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UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO-UFPE
CENTRO DE TECNOLOGIA E GEOCIÊNCIAS-CTG
DEPARTAMENTO DE OCEANOGRAFIA-DOCEAN
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM
OCEANOGRAFIA
Circulação hidrodinâmica na região costeira
dos municípios de Recife e Jaboatão dos
Guararapes durante o verão austral
PATRICIA FAÇANHA ROCHA DE SOUZA
Recife/Brasil
2007
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IV
PATRICIA FAÇANHA ROCHA DE SOUZA
Circulação hidrodinâmica na região costeira
dos municípios de Recife e Jaboatão dos
Guararapes durante o verão austral
Dissertação apresentada ao
Programa de Pós-graduação em
Oceanografia da Universidade Federal de
Pernambuco como requisito parcial para
obtenção do título de Mestre em Ciências
na área de Oceanografia Abiótica.
Orientador: Dr. Moacyr Araújo
Recife/Brasil
2007
I
Dr.
Héctor Raul Montagne Dutrós
(UFRN)
Drª. Tereza Cristina Medeiros de Araújo (UFPE)
II
A Deus e todos que amo.
III
Agradecimentos
O presente trabalho é o produto de uma longa jornada que não
conseguiria concluir sem a participação das pessoas que estiveram presentes
em toda ou em parte desta longa caminhada. Assim, deixo aqui meus sinceros
agradecimentos:
Ao meu ex-orientador, Fernando Moraes, por ter me apoiado a mudar de
área.
Ao meu orientador, Moacyr Araújo (Moa), por ter me aceitado como
aluna e proposto um projeto de trabalho, como também pelas oportunidades
inesquecíveis de ir a campo.
Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico
(CNPq) por me fornecer subsídios para minha formação de pesquisadora.
Ao professor Paulo Cesar Colonna Rosman e sua equipe da COPPE/UFRJ,
por nos ter acolhido (eu, Fabiana e Marcelo) em seu laboratório durante três
instrutivas semanas para estagiar com o modelo SisBaHiA (por ele
desenvolvido) e pela oportunidade de aprender sobre o mundo maravilhoso da
Engenharia Oceânica.
Ao apoio dos integrantes (órgãos financiadores, executores e
colaboradores) do Projeto Monitoramento Ambiental Integrado – MAI-PE,
pela cessão dos dados de correntometria da 1ª. Campanha de correntometria
realizada na região costeira adjacente aos municípios de Recife e Jaboatão
dos Gurararapes.
À divisão meteorológica do CINDACTA III, pelo fornecimento dos
dados de vento, em especial ao Major Onildo Ivan de Freitas.
Aos professores do Departamento de Oceanografia, que muito me
ensinaram sobre suas respectivas áreas e cujas experiências compartilharam
comigo.
Aos funcionários do Departamento de Oceanografia, em especial Myrna
Lins (sempre sorridente e disposta a nos ajudar com as burocracias do
departamento), dona Edileuza (com o cafezinho), “seu Mano”, “seu Beto”, e os
seguranças.
Às amigas da especialização Ariana, Larissa, Juliana (Jujuba), Flávia
(galega), Suzana, Carol e Flavia (que me ajudou bastante, fornecendo material
para a seleção do mestrado).
Aos meus amigos e colegas do Departamento de Física Antonius
Almeida, Fernando Moraes, Gerson, Geraldo, José Américo, Lucas Furtado,
Luiz Henrique, Márcio Miranda, Mathias Rufino, Pedro Hugo, Rebeca, Rafael
Menezes, Ricardo Cesar, Sergio Coutinho Tâmara, Vladimir e aos integrantes
da sala 315 A, Antonio Mário (Cioba), Augusto Cesar (Marion), Priscila Silva,
IV
Erms, Bernardo, e Karllinha, pelo espaço concedido e companherismo na hora
do estudo.
A Prisicila e Karlla pela carinhosa acolhida no início do mestrado.
Aos meus amigos do LOFEC, Ana Clara, George, Isaac, Lucas, Mara
Fisner, Marcio Cintra, Marcus, Vidal em especial, Ana Regina, Doris Veleda,
Marcelo Rollnic, Fabiana Soares e Rodolfo Araújo que sempre estiveram
dispostos a me ajudar e aconselhar.
Aos meus amigos e colegas do Departamento de Oceanografia,
Alexandre Almeida, Arley Andrade, Danielle Laura, Danielle Menor, Elizabeth,
George Miranda, Gilson, Jesser Fidelis, Leandro Cabanez, Lúcia Gusmão, Luis
Ernesto, Renata Lopes, Sergio Mendonça, Thiago Reis, Victória Eugenia, Pedro
Augusto e Valdylene Tavares, e demais amigos e colegas do departamento.
A todos que me acolheram no Rio de Janeiro durante o estágio e
cuidaram de mim quando estava doente, Daniel Menezes, Marise, Maria,
Gustavo, Regina, Hugo, em especial minha amiga pernambucana Anna Carolina
Raposo (carol) que me acolheu em sua casa e esteve ao meu lado em todos os
momentos.
À turma do apartamento, Izabel, Evaldení Moreira (Val), Xiomara
Franchesca (Xio), Fernado Favero (Negaum), Anne Gabryelle (Gabi) e João
Gabriel (Biel), pelo carinho, atenção e generosidade na hora do aperto.
À minha família, em especial aos meus pais, Antonio Rocha (Nêgo) e
Maria Emir (Do-re-mi). Não posso deixar de mencionar as demais famílias que
me adotaram e meus respectivos “pais”: Garibaldi & Carolina e Antonio
Oliveira & Maria de Fátima.
Aos meus amigos de longa jornada, Adriana Coutinho, Daniella Collier,
Jeanne Cibelle, José Augusto Carvalho Filho (Guga), Leonardo Bull, Maíra
Carvalho, Marconi Nóbrega, Patrícia Arcoverde, Patrícia Nóbrega (Zinha), e
Yonara, que estando longe ou perto, sempre me ajudaram em tudo.
A Cristiano Nogueira, meu querido companheiro de todas as horas e
toda a sua familia, em especial Aurélio e Ednalda, por todo apoio e
compreensão durante o mestrado, principalmente nos dias mais difíceis.
Mas não poderia deixar de fazer um agradecimento especial a Fabiana
Soares, Rodolfo Araújo, Xiomara Franchesca e Evaldení Moreira que
contribuíram inestimavelmente na finalização deste trabalho.
Por fim, agradeço a Deus por todas as oportunidades oferecidas, por
todas as pessoas que Ele colocou em minha vida e por ter me ajudado a vencer
mais uma etapa na minha vida.
V
Resumo
O sistema de modelos SisBaHiA foi utilizado para analisar a circulação
hidrodinâmica e o potencial de transporte de partículas da região costeira
dos municípios de Recife e Jaboatão dos Guararapes durante o verão
austral. Na primeira parte do trabalho, os resultados do modelo
hidrodinâmico foram comparados com os dados experimentais obtidos em
campo com o perfilador de correntes Acoustic Doppler Current Profiler
(ADCP). Para isso foram traçados, perpendicularmente à linha de costa,
13 perfis de correntes, eqüidistantes a 1 km e limitados por isóbatas de 15
m com o uso da carta náutica n° 930. Os vetores resultantes de velocidade
da corrente marítima foram calculados a partir das componentes vetoriais
horizontais de corrente (U e V) para cada estágio de maré (baixa-mar e
preamar) e escala de profundidade (superfície, meio e fundo da coluna
d’água) de cada perfil. A análise comparativa mostra que o modelo
representou melhor a situação real na superfície da coluna d’água nas
áreas sul e central do domínio modelado durante a baixa-mar e a
preamar, respectivamente. Estes resultados se devem à batimetria mais
detalhada nestas áreas e à profundidade da coluna d’água para os
respectivos estágios de maré. Posteriormente, foram analisados os
resultados numéricos. Tais resultados evidenciaram que as correntes
foram mais intensas nos estágios de maré mais energéticos (vazante e
enchente) e na parte sul da área de estudo, devido à forte influência da foz
do rio Jaboatão. As intensidades mais baixas ocorreram durante os
estágios de maré preamar e baixa-mar, como também próximo à costa,
sobre os bancos de recifes submersos (regiões com pouca profundidade), e
nas áreas de transição de sentido de corrente. As direções das correntes
superficiais durante a enchente foram preponderantemente para SO. Os
demais estágios de maré (preamar, vazante e baixa-mar) apresentaram
correntes para NO em quase toda a área de estudo, apresentando próximo
à área estuarina vetores de corrente para O (preamar e vazante) e SO
(baixamar). No meio e no fundo da coluna d’água, as direções das
correntes durante a preamar e enchente foram para NO, SO e NE ao
norte, sul e extremo leste da área de estudo respectivamente. Já durante a
baixa-mar e a vazante, as direções preponderantes das correntes foram
NE (em quase toda a área de estudo) e SO (na área estuarina). Na segunda
parte do trabalho, duas simulações de transporte Lagrangeano foram
realizadas em Barra de Jangadas (aporte continental e litorâneo) para
retratar o transporte de sedimentos na área de estudo. A pluma de
sedimentos permaneceu no domínio modelado durante dois dias, sendo
conduzida principalmente pelo movimento oscilatório da maré.
Palavras-chave: modelagem matemática, SisBaHiA, circulação costeira,
ADCP, Recife-PE, Jaboatão dos Guararapes-PE, Brasil.
VI
Abstract
The SisBaHia model system was used to analyze the hydrodynamic
circulation and the sediment transport potential on the coastal region of
Recife and Jaboatão dos Guararapes cities during the austral summer. In
the first part of the study, the results of the hydrodynamic model were
analyzed and compared with the experimental data gathered at sea with
the Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP). To achieve that, 13 profiles
perpendicular to the coast were traced, equally spaced in 1km and limited
by isobaths of 15 meters. The resulting current vectors of the field
campaign were calculated from the horizontal components of the currents
for each tidal stage (low and high tides) and at three different depths
(surface, middle and bottom of the water column). The comparative
analysis shows that the model represented better the real situation in the
surface of the southern and central areas of the modeled domain during
low and high tides, respectively. These results are due to the more detailed
bathymetry in these areas and to the depth of the water column for each
tidal stage. . Afterwards, the numeric results were analysed. Those results
showed that the currents were more intense on the more energetic tidal
stages (flow and ebb) and on the southern part of the studied área, due to
the strong influence of the Jaboatão river. The lesser intensities happened
during the full and low tides, as well as near the coast, over the
submerged reef banks (shallow regions) and the current direction
transiction areas. The surface current directions during flow tides were to
SW. The other tidal stages (full, ebb and low tides) showed residue
currents to NW on almost all the studied area, with current vectors to W
near the estuary area (full and ebb) and SW (low tide). On the middle and
bottom of the water column, the current directions during flow and full
tides were to NW, SW and NE on the north, south and further east of the
studied area, respectively. During low tide and ebb, the direction of the
residue currens was NE (on almost all the studied area) and SW (on the
estuary area).In the second part of the study, two Lagrangean transport
simulations were made in Barra de Jangadas (continental and shore
contribution). The plume of sediments remained on the modeled domain
for almost two days, being transported mainly by the oscillatory movement
of the tide.
Keywords: Coastal circulation, ADCP, Mathematical modeling, Sediment
transport, SisBaHia Model, Recife, Brazil.
VII
Lista de Figuras
Capítulo 1
Figura 1.1. Edificações na praia de Candeias.
Figura 1.2. Enroncamento na praia de Boa viagem. Fonte: CPRH (2006).
Capítulo 3
Figura 3.1. Trajetória de partículas superficiais com a passagem de um
trem de onda.
Figura 3.2. Esquema da atração gravitacional. Fonte: Modificado de
Baptista Neto et al. (2004).
Figura 3.3. Atuação da força gravitacional da Lua (FG) e da força
“centrífuga” (F).
Figura 3.4. Dia lunar ao longo de um dia solar. Fonte: Modificado de
Baptista Neto et al. (2004).
Figura 3.5. Marés de sizígia e quadratura. Fonte: Modificado de Baptista
Neto et al. (2004).
Figura 3.6. Localização da Região Metropolitana do Recife. Fonte: Assis
(2001)
Figura 3.7. Mapa de localização da área de estudo.
Figura 3.8. Destruição provocada pela ressaca do mar em Boa Viagem -
1995. Fonte: Assis (2001).
Figura 3.9. Restos de construções destruídas pela ressaca no bairro de
Barra de Jangada. Fonte: Assis (2001).
Figura 3.10. Estuário de Barra de Jangadas. Fonte: CPRH (2006)
VIII
Capítulo 4
Figura 4.1. Sonda GPSmap Garmin 298 Sounder (a) e perfilador Rio
Grande 600 kHz (b). Fonte: Garmin, 2007 e RD Instruments, 2007.B
Figura 4.2. Técnica de utilização do ADCP. Fonte: RD Instruments, 2003.
Figura 4.3. Detalhes dos equipamentos utilizados para perfilagem com
ADCP.
Figura 4.4. Localização dos perfis transversais de coleta de dados de
correntometria (ADCP) na região costeira adjacente aos municípios de
Recife e de Jaboatão dos Guararapes.
Figura 4.5. Sistema de coordenadas da modelagem 3D e 2DH, onde NR é o
nível de referência. Fonte: Rosman (2001).
Figura 4.6. Malha de discretização do domínio modelado adjacente aos
municípios de Recife e Jaboatão dos Guararapes.
Figura 4.7. Batimetria da área de estudo utilizada nas simulações.
Figura 4.8. Velocidade do vento (m. s-1) a 3 m de altura para o mês de
janeiro de 2007. Fonte : CPTEC (2007).
Figura 4.9. Intensidade do vento (m.s-1) a 10 m de altura para o mês de
janeiro de 2007. Fonte: CINDACTA III (2007).
Figura 4.10. Direção do vento a 10 m de altura para o mês de janeiro de
2007. Fonte : CINDACTA III (2007).
Figura 4.11. Simulação do transporte de sedimentos: (a) Cenário 2 -
Contribuição continental e (b) . Cenário 3 – Contribuição litorânea.
IX
Capítulo 5
Figura 5.1. Vetores horizontais da velocidade das correntes na superfície
durante a baixa-mar: (a) experimental e (b) numérico.
Figura 5.2. Valores médios da intensidade da corrente (m.s
-1
) na superfície
durante baixa-mar.
Figura 5.3. Vetores horizontais da velocidade das correntes no meio da
coluna d’água durante a baixa-mar: (a) experimental e (b) numérico.
Figura 5.4. Valores médios da intensidade da corrente (m.s
-1
) no meio da
coluna d’água durante baixa-mar.
Figura 5.5. Vetores horizontais da velocidade das correntes próximas ao
fundo durante a baixa-mar: (a) experimental e (b) numérico.
Figura 5.6. Valores médios da intensidade da corrente (m.s
-1
) próxima ao
fundo durante a baixa-mar.
Figura 5.7. Vetores horizontais da velocidade das correntes na superfície
durante a preamar: (a) experimental e (b) numérico.
Figura 5.8. Valores médios da intensidade da corrente (m.s
-1
) na superfície
durante a preamar.
Figura 5.9. Vetores horizontais da velocidade das correntes no meio da
coluna d’água durante a preamar: (a) experimental e (b) numérico.
Figura 5.10. Valores médios da intensidade da corrente (m.s
-1
) no meio da
coluna d’água durante a preamar.
Figura 5.11. Vetores horizontais da velocidade das correntes próxima ao
fundo durante a preamar: (a) experimental e (b) numérico.
Figura 5.12. Valores médios da intensidade da corrente (m.s
-1
) próxima ao
fundo durante a preamar.
X
Figura 5.13. Pluma de sedimentos lançados do estuário de Barra de
Jangadas. (a) 1 h, (b) 5 h, (c) 23 h e (d) 44 h após o início do lançamento
das partículas na preamar.
Figura 5.14. Pluma de sedimentos lançados do estuário de Barra de
Jangadas. (a) 1 h, (b) 5 hs, (c) 19 hs e (d) 44 h após o início do lançamento
das partículas na preamar.
Figura 5.13. Velocidade das correntes no estágio de maré preamar: (a)
superfície, (b) Meio, (c) Fundo da coluna d’água.
Figura 5.14. Velocidade das correntes no estágio de maré vazante: (a)
superfície, (b) Meio, (c) Fundo da coluna d’água.
Figura 5.15. Velocidade das correntes no estágio de maré baixa-mar: (a)
superfície, (b) Meio, (c) Fundo da coluna d’água.
Figura 5.16. Velocidade das correntes no estágio de maré enchente: (a)
superfície, (b) Meio, (c) Fundo da coluna d’água.
Anexo A
Figura A.1. Campos cinemáticos da componente norte da corrente (m·s
-1
)
dos perfis J01, J02, J03, J04, J05, durante a baixa-mar.
Figura A.2. Campos cinemáticos da componente norte da corrente (m·s
-1
)
dos perfis J06, R01, R02, R03, R04, durante a baixa-mar.
Figura A.3. Campos cinemáticos da componente norte da corrente (m·s
-1
)
dos perfis R05, R06, R07, durante a baixa-mar.
Figura A.4. Campos cinemáticos da componente norte da corrente (m·s
-1
)
dos perfis J06, R01, R02, R03, R04, durante a preamar.
Figura A.5. Campos cinemáticos da componente norte da corrente (m·s
-1
)
dos perfis R05, R06, R07, durante a preamar.
XI
Lista de Tabelas
Capítulo 3
Tabela 3.1. Balanço sedimentar de uma praia. Fonte: Souza et al (2005).
Capítulo 4
Tabela 4.1. Cronograma das campanhas de mar (02 a 04 de janeiro de
2007). BM = baixa-mar; PM = preamar.
Tabela 4.2 Características das oscilações do nível do mar utilizadas como
condição de contorno para as simulações na cidade do Recife e Jaboatão
dos Guararapes-PE. Fonte: FEMAR (2006):.
Tabela 4.3. Opções de modelagem consideradas nas simulações da região
costeira adjacente aos municípios de Recife e Jaboatão dos Guararapes.
Tabela 4.4. Condições de contorno consideradas nas simulações da região
costeira adjacente aos municípios de Recife e Jaboatão dos Guararapes.
XII
Sumário
AGRADECIMENTOS ................................................................................................III
RESUMO.................................................................................................................. V
ABSTRACT .............................................................................................................VI
LISTA DE FIGURAS................................................................................................VII
LISTA DE TABELAS ................................................................................................XI
CAPITULO 1 ............................................................................................ 1
INTRODUÇÃO........................................................................................... 1
CAPITULO 2 ............................................................................................ 6
OBJETIVOS ............................................................................................. 6
CAPITULO 3 ............................................................................................ 7
PROCESSOS COSTEIROS, PLATAFORMA CONTINENTAL E ÁREA DE ESTUDO.............. 7
3.1. PROCESSOS COSTEIROS........................................................................................ 7
3.2. PLATAFORMA CONTINENTAL................................................................................18
.... 3.2.1. Regime hidraúlico da plataforma continental.................................................19
.....3.2.2. Características da plataforma continental brasileira.....................................22
.... 3.2.3. Circulação oceânica sobre a plataforma continental brasileira......................25
3.3. ÁREA DE ESTUDO................................................................................................. 27
3.3.1. Localização e descrição ................................................................................. 26
3.3.2. Forçantes meteorológicas, correntes e marés ................................................ 31
CAPITULO 4 .................................................................................................34
ABORDAGEM METODOLOGICA .................................................................. 34
4.1. CAMPANHAS DE MAR........................................................................................... 34
4.2. MODELAGEM MATEMÁTICA DE SISTEMAS COSTEIROS ..................................... 38
4.3. O MODELO SisBaHiA ............................................................................................ 39
4.4. O MÓDULO HIDRODINÂMICO EULERIANO........................................................... 41
4.4.1. Equações básicas .......................................................................................... 42
(a) Módulo 3D............................................................................................... 43
(b) Módulo 2DH ............................................................................................ 47
4.5. O MÓDULO LAGRANGEANO DE TRANSPORTE ADVECTIVO DIFUSIVO............... 49
4.6. APLICAÇÃO DO MODELO HIDRODINÂMICO EULERIANO.................................... 51
4.6.1. Malhas de discretização espaço-temporal ..................................................... 51
4.6.2. Batimetria ...................................................................................................... 53
4.6.3. Cisalhamento eólico ....................................................................................... 54
4.6.4. Forçante astronômica (marés)........................................................................ 57
4.6.5. Condições iniciais .......................................................................................... 59
4.6.6. Tratamento das condições de contorno horizontais....................................... 60
XIII
4.6.7. Cenários de simulação................................................................................... 61
4.7. APLICAÇÃO DO MODELO LAGRANGEANO........................................................... 62
CAPITULO 5 .......................................................................................... 64
RESULTADOS E DISCUSSÕES.................................................................... 64
5.1. MODELO HIDRODINÂMICO EULERIANO .............................................................. 65
5.1.1. Estágio de baixa-mar (BM)............................................................................. 65
5.1.2. Estágio de preamar (PM)................................................................................ 72
5.1.3. Análise dos resultados do modelo hidrodinâmico Euleriano ......................... 78
5.2. RESSULTADOS NUMÉRICOS DOS CAMPOS DE CORRENTES.............................. 80
5.2.1. Análise dos campos de correntes...................................................................88
5.3. MODELO LAGRANGEANO.......................................................................................89
5.3.1. Cenário 2 – Aporte estuarino de sedimentos ............................................... 889
5.3.2. Cenário 3 – Aporte litorâneo de sedimentos .................................................. 91
5.3.3. Análise dos resultados do modelo Lagrangeano ......................................... 933
CAPITULO 6 .......................................................................................... 94
CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES............................................................ 94
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ................................................................ 98
ANEXO A – CAMPOS CINEMATICOS OBTIDOS A PARTIR DAS PERFILAGENS DE ADCP
.........................................................................................................105
Capítulo 1 – Souza, P.F.R. Introdução
1
Capítulo 1
Introdução
O Brasil é um país de dimensões continentais, possuindo uma zona
costeira que se estende por 9.200 km (IBGE, 2001). Ao longo dessa faixa
litorânea é possível identificar uma grande variedade de paisagens como
dunas, ilhas, recifes, costões rochosos, baías, estuários, brejos e falésias.
Observa-se também que os seus ecossistemas, tais como praias,
restingas, lagunas e manguezais, devido às diferenças climáticas e
geológicas, apresentam diferentes espécies de animais e vegetais.
A linha de costa é um dos ambientes mais dinâmicos e sensíveis da
natureza. Sua posição varia constantemente ao longo do tempo, sendo
afetada por um grande número de fatores, de origem natural, relacionado
à dinâmica costeira (balanço de sedimentos, variações do nível relativo do
mar, etc.), como também a partir da intervenção humana (obras de
engenharia, represamento de rios, dragagens, etc).
A dinâmica costeira, que condiciona a construção geomorfológica da
linha de costa, é a principal responsável pelo desenvolvimento das praias
arenosas e pelos processos de erosão e deposição, que as mantêm em
constante alteração. As praias são compostas de material não
consolidado, como areia e cascalho. São formadas na interface entre dois
Capítulo 1 – Souza, P.F.R. Introdução
2
grandes ambientes, a Terra e o oceano, ou outro corpo aquoso de grandes
proporções como rios e lagos. Elas servem de habitat para várias espécies
de animais e vegetais e agem como uma proteção costeira, tanto para os
ecossistemas adjacentes, como contra o ataque erosivo das ondas. As
praias são bastante utilizadas para atividades urbanas, recreação,
turismo e encontram-se em constante modificação (sujeitas a processos
atuais associados a ondas, marés, ventos e suas correntes induzidas).
Em escala mundial, alguns autores estimam que cerca de dois
terços da população habite a zona costeira, que corresponde a menos de
15% da superfície terrestre. Desta forma, as praias desempenham um
grande papel econômico, sobretudo associado à indústria do turismo.
Esse tipo de atividade vem crescendo muito no Brasil, chegando a triplicar
em menos de uma década (EMBRATUR, 2002 apud Souza et al, 2005).
Com um crescimento explosivo e desordenado, o turismo, a especulação
imobiliária e a mineração (ex.: retirada de areia das praias e dunas), sem
qualquer planejamento ambiental e investimentos em infra-estrutura, as
praias vêm sofrendo uma crescente descaracterização. Cerca de 20% das
linhas de costa de todo o planeta são formadas por praias arenosas, das
quais 70% estão predominantemente em processo de erosão, 20% em
progradação e os 10% restantes encontram-se em equilíbrio relativo (Bird,
1985, 1999). No Brasil, são encontradas evidências de erosão marinha em
praticamente toda a linha de costa.
No caso específico do Estado de Pernambuco, a faixa costeira
apresenta graves problemas ambientais, com muitos trechos da costa em
desequilíbrio, apresentando erosão marinha progressiva que varia de
moderada a severa (CPRH, 1998). Atualmente, toda a faixa das praias de
Boa Viagem, Piedade e Candeias (áreas de grande valor imobiliário),
apresentam um alto índice de ocupação, com grande concentração de
atividades econômicas, de lazer e de turismo. Toda a extensão dessas
praias sofreu ação antrópica associada às construções civis. Em Boa
Viagem destaca-se a Avenida Boa Viagem, enquanto que em Piedade e
Capítulo 1 – Souza, P.F.R. Introdução
3
Candeias, os edifíficios. Algumas destas obras não respeitam os limites de
pós-praia, essenciais para o suprimento de sedimentos, comprometendo
assim vários trechos de praia que estão sob um forte processo de erosão.
O manejo deste problema tem sido feito de maneira espontânea e de
certa forma desordenado, a partir de intervenções de ação individual e/ou
municipal, geralmente após o problema já ter atingido proporções
alarmantes, e muitas vezes sem o conhecimento e a devida observação do
contexto. Estas intervenções se dão, em geral, através da colocação de
muros e espigões nas áreas criticamente atingidas sem o devido suporte
de informações sobre as características das praias e da hidrodinâmica
costeira. As mesmas, freqüentemente, resultam em insucessos ou mesmo
em intensificação do processo erosivo, localmente ou em áreas adjacentes,
implicando no gasto de somas elevadas de recursos e prejuízo estético
considerável (CONDERM/FIDEM, 2004). As Figuras 1.1 e 1.2 trazem
alguns exemplos de intervenções recentes realizadas nas praias de Boa
Viagem, Piedade e Candeias.
A erosão na linha de costa tem despertado a atenção de cientistas e
planejadores em todo o mundo, como também a compreensão de suas
causas e o que fazer para minimizar os prejuízos materiais decorrentes da
mesma. Muitos países têm investido milhões na conservação, manutenção
e restauração das praias. No Brasil, a conservação das praias tem se
tornado uma preocupação cada vez mais freqüente, que acabou sendo
inserida no contexto do Plano Nacional de Gerenciamento Costeiro, PNGC,
pela Lei nº 7.661 de 16 de maio de 1998. O PNGC já definiu, em escala
nacional, 133 áreas prioritárias para conservação e proteção da
biodiversidade das zonas costeiras e marinhas, que incluem as praias a
elas associadas (MMA, 2002).
Capítulo 1 – Souza, P.F.R. Introdução
4
Figura 1.1. Edificações na praia de Candeias
Figura 1.2. Enroncamento na praia de Boa viagem. Fonte: CPRH (2006)
Em Pernambuco, o problema tem merecido atenção e preocupação
de alguns setores do poder público, como a CONDERM/FIDEM, a CPRH e,
principalmente, as Prefeituras dos Municípios das áreas atingidas. A
população atingida também vem tomando medidas emergenciais e
descontínuas. Desta forma, há a necessidade da implantação de medidas
essenciais como um plano de gestão integrada e de uso adequado da zona
costeira (CONDERM/FIDEM, 2004).
Capítulo 1 – Souza, P.F.R. Introdução
5
Diante destes fatos, surge a motivação do desenvolvimento deste
trabalho, que consiste em apresentar uma aplicação técnica de
modelagem matemática ao estudo da circulação costeira na área marítima
adjacente às cidades do Recife e de Jaboatão dos Guararapes, utilizando o
modelo hidrodinâmico SisBaHiA (Sistema de Base de Hidrodinâmica
Ambiental) (ROSMAN, 2001).
Neste trabalho são também apresentados os primeiros resultados de
medições de corrente costeira obtidas durante o período de 02 a 09 de
janeiro de 2007, no âmbito do Projeto Monitoramento Ambiental Integrado
(MAI-PE). O Projeto MAI-PE é um esforço inter-institucional que tem por
objetivo principal o desenvolvimento de um monitoramento ambiental
integrado – avaliação dos processos de erosão costeira dos municípios de
Paulista, Olinda, Recife e Jaboatão dos Guararapes, estabelecido pelo
Programa de Gerenciamento Costeiro Integrado de Proteção e Defesa da
Zona Costeira (GIZC), e executado pela CPRH (CONDERM/FIDEM, 2004).
As medições de correntes foram realizadas com a utilização do
perfilador de correntes Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP), ou
Correntômetro Acústico de Efeito Doppler Rio Grande 600 kHz. Estes
dados foram comparados com os resultados numéricos gerados pelo
modelo hidrodinâmico do SisBaHiA. Trata-se, portanto, do primeiro passo
para viabilizar a futura utilização de modelagem matemática como uma
ferramenta de gerenciamento e de tomada de decisões acerca das
possíveis intervenções antrópicas visando minimizar o processo erosivo
que vem sendo observado nesta área da costa pernambucana.
Capítulo 2 – Souza, P.F.R. Objetivos
6
Capítulo 2
Objetivos
O objetivo principal deste trabalho é analisar a circulação e o
potencial de transporte na região costeira dos municípios de Recife e
Jaboatão dos Guararapes, característicos do período de verão austral
(período de estiagem), utilizando-se de medições oceanográficas e de
técnica de modelagem matemática e simulação numérica.
Mais especificamente, foram também estabelecidos os seguintes
objetivos:
- Desenvolver metodologia para coleta (perfilagens) e posterior análise
de dados de correntes com utilização do perfilador de correntes ADCP
(Acoustic Doppler Current Profiler);
- Aplicar técnica de modelagem matemática para avaliar o potencial
de transporte longitudinal de sedimentos na região costeira dos
municípios de Recife e Jaboatão dos Guararapes, característicos do
período de verão austral (período de estiagem).
Capítulo 3 – Souza, P.F.R. Processos Costeiros e Área de Estudo
7
Capítulo 3
Processos Costeiros, Plataforma
Continental e Área de Estudo
3.1. PROCESSOS COSTEIROS
Os processos sedimentares que atuam na linha de costa são
resultantes da combinação de fatores oceanográficos, hidrológicos,
meteorológicos, climáticos, biológicos, geológicos, químicos e antrópicos
(Souza, 1997).
Os processos físicos são basicamente gerados pela ação de ondas,
marés e ventos, e pelas correntes geradas por cada um desses agentes,
e/ou pela interação entre eles.
Os fatores meteorológicos/climáticos estão associados a eventos de
curta ou de longa duração. Os de curta duração, como tempestades,
furacões, tormentas e ressacas, têm normalmente efeitos devastadores em
função da sua potência e de sua força geradora. Os de longa duração
estão ligados ao eustatismo climático, produto de períodos intercalados de
glaciações e interglaciações que alteram o nível médio dos oceanos,
provocando transgressões e regressões. Essas variações são responsáveis
pelas feições atuais da zona costeira. Desta forma, os fatores
Capítulo 3 – Souza, P.F.R. Processos Costeiros e Área de Estudo
8
meteorológicos/climáticos têm maior influência na variação do nível do
mar (diário, sazonal e de longo período) e na ação dos ventos, interferindo
no comportamento do clima de ondas e, conseqüentemente, nas
características das correntes costeiras (Souza et al, 2005).
Nos processos biológicos, os organismos que habitam a zona
costeira são os responsáveis por modificações através da interação com os
sedimentos e através da bioconstrução de estruturas e esqueletos
carbonáticos.
Os processos químicos são resultantes do intemperismo das rochas
e precipitação de materiais, como depósito de sal, conhecido como
evaporitos (Baptista Neto et al., 2004).
Os fatores geológicos podem estar associados a terremotos ligados a
falhas geológicas ou à acomodação de camadas, ou mesmo deslizamento
de terreno, que podem modificar a configuração do litoral. Alguns desses
fenômenos, quando ocorrem em áreas submersas, trazem riscos
potencialmente elevados, pois geram ondas de grande energia e alto poder
destrutivo, como os maremotos ocorridos recentemente no sudeste
asiático. Entretanto, dentre os diversos fatores geológicos atuantes no
litoral, os de maior importância para as praias são os processos
sedimentares, responsáveis pelos ganhos (deposição) e perdas (erosão) de
areia na praia, que determinam o seu balanço sedimentar (Souza et al,
2005).
Os fatores antrópicos envolvem as intervenções do homem nos
ecossistemas costeiros. Estas intervenções estão associadas em geral à
ocupação desordenada, à falta de planejamento urbano, realizando aterros
indiscriminados dos mangues e de obras de engenharia como portos e
marinas, que alteram profundamente o equilíbrio dos processos de
transporte de sedimentos na zona litorânea. Nos grandes centros urbanos
podemos encontrar ainda obras de contenção de ondas como
Capítulo 3 – Souza, P.F.R. Processos Costeiros e Área de Estudo
9
enroncamentos e espigões para proteger as praias erodidas da energia das
ondas.
Nas próximas seções serão descritos sucintamente os principais
agentes e processos responsáveis pela dinâmica sedimentar das praias:
(a) Ondas e ventos;
(b) Correntes geradas por ondas;
(c) Maré e variações do nível do mar;
(d) Balanço sedimentar das praias.
(a) Ondas e ventos
As ondas aparecem como um resultado da combinação de forças
restauradoras em um fluido que foi retirado de seu estado de equilíbrio
inicial.
As ondas são geradas pelos ventos no oceano aberto e dependem
basicamente de sua velocidade, duração e extensão da pista na superfície
do oceano (fetch) sobre a qual eles atuam. A quantidade de energia
potencial absorvida pelas ondas é proporcional à duração do vento e ao
comprimento da pista. Quando as ondas são geradas em locais de
tempestade, dá-se origem a um trem regular de ondas conhecido como
swells (ondulações), que perdem um pouco da energia ao longo do
percurso. Assim, as ondas incidentes gravitacionais podem ter sido
geradas a quilômetros de distância em áreas de tempestade. As ondas
secundárias (seas) podem ser geradas nas proximidades da costa devido à
forte ação dos ventos na costa ou mesmo devido a alterações na energia
das ondas. A energia das ondas refletidas pela costa quando aprisionadas
podem gerar ondas estacionárias (standing waves), e quando são
reintegradas ao oceano geram ondas de ressonância (edge waves). Tais
ondas atuam na zona de surfe e são responsáveis pela topografia
acidentada. As ondas de infragravidade (infragravity waves) são geradas
Capítulo 3 – Souza, P.F.R. Processos Costeiros e Área de Estudo
10
pela interação ou interferência entre mais de um trem de onda na costa. O
maremoto (tsunami) são ondas geradas por abalos sísmicos que ocorrem
no assoalho oceânico, ondas estas que possuem baixa amplitude e longo
período e um poder devastador quando atingem o continente (Souza et al,
2005).
O modelo clássico no estudo de ondas para dinâmica dos fluidos
considera a onda ideal do tipo senoidal. Essa aproximação simplifica a
progressão da onda sobre a superfície, mesmo quando são irregulares.
Seus tipos irregulares aparecem constantemente modificados na
superfície, de maneira a serem sempre sobrepostas por outras. Desta
forma, qualquer onda observada é na verdade o somatório de várias ondas
com alturas, comprimentos de onda e freqüências diferentes. Seu ângulo
de fase permite as várias defasagens de ondas, isto é, permite que o
máximo ocorra em diferentes horários.
O vento pode ser considerado como o ar em movimento. Ele resulta
do deslocamento de massas de ar, derivado dos efeitos das diferenças de
pressão atmosférica entre duas regiões distintas e é influenciado por
efeitos locais como a orografia e a rugosidade da superfície.
Os ventos, além de produzirem as ondas, são também um
importante agente na dinâmica sedimentar das praias, sendo o principal
responsável pela troca de areia entre praias e dunas. No caso específico de
ondas de vento, estas são criadas a partir das forças de pressão e fricção,
que perturbam o equilíbrio da superfície dos oceanos. O vento transfere
parte da sua energia para a água através da fricção entre o vento e a água.
Isso faz com que as partículas na superfície tenham um movimento
elíptico, que é uma combinação de ondas longitudinais (para frente e para
trás) e transversais (para cima e para baixo) (Figura 3.1).
Capítulo 3 – Souza, P.F.R. Processos Costeiros e Área de Estudo
11
Figura 3.1. Trajetória de partículas superficiais com a passagem de um
trem de onda.
Quando o trem de ondas se aproxima da costa, a espessura da
lâmina de água começa a influenciar na velocidade, diminuindo-a e
absorvendo energia. Em função da diminuição da profundidade e difração
ao redor de obstáculos, as ondulações que chegam à costa sofrem o efeito
de refração no fundo marinho. Esses fenômenos geram perturbações na
direção de propagação das ondas (ortogonais) de tal modo que, quando as
ortogonais convergem para um determinado local, há concentração de
energia, predominando a erosão, e quando as ortogonais divergem, há
dispersão de energia, predominando a deposição (Souza et al, 2005).
Quando as ondas atingem as zonas mais rasas, o seu comprimento
diminui, e a altura da crista aumenta. Esse processo ocorre com a
diminuição da profundidade até que a onda desliza e quebra, produzindo
a arrebentação (Souza et al, 2005). Segundo Toldo Jr et al. (1993), existem
quatro tipos de arrebentação ou quebra: deslizante (spiling), mergulhante
(plunging), ascendente (surging) e frontal (collapsing).
(b) Correntes geradas por ondas
As correntes costeiras ou sistema de circulação são geradas pela
incidência de ondas na linha de costa, e podem ser divididas em quatro
partes: 1) transporte de massas de água costa-adentro; 2) correntes de
deriva litorânea; 3) fluxo de retorno costa-afora, que inclui correntes de
retorno e transporte de massas de água costa-afora; e 4) o movimento ao
longo da costa das cabeças das correntes de retorno (CERC, 1977).
Capítulo 3 – Souza, P.F.R. Processos Costeiros e Área de Estudo
12
O tipo de circulação costeira é determinado pelo ângulo de
incidência das ondas na praia. A corrente de deriva litorânea é a
componente paralela à praia (corrente costeira mais importante), sendo a
principal agente de distribuição de sedimentos ao longo da costa e a
principal causa de afogamentos na praia.
A velocidade de uma corrente de deriva litorânea varia
principalmente em função do ângulo de incidência das ondas (Muehe,
1994).
A deriva litorânea resultante tem o sentido no qual a maioria dos
sedimentos se move durante um longo período de tempo, a despeito da
ocorrência de qualquer sentido oposto, menor ou sazonal de movimento.
A “célula de circulação litorânea” é formada por cada setor de costa
com um determinado sentido de deriva litorânea resultante. Para cada
célula pode-se identificar três zonas:
- zona de erosão – local de maior energia e origem da corrente
(barlamar);
- zona de transporte – transporta os sedimentos ao longo da costa;
- zona de deposição ou acumulação - local de diminuição de energia
e término da corrente (sotamar).
Quando duas células estão lado a lado, podem ocorrer duas
situações:
- convergência de correntes – pode ocorrer acumulação intensa e/ou
desenvolver uma terceira componente, a corrente de retorno;
- divergência de corrente – local de processo erosivo acentuado.
A maior responsável pelas migrações laterais das desembocaduras
fluviais, lagunares e estuarinas ao longo da costa é a deriva litorânea.
Para muitos autores o principal mecanismo de construção das planícies
“deltaicas” do nordeste e leste do Brasil é dada pelo bloqueio dessas
correntes que são causadas pelos fluxos fluviais (Souza et al, 2005).
Capítulo 3 – Souza, P.F.R. Processos Costeiros e Área de Estudo
13
(c) Marés e variações do nível do mar
Maré é o movimento periódico das águas do mar, pelo qual elas se
elevam ou abaixam em relação a uma referência fixa no solo. Elas são
formadas pela ação combinada de forças de atração entre a Terra, Lua e
Sol, e por forças centrífugas geradas pelo movimento de rotação em torno
do centro de massa do sistema Sol-Terra-Lua (localizado no interior da
Terra, a uma distância de 1/4 do raio terrestre). Os ciclos de maré são
estabelecidos pela livre migração das partículas de água nos oceanos, que
se movimentam associadas a estas forças mencionadas.
A atração gravitacional da Lua é dominante em relação à do Sol
(mesmo a Lua tendo uma massa muito menor que a do Sol), devido à sua
proximidade com a Terra, e faz com que a água dos oceanos avance sobre
a parte da Terra que se encontra mais próxima à Lua e também sobre a
parte diametralmente oposta (Figura 3.2).
Figura 3.2. Esquema da atração gravitacional. Fonte: Baptista Neto et al.
(2004)(modificado).
A força centrífuga é igual em qualquer local da superfície da Terra,
no entanto, a força de atração gravitacional será maior quanto maior for a
proximidade em relação à Lua. Portanto, na face da Terra voltada para a
Lua, a força de atração gravitacional é maior do que a reação da força
centrípeta, enquanto que na face oposta ocorre o contrário (Figura 3.3).
Capítulo 3 – Souza, P.F.R. Processos Costeiros e Área de Estudo
14
Figura 3.3. Atuação da força gravitacional da Lua (FG) e da força
“centrífuga” (F).
O movimento de translação da Lua, também conhecido como dia
lunar, tem a duração de 24 h e 50 min., e corresponde ao tempo
compreendido entre duas aparências sucessivas da Lua em um meridiano
exatamente acima de um observador estacionário. Dividindo-se este tempo
em quatro períodos, teremos quatro turnos de aproximadamente 6 h e 12
min, que é a duração de cada maré e suas variações, de preamar (nível
máximo de uma maré cheia) a baixa-mar (nível mínimo de uma maré
vazante).
Durante uma volta completa da Terra em torno do seu próprio eixo
(24h ou dia solar), a Lua gira para leste de 12,2º, e a Terra ainda gira por
mais 50 minutos para que o observador continue alinhado, como mostra a
Figura 3.4.
Como a Terra está girando em torno do seu eixo, qualquer ponto em
sua superfície passará duas vezes por um período de maré baixa e maré
alta durante um dia lunar (24 h 50 min). A diferença de 50 minutos do dia
lunar em comparação com o dia solar explica porque as variações entre
maré alta e baixa ocorrem em horas diferentes durante os ciclos de maré.
Logo, se acompanharmos os horários de pico de maré alta ou baixa em
um determinado local, observamos que eles ocorreram com uma
®
F
®
F
®
F
®
F
®
F
G
F
G
F
G
F
G
F
LT
a
.
→
Terra
Lua
Capítulo 3 – Souza, P.F.R. Processos Costeiros e Área de Estudo
15
defasagem horária de 50 minutos a cada dia sucessivo (Baptista Neto et
al., 2004).
Figura 3.4. Dia lunar ao longo de um dia solar. Fonte: Modificado de
Baptista Neto et al. (2004).
Nos períodos de Luas grandes (Cheias e Novas), onde a Terra, o Sol e
a Lua estão em oposição ou conjunção, ocorre uma somatória de forças
desses astros e o movimento das marés atinge seu ponto extremo (tanto
nas preamares quanto nas baixa-mares). Desta forma, ocorrem as marés
de sizígia ou de “águas-vivas” (marés de grande amplitude), onde as águas
correm em grande velocidade (Figura 3.5).
Figura 3.5. Marés de sizígia e quadratura. Fonte: Modificado de Baptista
Neto et al. (2004).
Terra
Sol
Quadratura
Quadratura
Quarto
Crescente
Quarto
Minguante
Lua
Nova
Lua
Cheia
Sizígia
Sizígia
0h 8h 16h
24h 50min
24h
Capítulo 3 – Souza, P.F.R. Processos Costeiros e Área de Estudo
16
Nos períodos de quarto-crescente e quarto minguante, ocorre o
inverso das sizígias, que são as marés “mortas” ou de quadratura, onde
as águas são calmas e de pouca velocidade. Um ciclo completo mensal de
maré ocorre aproximadamente em 29,5 dias.
Existe também a maré meteorológica, que é a diferença entre a maré
observada e aquela prevista pela tábua de marés. As causas desse
fenômeno pouco conhecido são, principalmente, as variações da pressão
atmosférica e a ação do vento sobre a água, causando assim níveis mais
baixos ou mais altos que os previstos.
O nível do mar (NM) pode variar em diferentes escalas de tempo:
horária, diária, sazonal e de longo período (Mesquita, 2003). As variações
horárias e diárias estão associadas às mudanças na intensidade e direção
dos ventos, acompanhadas de variações na pressão atmosférica, ambas
relacionadas à passagem de frentes frias (sistemas frontais). Elas podem
causar oscilações horárias do NM de até 2 m e variações diárias da ordem
de 70 cm acima do nível médio.
As oscilações do NM de longo período na costa brasileira, medidas
desde 1781, indicam taxas de até 4 mm.ano
-1
ou cerca de 50 cm.século
-1
.
A causa mais provável para essa elevação é o aquecimento da temperatura
global, que foi em média 0,6 ± 0,2 °C para o século XX, resultando em
uma elevação do NM entre 0,1 e 0,2 m no mesmo período (IPCC, 2001).
(d) Balanço Sedimentar das Praias
O balanço sedimentar de uma praia é dado pela relação entre as
perdas e ganhos de sedimentos. Este balanço depende de uma série de
fatores, que na prática são difíceis de identificar e qualificar. Quando o
balanço sedimentar da praia for negativo, ou seja, quando a perda de
sedimento for maior que o ganho, a praia se encontra em um processo
erosivo. A Tabela 3.1 a seguir traz a relação entre a perda e o ganho de
sedimentos que ocorrem na praia.
Capítulo 3 – Souza, P.F.R. Processos Costeiros e Área de Estudo
17
Tabela 3.1. Balanço sedimentar de uma praia. Fonte : Souza et al (2005).
Suprimento de sedimentos
para a praia
Perda de sedimentos
da praia
Balanço
Sedimentar
Provenientes dos rios e
canais de maré.
Transportados rumo ao
continente, para rios e canais
de maré.
Provenientes de costões
rochosos, praias e depósitos
marinhos frontais.
Transportados ao longo da
praia (correntes de deriva
litorânea).
Provenientes da Plataforma
Continental (correntes
geradas por ondas e marés).
Transportados para a
Plataforma Continental
(correntes de retorno e de
costa-afora).
Provenientes das dunas
(transportadas pelo vento e
ondas de tempestades).
Removidos para dunas
(ventos e ondas de
tempestade).
Alimentação artificial das
praias (contribuições
antrópicas).
Extração/mineração de areia
da praia e de
desembocaduras.
Aumento do volume de
sedimentos produzidos no
continente e na Plataforma
Continental (causas naturais
e antrópicas).
Redução do volume de
sedimentos produzidos no
continente e na Plataforma
Continental (causas naturais
e antrópicas).
Processos
deposicionais e
erosivos no
sistema praial
em equilíbrio.
3.2. PLATAFORMA CONTINENTAL
As plataformas continentais margeiam os continentes ou mares
interiores e ocupam cerca de 7% da superfície do assoalho oceânico, com
Capítulo 3 – Souza, P.F.R. Processos Costeiros e Área de Estudo
18
130 m de profundidade média (Reading, 1996). Segundo Souza et al
(2005), estendem-se das áreas rasas (dominadas por processos costeiros),
ao limite do talude continental (dominado por processos oceânicos).
As principais características desses ambientes são:
- Profundidades menores que 200 m;
- Gradiente suave (1 - 0,1°);
- Salinidade marinha normal (35 psu);
- Ampla variedade de processos físicos (correntes de maré, ondas,
correntes geradas por tempestades e correntes oceânicas).
A plataforma continental é normalmente dividida em quatro faixas:
(a) plataforma externa; (b) plataforma intermediária; (c) plataforma
interna; e (d) zona de surfe.
(a) Plataforma externa – nesta região os fluxos geostróficos são
mais importantes, as forças friccionais são menores e a agitação do fundo
induzida por ondas é mínima. As camadas de limite de fundo e superficial
são distintas e, muitas vezes, separadas por estratificação interna.
(b) Plataforma intermediária - geralmente caracteriza-se pela
transição do regime do fluxo e pelo decréscimo em direção ao mar na
freqüência e intensidade da agitação das camadas de fundo.
(c) Plataforma interna – é dominada por forças friccionais, na qual
a camada limite superficial e a camada limite de fundo sobrepõem-se e
podem ocupar toda a coluna de água. As camadas limítrofes (isto é,
interface meteorológica, superfície do oceano, fundo e sedimentar)
interagem diretamente e não podem ser diferenciadas (Smith & Brink,
1994).
Capítulo 3 – Souza, P.F.R. Processos Costeiros e Área de Estudo
19
(d) Zona de surfe – é a zona que se estende da primeira linha de
arrebentação de ondas até o ponto de última quebra da onda sobre a face
da praia. Quando a zona de surfe é curta, toda a turbulência de
arrebentação acontece na face da praia. O estoque de areia é normalmente
pequeno, os grãos geralmente são mais grossos e as praias são mais
suscetíveis a processos de erosão. Quando a zona de surfe é extensa,
existe um grande estoque de areia geralmente fina e as praias são menos
sucetíveis à erosão.
3.2.1. Regime hidráulico da plataforma continental
A hidrodinâmica da plataforma é determinada pela interação entre
vários processos em diferentes escalas de tempo e de espaço, como os
ventos, as ondas, as marés e a descarga de rios. O resultado direto dessas
forças é dado pelo transporte e pela dispersão dos sedimentos na
plataforma.
Segundo Souza et al. (2005), estes processos geram movimentação
da água, resultando no transporte e na dispersão dos sedimentos. Pode-se
dizer que a dinâmica dos sedimentos não-coesivos (grossos) ocorre
essencialmente na camada limite do fluxo, enquanto a dinâmica dos
sedimentos coesivos (finos) ocorre em toda a coluna de água. O transporte
de sedimentos não-coesivos ocorre por tração e saltação, já o transporte
de sedimentos coesivos ocorre basicamente por suspensão.
Com base no regime hidráulico, segundo Souza et al. (2005), quatro
tipos principais de plataformas podem ser identificados: 1) plataforma
dominada por maré; 2) plataforma dominada por ondas; 3) plataforma
dominada por tempestades; e 4) plataforma dominada por corrente
oceânica.
1) Plataformas dominadas por maré – diariamente são varridas
por fortes correntes de maré, que podem causar erosão no fundo marinho
Capítulo 3 – Souza, P.F.R. Processos Costeiros e Área de Estudo
20
e transporte do sedimento da carga de fundo em grande escala, tanto
paralela quanto transversalmente às formas de fundo. São comumente
encontradas em bacias fechadas e indicam evidência de transporte de
sedimento em direções opostas e a distribuição de sedimentos depende da
posição em relação aos canais das correntes de maré. Sua granulometria
varia de areia grossa para lama devido à diminuição da velocidade da
corrente. No Brasil, elas ocorrem ao longo da costa norte (MA, PA e AM),
onde as amplitudes das marés são de macromares (> 4 m).
2) Plataformas dominadas por ondas e tempestades – são
combinadas, pois apresentam um regime hidráulico que varia no clima de
onda - tempestade de relativamente baixa-energia e baixa-freqüência para
alta-energia e alta-freqüência. Ambos os tipos são dominados por
tempestades, desde que a dispersão dos sedimentos seja controlada
principalmente por flutuações sazonais na intensidade de ondas e
correntes com transporte máximo durante as tempestades. Os sedimentos
finos são transportados por advecção, causada por correntes geradas
durante tempestades, que transportam as plumas de sedimento fino em
direção ao mar aberto, ou por difusão a para plataforma externa, onde são
depositados sobre areias relíquias ou palimpsésticas Sua granulometria
diminui com a profundidade. No Brasil, esses tipos de plataforma ocorrem
ao sul e sudeste, da costa do Rio Grande do Sul ao Espírito Santo, onde as
amplitudes de marés são de micromaré (< 2 m).
3) Plataformas dominadas por correntes oceânicas – são
regularmente varridas por correntes unidirecionais, as quais são geradas
em bacias oceânicas, mas ocasionalmente migram sobre plataformas
continentais adjacentes. São tipicamente estreitas, do tipo pericontinental.
Assim, o desenvolvimento das formas de fundo está relacionado a três
parâmetros principais: granulometria dos sedimentos, profundidade e
Capítulo 3 – Souza, P.F.R. Processos Costeiros e Área de Estudo
21
velocidade de fluxo, podendo ocorrer em várias escalas, desde ondulações
até dunas e barras.
A margem continental brasileira possui uma diversidade de
morfologia, ambiente, tipos de sedimentos, como também características
de uma margem passiva clássica, com os elementos fisiográficos, tectono-
magnéticos e sedimentares bem definidos em toda a sua extensão.
A evolução sedimentar da margem continental brasileira está
intrinsecamente associada à evolução do Atlântico Equatorial Sul, que
imprimiu características próprias às bacias marginais brasileiras. No
início, elas apresentavam uma seção inferior, com falhas normais
envolvendo o embasamento e vulcanismo de caráter básico associado,
correspondente aos eventos de rifteamento iniciais à separação dos
continentes, até a formação da crosta oceânica. Posteriormente, elas
passaram a ter uma seção superior sedimentar, correspondente à fase de
expansão do Oceano Atlântico, que desenvolveu a margem continental
brasileira.
3.2.2. Características da plataforma continental brasileira
Segundo os Programas REVIZEE e o REMPLAC, a plataforma
continental brasileira está dividida em quatro regiões: 1) Norte; 2)
Nordeste; 3) Central; e 4) Sul.
1) Plataforma Norte – vai do Oiapoque (AP) ao Delta do Parnaíba
(PI). É uma área constituída por costas muito baixas com extensas
planícies de maré lamosa e por um gigantesco complexo deltaico-
estuarino. O Rio Amazonas é considerado o maior do mundo em termos de
área de drenagem (correspondendo a 6 x 10
6
km
2
) e de descarga de água
(equivalente a 20% da água doce despejada nos oceanos), além de
contribuir com uma carga de sedimentos fluviais estimada em 1.200
t/ano (Nittrouer et al., 1995). Desta forma, a plataforma do Amazonas é
Capítulo 3 – Souza, P.F.R. Processos Costeiros e Área de Estudo
22
um ambiente complexo influenciado por processos terrestres na bacia do
Rio Amazonas e por processos oceanográficos que atuam no Oceano
Atlântico equatorial oeste.
2) Plataforma Nordeste – vai do delta do Rio Parnaíba (PI) a
Salvador (BA). É uma plataforma estreita (63 km de largura média) e rasa
(40 m, exceto a noroeste de Natal, 20 m) devido ao clima tropical e
sedimentação terrígena desprezível e é uma das poucas áreas no mundo
onde uma plataforma estável e aberta apresenta-se coberta, quase
inteiramente, por sedimentos carbonáticos biogênicos. Os sedimentos
carbonáticos são dominados por algas coralinas recentes e os sedimentos
terrígenos são, na sua grande maioria, relíquias e a sua composição
sugere que, no Pleistoceno, o clima foi muito similar ao atual (Milliman &
Summerhayes, 1975).
Considerando os vários aspectos da morfologia e da distribuição dos
diversos tipos de sedimentos, de acordo com Coutinho (1976), a
plataforma do nordeste do Brasil apresenta três limites: plataforma
interna (até a isóbata de 20 m), média (entre as isóbatas de 20 e 40 m) e
externa (entre as isóbatas de 40 e 60 m). A plataforma interna apresenta
relevo suave com algumas irregularidades devido à presença de recifes,
canais e ondulações. É coberta por areia terrígena, com pouco cascalho e
lama, e pobre em carbonato de cálcio, onde os componentes bióticos são
muito retrabalhados. A plataforma média exibe um relevo mais irregular,
sendo recoberta por sedimentos grossos de origem biogênica, sendo o
mais comum o maerl, sedimento formado principalmente por talos livres
ou ramificados de algas coralíneas, com um teor em carbonato de cálcio
superior a 90% (Freire et al., 2002), e os sedimentos carbonáticos não
mostram sinais de retrabalhamento. A plataforma externa encontra-se
coberta com areias biodetríticas, cascalhos de algas e lamas cinza-
azuladas. As algas calcárias Halimeda tendem a ser mais abundantes e o
Capítulo 3 – Souza, P.F.R. Processos Costeiros e Área de Estudo
23
teor em carbonato de cálcio é superior a 75%. Os sedimentos carbonáticos
são muito retrabalhados, particularmente nas areias de algas recifais.
2.a) Plataforma continental do Estado de Pernambuco- segundo
Manso et al. (2003), a plataforma continental do Estado de Pernambuco
apresenta, na sua quase totalidade, largura reduzida (35 Km), pouca
profundidade, suave declive, quebra de plataforma entre as isóbatas de 50
e 60 m, águas relativamente quentes, salinidade elevada e cobertura
sedimentar composta por sedimentos terrígenos e carbonáticos
biogênicos.
Sua pouca profundidade está associada à ineficiência de processos
marinhos nos últimos períodos geológicos, enquanto a largura reduzida
está atribuída à pequena taxa de sedimentação e ao baixo índice de erosão
continental, associados a fatores estruturais da área.
Um dos traços morfológicos mais característicos do litoral é a
presença constante, na plataforma continental interna, de linhas de
beachrocks, geralmente paralelas à costa, servindo de substrato para o
desenvolvimento de algas e corais, além de construir uma efetiva proteção
ao litoral na medida em que absorvem grande parte da energia das ondas
incidentes, mesmo estando completamente submersos.
Outra característica da plataforma pernambucana é a pequena
quantidade de corais, comparada ao grande desenvolvimento de algas. O
crescimento desses corais ficou restrito aos substratos litificados,
representados pelas antigas linhas de praia ou estruturas de recifes
algálicos. O crescimento atual dos corais é restrito ao lado externo dos
beachrocks ou sobre construções de algas calcárias incrustantes.
3) Plataforma Central – vai de Salvador (BA) a São Tomé (RJ). A
morfologia reflete sua evolução geológica associada aos processos erosivos
e sedimentares relacionados à transgressão marinha quaternária
Capítulo 3 – Souza, P.F.R. Processos Costeiros e Área de Estudo
24
observada durante os últimos 20.000 anos (Silva & Lopes, 2002 apud
Souza et al., 2005).
A sedimentação predominante nessa plataforma é a carbonática, e
os sedimentos mais comuns são compostos de algas coralinas
incrustantes, que formam extensos recifes vivos (cobrindo a maior parte
da plataforma externa).
A sedimentação terrígena (taxas muito baixas) está restrita
principalmente à plataforma interna e consiste de areias lamosas e areias
subarcozianas, mineralogicamente submaturas e relíquias.
A plataforma central é muito estreita na sua parte norte, com
largura variando entre 10 km (em frente a Salvador) e 30 km (em frente a
Belmonte). Entre Belmonte e São Tomé, a plataforma apresenta largura
variável e pode estender-se até 100 km, para fora do banco Charlotte, e
200 km, para fora do banco de Abrolhos. Tais bancos foram formados pela
acumulação de sedimentos entre os montes submarinos e a margem
continental (Bacoccoli & Meister, 1974 apud Souza et al., 2005).
A plataforma interna apresenta topografia suave devida à
sedimentação holocênica. Já a superfície das plataformas médias e
externas é marcada pela presença de vários pequenos bancos e canais
estreitos e íngremes.
4) Plataforma Sul – vai de São Tomé (RJ) ao Arroio Chuí (RS) e
apresenta largura variando de 90 km, adjacente a Cabo Frio (RJ), até mais
de 180 km, adjacente aos estados de São Paulo e Rio Grande do Sul. A
plataforma é larga e as isóbatas apresentam-se mais próximas, indicando
maior declividade, de São Paulo a Santa Catarina; a plataforma torna-se
mais estreita e o traçado das isóbatas é bastante homogêneo de Santa
Catarina a Mostardas (RS); a plataforma volta a ficar mais larga e cortada
por vários paleocanais fluviais, apresentando uma série de bancos
arenosos de Mostardas (RS) ao Arroio Chuí (RS) (Corrêa & Villwock, 1996).
Capítulo 3 – Souza, P.F.R. Processos Costeiros e Área de Estudo
25
As feições que mais se destacam na plataforma continental sul são os
registros de paleolinhas de costas, representados pelo aumento
significativo da declividade. É a única do Brasil que apresenta um
ambiente subtropical a temperado e conseqüentemente os sedimentos são
pobres em carbonatos. Tal plataforma é dominada por sedimentos
relíquias que foram depositados quando o nível do mar estava
aproximadamente 120 m abaixo do nível atual. Poucos sedimentos
modernos chegam à plataforma atualmente devido aos sistemas de
lagunas e lagoas costeiras que retêm grande parte dos sedimentos
transportados pelos rios. Seu mapa textural mostra a presença de oito
províncias texturais, dominadas por sedimentos terrígenos que variam de
areia (média a fina) a argila síltica.
3.2.3. Influência da circulação oceânica sobre a plataforma
continental brasileira
A costa brasileira é influenciada basicamente pela corrente quente
Sul-Equatorial, que se bifurca no Rio Grande do Norte em Corrente Norte
do Brasil e Corrente do Brasil. A Corrente Norte do Brasil segue para o
Golfo do México, já a Corrente do Brasil desce ao longo do litoral, até
encontrar-se com a corrente fria das Malvinas (oriunda da Argentina).
Grande parte da plataforma brasileira está sob influência de correntes
quentes, enquanto a plataforma continental sul brasileira ora é dominada
pelas águas frias sub-Antárticas, ora pela águas tropicais da Corrente do
Brasil.
Na plataforma continental sul do Brasil, segundo Lima et al. (1996),
a circulação varia sazonalmente. No verão, o predomínio do vento nordeste
favorece a penetração da Corrente do Brasil em latitudes mais altas, e por
efeito do mecanismo de Ekman, o fluxo das águas costeiras para mar
aberto propicia a ressurgência de águas frias. No outono, a atuação de
fortes ventos de sul e sudeste impulsiona as águas frias da Corrente das
Capítulo 3 – Souza, P.F.R. Processos Costeiros e Área de Estudo
26
Malvinas para a costa brasileira. No inverno, a Corrente das Malvinas
domina grande parte da plataforma. No final da primavera, os ventos
nordeste e leste voltam a dominar na região, a Corrente das Malvinas
retrai para o sul, e no verão, as águas quentes da Corrente do Brasil
voltam a ocupar a plataforma.
A plataforma continental norte do Brasil, adjacente à foz do rio
Amazonas, caracteriza-se como de alta energia e extrema variabilidade
decorrente da combinação de fortes correntes de maré, grande descarga
de água doce, ventos constantes e intensos fluxos longitudinais
associados à Corrente do Brasil.
3.3. ÁREA DE ESTUDO
3.3.1. Localização e descrição
As informações para esta seção foram fundamentadas,
principalmente, nos trabalhos de Assis (2001) e Gusmão Filho (1993).
A área de estudo está inserida na Região Metropolitana do Recife
(referenciada a seguir por RMR), que possui uma área de 2.742,4 km
2
,
totalizando 2,82% do Estado de Pernambuco, com 3.350.654 habitantes
correspondendo a aproximadamente 40% do total do Estado (IBGE 2001).
A Região Metropolitana do Recife está localizada no nordeste do Brasil
entre os meridianos 34° 45’ e 35° 00 oeste, e entre os paralelos 8° 45’ e 7°
40’ sul (Figura 3.6).
Capítulo 3 – Souza, P.F.R. Processos Costeiros e Área de Estudo
27
Figura 3.6. Localização da Região Metropolitana do Recife. Fonte: Assis
(2001).
A Região Metropolitana do Recife é formada por quatorze municípios
e, dentre eles, Recife encontra-se no meio, dividindo-a em duas sub-
regiões geologicamente distintas, com aptidões naturais e com respostas
ao manejo do meio físico também diferenciadas. Tal característica favorece
a subdivisão geográfica da área em duas partes: Região Metropolitana -
parte Norte, englobando os municípios de Araçoiaba, Igarassu,
Itapissuma, Itamaracá, Paulista, Olinda, Abreu e Lima, Camaragibe, São
Lourenço da Mata e a capital do Estado, Recife; e a Região Metropolitana -
parte Sul, formada pelos municípios de Moreno, Jaboatão dos
Guararapes, Ipojuca e Cabo de Santo Agostinho.
A área de estudo compreende a zona costeira adjacente aos
municípios de Recife e Jaboatão dos Guararapes do Estado de
Pernambuco, correspondente a uma faixa com cerca de 15 km de
Capítulo 3 – Souza, P.F.R. Processos Costeiros e Área de Estudo
28
extensão, limitada ao sul pelo estuário de Barra de Jangadas e ao norte
pela Praia do Pina, conforme apresentado na Figura 3.7.
Na parte norte da RMR os problemas ambientais são especialmente
associados ao uso extensivo dos recursos hídricos superficiais, como
barragens e retirada de areia para construção civil, e ao desencadeamento
dos processos erosivos, decorrentes do uso não sustentável da região de
transição, onde atuam fenômenos concomitantes dos ambientes
continental e marinho. Já a parte sul apresenta um desenvolvimento
maior para o turismo, o que intensifica o comércio e a indústria
imobiliária, gerando problemas de ocupação sem o suporte de uma infra-
estrutura urbana básica, como saneamento e drenagem.
Em todo o litoral da RMR, podem ser citados vários pontos que vêm
sofrendo graves problemas de erosão. Alguns autores estimam que as
causas mais prováveis dessa erosão sejam: 1) as obras de modernização e
dragagem dos portos da cidade do Recife e de Suape; 2) o déficit de
sedimento transportado pelos rios, devido à construção de barragens, e à
mineração de areia nos diversos cursos d’água; 3) alto índice de ocupação,
com grande concentração de atividades econômicas, de lazer e turismo; 4)
obras de engenharia de costa que propiciam mudança no curso das
correntes marinhas e nos ciclos de erosão e deposição. Do mesmo modo,
outras causas naturais também podem contribuir para esse processo
erosivo, tais como a possível elevação do nível do mar e a presença de
recifes acompanhando o litoral, impedindo a circulação de sedimentos ao
longo da costa.
Capítulo 3 – Souza, P.F.R. Processos Costeiros e Área de Estudo
29
290000 295000
Longitude
9090000 9095000 9100000 910500
0
L
a
t
i
t
u
d
e
Candeias
Pina
Boa Viagem
Piedade
Barra das
Jangadas
Recife
Jaboatão dos
Guararapes
Figura 3.7. Mapa de localização da área de estudo.
Em Recife e Jaboatão dos Guararapes a erosão costeira é bastante
atuante (Figuras 3.8 e 3.9). Na praia de Boa Viagem (zona sul da cidade), o
mar tem feito estragos, como a destruição de trechos do calçamento com
mais de um quilômetro de extensão, ao longo da linha de costa,
constatado durante a ressaca de 1995. Essa destruição obrigou a
prefeitura a construir um enrocamento para proteção da orla marítima no
trecho da praia afetado pela erosão.
Capítulo 3 – Souza, P.F.R. Processos Costeiros e Área de Estudo
30
Figura 3.8. Destruição provocada pela ressaca do mar em Boa Viagem -
1995. Fonte: Assis (2001).
Em Jaboatão dos Guararapes, ao sul do Recife, a erosão marinha
também é atuante e a destruição está muito ativa nas áreas próximas à
foz do rio Jaboatão (principalmente em sua margem esquerda),
intensificada principalmente a partir do final da década de 80 e meados
da década de 90 do século XX (Assis, 2001).
Figura 3.9. Restos de construções destruídas pela ressaca no bairro de
Barra das Jangadas. Fonte: Assis (2001).
Capítulo 3 – Souza, P.F.R. Processos Costeiros e Área de Estudo
31
3.3.2. Forçantes meteorológicas, correntes e marés.
A zona costeira de Pernambuco está situada em uma região de baixa
latitude, com altitudes pouco acima do nível do mar (3-4 m), recebendo,
assim, influência dos ventos alísios. As velocidades médias dos ventos
alísios variam de 6,1 a 9,3 nós (3,1 a 4,7 m.s
-1
), vindos principalmente de
L-SE, no período de abril a setembro, e de L-NE, de outubro a março
(Cavalcanti & Kempf, 1970, apud Manso et al., 1995).
Segundo a classificação climática de Köppen, a RMR apresenta dois
tipos de climas, o As’ e o AMs’ (Albuquerque, 1978). O clima é o As’ na
parte norte da RMR, a partir, aproximadamente, do norte do município de
Olinda, com temperaturas altas, estação seca mais demorada e chuvas em
período mais definido (março a julho). A partir dos municípios de Olinda e
Recife para o sul, o clima é AMs’, ou seja, quente e úmido com chuvas
durante quase todo o ano, com uma estação seca menor (outubro a
dezembro), com temperatura média anual de 26°C, e com pluviometria
média de 1.720 mm (IBGE, 1977).
Existem pelo menos seis sistemas atmosféricos que produzem
precipitação significativa na região: 1) a Zona de convergência intertropical
(ZCIT); 2) as bandas de nebulosidade associadas às frentes frias; 3) os
distúrbios de Leste; 4) os vórtices ciclônicos de ar superior (VCAS); 5) as
brisas terrestres e marítimas; e 6) as oscilações de 30-60 dias. Esses
fenômenos atuam em sub-regiões distintas.
Na área de estudo o principal agente causador da pluviosidade são
os distúrbios de Leste (perturbações e ondas de Leste), que ocorrem de
maio a agosto, caracterizando o período chuvoso. Os demais meses
correspondem ao período seco. A umidade relativa do ar média anual
oscila de 50% a 90% (Moura et al., 2000).
A área de estudo (localizada no Oceano Atlântico Equatorial Sul)
sofre ação da Corrente Norte do Brasil, oriunda da bifurcação do ramo sul
da Corrente Sul Equatorial.
Capítulo 3 – Souza, P.F.R. Processos Costeiros e Área de Estudo
32
Junto à linha de praia atuam ainda as correntes longitudinais,
correntes de retorno, correntes geradas por ondas e pelas marés. As
longitudinais são as mais importantes, movendo-se paralelamente à linha
da costa, com velocidade que varia de acordo com o ângulo de incidência
das ondas. As correntes de retorno são as responsáveis pelo movimento
do sedimento costa afora, através do retorno das águas acumuladas pelos
sucessivos trens de ondas. As correntes geradas pelas ondas estão
relacionadas com o movimento antepraia-costa afora (vice-versa), variando
com o local e o clima de onda (Rollnic, 2002).
O regime de marés da área é do tipo semidiurno (período de 12,42
horas). Os parâmetros de classificação são:
- amplitude das marés (MTR) = 2.2xM2;
- amplitude média de quadratura (NTR) = 2(M2–S2);
- amplitude média de sizígia (STR) = 2(M2+S2).
Para o Porto do Recife, têm-se os seguintes valores médios: MTR =
1,67 m; NTR = 0,97 m e STR = 2,07 m (Schureman apud Medeiros, 1991).
Quanto à hidrografia, apenas um rio deságua na área de estudo
(Figura 3.7), caracterizando um baixo afluxo de sedimentos. O estuário de
Barra de Jangadas (Figura 3.10), que é formado pelo encontro dos rios
Jaboatão e Pirapama, está localizado no município de Jaboatão dos
Guararapes a 20 km do Recife (limite sul de nossa área de estudo).
Capítulo 3 – Souza, P.F.R. Processos Costeiros e Área de Estudo
33
Figura 3.10. Estuário de Barra de Jangadas. Fonte: CPRH (2006)
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
34
Capítulo 4
Abordagem Metodológica
4.1. CAMPANHAS DE MAR
Com o objetivo de caracterizar as correntes costeiras e o transporte
potencial ao longo da RMR, foram realizadas, no âmbito do Projeto MAI-
PE, uma série de campanhas de mar no período de 02 a 09 de janeiro de
2007, característico de verão austral. Parte destas informações foram
comparadas com os resultados gerados pelo exercício de modelagem
matemática realizado neste estudo.
Para as coletas foram utilizados a sonda GPSmap Garmin 298
Sounder e o perfilador de correntes ADCP (Acoustic Doppler Current
Profiler) Rio Grande 600 kHz (Figura 4.1), conectados a um computador
portátil. A sonda auxiliava também na navegação e na marcação das
coordenadas de início e fim dos transectos. Os dados coletados foram
armazenados simultaneamente no computador.
A técnica do ADCP consiste na emissão de ondas sonoras através da
coluna d’água. As partículas transportadas pela corrente de água refletem
o som de volta para o instrumento que registra o eco através de sensores,
fazendo com que ele reconheça as diferentes profundidades e as
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
35
velocidades das respectivas linhas de corrente através do efeito Doppler
(Figuras 4.2 e 4.3).
(a)
(b)
Figura 4.1. Sonda GPSmap Garmin 298 Sounder (a) e perfilador Rio
Grande 600 kHz (b). Fonte: Garmin (2007) e RD Instruments (2007)
respectivamente.
Figura 4.2. Técnica de utilização do ADCP. Fonte: RD Instrumenst, 2003.
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
36
Figura 4.3. Detalhes dos equipamentos utilizados para perfilagem com
ADCP.
Em laboratório, os dados obtidos com o ADCP foram transferidos do
laptop para microcomputadores e em seguida filtrados, reduzidos e
editados através de algoritmos computacionais. Posteriormente, estes
dados foram utilizados na edição de planilhas, gráficos e mapas temáticos
com enfoque na distribuição horizontal do campo de correntes ao longo da
costa estudada na superfície, no meio e no fundo da coluna d’água, e
transectos verticais da distribuição da intensidade da componente norte
de velocidade, para determinar a tendência do sentido das correntes ao
longo dos perfis traçados na área de estudo.
Durante o período de coleta (02 a 09 de janeiro de 2007), foram
monitorados, no âmbito do Projeto MAI-PE, 31 (trinta e um) perfis de
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
37
corrente distribuídos entre o estuário de Barra de Jangadas, localizado no
município de Jaboatão dos Guararapes, e o Rio Timbó, localizado no
município de Paulista. Os perfis ficaram distribuídos da seguinte forma:
seis para Jaboatão dos Guararapes (J01, J02, J03, J04, J05 e J06), nove
para Recife (R01, R02, R03, R04, R05, R06, R07, R08 e R09), seis para
Olinda (O01, O02, O04, O05, O06 e O07) e dez para Paulista (P01, P02,
P03, P04, P05, P06, P07, P08, P09 e P10). Destes, apenas os transectos
situados no interior da área do presente estudo (R01, R02, R03, R04, R05,
R06 e R07) foram aqui utilizados (Figura 4.4).
Figura 4.4. Localização dos perfis transversais de coleta de dados de
correntometria (ADCP) na região costeira adjacente aos municípios de
Recife e de Jaboatão dos Guararapes.
9090000 9095000 9100000 9105000
L
a
t
i
t
u
d
e
290000 295000
Longitude
BM
290000 295000
Longitude
0
500
1000 m
PM
J01
J02
J03
J04
J05
J06
R01
R02
R03
R04
R05
R06
R07
J06
R01
R02
R03
R04
R05
R06
R07
Pina
Boa Viagem
Piedade
Candeias
Barra das
Jangadas
Barra das
Jangadas
Candeias
Piedade
Boa Viagem
Pina
Candeias
Pina
Boa Viagem
Piedade
Barra das
Jangadas
Recife
Jaboatão dos
Guararapes
Candeias
Pina
Boa Viagem
Piedade
Barra das
Jangadas
Recife
Jaboatão dos
Guararapes
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
38
Para as coletas, os perfis foram previamente definidos como
perpendiculares à linha de costa, com o uso da carta náutica n° 930
(DHN/MM, 1988), eqüidistantes a 1 km e limitados por isóbatas de 15 m.
Estes perfis foram percorridos durante os estágios de maré de baixa-mar
(BM) e de preamar (PM), com uma velocidade média de navegação nos
perfis de 1,5 m.s-
1
, possibilitando assim a aquisição dos dados de
corrente. Problemas relacionados ao ajuste inicial da metodologia de
coleta resultaram em perda parcial dos dados coletados em alguns perfis
(preamar do primeiro dia de coleta). A Tabela 4.1 mostra o cronograma da
campanha oceanográfica com as datas de coleta dos perfis e seus
respectivos estágios de maré.
O Anexo A (Figuras A.1 a A.5) traz exemplos dos campos
cinemáticos obtidos a partir das perfilagens.
Tabela 4.1. Cronograma das campanhas de mar (02 a 04 de janeiro de
2007). BM = baixa-mar; PM = preamar.
Data Perfis Maré
02/01/2007 J01, J02, J03, J04, J05 BM
J06, R01, R02, R03 BM
03/01/2007
J06, R01, R02, R03 PM
R04, R05, R06, R07 BM
04/01/2007
R04, R05, R06, R07 PM
4.2. MODELAGEM MATEMÁTICA DE SISTEMAS COSTEIROS
Diante da complexidade do ambiente marinho, como também dos
corpos de águas naturais (rios, lagos, reservatórios, estuários e zonas
costeiras e oceânicas), a aplicação de técnicas de modelagem matemática
e simulação numérica surge como uma ferramenta auxiliar importante na
elaboração de projetos e no auxílio à gestão dos sistemas naturais. Estas
permitem integrar informações espacialmente dispersas, através de uma
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
39
abordagem sistêmica, auxiliando na interpretação e propiciando um maior
entendimento da dinâmica de processos e previsão de cenários futuros.
A ferramenta computacional utilizada neste estudo foi o modelo
SisBaHiA (Sistema Base de Hidrodinâmica Ambiental), que é fruto do
desenvolvimento conjunto da Área de Engenharia Costeira e
Oceanográfica do Programa de Engenharia Oceânica e da Área de Banco
de Dados do Programa de Engenharia de Sistemas e Computação - ambos
pertencentes à Coordenação de Programas de Pós Graduação em
Engenharia (COPPE) da Universidade Federal do Rio de Janeiro (Rosman,
2001). Em sua forma completa, o SisBaHiA é um sistema para modelagem
da circulação hidrodinâmica e do transporte de escalares ativos e/ou
passivos em corpos de água naturais, tais como rios, canais, lagos, lagoas,
reservatórios, estuários, baías e águas costeiras. Na próxima seção são
descritas as principais carcterísticas do modelo SisBaHiA.
4.3. O MODELO SisBaHiA
Para descrever o modelo de circulação 3D utilizado neste estudo
foram consultados, principalmente, a Referência Técnica do SisBaHiA
(Rosman, 2005), o capítulo 1 do livro Métodos Numéricos, volume 5,
coleção ABRH (Rosman, 2001) e o Manual do Usuário do SisBaHiA
(COPPE, 2004). Sendo assim, para esta seção, estas são as três
publicações indicadas como referência para um maior aprofundamento da
base teórica e desenvolvimento numérico.
O SisBaHiA é um sistema profissional de modelos computacionais
para estudos e projetos em uma vasta gama de corpos de água naturais.
Desde 1986, novas versões deste sistema vêm sendo continuamente
implementadas no COPPE/UFRJ. Dissertações e teses (Malta, 2005;
Trento, 2005; Soto, 2004; Feitosa, 2003; Amaral, 2003; Gabioux, 2002),
bem como publicações em periódicos (Cunha et al., 2006; Gabioux et al.,
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
40
2005; Martins et al., 2002), têm sido desenvolvidas, desde então,
utilizando este sistema.
Este sistema computacional se divide em diversos módulos, dentre
eles o hidrodinâmico, o de transporte Lagrangeano (probabilístico e
determinístico), o de transporte Euleriano, o de qualidade de água e o de
geração de ondas. Ainda, este disponibiliza diversas ferramentas
(gerenciador de animações, conversor de tempo entre dados, e cópia de
malhas e modelos) que são integradas em uma interface de trabalho
amigável e também interage diretamente com os programas de pré- e pós-
tratamento de dados. Neste estudo, apenas os módulos hidrodinâmico e
de transporte Lagrangeano (probabilístico e determinístico) foram
utilizados.
O modelo hidrodinâmico é um módulo de circulação hidrodinâmica
3D ou 2DH dominado por forçantes barotrópicos e otimizado para corpos
de água naturais onde possam ser desprezados os efeitos de densidade
variável.
O módulo de transporte Lagrangeano é utilizado para simulação de
transporte advectivo-difusivo com reações cinéticas, como, por exemplo,
lançamento de efluentes e derrame de óleo, para camadas selecionadas de
escoamentos 3D ou 2DH (determinístico). Acoplado a este é possível obter
resultados probabilísticos computados a partir de vários eventos ou de
resultados ao longo de um determinado período. Exemplo: probabilidade
de passagem de manchas ou plumas com concentração acima de um valor
limite e probabilidade de toque no litoral. O padrão de fluxo de um fluido é
considerado Lagrangeano, segundo Pond & Pickard (1983), quando é
descrita a trajetória de cada partícula fluida, especificando quando cada
partícula alcança cada ponto no seu caminho.
O módulo de transporte Euleriano é um módulo de uso geral para
simulação de transporte advectivo-difusivo com reações cinéticas, para
escoamentos 2DH, ou em camadas selecionadas de escoamentos 3D. O
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
41
padrão de fluxo de um fluido é considerado Euleriano quando é descrita a
velocidade (intensidade e direção) em cada ponto no fluido a cada instante
de tempo.
4.4. O MÓDULO HIDRODINÂMICO EULERIANO
Modelagem hidrodinâmica nada mais é do que a determinação da
quantidade de movimento da água, a qual resulta na definição dos
padrões de corrente. O módulo hidrodinâmico é a base fundamental para
qualquer modelo usado para analisar a circulação em corpos de água
naturais.
Tal módulo no SisBaHiA segue a linhagem FIST (Filtered in Space
and Time), onde a modelagem da turbulência do modelo hidrodinâmico é
baseada em técnicas de filtragem, semelhantes àquelas empregadas na
Simulação dos Grandes Vórtices (Large Eddy Simulation). Para o modelo
hidrodinâmico do SisBaHiA o modelo adotado foi o FIST3D, que é um
modelo numérico hidrodinâmico tridimensional para escoamentos de
grande escala e homogêneos.
Esta versão 3D da linhagem FIST resolve as equações de Navier-
Stokes considerando a aproximação da pressão hidrostática. A técnica
numérica desta versão divide-se em dois módulos. Primeiramente, calcula-
se os valores de elevação da superfície livre através de uma modelagem
bidimensional integrada na vertical (2DH) e, em seguida, calcula-se o
campo de velocidades que pode ser computado de modo tridimensional
(3D) ou bidimensional (2DH), dependendo dos dados de entrada.
A discretização temporal ocorre implicitamente através de diferenças
finitas. A discretização espacial é feita de forma preferencial por elementos
finitos quadrangulares biquadráticos, podendo também ser feita por
elementos finitos triangulares quadráticos ou ambos.
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
42
Já a discretização vertical da coluna de água faz uso das diferenças
finitas com transformação sigma, ou seja, utiliza coordenadas sigma
(adimensionais) para representar a coordenada cartesiana vertical z.
Assim, distorções nas profundidades de amostragem que ocorrem durante
um ciclo completo de maré, as quais são ocasionadas por flutuações
periódicas da espessura da coluna d’água, podem ser corrigidas pela
transformação sigma. Tal versatilidade traz grande facilidade
computacional ao ser utilizada em regiões costeiras, área esta
caracterizada por fortes gradientes topográficos.
O modelo hidrodinâmico utiliza preferencialmente interpolação
biquadrática para valores de profundidade e rugosidade equivalente do
fundo. No entanto, a interpolação seguirá o tipo de elemento utilizado na
discretização.
O tratamento da turbulência baseia-se em técnicas de filtragem,
conforme mencionado acima, e é auto-ajustável na escala de submalha.
Para este estudo foi utilizada a modelagem 3D, que acopla os dois
módulos hidrodinâmicos, o promediado na vertical ou bidimensional na
horizontal (2DH) e o 3D, o qual calcula o campo de velocidades
tridimensional através do módulo analítico-numérico, no caso deste
estudo. Para uma abordagem tridimensional (3D), estes dois módulos
tornam-se interdependentes. Assim, as elevações da superfície livre
obtidas no módulo 2DH são utilizadas pelo módulo 3D que, por sua vez,
calcula as tensões de atrito no fundo obtidas dos perfis verticais de
velocidade e que são usadas pelo módulo 2DH.
4.4.1. Equações básicas
O sistema de coordenadas usado para as modelagens 3D e 2DH é
esquematizado na Figura 4.5, onde as coordenadas e velocidades
horizontais são representadas como (x, y)
º
(x
1
, x
2
) e (u, v)
º
(u
1
, u
2
)
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
43
utilizando o índice i = 1,2. Para a modelagem 2DH,
i
U representa a
velocidade promediada na vertical.
u
i
U
i
x i
z
NR
z =
z
z = – h
H
Figura 4.5. Sistema de coordenadas da modelagem 3D e 2DH, onde NR é
o nível de referência. Fonte: Rosman (2001).
(a) Módulo 3D
Os modelos matemáticos que descrevem o movimento de um fluido
são simplificações das equações de Navier-Stokes, que representam a
equação de conservação da quantidade de movimento, em conjunto com a
equação de continuidade, uma equação de estado e uma equação de
transporte para cada constituinte da equação de estado (Rosman, 2001;
Soto, 2004).
A equação da conservação da quantidade de movimento para
escalas resolvíveis para as três direções, considerando um referencial
Euleriano, é escrita abaixo.
Equação da quantidade de movimento na direção x:
vsen
zyxx
P
z
u
w
y
u
v
x
u
u
t
u
xz
xy
xx
oo
q
t
t
t
rr
F+
÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
+
+
+
-=
+
+
+
2
11
(1)
Equação da quantidade de movimento na direção y:
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
44
usen
zyxy
P
z
v
w
y
v
v
x
v
u
t
v
yzyyyx
oo
q
ttt
rr
F-
÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
+
+
+
-=
+
+
+
2
11
(2)
Equação da quantidade de movimento na direção z:
g
zyxz
P
z
w
w
y
w
v
x
w
u
t
w
o
zz
zy
zx
oo
r
r
t
t
t
rr
-
÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
+
+
+
-=
+
+
+
11
(3)
onde
w
v
u
,
,
são as componentes do vetor velocidade nas direções x, y, e z,
respectivamente. A direção vertical z é positiva para cima e sua origem
pode ser convenientemente definida no nível médio da superfície da água.
P é a pressão,
r
é a densidade local do fluido e
0
r
é uma densidade
constante de referência.
F
é a velocidade angular de rotação da Terra no
sistema de coordenadas local e os termos com
F
são as forças de Coriolis,
no qual
q
é o ângulo de Latitude.
ij
t
é o tensor de tensões turbulentas e é
expresso por:
÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
+
=
i
j
j
i
ijij
x
u
x
u
ut
[i, j = 1, 2, 3] (4)
Com a intenção de reduzir o tamanho da equação, a notação indicial
é utilizada na equação acima, onde se considera (x, y, z)
º
(x
1
, x
2
, x
3
) e (u, v,
w)
º
(u
1
, u
2
, u
3
).
A compressibilidade da água é mínima sob condições normais na
natureza, ou seja, a água comporta-se como fluido incompressível no meio
ambiente. Assim, um escoamento incompressível em um corpo d’água
deve ser interpretado como “escoamento de um fluido comportando-se de
forma incompressível”, uma vez que qualquer fluido é compressível.
Desta forma, a equação da continuidade (do volume, por ser
escoamento ambiental) representa a imposição da condição de escoamento
incompressível e é expressa por:
0=
+
+
z
w
y
v
x
u
(5)
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
45
Quando as escalas dos movimentos horizontais são de ordem n-
vezes maior do que a profundidade, os escoamentos são considerados de
grande escala e também podem ser chamados de escoamentos quase
horizontais ou escoamentos em águas rasas. Nestes casos, as equações
governantes do movimento são chamadas equações de águas rasas.
Para estes escoamentos, uma densidade constante pode ser
considerada em todos os termos destas equações, exceto no termo que
considera a aproximação Boussinesq (empuxo). No entanto, o empuxo
pode ser desconsiderado se a coluna de água for bem misturada não se
aplicando, assim, a equação de estado e as respectivas equações de
transporte para os constituintes.
Ainda, a equação de quantidade de movimento na direção vertical
pode ser reduzida à aproximação hidrostática, ou seja, é desprezada a
pressão dinâmica por estar considerando escoamentos de águas rasas.
Para isso, integra-se a equação da quantidade de movimento na direção z
(3) que é expressa como:
ò
++=
z
rz
z
d
PgdzPzP )()( (6)
A aproximação hidrostática para a pressão em qualquer
profundidade z, ao considerar a densidade constante (
o
r=r ), pode ser
obtida ao integrar a equação (6) acima, resultando em:
)()(
0
zgPzP
atm
-+=
zr
(7)
Considerando que a pressão atmosférica P
atm
permanece
praticamente homogênea quando esta se encontra em domínios
relativamente pequenos e utilizando a equação (7) acima nas equações da
quantidade de movimento na direção x (1) e y (2), a equação da
quantidade de movimento efetivamente usada no modelo hidrodinâmico
pode ser obtida conforme exibida abaixo.
Equação da quantidade de movimento, com aproximação
hidrostática, na direção x:
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
46
vsen
zyxx
g
z
u
w
y
u
v
x
u
u
t
u
xz
xy
xx
o
q
t
t
t
r
z
F+
÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
+
+
+
-=
+
+
+
2
1
(8)
Equação da quantidade de movimento, com aproximação
hidrostática, na direção y:
u
zyxy
g
z
v
w
y
v
v
x
v
u
t
v
yzyyyx
o
q
ttt
r
z
sen2
1
F-
÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
+
+
+
-=
+
+
+
(9)
No entanto, diante das 3 equações descritas – (5), (8) e (9) – há 4
incógnitas (
z
,,, wvu ) sendo, então, necessária uma quarta equação. Para
tanto, é obtida uma equação para
z
ao integrar a equação da
continuidade ao longo da vertical e utilizando, em seguida, a regra de
Leibniz, as condições de contorno cinemáticas, bem como considerando o
fundo com topohidrografia fixa durante o período de simulação, ou seja, z
= -h(x, y). Sendo assim:
0=
+
+
òò
--
zz
z
hh
vdz
y
udz
xt
(10)
Assim, as equações governantes necessárias para calcular as quatro
incógnitas (
z
,,, wvu ) da circulação hidrodinâmica no módulo 3D,
observadas na Figura 4.1, para escoamentos em águas rasas se resumem
à equação da continuidade (5), às equações da quantidade de movimento
horizontais na direção x (8) e y (9), e à equação da continuidade
promediada na vertical (10).
O módulo 3D calcula diretamente as tensões verticais atuando nos
planos horizontais (
iz
t ). Porém, os efeitos de tensões horizontais atuando
em planos verticais, (
xx
t
,
xy
t
=
yx
t
e
yy
t
) são indiretamente incluídos neste.
Contudo, estes mesmos efeitos são totalmente incluídos no módulo 2DH.
As tensões de atrito vertical para o SisBaHiA são modeladas como:
÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
+
=
i
i
iziz
x
w
z
u
ut
[i = 1, 2] (11)
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
47
A viscosidade turbulenta,
3i
u , é calculada utilizando uma
distribuição parabólica bem conhecida ao longo da vertical:
÷
ø
ö
ç
è
æ
+
-+=
H
hz
hzuk
i
i
1)(
*3
u
(12)
onde ),,(),(),,( tyxyxhtyxH
z
+
=
é a profundidade total instantânea, o
parâmetro k é a constante de Von Karman e
*
u é a velocidade de atrito
característica.
(b) Módulo 2DH
As equações governantes do módulo 2DH originam-se da integração
vertical analítica das equações governantes do modelo hidrodinâmico
tridimensional, onde as dimensões do problema são reduzidas ao plano
horizontal.
As elevações da superfície livre z=
z
(x,y,t) e as componentes das
velocidades médias na vertical, nas direções x e y – U(x,y,t) e V(x,y,t),
respectivamente – são determinadas pelo módulo 2DH para cada passo de
tempo. Tais componentes da velocidade são definidas pelas seguintes
promediações:
ò
-
=
z
h
dztzyxu
H
tyxU ),,,(
1
),,( e
ò
-
=
z
h
dztzyxv
H
tyxV ),,,(
1
),,( (13)
A equação da continuidade (do volume) integrada ao longo da
vertical para um escoamento 2DH, considerando tais promediações acima
(13) e uma batimetria permanente durante o período de simulação,
),( yxhz
-
=
, pode ser definida como:
0=
+
+
y
VH
x
UH
t
z
(14)
As condições de contorno cinemáticas dizem respeito às superfícies,
livre e no fundo, onde estas são consideradas permanentes, ou seja, elas
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
48
não se movem como um todo. Assim, pode ser dito que a velocidade global
destas superfícies é igual a zero ou mesmo dizer que sua posição global
não varia ao longo do tempo.
Portanto, para obter as equações de quantidade de movimento 2DH
para um escoamento integrado na vertical, nas direções x e y, integra-se
as equações de quantidade de movimento 3D (8) e (9) utilizando a regra de
Leibniz e as condições de contorno cinemáticas. Assim, definem-se tais
equações 2DH nas direções x e y, respectivamente, como:
(
)
(
)
( )
Vsen
Hy
H
x
H
Hx
g
y
U
V
x
U
U
t
U
B
x
S
x
o
xy
xx
o
qtt
r
t
t
r
z
F+-+
÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
+
+
-=
+
+
2
11
(15)
(
)
(
)
( )
Usen
Hy
H
x
H
Hy
g
y
V
V
x
V
U
t
V
B
y
S
y
o
yyxy
o
qtt
r
tt
r
z
F--+
÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
+
+
-=
+
+
2
11
(16)
onde
S
i
t e
B
i
t são as tensões de atrito na superfície livre e no fundo,
respectivamente.
O cisalhamento turbulento decorrente da ação eólica é escrito em
termos de uma formulação de velocidade quadrática, o que é comum em
modelos de escoamento com superfície livre, ou seja:
iDar
S
i
WC
frt
cos
2
10
= [i=1, 2] (17)
onde, a notação indicial é utilizada considerando i=1 que representa x e
i=2 que representa y.
t
[Pa] é a tensão de cisalhamento superficial
induzida pela ação do vento;
ar
r é a densidade do ar (
@
1,5 kg.m
-3
); W
10
[m.s
-1
] é o valor local da velocidade do vento medida a 10 metros acima da
superfície livre; e
i
f é o ângulo entre o vetor de velocidade do vento local e
a direção x
i
. C
D
é o coeficiente de arraste do vento, cuja fórmula adotada é
a apresentada por Wu (1982):
3
10
10)065,080,0(
-
´+= WC
D
.
Já o cálculo da tensão de atrito no fundo dá-se através da seguinte
expressão:
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
49
i
B
i
U
brt
0
= [i=1,2] (18)
onde, devido à modelagem 3D ter sido usada neste estudo e, portanto, o
módulo 2DH estar acoplado ao 3D,
b
depende da velocidade de atrito
característica
*
u , a qual é função do perfil de velocidade 3D. Assim:
*
u
C
g
h
=
b
(19)
onde
h
C é o coeficiente de Chézy e é definido por:
÷
ø
ö
ç
è
æ
=
e
H
C
h
6
log18
10
(20)
sendo a rugosidade equivalente no fundo representada por
e
.
4.5. O MÓDULO LAGRANGEANO DE TRANSPORTE ADVECTIVO
DIFUSIVO
O modelo Lagrangeano é ideal para simular o transporte de
escalares que estejam flutuando, misturados ou ocupando apenas uma
camada na coluna d’água. Ele é eficiente para situações em que as fontes
são de pequena escala em relação ao domínio do modelo hidrodinâmico,
assim como também em situações com fortes gradientes. Tal eficiência se
deve ao fato deste modelo utilizar os campos de velocidade gerados pelo
modelo hidrodinâmico sem restringir-se à escala de resolução imposta
pela grade de discretização do mesmo.
Para este modelo, as fontes contaminantes são representadas por
um número finito de partículas lançadas e dispostas aleatoriamente na
região fonte a cada intervalo de tempo. O lançamento das partículas pode
ser instantâneo, por intervalo especificado ou contínuo, inclusive com
vazão variável.
A trajetória das partículas é calculada através da soma de um
componente determinístico (advecção), o qual usa as velocidades e a
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
50
elevação da superfície fornecidas pelo modelo hidrodinâmico 2DH, e outro
aleatório independente (difusão turbulenta), representado por um pequeno
deslocamento aleatório na posição da partícula (Horita, 1996).
O transporte advectivo das partículas lançadas em cada instante é
definido pela trajetória de cada partícula, onde a expansão em série de
Taylor é utilizada para calcular a posição de uma partícula no instante
seguinte (P
n+1
) a partir da posição anterior (P
n
). Tem-se, então:
...
!2
2
22
1
DAT
dt
Pdt
dt
dP
tPP
nn
nn
+
D
+D+=
+
(21)
onde T.A.D. são termos de alta ordem desprezados.
A partir do campo de velocidades resultantes do modelo
hidrodinâmico são obtidas as derivadas temporais da posição P da
seguinte maneira:
( )
wvuV
dt
dP
,,
r
=
z
V
w
y
V
v
x
V
u
t
V
dt
Vd
dt
Pd
+
+
+
==
r
r
r
r
r
2
2
(22)
admitindo-se que nas escalas resolvíveis, as velocidades para o transporte
advectivo das partículas,
(
)
wvuV ,,
r
, são as mesmas das velocidades das
correntes do modelo hidrodinâmico.
As partículas são consideradas pontos discretos que apresentam a
mesma quantidade de massa no instante do lançamento, onde o
somatório da massa das partículas neste instante equivale à massa total
de poluente lançada no corpo d’água. Ou seja, a relação entre a
quantidade de partículas lançadas e a carga do poluente num
determinado instante (concentração x vazão da fonte) permite calcular a
massa de cada partícula.
Assim, para efluentes saindo de uma fonte, a massa (M
a
) do efluente
a em cada partícula lançada é determinada por:
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
51
P
a
a
N
tQC
M
D
´
= (23)
onde Q é a vazão na fonte com concentração C
a
de um contaminante a, e
P
N é o número de partículas que entra no domínio através da fonte a cada
passo de tempo t
D
.
Depois de determinada a nova posição de cada partícula, pode ser
incluído um desvio aleatório provocado por movimentos em escalas não
resolvíveis geradores de “velocidades turbulentas”. A magnitude de tal
desvio é função das derivadas espaciais das difusividades turbulentas,
cuja difusividade se divide em duas partes: uma que acrescenta incerteza
à advecção e outra estritamente difusiva.
Para o modelo Lagrangeano de transporte de partículas há dois tipos
de condições de contorno: contorno aberto e contorno de terra. O primeiro
se dá quando uma partícula atravessa um segmento de contorno saindo,
assim, do domínio e sendo, consequentemente, perdida. O segundo tem
duas situações a serem consideradas. A situação padrão ocorre quando a
partícula atinge a fronteira e retorna ao meio sem perder massa. A outra
situação é quando um coeficiente de absorção é definido e a partícula que
atinge a fronteira retorna ao meio, mas parte de sua massa fica no trecho
atingido da fronteira.
4.6. APLICAÇÃO DO MODELO HIDRODINÂMICO EULERIANO
4.6.1. Malhas de discretização espaço-temporal
A região modelada compreende a área entre as coordenadas
9089573.14 e 9105188.30 N, cobrindo aproximadamente 16 km de costa
e 5 km de mar, e 286509,57 E (próximo ao estuário de Barra de Jangadas)
a 286533,65 E (próximo a Brasília Teimosa).
O estudo da circulação hidrodinâmica é feito através de algumas
simulações, que visam descrever a dinâmica das correntes na região. Tais
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
52
simulações são obtidas através de alguns cenários, que esboçam um caso
de vento atuante sobre a região de estudo.
A malha de elementos finitos gerada para a região de estudo (Figura
4.6), foi construída computacionalmente mediante o programa gerador de
malhas e módulos auxiliares do SisBaHiA. A malha é constituída por 835
elementos quadráticos de tamanho variável, contendo 3508 nós, dos quais
203 são de contorno de terra e 135 de fronteira aberta. No módulo 3D
foram definidos 21 níveis de profundidade ao longo da coluna d’água (da
superfície ao fundo), formando um conjunto com 73668 pontos de cálculo.
Todas as simulações foram realizadas com um intervalo de tempo de
integração (
t
D
) de 60 segundos, onde foi obtido o valor médio do número
de Courant de 6,1.
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
53
290000 295000
Longitude
9090000 9095000 9100000 910500
0
L
a
t
i
t
u
d
e
Pina
Boa Viagem
Barra das
Jangadas
Piedade
Candeias
Recife
Jaboatão dos
Guararapes
0
500
1000 m
Figura 4.6. Malha de discretização do domínio modelado adjacente aos
municípios de Recife e Jaboatão dos Guararapes.
4.6.2. Batimetria
As informações dos dados batimétricos utilizadas neste estudo
foram obtidas a partir de duas fontes: a carta náutica Nº 930 (DHN/MM,
1988), e o levantamento batimétrico realizado por Araújo & Medeiros
(2004) utilizando um sonar de varredura lateral mod. EGC260,
ecobatímetro RAYTHEON e um sistema de posicionamento DGPS Garmin,
mod. SURVEYOR. A Figura 4.7 traz a carta batimétrica da área de estudo
utilizada nas simulações. E de acordo com essa figura, observa-se uma
elevação paralela à costa. Segundo Araújo e Dias (2000), essa feição
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
54
corresponde a bancos de recifes submersos, e entre esses bancos e as
linhas de recifes (que afloram na baixa-mar próximo à costa), observa-se a
presença de um canal, que encontra-se coberto por lama.
290000 295000
Longitude
9090000 9095000 9100000 910500
0
L
a
t
i
t
u
d
e
Candeias
Pina
Boa Viagem
Piedade
Barra das
Jangadas
0.5
1.8
2.5
3.5
4.8
6.7
9.1
12.3
16.2
Recife
Jaboatão dos
Guararapes
Figura 4.7. Batimetria da área de estudo utilizada nas simulações.
4.6.3. Cisalhamento eólico
De acordo com as medições fornecidas pelo CPTEC/INPE (2007), a
velocidade média do vento, medida a 3 m de altura, para o mês de janeiro
de 2007 foi de 1,40 m.s
-1
, apresentando um mínimo de 0,15 m.s
-1
e um
máximo de 3,40 m.s
-1
. Para o período de coleta dos dados oceanográficos
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
55
(02 a 04 de janeiro de 2007), a velocidade média do vento foi de 1,30 m.s
-1
,
com um mínimo de 0,15 m.s
-1
e um máximo de 2,80 m.s
-1
(Figura 4.8).
0
0,5
1
1,5
2
2,5
1/1/2007
3/1/2007
5/1/2007
7/1/2007
9/1/2007
11/1/2007
13/1/2007
15/1/2007
17/1/2007
19/1/2007
21/1/2007
23/1/2007
25/1/2007
27/1/2007
29/1/2007
31/1/2007
Tempo (dia)
Velocidade do vento (m/s)
Figura 4.8. Velocidade do vento (m.s
-1
) a 3 m de altura para o mês de
janeiro de 2007. Fonte : (CPTEC, 2007).
O cisalhamento eólico considerado nas simulações foi estimado com
a obtenção do vetor velocidade de vento, calculado a partir dos registros
de intensidade e direção obtidos a 10 m de altura, para o mês de janeiro
de 2007. Estes dados foram fornecidos pela estação meteorológica do
Aeroporto dos Guararapes junto à Divisão Meteorológica do CINDACTA III.
A velocidade média do vento para o mês de janeiro de 2007 (a 10 metros
de altura) foi de 16,40 m.s
-1
, apresentando um mínimo de 0,0 m.s
-1
e um
máximo de 31,10 m.s
-1
(Figura 4.9). Se considerarmos apenas o período
de simulação, a velocidade média do vento para o período de coleta (02 a
04 de janeiro de 2007) foi de 14,7 m.s
-1
, apresentando um mínimo de 0,0
m.s
-1
e um máximo de 27, 20 m.s
-1
.
A direção dos ventos (para o mês de janeiro de 2007) foi
predominante no sentido E-NE, como mostra a Figura 4.10.
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
56
0
5
10
15
20
25
30
00:00
04:00
08:00
12:00
16:00
20:00
00:00
04:00
08:00
12:00
16:00
20:00
00:00
04:00
08:00
12:00
16:00
20:00
Tempo (hora)
Velocidade do Vento
Figura 4.9. Intensidade do vento (m.s
-1
) a 10 m de altura para o mês de
janeiro de 2007. Fonte: CINDACTA III (2007).
Figura 4.10. Direção do vento a 10 m de altura para o mês de janeiro de
2007. Fonte : CINDACTA III (2007).
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
57
4.6.4. Forçante astronômica (marés)
As marés, tanto astronômica quanto meteorológica, são as
principais responsáveis pela circulação hidrodinâmica na região em
estudo. Desta forma, o escoamento é bastante influenciado pela
variabilidade temporal do nível d’água no domínio modelado.
Nos limites da malha utilizada neste estudo foi sugerida uma maré
semidiurna a partir das constantes harmônicas (Tabela 4.2), obtidas para
a estação no Porto do Recife no catálogo de Estações Maregráficas
Brasileiras da Fundação de Estudos do Mar (FEMAR, 2006).
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
58
Tabela 4.2 Características das oscilações do nível do mar utilizadas como
condição de contorno para as simulações nas cidades do Recife e Jaboatão
dos Guararapes-PE. Fonte : FEMAR (2006).
Componente
Período (seg.)
Amplitude (m)
Fase (rad)
Mm 2380713,137
0,01 0,8029
MNS2 42430,07142
0,006 1,309
2N2 46459,34814
0,024 1,5882
mu2 46338,32748
0,027 1,6232
nu2 45453,61588
0,03 1,7802
N2 45570,05368
0,153 1,7977
M3 29809,44293
0,008 1,9199
M2 44714,16439
0,762 1,9373
Q1 96726,08402
0,014 1,9897
M4 22357,0822
0,009 2,042
K2 43082,04524
0,081 2,0769
T2 43259,21711
0,014 2,0944
S2 43200 0,275 2,1991
L2 43889,83274
0,015 2,3213
O1 92949,62999
0,05 2,4435
P1 86637,20458
0,014 3,8223
K1 86164,09076
0,043 3,9444
MS4 21972,0214
0,006 5,2709
M1 89399,69409
0,005 5,9865
MSf 1275721,388
0,01 6,1087
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
59
Esta estação maregráfica está localizada no Porto de Recife, na
latitude 08º03,4’ S e longitude 34º51,9’ W. No caso, trata-se de uma maré
semidiurna, onde é estabelecido um Nível Médio (Z
0
) de 114 cm acima do
NR (Nível de Redução), com médias de preamares de sizígia (MHWS) de
218 cm acima do NR, média das preamares de quadratura (MHWN) de 163
cm acima do NR, média das baixa-mares de sizígia (MLWS) de 10 cm
acima do NR e média das baixa-mares de quadratura (MLWN) de 65 cm
acima do NR.
4.6.5. Condições iniciais
As condições iniciais (condição do sistema no tempo
0
tt = ), definidas
para todos os nós modelados do modelo hidrodinâmico, são fornecidas
através da determinação das componentes do vetor velocidade 2DH, U e V
(na direção X e Y, respectivamente), e da elevação na superfície livre (
z
).
Para o módulo 3D, as condições iniciais são geradas automaticamente de
acordo com os valores acima, a velocidade do vento e a rugosidade
equivalente do fundo.
Dessa forma, as simulações dos três cenários foram realizadas com
velocidades horizontais começando do zero, denominada de “partida a
frio”, e com elevação inicial da superfície livre (
z
) de 2,42 m,
correspondendo ao estágio de preamar da maré de sizígia.
Na Tabela 4.3 são exibidas as opções de modelagem consideradas
nas simulações.
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
60
Tabela 4.3. Opções de modelagem consideradas nas simulações da região
costeira adjacente aos municípios de Recife e Jaboatão dos Guararapes.
Modelo FIST3D
Estima a circu
lação hidrodinâmica
tridimensional (equações de Navier-Stokes
_3D
para fluido incompressível com pressão
hidrostática)
Período de simulação 864000 segundos (10 dias)
Passo de tempo ( t
D
)
60 segundos
Número Courant médio 6,1
Níveis verticais 21
Fechamento turbulência Calculada internamente
4.6.6. Tratamento das condições de contorno horizontais
Para as simulações é necessário estabelecer as condições de
contorno para os campos de velocidade e elevação da superfície livre da
água.
Os contornos abertos e os contornos de terra são os dois tipos de
contornos horizontais. Os contornos abertos representam os limites do
domínio de modelagem e, geralmente, a imposição da elevação da
superfície livre é a principal forçante para estes contornos. Os contornos
de terra representam as margens e seções de rios ou canais que estejam
no domínio, sendo as vazões ou velocidades dos rios geralmente
prescritas.
As características das condições de contorno utilizadas nas
simulações são apresentadas na Tabela 4.4.
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
61
Tabela 4.4. Condições de contorno consideradas nas simulações da região
costeira adjacente aos municípios de Recife e Jaboatão dos Guararapes.
Superfície Cisalhamento eólico
Variável e uniforme
com intervalo de 1
hora entre as leituras
Fundo Batimetria
Carta Náutica no. 930
(DHN/MM, 1988), e
perfis complementares
(Araújo & Medeiros,
2004)
Aberta
Contorno oceânico
(leste, norte e sul)
Fronteiras
Fechada Contorno de terra
Estuário de Barra de
Jangadas
Vazão afluente
Calculada
internamente pe
lo
modelo
Constantes
harmônicas
Fonte: : FEMAR (2006).
4.6.7. Cenários de simulação
Com o objetivo de caracterizar a circulação hidrodinâmica da região
costeira adjacente aos municípios de Recife e Jaboatão dos Guararapes,
durante a estação seca, foi considerado para simulação o mês de janeiro
de 2007, período que engloba os dias de coleta de dados oceanográficos,
ou seja:
Cenário 1 – simulação hidrodinâmica considerando as forçantes
eólica (ventos) e astronômica (marés de sizígia e quadratura) do mês de
janeiro de 2007.
Foi utilizado o método de Kriging para elaborar os mapas temáticos
horizontais. Nestes casos, foram também realizadas previamente
interpolações manuais, visando conferir a fidelidade das distribuições
espaciais geradas pelos algoritmos de interpolação.
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
62
4.7. APLICAÇÃO DO MODELO LAGRANGEANO
O modo Lagrangeano do modelo SisBaHiA foi aplicado a dois
cenários distintos para o mesmo mês de janeiro de 2007, com o objetivo
de avaliar o transporte de sedimentos na área de estudo. São eles:
Cenário 2 – simulação do transporte de sedimentos oriundos do
estuário de Barra de Jangadas – Contribuição continental (Figura 4.11);
Cenário 3 – simulação do transporte de sedimentos oriundos da
deriva litorânea, a partir do litoral sul adjacente à área de estudo –
Contribuição litorânea (Figura 4.12).
O período de simulação considerado foi de 10 dias (864.000 s) que
teve início na preamar na primeira maré de sizígia, instante em que se
iniciam os lançamentos das partículas, com passo de tempo de 60
segundos.
Para ambos os cenários, as condições de contorno aberto ocorrem
quando uma partícula atravessa um segmento de contorno e é perdida. Já
para o contorno de terra ocorre a situação padrão, onde a partícula atinge
a fronteira e retorna ao meio sem perder massa.
O tipo de sedimento considerado para a simulação lagrangeana foi
areia fina, com tensão critica de arraste
178,0
2
0
=
÷
ø
ö
ç
è
æ
m
N
t
, para sedimentos
oriundos do estuário de Barra de Jangadas e
187,0
2
0
=
÷
ø
ö
ç
è
æ
m
N
t
, para
sedimentos oriundos da deriva litorânea.
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
63
288000 290000 292000 294000 296000
Longitude
9090000 9092000 9094000 9096000 9098000 9100000 9102000 9104000
L
a
t
i
t
u
d
e
Pina
Boa Viagem
Piedade
Candeias
Barra das
Jangadas
Jaboatão dos
Guararapes
Recife
(a)
288000 290000 292000 294000 296000
Longitude
9090000 9092000 9094000 9096000 9098000 9100000 9102000 9104000
L
a
t
i
t
u
d
e
Pina
Boa Viagem
Piedade
Candeias
Barra das
Jangadas
Jaboatão dos
Guararapes
Recife
(b)
Figura 4.11. Simulação do transporte de sedimentos: (a) Cenário 2 -
Contribuição continental e (b) . Cenário 3 – Contribuição litorânea.
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
64
Capítulo 5
Resultados e Discussões
Neste capítulo, os resultados deste estudo são apresentados e
discutidos. Estes foram organizados de modo a possibilitar tanto a análise
das informações obtidas in situ (campanhas oceanográficas) quanto a
comparação destas com os resultados das simulações numéricas
realizadas com o modelo SisBaHiA.
A área de estudo foi, então, dividida em três partes para uma melhor
análise dos resultados. A parte norte está localizada entre as praias do
Pina e de Boa Viagem (R04, R05, R06 e R07); a central, entre as praias de
Boa Viagem e Candeias (J06, R01, R02 e R03); e a sul, entre as praias de
Candeias e Barra de Jangadas (J01, J02, J03, J04 e J05).
No primeiro momento, são exibidos os resultados do modelo
hidrodinâmico e, posteriormente, são apresentados e analisados os
resultados da aplicação do modelo Lagrangeano.
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
65
5.1. MODELO HIDRODINÂMICO EULERIANO
Os resultados da modelagem hidrodinâmica euleriana foram
comparados com os dados das campanhas de campo de acordo com o
cenário descrito na seção 4.6.7 e considerando as devidas datas de coleta.
Os vetores resultantes de velocidade da corrente marítima dos dados
experimentais e numéricos foram calculados a partir das componentes
vetoriais das velocidades horizontais de corrente (U e V) para cada estágio
de maré (baixa-mar e preamar) na superfície, meio e fundo da coluna
d’água de cada perfil.
As figuras e gráficos a seguir trazem os valores médios da
intensidade das correntes (m.s
-1
) dos dados experimentais e numéricos
para os dois estágios de maré nas três profundidades da coluna d’água.
Para os gráficos de barra (Figuras 5.2, 5.4, 5.6, 5.8, 5.10 e 5.12), os
valores positivos indicam transporte para o Norte, enquanto que valores
negativos representam transporte para o Sul.
Os resultados numéricos de circulação obtidos na área de estudo
encontram-se apresentados no Anexo B, inclusive os estágios de maré
vazante e enchente.
5.1.1. Estágio de baixa-mar (BM)
Os resultados dos campos de correntes medidas e simuladas
durante a baixa-mar na superfície da coluna d’água são apresentados nas
Figuras 5.1 e 5.2.
As intensidades das correntes medidas no mar apresentaram valores
entre 0,00 e 0,33 m.s
-1
na superfície, e entre 0,01 e 0,27 m.s
-1
no meio e
no fundo da coluna d’água. De forma semelhante, as intensidades das
correntes simuladas foram entre 0,08 e 0,31 m.s
-1
na superfície, entre 0,01
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
66
e 0,25 m.s
-1
à meia água e entre 0,01 e 0,19 m.s
-1
no fundo da coluna
d’água.
De acordo com a Figura 5.1, o sentido predominante das correntes
para os resultados experimentais foi para o sul, enquanto que, nos
resultados numéricos, alguns perfis apresentaram sentido predominante
para o norte.
Para a parte sul, os resultados numéricos são da mesma ordem de
grandeza e sentido dos dados experimentais. No entanto, as correntes
apresentaram sentidos distintos na parte central e intensidade e sentido
correspondentes no perfil R04 da parte norte.
Sendo assim, os perfis J01, J02, J03, J04, J05 e R04 mostraram
maior semelhança com os dados obtidos em campo.
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
67
Figura 5.1. Vetores horizontais da velocidade das correntes na superfície
durante a baixa-mar: (a) experimental e (b) numérico.
-0,3
-0,2
-0,1
0
0,1
0,2
0,3
J01 J02 J03 J04 J05 J06 R01 R02 R03 R04 R05 R06 R07
Perfil
Intensidade da corrente (m/s)
Numérico Experimental
Figura 5.2. Valores médios da intensidade da corrente (m.s
-1
) na superfície
durante baixa-mar.
9090000 9095000 9100000 9105000
L
a
t
i
t
u
d
e
290000 295000
Longitude
0
500
1000 m
BM
Superfície
0,5 m/s
Barra das
Jangadas
Candeias
Piedade
Boa Viagem
Pina
9090000 9095000 9100000 9105000
L
a
t
i
t
u
d
e
290000 295000
Longitude
0
500
1000 m
BM
Superficie
0,5 m/s
Barra das
Jangadas
Candeias
Boa Viagem
Pina
Piedade
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
68
As Figuras 5.3 e 5.4 apresentam os resultados das correntes
medidas e simuladas no meio da coluna d’água durante a baixa-mar.
Da mesma forma que o observado para a superfície, o sentido
predominante das correntes para os resultados experimentais foi para o
sul. Contudo, parte dos perfis numéricos apresentaram sentido para o
norte.
Na região sul do domínio em estudo, os resultados numéricos e
experimentais se assemelharam mais nos perfis J01, J04 e J05. Na parte
central, os resultados apresentaram sentidos distintos e, na parte norte,
este foram semelhantes nos perfis R04 e R05.
Os resultados numéricos que representaram melhor os dados
experimentais foram os dos perfis J01, J04, J05, R04 e R05.
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
69
Figura 5.3. Vetores horizontais da velocidade das correntes no meio da
coluna d’água durante a baixa-mar: (a) experimental e (b) numérico.
-0,3
-0,2
-0,1
0
0,1
0,2
0,3
J01 J02 J03 J04 J05 J06 R01 R02 R03 R04 R05 R06 R07
Perfil
Intensidade da corrente (m/s)
Numérico Experimental
Figura 5.4. Valores médios da intensidade da corrente (m.s
-1
) no meio da
coluna d’água durante a baixa-mar.
(b
)
(a
)
9090000 9095000 9100000 9105000
L
a
t
i
t
u
d
e
290000 295000
Longitude
0
500
1000 m
BM
Meio
0,5 m/s
Pina
Boa Viagem
Piedade
Candeias
Barra das
Jangadas
9090000 9095000 9100000 9105000
L
a
t
i
t
u
d
e
290000 295000
Longitude
0
500
1000 m
BM
Meio
0,5 m/s
Barra das
Jangadas
Candeias
Boa Viagem
Pina
Piedade
(a) (b)
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
70
Ao analisar os resultados das correntes próximas ao fundo obtidas
em campo durante a baixa-mar (Figuras 5.5 e 5.6), observa-se que estas
apresentaram um transporte predominante para sul. No entanto, os
resultados numéricos apresentaram alguns perfis direcionados também
para o norte.
Os perfis que obtiveram os valores numéricos médios de corrente
mais próximos do experimental na parte sul foram: J01, J04 e J05. Porém,
as correntes apresentaram sentidos distintos na parte central (exceto o
perfil R03) e, na parte norte, certa semelhança nos perfis R04 e R05.
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
71
Figura 5.5. Vetores horizontais da velocidade das correntes próximas ao
fundo durante a baixa-mar: (a) experimental e (b) numérico.
-0,3
-0,2
-0,1
0
0,1
0,2
0,3
J01 J02 J03 J04 J05 J06 R01 R02 R03 R04 R05 R06 R07
Perfil
Intensidade das correntes
(m/s)
Numérico Experimental
Figura 5.6. Valores médios da intensidade da corrente (m.s
-1
) próxima ao
fundo durante a baixa-mar.
9090000 9095000 9100000 9105000
L
a
t
i
t
u
d
e
290000 295000
Longitude
0
500
1000 m
BM
Fundo
0,5 m/s
Pina
Boa Viagem
Piedade
Candeias
Barra das
Jangadas
9090000 9095000 9100000 9105000
L
a
t
i
t
u
d
e
290000 295000
Longitude
0
500
1000 m
BM
Fundo
0,5 m/s
Barra das
Jangadas
Candeias
Boa Viagem
Pina
Piedade
(a) (b)
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
72
5.1.2. Estágio de preamar (PM)
As Figuras 5.7 a 5.12 a seguir apresentam os resultados
experimentais e numéricos relativos ao estágio de maré da preamar. Os
dados relacionados a este estágio foram coletados apenas nas partes norte
e central da região em estudo, pois os dados da parte sul do domínio foram
perdidos devido a problemas relacionados ao ajuste inicial da metodologia
de coleta.
As intensidades das correntes obtidas em campo apresentaram
valores entre: 0,00 e 0,34 m.s
-1
na superfície; 0,00 e 0,15 m.s
-1
no meio; e
0,01 e 0,18 m.s
-1
próximo ao fundo da coluna d’água. Para as intensidades
das correntes simuladas, os valores extremos obtidos em relação a toda
coluna d’água variaram de 0,00 a 0,18 m.s
-1
.
De acordo com as Figuras 5.7 e 5.8, as medidas na superfície
realizadas em campo apresentaram um transporte médio para o norte na
parte central, o que foi reproduzido satisfatoriamente na simulação. Na
parte norte, observa-se uma inversão do vetor corrente na altura do perfil
R04, a qual foi também reproduzida pelo modelo. Para os demais perfis, as
medidas de mar acusam um transporte para o sul, enquanto que os
resultados numéricos mantêm o sentido médio de transporte para norte.
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
73
Figura 5.7. Vetores horizontais da velocidade das correntes na superfície
durante a preamar: (a) experimental e (b) numérico.
-0,3
-0,2
-0,1
0
0,1
0,2
0,3
J06 R01 R02 R03 R04 R05 R06 R07
Perfil
Intensidade da corrente (m/s)
Numérico Experimental
Figura 5.8. Valores médios da intensidade da corrente (m.s
-1
) na superfície
durante a preamar.
9090000 9095000 9100000 9105000
L
a
t
i
t
u
d
e
290000 295000
Longitude
0
500
1000 m
PM
Superficie
0,5 m/s
Barra das
Jangadas
Candeias
Piedade
Boa Viagem
Pina
9090000 9095000 9100000 9105000
L
a
t
i
t
u
d
e
290000 295000
Longitude
0
500
1000 m
PM
Superfície
0,5 m/s
Pina
Boa Viagem
Piedade
Candeias
Barra das
Jangadas
(a)
(b)
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
74
As Figuras 5.9 e 5.10 trazem os resultados para o meio da coluna
d’água durante a preamar. Estes indicam, no geral, a presença de
intensidades fracas (em sua maioria inferior a 0,1 m.s
-1
) que são
características de períodos de estofo. Observa-se também que os
resultados das simulações mostram, para todos os perfis, um transporte
médio para o norte, enquanto que as medidas de ADCP acusam um
transporte para o sul. Isto é particularmente claro na Figura 5.10.
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
75
Figura 5.9. Vetores horizontais da velocidade das correntes no meio da
coluna d’água durante a preamar: (a) experimental e (b) numérico.
-0,3
-0,2
-0,1
0
0,1
0,2
0,3
J06 R01 R02 R03 R04 R05 R06 R07
Pefil
Intensidade da corrente (m/s)
Numérico Experimental
Figura 5.10. Valores médios da intensidade da corrente (m.s
-1
) no meio
da coluna d’água durante a preamar.
9090000 9095000 9100000 9105000
L
a
t
i
t
u
d
e
290000 295000
Longitude
0
500
1000 m
PM
Meio
0,5 m/s
Pina
Boa Viagem
Piedade
Candeias
Barra das
Jangadas
9090000 9095000 9100000 9105000
L
a
t
i
t
u
d
e
290000 295000
Longitude
0
500
1000 m
PM
Meio
0,5 m/s
Barra das
Jangadas
Candeias
Piedade
Boa Viagem
Pina
(a) (b)
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
76
Da mesma forma que para os resultados medidos e simulados à
meia água, verificam-se baixas intensidades de corrente próximo ao fundo
durante a preamar. De acordo com as Figuras 5.11 e 5.12, o sentido
predominante das correntes para os dados experimentais é para o norte
para os perfis R02, R03, R04 e R05, o que foi relativamente bem
reproduzido nas simulações. Para os demais perfis, os resultados
apresentaram sentidos de transporte distintos.
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
77
9090000 9095000 9100000 9105000
L
a
t
i
t
u
d
e
290000 295000
Longitude
0
500
1000 m
PM
Fundo
0,5 m/s
Pina
Boa Viagem
Piedade
Candeias
Barra das
Jangadas
Figura 5.11. Vetores horizontais da velocidade das correntes próximas ao
fundo durante a preamar: (a) experimental e (b) numérico.
-0,3
-0,2
-0,1
0
0,1
0,2
0,3
J06 R01 R02 R03 R04 R05 R06 R07
Perfil
Intensidade da corrente (m/s)
Numérico Experimental
Figura 5.12. Valores médios da intensidade da corrente (m.s
-1
) próxima ao
fundo durante a preamar.
9090000 9095000 9100000 9105000
L
a
t
i
t
u
d
e
290000 295000
Longitude
0
500
1000 m
PM
Fundo
0,5 m/s
Barra das
Jangadas
Candeias
Piedade
Boa Viagem
Pina
(a)
(b)
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
78
5.1.3. Análise dos resultados do modelo hidrodinâmico
Euleriano
Os resultados apresentados nas seções anteriores permitiram
verificar que as correntes simuladas em toda a coluna d’água
representaram satisfatoriamente as medidas de mar nos perfis J01, J04 e
R04 para o estágio de maré de baixa-mar.
Para este mesmo estágio, a simulação reproduziu relativamente bem
o transporte de correntes na parte sul do domínio em estudo,
diferentemente das partes central e norte onde a maioria dos perfis
apresentaram comportamentos distintos entre os dados experimentais e
numéricos. Ainda, as intensidades das correntes simuladas
corresponderam à mesma ordem de grandeza das correntes das medidas
experimentais. Esta melhor representação na parte sul do domínio
modelado se deve à batimetria mais detalhada nesta região juntamente
com a propagação da onda de maré durante a baixa-mar, quando ocorre a
menor profundidade do ciclo.
Durante o estágio de maré de preamar, com dados coletados apenas
nas partes central e norte da região em estudo, as correntes obtidas na
simulação reproduziram de forma coerente o transporte obtido in situ nos
perfis R02, R03 e R04 na superfície e fundo da coluna d’água. Como a
coleta de dados foi realizada no período de estofo, as correntes
apresentaram medidas fracas de intensidade de corrente, em sua maioria
inferiores a 0,10 m.s
-1
, sendo condizentes com os dados do modelo.
As correntes resultantes dos dados experimentais neste estágio de
maré foram bem representadas pela simulação na parte central do domínio
modelado, principalmente na superfície da coluna d’água. A melhor
representatividade nesta região se deve à ação conjunta da maré e da
batimetria durante o período de estofo em que há maior profundidade,
fazendo, assim, que haja maior influência na superfície do mar.
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
79
Ao comparar os dois estágios analisados, considerando que não há
medidas experimentais na parte sul durante a preamar, observa-se que a
baixa-mar reproduziu melhor a situação real nos três níveis de
profundidade (superfície, meio e fundo da coluna d’água). Isto sugere que
haja maior influência da batimetria em toda a coluna d’água devido à
profundidade mais rasa correspondente à baixa-mar.
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
80
5.2. RESULTADOS NUMÉRICOS DOS CAMPOS DE CORRENTES
Os campos de correntes, dos quatros estágios de maré, referentes ao
período de simulação (10 primeiros dias do mês de janeiro), durante a
maré de sizígia, são representadas nas Figuras 5.13 a 5.16.
Durante o estágio de preamar (Figura 5.13), as correntes superficiais
apresentaram intensidades que variaram entre 0,06 e 1,25 m.s
-1
e
mediana 0,67 m.s
-1
. As intensidades das correntes na superfície foram
praticamente uniformes, sendo mais intensas no extremo sul da área de
estudo. De acordo com a Figura 5.13-a, a direção das correntes foi para O
e SO, a última na altura de Barra de Jangadas.
No meio da coluna d’água, as correntes apresentaram intensidades
que variaram entre 3,6 x 10
-3
e 0,78 m.s
-1
e mediana 0,34 m.s
-1
. De
acordo com a Figura 5.13-b, as intensidades das correntes foram mais
intensas próximas à costa, principalmente no extremo sul da malha.
Quanto à direção, as correntes apresentaram direção predominante para o
Sul, embora apresentem vetores de corrente para o Norte, no Pina (extremo
norte da área de estudo) e no extremo leste da malha. Entre estas regiões,
pode-se observar a ocorrência de áreas de transição cujas intensidades são
baixas.
As correntes próximas ao fundo da coluna d’água (Figura 5.13-c)
apresentaram valores que variaram entre 5 x 10
-3
e 0,47 m.s
-1
e mediana
0,24 m.s
-1
. As direções das correntes apresentaram o mesmo padrão que
as do meio da coluna d’água, mas neste nível d’água, as intensidades são
mais baixas e as áreas de transição são maiores.
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
81
288000 290000 292000 294000 296000
Longitude
9090000 9092000 9094000 9096000 9098000 9100000 9102000 9104000
L
a
t
i
t
u
d
e
PM
Fundo
Pina
Boa Viagem
Candeias
Barra das
Jangadas
Recife
Jaboatão dos
Guararapes
Piedade
Restaurante
Ponteio
Grill
Hotel
Golden
Beach
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.07
0.10
0.13
0.16
0.20
0.25
0.30
0.34
0.39
0.43
0.47
0.50
0.51
0.52
1
2 km
0
Vel [ m/s]
Figura 5.13. Velocidade das correntes no estágio de maré preamar: (a) superfície, (b) Meio, (c) Fundo da
coluna d’água.
288000 290000 292000 294000 296000
Longitude
9090000 9092000 9094000 9096000 9098000 9100000 9102000 9104000
L
a
t
i
t
u
d
e
PM
Meio
Pina
Boa Viagem
Candeias
Barra das
Jangadas
Recife
Jaboatão dos
Guararapes
Piedade
Restaurante
Ponteio
Grill
Hotel
Golden
Beach
0.00
0.01
0.04
0.06
0.08
0.11
0.15
0.19
0.25
0.31
0.37
0.44
0.52
0.58
0.65
0.70
0.74
0.77
0.78
Vel [ m/s]
1
2 km
0
(b)
(c)
288000 290000 292000 294000 296000
Longitude
9090000 9092000 9094000 9096000 9098000 9100000 9102000 9104000
L
a
t
i
t
u
d
e
0.00
0.06
0.09
0.14
0.20
0.28
0.40
0.54
0.72
0.94
1.20
1.50
PM
Superficie
Pina
Boa Viagem
Candeias
Barra das
Jangadas
Recife
Jaboatão dos
Guararapes
Piedade
Vel [ m/s]
1
2 km
0
Hotel
Golden
Beach
Restaurante
Ponteio
Grill
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
82
No estágio de maré vazante (Figura 5.14), as intensidades das
correntes superfíciais apresentaram valores entre 0,18 e 1,25 m.s
-1
e
mediana 0,86 m.s
-1
. As correntes apresentaram intensidades uniformes
em quase toda a área de estudo (Figura 5.14-a). No entanto, apresentaram
intensidades mais baixas ao longo da costa e na área estuarina, e foram
mais intensas no extremo norte da área de estudo. As direções
predominantes das correntes foram para NO, apresentando, ainda, vetores
de corrente para O.
Na metade da coluna d’água, as correntes apresentaram
intensidades entre 0,16 e 0,98 m.s
-1
e mediana 0,86 m.s
-1
. As correntes
foram mais intensas ao norte do Hotel Golden Beach, cuja direção foi para
NE, e próximo à área estuarina, cuja direção foi para SO (Figura 5.14-b).
As intensidades das correntes foram mais baixas na área de transição,
localizada entre as duas regiões mais intensas.
As intensidades das correntes próximas ao fundo (Figura 5.14-c)
apresentaram valores entre 6 x 10
-3
e 0,65 m.s
-1
e mediana 0,29 m.s
-1
.
Neste nível d’água, as intensidades foram mais baixas e as direções
apresentaram o mesmo padrão que no meio da coluna d’água.
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
83
288000 290000 292000 294000 296000
Longitude
9090000 9092000 9094000 9096000 9098000 9100000 9102000 9104000
L
a
t
i
t
u
d
e
VZ
Fundo
Pina
Boa Viagem
Candeias
Barra das
Jangadas
Recife
Jaboatão dos
Guararapes
Piedade
Restaurante
Ponteio
Grill
Hotel
Golden
Beach
0.00
0.01
0.02
0.03
0.05
0.07
0.09
0.12
0.16
0.21
0.26
0.31
0.37
0.43
0.49
0.54
0.59
0.62
0.64
0.65
1
2 km
0
Vel [ m/s]
Figura 5.14. Velocidade das correntes no estágio de maré vazante: (a) superfície, (b) Meio, (c) Fundo da coluna
d’água.
(c)
288000 290000 292000 294000 296000
Longitude
9090000 9092000 9094000 9096000 9098000 9100000 9102000 9104000
L
a
t
i
t
u
d
e
VZ
Superficie
Pina
Boa Viagem
Candeias
Barra das
Jangadas
Recife
Jaboatão dos
Guararapes
Piedade
Restaurante
Ponteio
Grill
Hotel
Golden
Beach
0.00
0.11
0.17
0.26
0.38
0.54
0.75
0.91
1.03
1.37
1.60
Vel [ m/s]
1
2 km
0
(a)
288000 290000 292000 294000 296000
Longitude
9090000 9092000 9094000 9096000 9098000 9100000 9102000 9104000
L
a
t
i
t
u
d
e
VZ
Meio
Pina
Boa Viagem
Candeias
Barra das
Jangadas
Recife
Jaboatão dos
Guararapes
Piedade
Restaurante
Ponteio
Grill
Hotel
Golden
Beach
0.00
0.02
0.02
0.04
0.05
0.07
0.10
0.14
0.19
0.24
0.31
0.39
0.47
0.56
0.65
0.73
0.82
0.88
0.94
0.97
0.98
1
2 km
0
Vel [ m/s]
(b)
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
84
Durante a baixa-mar (Figura 5.15-a), as correntes superfíciais
apresentaram valores entre 0,18 e 0,9 m.s
-1
e mediana 0,74 m.s
-1
. As
intensidades das correntes foram mais baixas próximas à costa e sobre os
bancos de recifes submersos (paralelos à costa), e foram mais intensas no
extremo L da malha (área com maior profundidade). As direções
predominantes das correntes foram para NO (ao norte do Hotel Golden
Beach) e SO (na área estuarina).
No meio da coluna d’água (Figura 5.15-b), as intensidades das
correntes apresentaram valores entre 0,03 e 0,45 m.s
-1
e mediana 0,35
m.s
-1
. As correntes foram mais intensas próximas à área estuarina e no
extremo L da área de estudo. As direções das correntes foram para NO e
para SO, ao norte e ao sul do Hotel Golden Beach respectivamente,
apresentando uma área de transição com baixas intensidades próximas ao
Hotel Golden Beach. As correntes foram, novamente, mais baixas ao longo
da costa e sobre os bancos de recifes submersos, apresentando valores
menores quando comparados ao nível anterior.
As correntes próximas ao fundo da coluna d’água (Figura 5.15-a),
apresentaram valores entre 0,01 e 0,30 m.s
-1
e mediana 0,23 m.s
-1
. As
intensidades e as direções das correntes apresentaram o mesmo padrão
que no meio da coluna d’água, embora as velocidades das correntes sejam
mais baixas.
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
85
Figura 5.15. Velocidade das correntes no estágio de maré baixa-mar: (a) superfície, (b) Meio, (c) Fundo da
coluna d’água.
(c)
288000 290000 292000 294000 296000
Longitude
9090000 9092000 9094000 9096000 9098000 9100000 9102000 9104000
L
a
t
i
t
u
d
e
BM
Fundo
Pina
Boa Viagem
Candeias
Barra das
Jangadas
Recife
Jaboatão dos
Guararapes
Piedade
Restaurante
Ponteio
Grill
Hotel
Golden
Beach
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.06
0.07
0.09
0.12
0.14
0.17
0.20
0.22
0.25
0.27
0.29
0.30
Vel [ m/s]
1
2 km
0
288000 290000 292000 294000 296000
Longitude
9090000 9092000 9094000 9096000 9098000 9100000 9102000 9104000
L
a
t
i
t
u
d
e
BM
Meio
Pina
Boa Viagem
Candeias
Barra das
Jangadas
Recife
Jaboatão dos
Guararapes
Piedade
Restaurante
Ponteio
Grill
Hotel
Golden
Beach
0.00
0.01
0.01
0.02
0.02
0.03
0.05
0.06
0.09
0.11
0.14
0.18
0.22
0.26
0.30
0.34
0.37
0.41
0.43
0.44
0.45
Vel [ m/s]
1
2 km
0
(b)
288000 290000 292000 294000 296000
Longitude
9090000 9092000 9094000 9096000 9098000 9100000 9102000 9104000
L
a
t
i
t
u
d
e
BM
Superficie
Pina
Boa Viagem
Candeias
Barra das
Jangadas
Recife
Jaboatão dos
Guararapes
Piedade
Restaurante
Ponteio
Grill
Hotel
Golden
Beach
0.00
0.02
0.03
0.05
0.07
0.10
0.15
0.20
0.27
0.35
0.44
0.55
0.67
0.80
0.92
1.05
1.22
1.34
1.40
Vel [ m/s]
1
2 km
0
(a)
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
86
A Figura 5.16 mostra as correntes durante o estágio de maré
enchente. Na superfície (Figura 5.16-a), as correntes apresentaram valores
entre 0,10 e 1,46 m.s
-1
e mediana 0,77 m.s
-1
. As intensidades das
correntes foram uniformes em quase toda a área de estudo, embora
tenham sido mais intensas no extremo sul da malha. As correntes
apresentaram direções para SO, apresentando, ainda, direções para O no
extremo norte da área de estudo.
No meio da coluna d’água (Figura 5.16-b), as correntes
apresentaram valores entre 0,03 e 0,40 m.s
-1
e mediana 0,38 m.s
-1
.As
intensidades das correntes foram mais intensas no extremo norte, sul, e
sudeste da malha, direcionando-se para NO, SO e NE, respectivamente. As
correntes apresentaram intensidades baixas sobre os bancos de recife, ao
longo da costa e principalmente nas áreas de transição de direção.
Próximo ao fundo da coluna d’água, as correntes apresentaram
valores entre 0,01 e 0,30 m.s
-1
e mediana 0,25 m.s
-1
. As direções e
intensidades das correntes apresentaram o mesmo padrão do nível
anterior, embora com intensidades mais baixas.
Capítulo 4– Souza, P.F.R. Abordagem Metodológica
87
Figura 5.15. Velocidade das correntes no estágio de maré baixa-mar: (a) superfície, (b) Meio, (c) Fundo da
coluna d’água.
288000 290000 292000 294000 296000
Longitude
9090000 9092000 9094000 9096000 9098000 9100000 9102000 9104000
L
a
t
i
t
u
d
e
EN
Meio
Pina
Boa Viagem
Candeias
Barra das
Jangadas
Recife
Jaboatão dos
Guararapes
Piedade
Restaurante
Ponteio
Grill
Hotel
Golden
Beach
0.00
0.01
0.02
0.02
0.04
0.05
0.07
0.10
0.13
0.17
0.21
0.26
0.32
0.38
0.44
0.50
0.56
0.60
0.64
0.66
0.67
Vel [ m/s]
1
2 km
0
(b)
288000 290000 292000 294000 296000
Longitude
9090000 9092000 9094000 9096000 9098000 9100000 9102000 9104000
L
a
t
i
t
u
d
e
EN
Fundo
Pina
Boa Viagem
Candeias
Barra das
Jangadas
Recife
Jaboatão dos
Guararapes
Piedade
Restaurante
Ponteio
Grill
Hotel
Golden
Beach
0.00
0.01
0.01
0.02
0.02
0.03
0.04
0.06
0.08
0.10
0.13
0.17
0.20
0.24
0.28
0.31
0.35
0.38
0.40
0.42
0.42
1
2 km
0
Vel [ m/s]
(c)
288000 290000 292000 294000 296000
Longitude
9090000 9092000 9094000 9096000 9098000 9100000 9102000 9104000
L
a
t
i
t
u
d
e
EN
Superficie
Pina
Boa Viagem
Candeias
Barra das
Jangadas
Recife
Jaboatão dos
Guararapes
Piedade
Restaurante
Ponteio
Grill
Hotel
Golden
Beach
0.00
0.06
0.09
0.13
0.19
0.28
0.39
0.53
0.71
0.92
1.17
1.46
Vel [ m/s]
1
2 km
0
(a)
Capítulo 5 – Souza, P.F.R. Resultados e Discussões
88
5.2.1. Análise dos campos de correnteos
Diante das informações descritas anteriormente, verifica-se que as
correntes foram mais intensas (medianas mais alta) durante os estágios de
maré mais energéticos (vazante e enchente), principalmente durante o
estágio de maré vazante. As intensidades mais baixas (medianas mais
baixas) ocorreram durante a preamar (na superfície e meio da coluna
d’água) e baixa-mar (fundo da coluna d’água), por corresponderem ao
período de estofo (menos energético).
Foi possível observar, ainda, que as correntes foram mais intensas
na parte sul da área de estudo (próxima à área estuarina), devido à
proximidade da foz do rio Jaboatão. As intensidades foram mais baixas
próximo à costa, sobre os bancos de recifes e nas áreas de transição de
sentido das correntes.
As direções predominantes das correntes superficiais durante a
enchente foram para SO. Para os demais estágios de maré (preamar,
vazante e baixa-mar) as correntes tiveram direção para NO em quase toda
área de estudo, apresentando próximo à área estuarina vetores de
corrente para O (preamar e vazante) e SO (baixamar).
No meio da coluna d’água, as direções predominantes das correntes
durante a preamar e enchente foram para NO, SO e NE ao norte, sul e
extremo leste da área de estudo respectivamente. Já durante a baixa-mar
e a vazante, as direções das correntes foram para NE (em quase toda área
de estudo) e SO (na área estuarina).
Próximo ao fundo da coluna d’água, as direções das correntes
apresentaram o mesmo padrão do nível anterior, embora com
intensidades mais baixas.
Capítulo 5 – Souza, P.F.R. Resultados e Discussões
89
5.3. MODELO LAGRANGEANO
5.3.1. Cenário 2 – Aporte estuarino de sedimentos
O transporte de sedimentos oriundos do estuário de Barra de
Jangadas para a área de estudo iniciou com 3266 partículas e teve como
base de simulação os resultados obtidos pelo modelo hidrodinâmico
Euleriano, correspondente ao Cenário 1.
Na primeira hora após o início da simulação (Figura 5.13-a), a
pluma de sedimentos sofreu dispersão e deslocou-se para leste (L),
provavelmente devido ao período natural de vazamento da maré, levando à
situação de efluxo (continente → oceano).
A pluma foi se deslocando para noroeste em direção à costa e, 5
horas após o início da simulação (Figura 5.13-b), esta se encontrava ao
norte (N) da fonte, praticamente toda distribuída na costa entre as praias
de Barra de Jangadas e de Candeias.
Em seguida, a pluma percorreu toda a área de estudo no sentido
norte (N), com maior predominância na praia do Pina, chegando à
extremidade do domínio modelado no primeiro dia de simulação (Figura
5.13-c), quando apresentou 2573 partículas. Este comportamento ocorreu
devido ao sentido da corrente ter prevalecido para o norte no modelo
hidrodinâmico, conforme pode ser observado na Figura 5.2-b acima.
Após 25 horas de lançamento das partículas (não apresentada
aqui), a pluma de sedimentos havia percorrido a costa no sentido sul (S),
apresentando uma maior concentração de partículas entre as praias de
Candeias e de Piedade.
Por fim, a pluma chegou à extremidade sul do domínio modelado ao
fim do segundo dia de simulação (Figura 5.13-d), adentrando também no
estuário. No momento seguinte, esta sai totalmente do domínio modelado.
Capítulo 5 – Souza, P.F.R. Resultados e Discussões
90
288000 290000 292000 294000 296000
Longitude
9090000 9092000 9094000 9096000 9098000 9100000 9102000 9104000
L
a
t
i
t
u
d
e
Pina
Boa Viagem
Piedade
Candeias
Barra das
Jangadas
Jaboatão dos
Guararapes
Recife
(a)
288000 290000 292000 294000 296000
Longitude
9090000 9092000 9094000 9096000 9098000 9100000 9102000 9104000
L
a
t
i
t
u
d
e
Pina
Boa Viagem
Piedade
Candeias
Barra das
Jangadas
Jaboatão dos
Guararapes
Recife
(b)
288000 290000 292000 294000 296000
Longitude
9090000 9092000 9094000 9096000 9098000 9100000 9102000 9104000
L
a
t
i
t
u
d
e
Pina
Boa Viagem
Piedade
Candeias
Barra das
Jangadas
Jaboatão dos
Guararapes
Recife
(c)
288000 290000 292000 294000 296000
Longitude
9090000 9092000 9094000 9096000 9098000 9100000 9102000 9104000
L
a
t
i
t
u
d
e
Pina
Boa Viagem
Piedade
Candeias
Barra das
Jangadas
Jaboatão dos
Guararapes
Recife
(d)
Capítulo 5 – Souza, P.F.R. Resultados e Discussões
91
5.3.2. Cenário 3 – Aporte litorâneo de sedimentos
A simulação do transporte de sedimentos, para a área de estudo,
teve início com 1952 partículas transportadas pela deriva litorânea ao sul
do domínio modelado, em frente à desembocadura do rio Jaboatão (Figura
5.14). Igualmente ao Cenário 2, esta modelagem foi realizada
considerando os campos cinemáticos obtidos no Cenário 1.
Na primeira hora de simulação (Figura 5.14-a), a pluma de
sedimentos sofreu dispersão deslocando-se para leste (L) e, levemente,
para nordeste (NE), devido à localização inicial desta estar sob influência
do estuário de Barra de Jangadas.
A pluma de sedimentos se deslocou para o norte (N) no primeiro dia
de simulação (Figura 5.14-b) acompanhando o ciclo da maré, uma vez que
o sentido da corrente na simulação estava para o norte. Neste momento,
constavam 1533 partículas e a maior predominância destas ocorreu entre
as praias de Barra de Jangadas e de Candeias.
Com 19 horas de simulação (Figura 5.14-c), os sedimentos se
apresentaram ainda mais ao norte, quando chegaram mais próximos à
extremidade norte do domínio em estudo.
25 horas após o início do modelo (não apresentado aqui), a pluma
havia se deslocado para o sul (S) havendo maior concentração de
partículas nas proximidades da praia de Piedade.
Ao fim do segundo dia de simulação (Figura 5.14-d), a pluma de
sedimentos havia se deslocado completamente para o sul entrando
também no estuário de Barra de Jangadas. Após este momento, os
sedimentos saíram totalmente do domínio modelado.
Capítulo 5 – Souza, P.F.R. Resultados e Discussões
92
288000 290000 292000 294000 296000
Longitude
9090000 9092000 9094000 9096000 9098000 9100000 9102000 9104000
L
a
t
i
t
u
d
e
Pina
Boa Viagem
Piedade
Candeias
Barra das
Jangadas
Jaboatão dos
Guararapes
Recife
(a)
288000 290000 292000 294000 296000
Longitude
9090000 9092000 9094000 9096000 9098000 9100000 9102000 9104000
L
a
t
i
t
u
d
e
Pina
Boa Viagem
Piedade
Candeias
Barra das
Jangadas
Jaboatão dos
Guararapes
Recife
(b)
288000 290000 292000 294000 296000
Longitude
9090000 9092000 9094000 9096000 9098000 9100000 9102000 9104000
L
a
t
i
t
u
d
e
Pina
Boa Viagem
Piedade
Candeias
Barra das
Jangadas
Jaboatão dos
Guararapes
Recife
(c)
288000 290000 292000 294000 296000
Longitude
9090000 9092000 9094000 9096000 9098000 9100000 9102000 9104000
L
a
t
i
t
u
d
e
Pina
Boa Viagem
Piedade
Candeias
Barra das
Jangadas
Jaboatão dos
Guararapes
Recife
(d)
Figura 5.14. Pluma de sedimentos lançados na deriva litorânea. (a) 1 h,
(b) 5 h, (c) 19 h e (d) 44 h após o início do lançamento das partículas na
preamar.
Capítulo 5 – Souza, P.F.R. Resultados e Discussões
93
5.3.3. Análise dos resultados do modelo Lagrangeano
Diante das informações descritas anteriormente para as simulações
Lagrangeanas, é possível verificar que o transporte de sedimentos se
assemelhou bastante entre os dois cenários.
Na primeira hora após o início da simulação, a pluma de sedimentos
apresentou um deslocamento mais disperso para leste (L) com o aporte
estuarino (Cenário 2). Contudo, esta se deslocou também para nordeste
(NE) durante a simulação com o aporte litorâneo (Cenário 3). Este
comportamento sugere que esta pequena diferença entre os cenários
ocorreu devido à influência predominante do fluxo estuarino para o
deslocamento dos sedimentos no Cenário 2, além de ter sido lançada
inicialmente uma maior quantidade de partículas no mesmo.
Posteriormente, ambas as plumas percorreram a costa no sentido
norte e sul, no primeiro e segundo dia de simulação, respectivamente, por
estarem sob influência da propagação da onda de maré e correspondendo
ao comportamento dos campos cinemáticos modelados, cujos sentidos
estão para o norte e sul neste mesmo período de simulação. No entanto,
os sedimentos chegaram mais rapidamente na parte norte da costa (com
19 horas de simulação) durante a simulação considerando a deriva
litorânea, o que é justificado pelo fato desta fonte estar em maior evidência
na Plataforma Continental interna.
Finalmente, quando localizadas na região sul da área em estudo, as
plumas relativas aos dois cenários saem do domínio modelado pela parte
sul ao fim do segundo dia, mais especificamente 44 horas depois do início
da modelagem Lagrangeana. Tal observação propõe que o transporte de
sedimentos, tanto por aporte continental quanto por aporte litorâneo, seja
dominado pela propagação da onda de maré na costa, não sofrendo
praticamente qualquer influência quanto à posição da fonte destes
sedimentos nesta região.
Capítulo 6 – Souza, P.F.R. Conclusões e Recomendações
94
Capítulo 6
Conclusões e Recomendações
Neste trabalho foram utilizados dados de campanhas oceanográficas
e técnicas de modelagem matemática para analisar a circulação e o
potencial de transporte da região costeira adjacentes aos municípios de
Recife e Jaboatão dos Guararapes, durante o período de verão austral.
Na primeira parte do estudo, foi desenvolvida (e utilizada) uma
metodologia para coleta (perfilagens) e posterior análise de dados de
correntes na região de estudo, com utilização de equipamento ADCP
(Acoustic Doppler Current Profiler). Estas informações, coletadas durante o
mês de janeiro de 2007, foram comparadas com os resultados de uma
simulação hidrodinâmica, quando foram consideradas as forçantes eólica
(ventos) e astronômicas (marés de sizígia e quadratura) verificadas no
mesmo período.
A análise dos resultados das simulações com o módulo Euleriano
(Cenário 1) mostrou que os campos de velocidades medidos durante o
estágio de maré de baixa-mar foram mais bem reproduzidos do que os de
preamar, tanto para as correntes de superfície, quanro para as do meio e
fundo da coluna d’água. Isto sugere que existe uma maior influência da
Capítulo 6 – Souza, P.F.R. Conclusões e Recomendações
95
batimetria sobre toda a coluna d’água durante este estágio de maré
(baixa-mar).
Espacialmente, os resultados numéricos indicaram uma melhor
reprodução da estrutura de correntes medidas na porção sul do domínio
de estudo, com valores numéricos de mesma ordem de grandeza das
correntes experimentais. Esta melhor representatividade verificada na
parte sul do domínio modelado pode, em parte, ser explicada pela
existência de um levantamento batimétrico mais detalhado nesta região.
As correntes resultantes das medidas de mar obtidas durante o
estágio de preamar foram bem representadas pela simulação na parte
central do domínio modelado, principalmente na superfície da coluna
d’água. Problemas de aquisição de dados in situ ocorridos durante este
estágio de maré impossibilitaram a obtenção das correntes marinhas na
parte sul da região de estudo, e em conseqüência, a avaliação comparativa
dos resultados experimentais e numéricos..
É importante destacar aqui que a dificuldade verificada em se
reproduzir numericamente de forma mais satisfatória os resultados
experimentais podem em parte ser atribuídas a: (i) deficiência de
detalhamento da batimetria na região de estudo, marcada pela presença
de irregularidades significativas do fundo marinho, tais como bancos de
recifes; [ii] falta de compatibilidade entre as escalas de tempo dos dados
disponíveis representativos das forçantes naturais (ventos e marés) e a
escala de tempo de coleta das informações em campo. Uma solução para
isto seria incrementar significativamente a coleta de informações de
campo, com utilização posteior de filtros numéricos de passa-baixo para
intervalos de tempos semelhantes aos das forçantes.
Posteriormente foram analisados os resultados obtidos na simulação
com o módulo Euleriano. Tal análise mostrou que as intensidades das
correntes foram mais intensas durante os estágios de maré vazante e
Capítulo 6 – Souza, P.F.R. Conclusões e Recomendações
96
enchente (estágios de maré mais energéticos), e mais baixas durante a
baixa-mar e a preamar (período de estofo).
Devido à proximidade com a foz do rio Jaboatão, a região adjacente
à área estuarina apresentou correntes mais intensas. As intensidades
foram mais baixas próximo à costa, sobre os recifes submersos e nas
áreas de transição de sentido de corrente. Tais resultados sugerem uma
maior influência da morfologia da região.
As correntes superficiais apresentaram direção para SO durante a
enchente. Durante a preamar, a vazante e a baixa-mar, as correntes foram
predominante para NO em quase toda a malha, apresentando, ao sul da
área de estudo, vetores de corrente para O (preamar e vazante) e SO
(baixa-mar).
No meio e no fundo da coluna d’água as direções das correntes
durante os estágios de preamar e enchente foram para NO, SO e NE ao
norte, sul e extremo leste da área de estudo respectivamente. Já durante a
baixa-mar e a vazante, as direções das correntes foram para NE (em quase
toda área de estudo) e SO (na área estuarina).
Na segunda parte do estudo, foi também aplicada técnica de
modelagem matemática para avaliar o potencial de transporte longitudinal
de sedimentos na região costeira dos municípios de Recife e Jaboatão dos
Guararapes, sempre considerando o período de verão austral. Neste caso,
foram realizadas duas simulações Lagrangeanas, uma com sedimentos
oriundos do estuário de Barra de Jangadas (Cenário 2) e outra com
sedimentos oriundos da deriva litorânea (Cenário 3). Para ambos os
cenários foi possível constatar uma influência significativa da ação da
maré sobre a evolução das plumas. Os resultados das simulações
indicaram, para os dois cenários, que cerca de 25 % dos sedimentos são
transportados para fora do domínio de integração através de seu limite
norte, enquanto que cerca de 75 % das plumas de sedimento originais
deixa o domínio de integração através do seu limite sul. Isto ocorre
Capítulo 6 – Souza, P.F.R. Conclusões e Recomendações
97
aproximadamente 48 horas após o lançamento das plumas dos dois
cenários, apesar de ser verificado que sob influência da deriva litorânea
(Cenário 3), os sedimentos são transportados mais rapidamente.
Parte das principais recomendações deste estudo está associada à
continuidade das atividades previstas do Projeto MAI-PE (Monitoramento
Ambiental Integrado), quais sejam:
· Obtenção de uma malha batimétrica com melhor resolução
espacial, o que sem dúvida irá contribuir para a obtenção de
uma maior reprodutividade numérica das situações reais;
· Ampliação das campanhas de coleta de dados de mar
(perfilagens de ADCP, correntometria/ondografia com a
utilização de equipamentos do tipo S4). Neste caso, devem ser
realizadas coletas ao longo de todo o ano (coletas sazonais), e
considerando todos os estágios de mar;
· Realização de medições de ondografia que permitam avaliar as
alterações do campo de ondas que chegam ao largo, à medida
que esta se aproxima da região costeira, quantificando dessa
forma as interações primárias entre as ondas e o relevo
submarino (recifes, bancos de areia, etc.). Isto seria possível,
por exemplo, com a utilização simultânea de dois ou mais
correntômetros do tipo S4;
· Realização de testes com outras ferramentas numéricas
capazes de quantificar com maior precisão (e detahes) os
mecanismos físicos de interação campo de ondas-sedimentos
e campos de correntes-sedimentos.
Estas duas últimas recomendações extrapolam as atividades
previstas no âmbito do Projeto MAI-PE. Suas realizações, entretanto,
trariam informações completamentares importantes para subsidiar o
planejamento e operacionalização de ações preventivas, corretivas e de
controle e monitoramento ambiental, além de índices e critérios de
Capítulo 6 – Souza, P.F.R. Conclusões e Recomendações
98
estabilidade/vulnerabilidade, de forma a reduzir os impactos nos
ambientes costeiros da Região Metropolitana do Recife.
Souza, P.F.R. Anexo B
99
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Souza, P.F.R. Anexo B
105
Anexo A – Campos cinemáticos obtidos a partir das
perfilagens de ADCP
Figura A.1. Campos cinemáticos da componente norte da corrente (m·s
-1
)
dos perfis J01, J02, J03, J04, J05, durante a baixa-mar.
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
Distância (m)
Continente Oceano
-15
-10
-5
0
P
r
o
f
u
n
d
i
d
a
d
e
(
m
)
J05
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100
Continente Oceano
-15
-10
-5
0
Profundidade (m)
J04
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100
Continente Oceano
-15
-10
-5
0
Profundidade (m)
J03
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Continente Oceano
-15
-10
-5
0
P
r
o
f
u
n
d
i
d
a
d
e
(
m
)
J02
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
Baixa-Mar
Continente Oceano
-15
-10
-5
0
Profundidade (m)
J01
-0.7 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
Souza, P.F.R. Anexo B
106
0 500 1000 1500 2000 2500
Distância (m)
Continente Oceano
-15
-10
-5
0
Profundidade (m)
R04
0 500 1000 1500 2000 2500
Continente Oceano
-15
-10
-5
0
Profundidade (m)
R03
0 500 1000 1500 2000 2500
Baixa-Mar
Continente Oceano
-15
-10
-5
0
Profundidade (m)
R02
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
Continente Oceano
-15
-10
-5
0
Profundidade (m)
R01
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
Baixa-Mar
Continente Oceano
-15
-10
-5
0
P
r
o
f
u
n
d
i
d
a
d
e
(
m
)
J06
-0.7 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
Figura A.2. Campos cinemáticos da componente norte da corrente (m·s
-1
)
dos perfis J06, R01, R02, R03, R04, durante a baixa-mar.
Souza, P.F.R. Anexo B
107
0 500 1000 1500 2000 2500
Distância (m)
Continente Oceano
-15
-10
-5
0
Profundidade (m)
R07
0 500 1000 1500 2000 2500
Continente Oceano
-15
-10
-5
0
Profundidade (m)
R06
0 100 200 300 400 500 600
Baixa-Mar
Continente Oceano
-15
-10
-5
0
P
r
o
f
u
n
d
i
d
a
d
e
(
m
)
R05
-0.7 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
Figura A.3. Campos cinemáticos da componente norte da corrente (m·s
-1
)
dos perfis R05, R06, R07, durante a baixa-mar.
Souza, P.F.R. Anexo B
108
0 500 1000 1500 2000 2500
Distância (m)
Continente Oceano
-15
-10
-5
0
Profundidade (m)
R04
0 500 1000 1500 2000 2500
Continente Oceano
-15
-10
-5
0
Profundidade (m)
R03
0 500 1000 1500 2000 2500
Continente Oceano
-15
-10
-5
0
Profundidade (m)
R02
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
Continente Oceano
-15
-10
-5
0
P
r
o
f
u
n
d
i
d
a
d
e
(
m
)
R01
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
Preamar
Continente Oceano
-15
-10
-5
0
Profundidade (m)
J06
-0.7 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
Figura A.4. Campos cinemáticos da componente norte da corrente (m·s
-1
)
dos perfis J06, R01, R02, R03, R04, durante a preamar.
Souza, P.F.R. Anexo B
109
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
Distância (m)
Continente Oceano
-15
-10
-5
0
P
r
o
f
u
n
d
i
d
a
d
e
(
m
)
R07
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
Continente Oceano
-15
-10
-5
0
Profundidade (m)
R06
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
Preamar
Continente Oceano
-15
-10
-5
0
Profundidade (m)
R05
-0.7 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
Figura A.5. Campos cinemáticos da componente norte da corrente (m·s
-1
)
dos perfis R05, R06, R07, durante a preamar.
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