159. De acordo com os gráficos mostrados acima, é possível notar que a maré avançou
bastante a montante, pode-se concluir que é devido à pequena ocorrência de chuva no
período, fazendo com que a vazão não seja tão elevada, permitindo assim a entrada de
água costeira adjacente. Quando os índices pluviométricos estão elevados, a vazão
aumenta, causando maior influência do ambiente estuarino no ambiente costeiro.
Para separar os eventos de baixa frequência da série coletada, foi utilizado um filtro
passa-baixa Lanczos, com período de corte de 40h adaptado de Emery & Thomsom (1997),
obtido em Carvalho (2003). As Figuras 19 e 20 mostram a curva de elevação causada pelos
eventos de baixa freqüência para cada um dos equipamentos.
152 154 156 158 160 162 164 166-0.2
-0.15
-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
Dias julianos
Ele
vaçã
o (m
)
Figura 19: Registro de maré do marégrafo #1 mostrando as variações da série bruta (azul) e de baixa
freqüência (vermelho).
33
152 154 156 158 160 162 164 166-0.2
-0.15
-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
Dias julianos
Elev
ação
(m)
Figura 20: Registro de maré do marégrafo #2 mostrando as variações da série bruta (azul) e de baixa
frequência (vermelho).
A partir desta análise, é possível observar a pequena influência de eventos causados
pela maré meteorológica em ambos os marégrafos. As Figuras 21 e 22 apresentam a maré
astronômica, foi obtida pela subtração dos eventos de baixa frequência, estes obtidos pela
aplicação do filtro Lanczos, da série coletada.
152 154 156 158 160 162 164 166-0.1
-0.08
-0.06
-0.04
-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
Dias julianos
Ele
vaçã
o (m
)
Figura 21: Maré astronômica para o marégrafo #1.
34
152 154 156 158 160 162 164 166
-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
Dias julianos
Ele
vaçã
o (m
)
Figura 22: Maré astronômica para o marégrafo #2.
Para visualizar e quantificar o espectro de energia da elevação do nível d’água no
interior do estuário produzido pela ação dos eventos de alta e baixa frequência foi
necessário a realização de uma análise espectral sobre as séries brutas de elevação do
nível d’água, caracterizando de forma mais detalhada a distribuição no domínio de
frequência; como mostra as Figuras 23 e 24, os resultados para o marégrafo #1 e #2,
respectivamente. Segundo Truccolo (2009) os movimentos que ocorrem em períodos de
marés astronômicas semidiurnas e diurnas são denominadas de mareais, já os movimentos
que ocorrem em períodos maiores são denominados de submareal. Nos gráficos gerados, é
possível identificar as principais oscilações referentes às componentes: diurnas (1 ciclo por
dia), semi-diurnas (2 ciclos por dia), terci-diurnas (3 ciclos por dia) e quarti-diurnas (4 ciclos
por dia).
35
0.01 0.1 1 10 1002 30
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4x 10-3
Frequência
Ene
rgia
Figura 23: Espectro de energia do Marégrafo #1. A frequência se dá em c.p.d, que refere-se a
ciclo por dia.
0,01 0,1 1 10 1002 30
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2x 10-3
Frequência
Ene
rgia
Figura 24: Espectro de energia do Marégrafo #2. A frequência se dá em c.p.d, que refere-se a
ciclo por dia.
Como é possível observar nos gráficos acima, os dois apresentam resultados
semelhantes, os eventos de frequência sub-mareal apresentam alta energia em ambos os
marégrafos; tendo maior energia a oscilação de maré semi-diurna (12,25 h). Esta
caracterização coincide com a realizada por Truccolo (1998) que em seu trabalho encontrou
36
que as constantes de espécies semi-diurnas são responsáveis por 51,4% da energia da
maré para a Praia da Enseada, região litorânea onde o Rio Acaraí deságua.
5.2 BATIMETRIA
O tratamento dos dados foi realizado no programa Hypack®, o mesmo que
armazenou os dados durante a coleta. Foi necessário corrigir os dados de profundidade
utilizando o valor obtido pelo DGPS, para que estes dados estivessem de acordo com um
sistema de referência geocêntrico (IBGE). Segundo ROSMAN (2011) a implementação de
um modelo hidrodinâmico necessita de dados batimétricos referentes ao domínio que será
modelado, sendo que a precisão dos cálculos depende em grande parte da qualidade
destes dados. Devido à dificuldade para a coleta dos dados, e também ao ambiente
apresentar locais muito rasos; em alguns locais não foi possível armazenar dado, visto que
o equipamento só coleta valores maiores que 80 cm, portanto fez-se necessário à utilização
da interpolação do tipo kriging para cobertura da área alvo.
Figura 25: Batimetria da área de estudo. (Coordenadas: UTM / Datum: WGS 84).
37
A variação da profundidade ao longo do estuário é pequena, variando no geral entre
de 1 ou 2 m de profundidade (Figura 25). O local mais profundo é na lagoa que se encontra
na parte intermediária do rio mais estreito, onde pode chegar a até 5 m de profundidade.
5.3 SALINIDADE
Os dados de salinidade foram coletados em pontos aleatórios ao longo do estuário,
como mostra a Figura 9. A coleta se dá da montante (ponto 1) em direção à jusante (ponto
10), com isso nota-se maiores valores de salinidade no meio do estuário próximo ao fundo,
já com a proximidade da foz, a salinidade apresenta-se com valores mais elevados.
Perfil
Pro
fund
idad
e (m
)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
-2.6
-2.4
-2.2
-2
-1.8
-1.6
-1.4
-1.2
-1
-0.8
5
10
15
20
25
30
35
Figura 26: Variação da salinidade ao longo do estuário (eixo x), e profundidade do ponto de coleta (eixo y). A parte em preto é o fundo do estuário, o que mostra que em alguns pontos estava bem
raso.
A salinidade é influenciada pela pluviosidade. Na região Sul do Brasil, o período de
maior pluviosidade ocorre do verão até o início do outono. De acordo com Beninca (2009) os
valores de salinidade registrados em seu trabalho para a área da lagoa do Acaraí (zona
intermediária do rio) sugere uma estratificação da água. Como ocorre em regiões estuarinas
o aporte de água doce proveniente das chuvas e dos rios permanece na superfície e a água
salgada, oriunda das grandes marés, ultrapassa a área rasa de acesso e entra por baixo
(cunha salina).
38
5.4 VENTO
Os dados de velocidade e direção dos ventos retirados da estação meteorológica
São Francisco do Sul - 1021, localizada nas coordenadas (26º13'58''S e 48º31'55''W),
apresentaram valor médio 1,97 m/s, máximo de 6,47 m/s e mínimo de 0,18 m/s; com
predominância na direção norte-nordeste. Nota-se maiores intensidades nos valores
medidos de vento entre os horários de 10 as 15 horas, principalmente até o dia 9, já no dia
14, mostra maiores intensidade até umas 10 horas da manhã.
0 5 10 15 20
2
4
6
8
10
12
14
Horas
Dia
s
Figura 27: Gráfico da série temporal de ventos. As setas têm módulo proporcional à velocidade do
vento, bem como o sentido e direção do vento.
39
10%
20%
30%
WEST EAST
SOUTH
NORTH
0 - 11 - 22 - 33 - 44 - 55 - 66 - 7
Figura 28: Distribuição da frequência de ocorrência da direção dos ventos.
5.5 RESULTADO DA MODELAGEM HIDRODINÂMICA
5.5.1 Validação
5.5.1.1 Elevação
Para a execução do modelo hidrodinâmico foi utilizado como condição de contorno
aberto, as constantes harmônicas obtidas por Truccolo (1998), mostradas na Tabela 4,
obtidas através de um marégrafo na Praia da Enseada. Isso porque, as constantes geradas
pelo SisBaHiA para o marégrafo #2 apresentavam amplitudes muito baixas, podendo causar
alterações no resultados do modelo hidrodinâmico.
40
Tabela 5: Constantes harmônicas obtidas por Truccolo (1998).
Constantes
harmônicas Período (h)
Amplitude (cm) Fase(°)
Q1 96732 0.032 0.829 O1 92952 0.108 1.285 P1 86652 0.024 1.740 K1 86148 0.06 2.470 2N2 46476 0.018 2.262 N2 45576 0.048 2.337 M2 44712 0.316 1.126 L2 43884 0.019 1.234 S2 43200 0.212 1.147 K2 43092 0.071 1.063
MKS2 44568 0.021 1.901 MO3 30204 0.045 5.639 SO3 29844 0.03 1.606 M3 29808 0.069 3.143 MK3 29448 0.027 1.363 SK3 28764 0.026 4.602 MN4 22572 0.047 1.531 M4 22356 0.107 2.320 MS4 21996 0.05 3.765 MK4 21960 0.018 4.396
Para a validação do modelo, foi realizada comparações entre os dados medidos em
campo com os dados previstos pelo modelo. Para isso foi necessário repassar o filtro passa-
baixa Lanczos, utilizando um período de corte de 25h, pois a presença da maré
meteorológica estava influenciando muito nos resultados. A Figura 29 apresenta os
resultados desta comparação.
Figura 29: Comparação entre dados de elevação medidos e previsto pelo SiSBaHia.
41
5.5.1.2 Métodos Estatísticos
Os resultados dos parâmetros estatísticos para a validação das elevações obtidas
pelo modelo serão apresentados abaixo.
Tabela 6: Parâmetros estatísticos calculados para a validação da elevação.
R2 RMS (m)
0,6816 0,0142
O valor encontrado para o R2 é de 0,6816, o que corresponde a dizer que o modelo
representa 68% os dados medidos, mostrando uma boa correlação linear entre estes dados.
A Figura 30 mostra a dispersão entre os dados medidos e modelados da elevação. Já o
RMS apresentou valor igual a 0,0142 mostrando que o modelo possui um pequeno desvio
entre os dados medidos.
Figura 30: Gráfico de dispersão que mostra a correlação entre os dados de elevação medidos e modelados.
42
5.5.2 Caracterização da hidrodinâmica
A execução do modelo deu-se a partir dos dados coletados por 15 dias, podendo ser
observado no início da coleta de dados, a maré de sizígia e no final, maré de quadratura. O
modelo foi configurado para gerar resultados espaciais a cada 1800 segundos, e temporais
também a cada 1800 segundos, ao longo de 15 dias (1296000 segundos) consecutivos de
simulação, possibilitando assim a visualização das alterações espaço-temporais ocorridos
em um curto período de tempo.
Para melhor apresentação dos resultados, optou-se por separá-los em momentos
que mostrasse variações nas velocidades da corrente de maré, principalmente na
desembocadura do estuário. Para isso, tem-se a estofa de premar, maré média vazante,
estofa de baixamar e média maré enchente (Figura 31); tanto para sizígia como quadratura.
Os resultados serão apresentados abaixo.
Estofa de preamar
Estofa de baixamarMaré média vazante
Maré média enchente
Figura 31: Curva de elevação mostrando os momentos em que foram gerados os resultados.
5.5.2.1 Sizígia
43
738000 740000 742000 744000 746000 748000 750000
7088
000
7090
000
7092
000
7094
000
7096
000
7098
000
7100
000
7102
000
7104
000
5.2E-0060.0110.01680.02510.03670.05250.07330.10.1330.1740.2210.2750.3350.3980.4620.5250.5820.6310.6680.6920.7
Velocidade (m/s)
0m 2000m 4000m 6000m
738000 740000 742000 744000 746000 748000 750000
7088
000
7090
000
7092
000
7094
000
7096
000
7098
000
7100
000
7102
000
7104
000
7E-0060.01720.02640.03950.05770.08250.1150.1570.210.2730.3480.4330.5260.6260.7270.8250.9150.9921.051.091.1
Velocidade (m/s)
0m 2000m 4000m 6000m
Figura 32: Representação gráfica em situação de estofa de preamar (a) e baixamar (b) em período de sizígia. O detalhe apresenta a desembocadura (não
está em escala).
a b
44
738000 740000 742000 744000 746000 748000 750000
7088
000
7090
000
7092
000
7094
000
7096
000
7098
000
7100
000
7102
000
7104
000
3.9E-0060.007210.0110.01650.02410.03450.04820.06570.08770.1140.1450.1810.220.2620.3040.3450.3830.4150.4390.4550.46
Velocidade (m/s)
0m 2000m 4000m 6000m
738000 740000 742000 744000 746000 748000 750000
7088
000
7090
000
7092
000
7094
000
7096
000
7098
000
7100
000
7102
000
7104
000
6.6E-0070.01570.0240.03590.05250.0750.1050.1430.1910.2480.3160.3940.4790.5690.6610.750.8320.9020.9550.9891
Velocidade (m/s)
0m 2000m 4000m 6000m
Figura 33: Representação gráfica em situação de maré média vazante (a) e enchente (b) em período de sizígia.O detalhe apresenta a desembocadura (não
está em escala)
a b
A Figura 32 apresenta a circulação associada à estofa de preamar e estofa de
baixamar para a sizígia. Tal situação apresentou uma circulação bem parecida ao longo do
estuário. Na preamar observou velocidade máxima de 0,33 m/s. Já na baixamar esse valor
foi de 0.4 m/s.
O comportamento nas marés média vazante e enchente é mostrado na Figura 33. A
maré média de vazante apresentou como velocidade máxima 0,5 m/s, valor este igual para
a maré média de enchente.
5.5.2.2 Quadratura
Neste caso, as velocidades na zona costeira adjacente apresentaram-se um pouco
mais elevadas que na sizígia. Na Figura 34, que mostra o comportamento na estofa de
preamar, que apresentou velocidade máxima igual a 0,16 m/s; bem parecida se comparada
a de baixamar de 0,2 m/s.
A circulação dos momentos da vazante e enchente é apresentada na Figura 35,
mostrando que sua velocidade máxima na maré média enchente foi de 0,35 m/s e a maré
média de vazante apresentou um valor igual a 0,.27 m/s.
738000 740000 742000 744000 746000 748000 750000
7088
000
7090
000
7092
000
7094
000
7096
000
7098
000
7100
000
7102
000
7104
000
1.4E-0050.005340.008170.01220.01790.02550.03560.04860.06480.08440.1080.1340.1630.1930.2250.2550.2830.3070.3250.3360.34
Velocidade (m/s)
0m 2000m 4000m 6000m
738000 740000 742000 744000 746000 748000 750000
7088
000
7090
000
7092
000
7094
000
7096
000
7098
000
7100
000
7102
000
7104
000
1E-0050.0140.02140.0320.04670.06680.09320.1270.170.2210.2810.350.4260.5060.5880.6670.740.8020.850.880.89
Velocidade (m/s)
0m 2000m 4000m 6000m
Figura 34: Representação gráfica em situação de estofa de maré enchente (a) e vazante (b) em período de quadratura. O detalhe apresenta a
desembocadura (não está em escala).
a b
47
738000 740000 742000 744000 746000 748000 750000
7088
000
7090
000
7092
000
7094
000
7096
000
7098
000
7100
000
7102
000
7104
000
7E-0060.009880.01510.02260.03310.04730.0660.090.120.1560.1990.2480.3020.3580.4160.4720.5240.5680.6020.6230.63
Velocidade (m/s)
0m 2000m 4000m 6000m
738000 740000 742000 744000 746000 748000 750000
7088
000
7090
000
7092
000
7094
000
7096
000
7098
000
7100
000
7102
000
7104
000
9.7E-0070.007680.01180.01760.02570.03670.05130.070.09340.1220.1550.1930.2350.2790.3240.3670.4080.4420.4680.4840.49
Velocidade (m/s)
0m 2000m 4000m 6000m
Figura 35: Representação gráfica em situação de maré média enchente (a) e vazante (b) em período de quadratura. O detalhe apresenta a desembocadura
(não está em escala).
a b
5.5.2.3 Variação da Maré ao longo do estuário
Pode-se observar que há coerência nos resultados de elevação, visto que os pontos
A e B que se localizam na área costeira, apresentam variação de elevação mais aparente,
mostrando bem a ocorrência da maré de sizígia, seguida pela de quadratura. Já os
marégrafos que coletaram os dados para este modelo, mostraram uma pequena variação na
maré, isso devido a suas localizações, que dentro do estuário não sofrem tanta influência da
maré. Conforme se propaga estuário adentro suas amplitudes diminuem, bem como pode-
se notar uma pequena diferença de fase.
Figura 36: Variação da elevação para diferentes estações inseridas no modelo.
5.5.2.4 Velocidade da Corrente
A determinação dos padrões das correntes é feita utilizando-se os resultados
fornecidos pelo modelo 2DH, através de campos de vetores representativos da velocidade.
Estes vetores são resultantes das componentes em x e y, promediada ao longo da coluna
d’água, e têm como intensidade o módulo destas componentes. Desta forma, a observação
dos campos de vetores permite avaliar o escoamento médio das águas no interior do
estuário.
A intensidade da corrente de maré é inversamente proporcional a profundidade do
local. Em áreas mais rasas, a corrente mostra-se mais rápida. As velocidades na área do
oceano aberto mostraram baixas velocidades se comparado com a região estuarina,
principalmente nas proximidades da desembocadura. Isso porque a profundidade ali é
pequena, o que faz com que tenha maiores velocidades. A Tabela 7 mostra os 3 principais
pontos ao longo do estuário e seus valores mínimo, máximo e médio de velocidade.
49
Tabela 7: Valores de velocidade mínima, máxima e média para 3 pontos ao longo do estuário.
Velocidade (m/s) Pontos Mínima Máxima Média Desembocadura 0,002682 0,49483 0,111769 Marégrafo #2 0,002195 0,14991 0,045051 Marégrafo #1 0,000013 0,010204 0,00187
Figura 37: Elipse de Corrente na desembocadura. Note que a direção do escoamente é ENE (80°).
50
6. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Através das coletas de dados no rio Acaraí pôde-se conhecer melhor este ambiente.
De acordo com dados de elevação do nível d’água, foi possível observar que a maré
avançou até a montante do rio Acaraí, isso pode ter ocorrido em decorrência da baixa taxa
de pluviosidade no período de coleta. A variação da elevação mostrou-se pequena nos dois
equipamentos. Foi possível observar maior influência da maré astronômica, e também maior
energia a maré com oscilação semi diurna.
O levantamento batimétrico foi realizado com sucesso e os dados foram
interpolados, para melhor caracterização da área. Ao longo não varia muito, tendo a parte
mais profunda na parte intermediária do rio estreito.
A salinidade mostrou-se atuante próximo à desembocadura, tornando-se menor
estuário acima. A influência do vento é maior na direção norte-nordeste.
Utilizando a modelagem computacional como ferramenta para a compreensão dos
fenômenos hidrodinâmicos ocorrentes no estuário do rio Acaraí, foi possível complementar
às informações obtidas pela medição dos dados em campo, auxiliando no entendimento das
forças atuantes no sistema.
Observou-se que as maiores velocidades de corrente na desembocadura do estuário
deram-se no período de média maré vazante e média maré enchente. Isto porque o
momento de estofa de preamar e baixamar ocorrem quando após atingir seu máximo
permanece um instante estacionado. Os maiores valores de velocidade deram-se na sizígia,
valor este igual a 0,5 m/s.
51
7. REFERÊNCIAS
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