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Carlos Koji Yokoyama
Mobilidade sedimentar da plataforma continental do estado de
So
Paulo em funo da propagao de ondas.
Dissertao apresentada ao
Instituto Oceanogrfico da
Universidade de So Paulo, como parte
dos requisitos para obteno do ttulo
de Mestre em Cincias, rea de
Oceanografia Geolgica
Orientador: Prof. Dr. Eduardo
Siegle
So Paulo
2012
-
2
Universidade de So Paulo
Instituto Oceanogrfico
Mobilidade sedimentar da plataforma continental do estado de So
Paulo em
funo da propagao de ondas.
Dissertao apresentada ao Instituto Oceanogrfico da Universidade
de So
Paulo, como parte dos requisitos para obteno do ttulo de Mestre
em
Cincias, rea de Oceanografia Geolgica
Julgada em ____/____/____
____________________________________ _______________ Prof(a).
Dr(a). Conceito
____________________________________ _______________ Prof(a).
Dr(a). Conceito
____________________________________ _______________ Prof(a).
Dr(a). Conceito
-
i
Sumrio
1.
Introduo...................................................................................................................
1 1.1 Ondas (Wrigth, 1999)
.........................................................................................
3 1.2 Plataforma
continental........................................................................................
7 1.3 Transporte, eroso e deposio de
sedimentos............................................ 9
2. Objetivos
...................................................................................................................
11 3. Justificativa
...............................................................................................................
12 4. rea de
estudo.........................................................................................................
12 5. Material e
Mtodos..................................................................................................
17
5.1. Dados de ondas
...............................................................................................
17 5.2. Modelo numrico de propagao de ondas
................................................ 18
5.2.1. Batimetria
...................................................................................................
19 5.3. Potencial de mobilizao de sedimentos devido s ondas (mtodo
de Porter-Smith et al., 2004)
.......................................................................................
22
6.
Resultados................................................................................................................
24 6.1. Dados de ondas
...............................................................................................
24 6.2. Modelo numrico de propagao de ondas, Mike 21
................................ 35
6.2.1 Simulaes
.................................................................................................
35 6.3. Mobilidade sedimentar
....................................................................................
41
6.3.1 rea de remobilizao
..............................................................................
41 7. Discusso
.................................................................................................................
57 8.
Concluses...............................................................................................................
62 9. Referncias bibliogrficas
......................................................................................
63
-
ii
ndice de figuras
Figura 1: Principais parmetros de um perfil de uma onda. Fonte:
Wrigth, 1999. .......... 4 Figura 2: Modelo de gerao de ondas.
Fonte: Wrigth, 1999. ......................................... 5
Figura 3: Formao de ondas ocenicas. Fonte:Wrigth, 1999.
........................................ 5 Figura 4: Orbitais de
onda em guas profundas. Fonte: Wrigth,
1999............................. 6 Figura 5: Orbitais de onda em
guas rasas. Fonte: Wrigth,
1999..................................... 6 Figura 6: Diagrama de
Hjustrm relaciona a velocidade do fluxo e o tamanho do gro para
determinar eroso, transporte e deposio. Fonte:
http://en.wikipedia.org/wiki/Hjulstr%C3%B6m_curve.
................................................ 10 Figura 7: Curva
de Shields relaciona o nmero de Reynolds com a tenso necessria para
mover um tamanho de gro. Fonte:
http://tellus.csiro.au/TellusPhysics.html........ 10 Figura 8: Mapa
do litoral do Estado de So Paulo.
........................................................ 13 Figura
9: Mapa de distribuio de porcentagem de areia. Fonte: Rodrigues et
al.,
2003.........................................................................................................................................
15 Figura 10: Mapa de distribuio de porcentagem de silte. Fonte:
Rodrigues et al.,
2003.........................................................................................................................................
15 Figura 11: Linha de costa e pontos batimtricos da plataforma do
estado de So Paulo19 Figura 12: Pontos batimtricos e linha de costa
da plataforma continental de So
Paulo.........................................................................................................................................
20 Figura 13: Resoluo da grade do modelo.
....................................................................
21 Figura 14: Batimetria interpolada da plataforma continental de
So Paulo, utilizando o programa
MIKE21..........................................................................................................
21 Figura 15: Direo das alturas significativas (Hs) e dos perodos
(T) de onda para o estado de So Paulo.
.......................................................................................................
25 Figura 16: Direo de Hs e T para o estado de So Paulo no
vero............................... 28 Figura 17: Direo de Hs e T
para o estado de So Paulo no outono. ........................... 30
Figura 18: Direo de Hs e T para o estado de So Paulo no inverno.
.......................... 32 Figura 19: Direo de Hs e T para o
estado de So Paulo na primavera........................ 34 Figura
20: Distribuio das ondas, altura significativa por perodo
mdio.................... 35 Figura 21: Resultado de altura
significativa e direo da simulao de uma onda de sul com 2,73 m e
10,15
s......................................................................................................
38 Figura 22: Resultado de altura significativa e direo da simulao
de uma onda de sudeste com 2,22 m e 8,75 s.
..........................................................................................
38 Figura 23: Resultado de altura significativa e direo da simulao
de uma onda de leste com 2,21 m e 7,53
s........................................................................................................
39 Figura 24: Resultado de altura significativa e direo da simulao
de uma onda de leste com 2,21 m e 7,53
s........................................................................................................
40 Figura 25: Resultados da rea de remobilizao de sedimentos para
as ondas de maior ocorrncia para o clima de ondas geral na
Plataforma Continental do Estado de So Paulo.
..............................................................................................................................
42 Figura 26: rea de remobilizao de sedimentos com 0,062 mm para as
ondas de
vero.........................................................................................................................................
44 Figura 27: rea de remobilizao de sedimentos das ondas com maior
ocorrncia durante o outono.
............................................................................................................
46 Figura 28: rea de remobilizao de sedimentos de 0,062 mm para
ondas de inverno. 48 Figura 29: rea de remobilizao de sedimentos de
0.062 mm das ondas de maior ocorrncia na primavera.
................................................................................................
50 Figura 30: Probabilidade que um sedimento de 0,125 mm (areia
fina) sofre remobilizao com altura significativa e perodo
mdio................................................ 51
-
iii
Figura 31: Probabilidade que um sedimento de 0,125 mm (areia
fina) sofre remobilizao com altura mxima e perodo de pico.
.................................................... 52 Figura 32:
Probabilidade que um sedimento de 0,062 mm (areia muito fina) sofre
remobilizao com altura significativa e perodo
mdio................................................ 53 Figura 33:
Probabilidade que um sedimento de 0,062 mm (areia muito fina) sofre
remobilizao com altura mxima e perodo de pico.
.................................................... 53 Figura 34:
Probabilidade que um sedimento de 0,025 mm (silte) sofre
remobilizao com altura significativa e perodo mdio.
......................................................................
54 Figura 35: Probabilidade que um sedimento de 0,025 mm (silte)
sofre remobilizao com altura mxima e perodo de
pico.............................................................................
55 Figura 36: Porcentagem de tempo que a velocidade orbital junto
ao fundo excede a velocidade crtica de arrasto para sedimento com
dimetro mdio de 0,125 mm, 0,062 mm e 0,025 mm, para altura
significativa e perodo mdio.
.......................................... 56 Figura 37:
Porcentagem de tempo que a velocidade orbital junto ao fundo excede
a velocidade crtica de arrasto para sedimento com dimetro mdio de
0,125 mm, 0,062 mm e 0,025 mm, para altura mxima e perodo de pico.
............................................... 56
-
iv
ndice de tabelas
Tabela 1: Ocorrncia de Hs pela direo de onda.
......................................................... 26 Tabela
2: Porcentagem de Hs pela direo de onda.
...................................................... 26 Tabela 3:
Ocorrncia de porcentagem de ondas para cada intervalo de altura de
acordo com a direo para os meses de
vero............................................................................
27 Tabela 4: Ocorrncia de porcentagem de ondas para cada intervalo
de altura de acordo com a direo para o meses de outono.
..........................................................................
29 Tabela 5: Ocorrncia de porcentagem de ondas para cada intervalo
de altura de acordo com a direo para os meses de
inverno.........................................................................
31 Tabela 6: Ocorrncia de porcentagem de ondas para cada intervalo
de altura de acordo com a direo para os meses de
primavera.....................................................................
33 Tabela 7: Ondas com maior porcentagem de ocorrncia, selecionadas
para as simulaes, com a mdia da altura e do perodo.
........................................................... 36
Tabela 8: Ondas com maior porcentagem de ocorrncia, selecionadas
para as simulaes, com a mdia da altura e do perodo.
........................................................... 37
-
v
Agradecimentos
Agradeo primeiramente aos meus pais pelo apoio, incentivo e
compreenso, sem os quais no poderia ter chegado at aqui.
Agradeo Alline pela pacincia, companheirismo e amor ao longo
desses anos.
minha famlia, em especial aos meus irmos Leo, Deni e Marcos.
Ao Prof. Dr. Eduardo Siegle pela oportunidade de fazer o
mestrado,
orientao e ensinamentos.
Aos colegas de laboratrio pelo companheirismo, aprendizagens
e
boas conversas. Em especial, neste trabalho, P.H., Ana Amlia,
Gilberto e
Talitha.
Aos diretores, professores, tcnicos, alunos e funcionrios do
IOUSP
pela estrutura, ensinamentos e vivncia durante todos esses
anos.
Aos amigos da turma II, uma turma muito iluminada. Em especial
o
Tom pela ajuda na anlise dos dados.
Agradeo CAPES pelo auxilio financeiro durante o perodo que
estava no laboratrio.
-
vi
Resumo
O presente trabalho visa avaliar a mobilidade de sedimentos
na
plataforma continental do estado de So Paulo levando em conta a
propagao
de ondas e o tipo de sedimento. Com base no clima de ondas da
regio,
resultante do modelo global de ondas WAVEWATCH-III, o modelo
MIKE-21
(SW) foi aplicado para avaliar os processos de transformao de
ondas a
medida em que elas avanam sobre a plataforma continental. As
ondas
predominantes so as de sul com 36% e leste com 34%, variando de
1 a 2,5
metros de altura e 6 a 10 segundos de perodo. Esses dados formam
a
condio de contorno externa do modelo que fornece as
informaes
necessrias para as estimativas de mobilidade sedimentar. Este
processo foi
avaliado atravs da aplicao de uma aproximao emprica onde a
mxima
velocidade orbital de fundo deve ser maior que a velocidade
crtica de fundo. A
altura significativa e perodo mdio chegam a remobilizar areia
fina at 40 m,
areia muito fina at 45 m e silte at 60 m de profundidade. Altura
mxima e
perodo de pico, remobilizam areia fina at 60 m, areia muito fina
at 80 m e
silte at 90m de profundidade.
Palavras-chave: Mobilidade sedimentar, ondas, Plataforma
Continental, So
Paulo.
-
vii
Abstract
This study aims to evaluate the mobility of sediments on
continental shelf
of So Paulo state considering wave propagation and sediment
type. Based on
wave climate of the region resulting from global wave model
WAVEWATCH-III,
numerical model MIKE-21 (SW) was applied to evaluate wave
transformation
processes as they propagate over the continental shelf. Waves
from south and
east are predominant with 36% and 34%, respectively, wave height
ranged from
1 to 2.5 meters and wave period varied between 6 and 10 seconds.
These data
form boundary condition of the model and provides necessary
information to
estimate sediment mobility. In order to evaluate this process,
an empirical
approach was applied, where maximum bed orbital velocity must
exceed a
critical bottom velocity. The significant wave height and mean
period mobilize
fine sand up to 40 m, very fine sand up to 45 m and silt up to
60 meters deep.
Maximum height and peak period, mobilize fine sand up to 60 m,
very fine sand
up to 80 m and silt up to 90 meters deep.
Key-words: Mobility of sediments, waves, continental shelf, So
Paulo.
-
1
1. Introduo
Numa primeira tentativa de quantificar a influncia do clima de
ondas
global no transporte de sedimentos, Harris e Coleman (1998)
utilizaram dados
de onda gerados por um modelo global de clima. Eles definiram
que o clima de
ondas era capaz de mobilizar areia de quartzo com dimetro de 0,1
mm em
41,6% das plataformas continentais da Terra.
Existem muitos modelos de transporte e mobilizao de sedimentos
na
plataforma continental. Nestes modelos, os efeitos da tenso de
cisalhamento
do vento, correntes de mar e/ou ocenicas podem ser includas ao
lado das
ondas como arrasto significante aos mecanismos de transporte. Ao
modelar a
camada limite de fundo, o modelo de correntes de ondas de Grand
e Madsen
(1979), comparou as tenses de cisalhamento de fundo com
relaes
empricas, tais como a curva de Shields para quantificar a
mobilidade dos
sedimentos. Entretanto, devido ao detalhamento e gasto
computacional, esses
modelos geralmente podem ser aplicados apenas com uma resoluo
espacial
e temporal pequena e, portanto, s so adequados para estudos
locais em
eventos de escala sazonal, onde esto disponveis dados de
entrada
suficientemente detalhados.
Modelos simplificados tm sido usados para quantificar a
mobilidade de
sedimentos nas escalas globais (Harris e Coleman, 1998),
continentais (Porter-
Smith et al., 2004; Hemer, 2006) e regionais (Decker, 1988;
Hemer et al.,
2004). Este segundo grupo de modelos geralmente conta com
simplificaes
de processos geofsicos na camada limite de fundo. Por exemplo,
Decker
(1988), calculou a distribuio cumulativa de frequncias para
altura e perodo
de onda na plataforma interna do rio Orange, frica do Sul, para
estimar a
-
2
mobilidade de sedimentos. Entretanto, a altura e o perodo de
onda foram
tratados de forma independente e uma distribuio no foi calculada
para as
velocidades orbitais horizontais. Assim, enquanto este trabalho
resultou em
bons limites de altura e perodo de onda para que cada mobilizao
ocorresse,
mas a probabilidade de a altura e o perodo de onda juntos
excederem os
limites de arrasto no foi quantificada. Harris e Coleman (1988)
e Porter-Smith
et al. (2004) utilizaram as relaes empricas simplificadas de
Clifton e Dinger
(1984) para calcular os limites de arrasto de sedimento devido s
ondas, e
ambos os estudos consideraram apenas o tamanho mdio dos gros na
sua
distribuio. Para sedimentos mal classificados, isto pode ter
implicaes
importantes na interpretao dos resultados. Por exemplo,
sedimentos com
distribuio de tamanhos com duas modas, com sedimentos finos
mal
representados pelo tamanho mdio dos gros, podem ter uma parte
dos
sedimentos finos frequentemente mobilizados, ressuspendidos,
e
posteriormente depositados sobre a biota bntica bloqueando a
luz. O modelo
ainda prev pequenos distrbios no fundo marinho, como quando a
tenso de
cisalhamento necessria para mobilizar os sedimentos dados pelo
tamanho
mdio dos gros maior que a real, onde existem componentes finas
de
sedimento. Portanto, importante se considerar a total distribuio
de tamanho
de gros no sedimento.
Para quantificar a mobilidade sedimentar numa escala regional,
so
necessrias algumas mdias ou aproximaes dos processos
atuantes.
Especialmente as ondas, que no so sempre as mesmas em qualquer
parte
do oceano em certo tempo, mas o oceano formado por uma variedade
de
ondas de diferentes amplitudes e perodos (Dyer, 1986). As
caractersticas
-
3
deste oceano complexo podem ser descritas com certa aproximao,
de uma
variedade de medies de altura e perodo de onda.
Os parmetros de medio de onda usados neste estudo foram:
Altura significativa de onda (Hsig) a altura mdia de onda de
um
tero das ondas mais altas em um intervalo medido.
Altura mxima de onda (Hmax) a altura de onda mxima
registrada
em um intervalo medido.
Perodo de passagem zero (Tz) perodo mdio de todas as ondas.
Perodo de pico mximo (TP1) perodo do pico do espectro
energia de onda.
Embora seja evidente que a escolha dos parmetros de onda
usados
para prever a mobilidade dos sedimentos ir afetar os resultados,
o grau de
sensibilidade para a escolha dos parmetros de onda utilizados e
qual
combinao leva ao resultado mais real, uma incerteza (Griffin et
al., 2008).
Os efeitos do atrito com o fundo e subsequente mobilizao de
sedimentos so cada vez mais reconhecidos como controles dos
habitats
bnticos, e, portanto, quantific-los importante para o
gerenciamento marinho
(Post et al., 2006).
1.1 Ondas (Wrigth, 1999)
As ondas constituem um dos processos marinhos mais efetivos
na
seleo e redistribuio dos sedimentos depositados nas regies
costeiras e
plataforma continental interna.
Em fsica, uma onda a perturbao oscilante de uma grandeza
fsica
no espao e peridica no tempo. um pulso energtico que se
propaga
-
4
atravs do espao ou de um meio fsico (liquido slido ou gasoso).
As ondas
existem em um meio cuja deformao capaz de produzir foras de
restaurao atravs das quais elas viajam e podem transferir
energia de um
lugar para outro sem qualquer das partculas do meio seja
deslocada, isto ,
uma onda no transporta matria, h, no entanto, oscilaes
sempre
associadas ao meio de propagao.
Podemos descrever uma onda atravs de seus principais
parmetros,
(Fig. 1) que incluem: 1) o comprimento de onda (L), ou seja,
distncia entre
duas cavas sucessivas; 2) a altura (H), representada pela
distncia entre a
crista e a cava da onda; e 3) a amplitude (a), que corresponde
metade da
altura da onda. Com estes parmetros, podemos ainda determinar o
perodo da
onda (T), que corresponde ao tempo decorrido entre a passagem de
duas
cristas ou cavas por um determinado ponto em um intervalo de
tempo fixo
(normalmente um segundo). A frequncia corresponde, portanto, ao
inverso do
perodo.
Figura 1: Principais parmetros de um perfil de uma onda. Fonte:
Wrigth, 1999.
A maioria das ondas ocenicas, conhecidas como ondas de
gravidade,
formada pela ao do vento, que ao soprar sobre a superfcie da
gua, forma
pequenas ondas capilares (Fig. 2).
-
5
Figura 2: Modelo de gerao de ondas. Fonte: Wrigth, 1999.
Mantendo-se a ao do vento, estas pequenas rugosidades da
superfcie da gua se somam para produzir ondas maiores cujo
tamanho
limitado pela velocidade e durao (tempo) de ao do vento e pela
pista, ou
seja, a extenso da superfcie aquosa sobre a qual o vento est
soprando (Fig.
3).
Figura 3: Formao de ondas ocenicas. Fonte:Wrigth, 1999.
Uma vez geradas, as ondas viajam mantendo sua trajetria
mesmo
depois de cessada a influncia do vento. Fora da rea de ao do
vento, estas
ondas so denominadas de marulho ou swell. Em seu percurso,
sofrem
modificaes em seus parmetros (altura e comprimento de onda) e
velocidade
de propagao, em funo das modificaes da batimetria do fundo
submarino.
Se acompanhamos a movimentao de uma partcula d`gua durante a
passagem de uma onda em guas profundas, observamos que esta
desenvolve movimentos orbitais circulares, cujos raios
diminuem
gradativamente em profundidade at desaparecerem completamente
antes de
-
6
atingir o fundo submarino (Fig. 4), sendo incapazes de promover
a
movimentao dos sedimentos que recobrem o fundo marinho.
Figura 4: Orbitais de onda em guas profundas. Fonte: Wrigth,
1999.
Ao se aproximarem de regies mais rasas, as ondas sofrem a
influncia do fundo marinho, o que se reflete em uma srie de
modificaes em
seu comportamento. Neste caso, observa-se que os movimentos
orbitais das
partculas d`gua durante a passagem de uma onda so elpticos
prximo
superfcie, ficando cada vez mais achatados em profundidade, at
atingir uma
movimentao horizontal para frente e para trs junto ao fundo
(Fig. 5), estas
ondas de guas rasas tm a capacidade de movimentar sedimentos do
fundo
submarino.
Figura 5: Orbitais de onda em guas rasas. Fonte: Wrigth,
1999.
As modificaes de comportamento da onda, quando se passa de
guas profundas para rasas, so determinadas pela profundidade
relativa, que
exprime a relao entre o comprimento de onda e a profundidade da
lmina
-
7
d`gua. Considera-se que as profundidades menores do que a metade
do
comprimento de onda (L/2), as ondas comecem a agir como ondas de
guas
rasas, ou seja, comeam a sofrer a influncia e remobilizar o
fundo submarino.
Por exemplo, considerando-se em comprimento de onda de 100 m, a
partir de
50 m de profundidade as ondas comeam a influenciar o fundo
submarinho.
Uma vez sentindo a influncia do fundo submarino, diminui a
velocidade de propagao das ondas, o que resulta em decrscimo
do
comprimento de onda e aumento da altura de onda, at um momento
em que
estas no so mais estveis e se quebram. A regio entre a zona de
quebra e
a praia conhecida como zona de arrebentao ou de surfe, onde
continuam a
se propagar, perdendo energia at a face de praia.
A sua velocidade de propagao, C, tambm conhecida por
celeridade
ou velocidade de fase, definida pela expresso: C = L/T.
Interessa, ainda,
considerar o quociente designado por declividade da onda, dado
por: D = H/L.
Sobre a plataforma continental, denomina-se onda de gua profunda
aquela
em que sua profundidade pelo menos a metade do comprimento de
onda. Na
prtica, a relao de profundidade (h) com o comprimento de onda
(L) : para
guas profundas: L/h>1/2; para guas em profundidade
intermediria:
1/25
-
8
cobertura sedimentar atual resultado da natureza predominante de
seus
componentes, terrgena ou carbontica, a ao do transporte e
retrabalhamento desses, atividade hidrodinmica como ondas, mars
e
correntes, e pelos efeitos das oscilaes do nvel do mar (JOHNSON
&
BALDWIN, 1996).
A plataforma continental apresenta caractersticas prprias
conforme a
variao da sua profundidade, acarretando em processos
diferenciados ao
longo desta, tornando-se necessrio, portanto, dividi-la em trs
regies: interna,
mdia e externa.
De acordo com Nittrouer & Wright (1994), a plataforma
interna
encontra-se intimamente relacionada com as zonas costeiras,
principalmente
com a zona de surf, visto que controla as forantes hidrodinmicas
que regem
esses sistemas. Afirma ainda que essa regio une a zona marginal
s
plataformas mdia e externa, e o oceano profundo. O mesmo autor
argumenta
ainda que o transporte de sedimentos na plataforma interna mais
intenso
perante as outras regies, em parte, devido profundidade do leito
marinho, o
qual constantemente revolvido pela ao efetiva das ondas.
A plataforma mdia conceituada por Nittrouer & Wright (1994)
como
uma regio de transio entre os regimes de fluxo, sendo esta
caracterizada
pelo declnio da intensidade e frequncia da agitao do fundo
marinho devido
ao aumento da profundidade.
Os mesmos autores destacam que a plataforma externa
caracterizada pela diminuio acentuada da ao das ondas sobre o
leito
marinho, tornando as foras friccionais de fundo pequenas,
resultando em
irrisria influncia sobre sedimento.
-
9
1.3 Transporte, eroso e deposio de sedimentos
A velocidade da corrente necessria para colocar um
determinado
detrito em movimento, eroso, maior do que aquela necessria para
mant-lo
em movimento, transporte. A competncia de um fluxo diz respeito
sua
capacidade para transportar carga slida. A competncia avaliada
em termos
da partcula slida de dimetro mximo que pode ser posta em
movimento
(Hjulstrm, 1935). No diagrama de Hjulstrm (Fig. 6) esto
representadas
curvas experimentais que tentam explicar a influncia da
velocidade da
corrente e da dimenso dos materiais nos fenmenos de eroso, de
transporte
e de sedimentao.
As partculas mais fceis de remover so as que apresentam
dimenses prximas a 0,2 mm, na medida em que basta uma velocidade
de
cerca de 20 cm/s para desloc-las da sua posio de repouso.
As partculas com dimenses inferiores a 0,01 mm apresentam
uma
grande fora de coeso, pelo que oferecem uma considervel
resistncia
frico e, portanto, somente so erodidas para velocidades
superiores. Este
fenmeno conhecido pelo efeito Hjulstrm.
-
10
Figura 6: Diagrama de Hjustrm relaciona a velocidade do fluxo e
o tamanho do gro para determinar eroso, transporte e deposio.
Fonte:
http://en.wikipedia.org/wiki/Hjulstr%C3%B6m_curve.
Shields (1936) foi pioneiro a descrever como se inicia a
suspenso de
sedimentos com tamanho de gro uniforme a partir de um fluxo de
gua.
Usando o critrio que para mover um sedimento de certo dimetro, o
fluxo de
gua na interface com o sedimento deve exceder a certa tenso de
fundo do
gro. A curva de Shields (Fig. 7) relaciona o Nmero de Reynolds
com a
tenso necessria para mover um tamanho de gro.
Figura 7: Curva de Shields relaciona o nmero de Reynolds com a
tenso necessria para mover um tamanho de gro. Fonte:
http://tellus.csiro.au/TellusPhysics.html.
A sedimentao nas plataformas continentais atuais resultado
da
-
11
interao de vrios fatores que englobam a dinmica deposicional, os
quais,
segundo Johnson & Baldwin (1996) e Tessler & Mahiques
(2001), podem ser
controlados pela natureza, tipos e volume de sedimentos
introduzidos no
ambiente, pelos efeitos oscilatrios do nvel do mar, e pelos
processos
dinmicos de transporte e retrabalhamento dos depsitos. Johnson
& Baldwin
(1996) citam ainda que alguns fatores secundrios influenciam a
sedimentao
nessas reas, como o clima, fatores biolgicos, ou interaes
animal-
sedimento, e fatores qumicos, como composio do sedimento e
qumica da
gua do mar.
Os processos dinmicos que controlam essa sedimentao so
considerados por Swift & Thorne (1991) como sendo
determinados pela
interao de cinco variveis interdependentes: (i) taxa do aumento
relativo do
nvel do mar; (ii) taxa de entrada de sedimento; (iii) tipo do
sedimento; (iv) fora
do fludo; e (v) taxa de transporte de sedimento. Essas variveis
interagem ao
longo do tempo geolgico e resultam na produo de um perfil de
equilbrio e
na determinao das fceis, tanto na organizao interna como na
distribuio
das mesmas.
2. Objetivos
Geral
Avaliar a ao das ondas na mobilidade sedimentar na
plataforma
continental do estado So Paulo em funo da propagao de ondas.
Especficos
- Caracterizar o clima de ondas da regio;
- Avaliar os processos de transformao das ondas a medida em elas
se
-
12
propagam sobre a plataforma continental atravs de aplicao de um
modelo
numrico;
- Caracterizar a plataforma continental de So Paulo, quanto
mobilidade de
sedimentos.
3. Justificativa
Uma questo ainda sem resposta sobre os sedimentos da
plataforma
continental : Que porcentagem da plataforma continental do mundo
est
sujeita a processos hidrodinmicos suficientemente fortes para
mobilizar
sedimentos do fundo? (Swift e Thorme, 1991). Entretanto, isto
sugerido que
cerca de 80 % das plataformas so dominadas por ondas de
tempestade, 17 %
por correntes de mar e 3 % por interaes de correntes ocenicas
(Walker,
1984; Swift et al., 1986).
No existem muitos estudos sobre anlises quantitativas nas
plataformas continentais para determinar a distribuio espacial
dos processos
que dominam o transporte de sedimentos, a principal limitao tem
sido as
dificuldades prticas para coletar dados nas plataformas. A
modelagem
numrica uma ferramenta alternativa para estudar os processos e
estimar
suas forantes.
4. rea de estudo
A Margem Continental Sudeste Brasileira, na qual se insere a
plataforma continental do Estado de So Paulo (Fig. 8),
estende-se do Cabo de
Santa Marta Grande (SC) (2840 S) at o Cabo Frio (RJ) (2300
S),
corresponde ao Embaiamento de So Paulo, definido por Butler
(1970).
-
13
Figura 8: Mapa do litoral do Estado de So Paulo.
Nessa unidade fisiogrfica, a plataforma apresenta largura
varivel
entre 73 e 231 km, declividade entre 1:656 e 1:1333 e uma
profundidade de
quebra de plataforma entre 120 e 180 m, sendo mais extensa na
regio
adjacente Baa de Santos. De uma foram geral, as isbatas
aproximam-se
entre si em direo norte e, prximo ao Cabo Frio, apresenta sua
menor
largura. A presena de alguns canais foi observada, cortando a
plataforma por
toda a rea (Zembruscki, 1979).
Coimbra et al. (1980) analisaram, atravs de superfcies de
tendncia,
a distribuio sedimentar na plataforma interna entre Santos (SP)
e Ilha Grande
(RJ), concluindo que o processo de distribuio sedimentar atual
associa-se
ao de ondas que incidem ortogonalmente costa, ou seja, vindas
de
sudeste, e correntes vindas de sudoeste. Esse foi o primeiro
trabalho a tentar
associar a distribuio granulomtrica a processos de circulao na
plataforma
continental de So Paulo. Os trabalhos careciam, no entanto, de
um nmero
mais adequado de amostras e de uma associao com dados
hidrodinmicos
-
14
mais precisos.
Furtado et al. (1984) reuniram dados de cerca de 250
amostras,
obtidos em 10 campanhas oceanogrficas realizadas na plataforma
continental
de So Paulo, e elaboraram mapas de distribuio sedimentar,
procurando
associ-los a escassas afirmaes sobre a hidrodinmica. Observou
diferenas
na distribuio sedimentar entre o norte e sul da plataforma
continental de So
Paulo, com a Ilha de So Sebastio como divisor.
Alves & Ponzi (1984), estudando caractersticas
morfolgicas
sedimentares da plataforma continental e talude superior da
margem
continental sudeste do Brasil, definem, quanto aos sedimentos
superficiais,
dois domnios para a rea, o domnio de terrgenos na plataforma
interna e
mdia e o de carbonatos na plataforma externa.
Tessler (1988) analisou a distribuio sedimentar na plataforma
interna
sul de So Paulo, associou ao de ondas sobre o fundo e verificou
que o
processo de transporte sedimentar muito mais efetivo durante a
passagem de
frentes frias, concluindo que este o principal processo
responsvel pelo
transporte de fundo na rea.
Furtado & Mahiques (1990) aplicando anlise de superfcie
de
tendncia em dados sedimentolgicos e associando-os a informaes
sobre a
circulao da rea, concluram que o fundo constitudo
predominantemente
por areias finas e muito finas, com caractersticas de sedimentos
palimpsestos.
De acordo com o Atlas Sedimentolgico da Plataforma Continental
do
Estado de So Paulo (Rodrigues et al., 2003), a concentrao de
areia maior
que 90% em grande parte das pores interna e mdia da
plataforma
continental, apresentando uma tendncia geral de diminuio dos
teores em
-
15
direo s regies mais profundas (Fig. 9).
Figura 9: Mapa de distribuio de porcentagem de areia. Fonte:
Rodrigues et al., 2003.
A distribuio do dimetro mdio, segundo a classificao de Folk
&
Ward (1957), apresenta na plataforma interna e mdia o predomnio
da frao
areia muito fina (Fig. 10).
Figura 10: Mapa de distribuio de porcentagem de silte. Fonte:
Rodrigues et al., 2003.
As massas dgua presentes na Plataforma Continental do Estado
de
-
16
So Paulo correspondem mistura entre a gua Tropical (AT), quente
e salina
(Y>20C e S >36,40; Miranda, 1982), transportada sobre o
talude continental
para sul-sudoeste, na camada superficial (0-200 m) da Corrente
do Brasil (CB);
a gua Central do Atlntico Sul (ACAS) (T
-
17
da gua Costeira, mais interna, e a gua Tropical, mais externa e
influenciada
pela intruso da Corrente do Brasil em direo costa.
O clima tropical e subtropical mido, aliado ausncia de
grandes
sistemas fluviais confere, ao regime pluvial, uma importncia
muito grande na
contribuio de gua doce para o oceano. O regime de chuvas
apresenta-se
com caractersticas episdicas, ainda que com prevalncia de
maiores
precipitaes pluviomtricas nos meses de vero.
5. Material e Mtodos
5.1. Dados de ondas
Para obter a climatologia da regio , bem como as sries temporais
de
onda, dados do modelo WAVEWATCHIII-NWW3 (Tolman, 2002), entre
1997 e
2008, foram obtidos de e
tratados no programa MATLAB 7.0. Estes dados foram utilizados
como
condies iniciais para o modelo MIKE21-FM Spectral Waves.
O WAVEWATCH-III um modelo desenvolvido pelo National Center
for
Environmental Predction (NCEP) do National Oceanic and
Atmospheric
Administration (NOAA) dos Estados Unidos (Tolman, 1999). O
modelo resolve
a equao do balano de densidade espectral para o espectro
direcional de
onda. O crescimento, refrao e decaimento para cada frequncia e
direo
especfica so resolvidos, dando as caractersticas completas e
realsticas do
campo de onda transiente. Os processos fsicos que esto includos
neste
modelo so: refrao e as deformaes no campo de ondas devido a
variaes
temporais e espaciais da profundidade mdia da gua e da
corrente,
crescimento de onda e decaimento devido ao do vento, interaes
no
-
18
lineares, dissipao devido ao efeito de vento na quebra da onda e
frico com
o fundo.
Este modelo possui um banco de dados desde 1997, contendo
altura
significativa, perodo e direo das ondas em diversos pontos ao
redor do
globo, com uma resoluo espacial de 1 x 1,25 na latitude e
longitude
respectivamente, com grade de 77N a 77S, com profundidade mnima
de 25
m, e usa diferentes campos de ventos como entrada do modelo,
disponveis
em intervalos de 3 horas, retirados do Global Data Assimilation
Scheme
(GDAS).
Foram realizadas anlises do clima geral, considerando a
totalidade
dos dados, e para cada estao do ano: vero (dezembro, janeiro e
fevereiro),
outono (maro, abril e maio), inverno (junho, julho e agosto) e
primavera
(setembro, outubro e novembro).
As ondas foram primeiramente separadas pelas direes norte
(337,5-
22,5), nordeste (22,5-67,5), leste (67,5-112,5), sudeste
(112,5-157,5), sul
(157,5-202,5) e sudoeste (202,5-247,5), relacionando com altura
e perodo
de onda. Usando o prprio programa Matlab foram feitas as figuras
e as
estatsticas de frequncia.
5.2. Modelo numrico de propagao de ondas
O modelo numrico utilizado o MIKE21-SW, desenvolvido pela
DHI
Water & Environment (Abbott et al., 1988; Abbott &
Larsen, 1985). Este modelo
baseado nos princpios fsicos (conservao de massa; momento;
energia,
etc.) e usa equaes matemticas para descrever ondas, correntes,
transporte
de sedimentos e mudanas no fundo. Este tipo de modelo o
acoplamento dos
-
19
modelos padres das constituintes fsicas (ondas, correntes,
transporte de
sedimentos) com o mdulo de evoluo do fundo baseado na conservao
dos
sedimentos (Vriend et al., 1993).
5.2.1. Batimetria
A batimetria foi realizada com base folhas de bordo de
cruzeiros
oceanogrficos realizados pelo Instituto Oceanogrfico da USP, com
um total
de 65123 pontos (Fig. 11).
Figura 11: Linha de costa e pontos batimtricos da plataforma do
estado de So Paulo
Como apresentou reas sem dados, foi retirado do ETOPO2 da
NOAA
(National Oceanic and Atmospheric Administration) uma grade de
pontos
batimtricos com resoluo de 2 graus, aproximadamente 3,6 km.
Assim a
batimetria ficou com um total de 79855 pontos (Fig. 12),
cobrindo uma grande
rea e deixando os limite da plataforma de So Paulo longe do
limite da grade
do modelo.
-
20
Figura 12: Pontos batimtricos e linha de costa da plataforma
continental de So Paulo.
A linha de costa utilizada foi digitalizada no programa DIDGER a
partir
de imagens retiradas do programa GOOGLE EARTH georreferenciadas
no
programa GLOBAL MAPPER.
A grade do modelo foi criada no mdulo MIKE ZERO Mesh
Generator. necessrio importar arquivos de linha de costa e
batimetria,
sendo possvel delimitar o domnio e refinar a malha de acordo com
interesse
de resultado. O domnio foi separado em trs compartimentos
com
refinamentos diferentes, apresentando apenas uma borda de
entrada (Fig. 13).
A malha flexvel gerada sobre a plataforma continental do estado
de So Paulo
foi composta por clulas de aproximadamente 3 km.
-
21
100000 200000 300000 400000 500000 600000 700000 800000
-3250000
-3200000
-3150000
-3100000
-3050000
-3000000
-2950000
-2900000
-2850000
-2800000
-2750000
-2700000
-2650000
-2600000
-2550000
gridFinal
49
0' W
48
0' W
47
0' W
46
0' W
45
0' W
44
0' W
43
0' W
42
0' W
29 0' S
28 0' S
27 0' S
26 0' S
25 0' S
24 0' S
23 0' S
100000 200000 300000 400000 500000 600000 700000 800000
-3250000
-3200000
-3150000
-3100000
-3050000
-3000000
-2950000
-2900000
-2850000
-2800000
-2750000
-2700000
-2650000
-2600000
-2550000
gridFinal
Figura 13: Resoluo da grade do modelo.
Os dados foram interpolados utilizando o mtodo de vizinho
natural e
este mdulo cria uma batimetria adequada (Fig.14) para a utilizao
no mdulo
de propagao de ondas, Spectral Waves FM.
Bathymetry [m]
Above 0-200 - 0-400 - -200-600 - -400-800 - -600
-1000 - -800-1200 - -1000-1400 - -1200-1600 - -1400-1800 -
-1600-2000 - -1800-2200 - -2000-2400 - -2200-2600 - -2400-2800 -
-2600Below -2800Undefined Value
0:00:00 30/12/1899 Time Step 0 of 0. 200000 300000 400000 500000
600000 700000 800000
-3150000
-3100000
-3050000
-3000000
-2950000
-2900000
-2850000
-2800000
-2750000
-2700000
-2650000
-2600000
-2550000
Figura 14: Batimetria interpolada da plataforma continental de
So Paulo, utilizando o programa MIKE21.
-
22
5.3. Potencial de mobilizao de sedimentos devido s ondas
(mtodo de Porter-Smith et al., 2004)
Foi utilizado para o mtodo proposto por Harris e Coleman (1998)
e
Porter-Smith et al. (2004), clculos simples das velocidades
mximas de fundo,
devido ao movimento orbital das ondas, foram comparadas com a
velocidade
crtica de arrasto para sedimentos areia fina (0,125 mm), areia
muito fina (0,062
mm) e silte (0,025 mm).
Baseado na teoria de ondas de Airy, foi utilizada a equao
simplificada para guas profundas, onde a profundidade maior que
a metade
do comprimento de onda (d > Lo/2), para calcular o
comprimento de onda em
cada ponto da malha.
Lo = gT/2pi Equao 1
Onde g a acelerao da gravidade (9,81 m/s) e T o perodo de
onda (Komar, 1976).
Em guas intermedirias, em que o a profundidade est entre a
metade e um vigsimo do comprimento de onda (Lo/20< d <
Lo/2), a equao
para clculo do comprimento de onda (L) dependente do comprimento
de
onda, tornando difcil o resultado (Nielsen et al., 1982).
L=Lo[tanh(2d/L)] Equao 2
Onde Lo o comprimento de onda em guas profundas, d a
profundidade local e L o comprimento de onda em guas
intermedirias.
Assim foi utilizada uma aproximao derivada por Eckard (1952 apud
Komar
1976).
Li=Lo[tanh(2d/Lo)]1/2 Equao 3
Onde o comprimento de onda em guas intermedirias (Li),
obtida
-
23
atravs de Lo.
A velocidade orbital mxima junto ao fundo foi calculada seguindo
a
equao de Harris e Coleman (1998) e a velocidade crtica de fundo
para
iniciar a remobilizao do sedimento foi determinada para um gro
esfrico,
no-coesivo e de quartzo, de acordo com Clifton e Dingler
(1984).
Umax=H/Tsenh(2h/L) Equao 4
Onde Umax a velocidade orbital mxima junto ao fundo, H a
altura
de onda, T o perodo de onda, h a profundidade local e L o
comprimento de
onda.
Ucr=33,3(TD50)0,33 Equao 5
Onde Ucr a velocidade crtica de arrasto, quando o D500,05cm:
Ucr=71,4(TD50)0,143 Equao 6
Foi calculada para cada onda, com uma frequncia maior que 3 %,
a
velocidade critica de arrasto para os gros areia fina (0,125
mm), areia muito
fina (0,062 mm) e silte mdio (0,025 mm), utilizando o limite
inferior de cada
categoria do gro de acordo com Folk & Ward (1957).
A soma das frenquncias de ocorrncia para cada onda,
relacionada
rea que esta conseguiu remobilizar, resultou na probabilidade
de
remobilizao de cada tipo de sedimento com relao s alturas
significativas e
perodo mdio, ou altura mxima e perodo de pico.
Os clculos foram realizados no programa MATLAB e as figuras
feitas
no programa SURFER.
-
24
6. Resultados
6.1. Dados de ondas
Com os dados de ondas foram geradas figuras que representam
a
direo das ondas em relao altura significativa (Hs) e perodo (T),
para
todo o perodo de 12 anos (Fig. 15). As tabelas 1 e 2 mostram o
numero de
ocorrncias e a porcentagem das alturas com relao direo.
Durante o perodo de dados trabalhados, o clima de ondas
apresentou
predominncia de direo das ondas de sul com 36,5% e leste com
34,1%,
seguido pelas ondas de sudeste com 19,3% e nordeste com 7,5%,
totalizando
97,3%. As alturas predominantes foram de 1,5 a 2 m com 30,3% e 1
a 1,5 m
com 27,9%, seguido pelas ondas de 2 a 2,5 m com 19,4%, 2,5 a 3 m
com 9,8
m, menores que 1 m com 6,2% e 3 a 3,5 m com 4%, totalizando
97,6%. As
ondas de maior ocorrncia foram a leste entre 1 e 2 m com 23,3% e
de sul
entre 1,5 e 2,5 m com 19,8%, seguido pelas de sudeste entre 1 e
2 m com
11,8%. As ondas de sul apresentam perodo de onda predominante
entre 10 e
12 s, sudeste entre 8 e 10 s, leste e nordeste entre 6 e 8
s.
-
25
Figura 15: Direo das alturas significativas (Hs) e dos perodos
(T) de onda para o estado de So Paulo.
-
26
A tabela 1 apresenta o nmero de ocorrncia das alturas
significativas
pela direo de onda. Destacado em vermelho, aquelas com maior
predominncia.
Tabela 1: Ocorrncia de Hs pela direo de onda.
Direo N NE E SE S SW W NW Total
-
27
clima de ondas apresentou predominncia de direo das ondas de
leste com
51,3% e sul com 25,3%, seguido pelas ondas de sudeste com 12,2%
e
nordeste com 7,3%, totalizando 96,1% do montante. As alturas
predominantes
foram de 1 a 1,5 m com 48,9% e 1,5 a 2 m com 36,1%, seguido
pelas ondas de
2 a 2,5 m com 7,9% e menores que 1 m com 6%, totalizando 98,9%.
As ondas
de maior ocorrncia foram a leste entre 1 e 2 m com 44% e de sul
entre 1 e 2
m com 21%, seguido pelas de sudeste entre 1 e 2 m com 10,4%. As
ondas de
leste e nordeste apresentam perodo de onda predominante entre 6
e 8
segundos, sudeste entre 6 e 10 s e sul entre 8 e 12 s.
Tabela 3: Ocorrncia de porcentagem de ondas para cada intervalo
de altura de acordo com a direo para os meses de vero.
Direo N NE E SE S SW W NW Total vero 2.4 7.33 51.3 12.2 25.35
1.42 0 100
-
28
Figura 16: Direo de Hs e T para o estado de So Paulo no
vero.
-
29
Durante o outono: maro, abril e maio (Fig. 17 e tabela 4), o
clima de
ondas apresentou predominncia de direo das ondas de sul com
45,9% e
leste com 32,4%, seguido pelas ondas de sudeste com 17,6%,
totalizando
95,9% do montante. As alturas predominantes foram de 1,5 a 2 m
com 37% e 2
a 2,5 m com 25,9%, seguido pelas ondas de 1 a 1,5 m com 21,8% e
2,5 a 3 m
com 10,2%, totalizando 94,9%. As ondas de maior ocorrncia foram
a sul entre
1 e 3 m com 32,9% e de leste entre 1 e 2,5 m com 29,6%, seguido
pelas de
sudeste entre 1 e 2,5 m com 15,3%. As ondas de sul apresentam
perodo de
onda predominante entre 10 e 12 s, sudeste entre 8 e 10 s e
leste entre 6 e 8
s.
Tabela 4: Ocorrncia de porcentagem de ondas para cada intervalo
de altura de acordo com a direo para o meses de outono.
Direo N NE E SE S SW W NW Total outono 0.5 0.2 32.4 17.6 45.9
3.27 0 0.01 100
-
30
Figura 17: Direo de Hs e T para o estado de So Paulo no
outono.
-
31
Durante o inverno: junho, julho e agosto (Fig. 18 e tabela 5), o
clima de
ondas apresentou predominncia de direo das ondas de leste com
48,4% e
sul com 30,6%, seguido pelas ondas de sudeste com 18,9%,
totalizando 97,9%
do montante. As alturas predominantes foram de 1,5 a 2 m com
35,2% e 2 a
2,5 m com 34%, seguido pelas ondas de 2,5 a 3 m com 14,5%, 1 a
1,5 m com
9,2% e 3 a 3,5 m com 4,9%, totalizando 97,7%. As ondas de maior
ocorrncia
foram a leste entre 1,5 e 2,5 m com 36,6% e de sul entre 1,5 e 3
m com 25,6%,
seguido pelas de sudeste entre 1,5 e 3 m com 15,4%. As ondas de
sul
apresentam perodo de onda predominante entre 10 e 12 s, sudeste
entre 8 e
10 s e leste entre 6 e 8 s.
Tabela 5: Ocorrncia de porcentagem de ondas para cada intervalo
de altura de acordo com a direo para os meses de inverno.
Direo N NE E SE S SW W NW Total inverno 0.3 0.3 48.4 18.9 30.6
1.44 100
-
32
Figura 18: Direo de Hs e T para o estado de So Paulo no
inverno.
-
33
Durante a primavera: setembro, outubro e novembro (Fig. 19 e
tabela
6), o clima de ondas apresentou predominncia de direo das ondas
de leste
com 47,6% e sul com 22,7%, seguido pelas ondas de sudeste com
15,5% e
nordeste com 11%, totalizando 96,6% do montante. As alturas
predominantes
foram de 1,5 a 2 m com 44,6% e 1 a 1,5 m com 33,5%, seguido
pelas ondas de
2 a 2,5 m com 14,5%, 2,5 a 3 m com 3,2 e menores que 1 m com
2,9%,
totalizando 98,7%. As ondas de maior ocorrncia foram a leste
entre 1 e 2 m
com 41,8% e de sul entre 1 e 2,5 m com 20%, seguido pelas de
sudeste entre
1 e 2,5 m com 14,9% e nordeste entre 1 e 2 m com 8,7%. As ondas
de leste e
nordeste apresentam perodo de onda predominante entre 6 e 8 s,
sudeste
entre 8 e 10 s e sul entre 8 e 12 s.
Tabela 6: Ocorrncia de porcentagem de ondas para cada intervalo
de altura de acordo com a direo para os meses de primavera.
Direo N NE E SE S SW W NW Total Primavera 2.1 11 47.6 15.5 22.7
1.35 100
-
34
Figura 19: Direo de Hs e T para o estado de So Paulo na
primavera.
-
35
A figura 20 mostra a distribuio do total dos dados de onda
com
relao altura significativa e perodo de onda, mostrando a
maior
concentrao das ondas entre 1,5 e 2 metros de Hs com perodo
prximo de 7
s.
Figura 20: Distribuio das ondas, altura significativa por perodo
mdio.
6.2. Modelo numrico de propagao de ondas, Mike 21
6.2.1 Simulaes
Foram realizadas 90 simulaes das ondas com maior ocorrncia
para
o clima de ondas geral e para cada estao do ano, como mostram as
Tabelas
6 e 7.
-
36
Tabela 7: Ondas com maior porcentagem de ocorrncia, selecionadas
para as simulaes, com a mdia da altura e do perodo.
Ondas de vero Ondas de outono
direo Hsig (m)
Hm (m)
Tm (s)
% de ocorrncia direo
Hsig (m)
Hm (m)
Tm (s)
% de ocorrncia
e 1-1.5 1.26 6.66 25.60% e 1-1.5 1.26 7.02 7.23% e 1.5-2 1.71
6.85 18.40% e 1.5-2 1.72 7.18 15.20% e 2-2.5 2.18 7 3.02% e 2-2.5
2.2 7.34 7.21% s 1-1.5 1.28 8.82 10.60% s 1-1.5 1.3 9.81 7.76% s
1.5-2 1.75 9.03 10.44% s 1.5-2 1.75 9.66 14.80% s 2-2.5 2.23 9.49
3.10% s 2-2.5 2.25 10.05 14.00% se 1-1.5 1.27 7.45 7.08% s 2.5-3
2.72 10.45 6.32% se 1.5-2 1.72 7.84 3.32% se 1-1.5 1.27 8.22 5.63%
ne 1-1.5 1.26 6.34 3.85% se 1.5-2 1.74 8.64 6.18% ne 1.5-2 1.74
6.26 2.55% se 2-2.5 2.22 9.16 3.44%
total % 87.96% total % 87.77% Hemax 3.51 7.66 Hemax 4 7.2 Hsmax
4.19 8.39 Hsmax 5.14 10
Hsemax 3.67 8.4 Hsemax 4.94 11.34 Hnemax 3 7.26 Hnemax 3.03 7.01
Temax 3.08 10.07 Temax 2.91 10.27 Tsmax 2.55 14.76 Tsmax 3.47 14.8
Tsemax 1.63 12.03 Tsemax 2.46 14.47 Tnemax 2.72 8.14 Tnemax 3.03
7.01
Ondas de inverno Ondas de primavera
direo Hsig (m)
Hm (m)
Tm (s)
% de ocorrncia direo
Hsig (m)
Hm (m)
Tm (s)
% de ocorrncia
e 1-1.5 1.27 7.33 4.25% e 1-1.5 1.29 7.07 20.60% e 1.5-2 1.75
7.94 20.30% e 1.5-2 1.74 7.31 21.20% e 2-2.5 2.22 7.9 16.30% e
2-2.5 2.22 7.51 3.63% e 2.5-3 2.72 7.79 4.89% s 1-1.5 1.34 8.47
4.93% s 1-1.5 1.28 9.43 2.33% s 1.5-2 1.78 8.73 9.44% s 1.5-2 1.75
9.96 8.38% s 2-2.5 2.24 9.14 5.48% s 2-2.5 2.25 9.87 10.40% se
1-1.5 1.32 7.78 3.87% s 2.5-3 2.74 10.37 6.76% se 1.5-2 1.75 8.16
6.58% se 1.5-2 1.76 9.04 5.99% ne 1-1.5 1.31 6.17 3.20% se 2-2.5
2.21 9.1 6.79% ne 1.5-2 1.73 6.3 5.60%
total % 86.39% total % 84.53% Hemax 3.85 8.44 Hemax 4.38 8.88
Hsmax 5.51 10.97 Hsmax 4.4 9.16
Hsemax 5.02 10.22 Hsemax 4.36 9.17 Hnemax 3.37 7.53 Hnemax 4.16
7.21 Temax 2.41 10.7 Temax 2.12 10.23 Tsmax 3.48 15.15 Tsmax 3.46
14.52 Tsemax 1.54 14.47 Tsemax 4.07 12.08 Tnemax 2.97 7.84 Tnemax
2.89 8.33
-
37
Tabela 8: Ondas com maior porcentagem de ocorrncia, selecionadas
para as simulaes, com a mdia da altura e do perodo.
As ondas de sul, predominantes no outono e inverno,
apresentaram
mais influncia da refrao na poro sul do estado de So Paulo. Isso
devido
plataforma continental se estender, nesta poro, em direo ao sul,
sofrendo
influncia da plataforma continental dos estados da regio sul do
Brasil. Uma
rea de grande influncia dessas ondas a regio logo a oeste da
Ilha de So
Sebastio que apresenta uma orientao leste-oeste, amenizando a
refrao, e
no sofre mais a influncia da plataforma dos estados ao sul, em
contra
partida, protege a regio logo ao norte, pois uma barreira fsica
onde as
ondas sofrem difrao (Fig. 21).
Ondas do clima geral
direo Hsig (m)
Hm (m)
Tm (s)
% de ocorrncia
e 1-1.5 1.27 6.96 13.17% e 1.5-2 1.73 7.29 10.15% e 2-2.5 2.21
7.53 4.90% s 1-1.5 1.3 9.29 6.30% s 1.5-2 1.76 9.44 10.70% s 2-2.5
2.24 9.66 9.10% s 2.5-3 2.73 10.15 5.40% se 1-1.5 1.28 8.13 5.30%
se 1.5-2 1.74 8.39 6.40% se 2-2.5 2.22 8.75 3.80%
total % 75.22% Hemax 4.38 8.9 Hsmax 5.51 10.97
Hsemax 5.02 10.22 Hnemax 4.16 7.43 Temax 2.41 10.7 Tsmax 2.99
15.82 Tsemax 2.46 14.47 Tnemax 2.69 8.54
-
38
Sign. Wave Height [m]
Above 2.42.2 - 2.4
2 - 2.21.8 - 21.6 - 1.81.4 - 1.61.2 - 1.4
1 - 1.20.8 - 10.6 - 0.80.4 - 0.60.2 - 0.4
0 - 0.2-0.2 - 0-0.4 - -0.2
Below -0.4Undefined Value
0:00:00 01/01/2004 Time Step 0 of 2.
1 m
200000 250000 300000 350000 400000 450000 500000 550000
-2820000
-2800000
-2780000
-2760000
-2740000
-2720000
-2700000
-2680000
-2660000
-2640000
-2620000
-2600000
-2580000
Figura 21: Resultado de altura significativa e direo da simulao
de uma onda de sul com 2,73 m e 10,15 s.
As ondas de sudeste so as que menos sofrem refrao devido
orientao das linhas batimtricas e da costa do estado de So
Paulo. Assim
sofrendo menores mudanas na altura de onda quando comparadas com
as
ondas de sul, leste e nordeste (Fig. 22).
Sign. Wave Height [m]
Above 1.951.8 - 1.95
1.65 - 1.81.5 - 1.65
1.35 - 1.51.2 - 1.35
1.05 - 1.20.9 - 1.05
0.75 - 0.90.6 - 0.75
0.45 - 0.60.3 - 0.45
0.15 - 0.30 - 0.15
-0.15 - 0Below -0.15Undefined Value
0:00:00 01/01/2004 Time Step 0 of 2.
1 m
200000 250000 300000 350000 400000 450000 500000
-2820000
-2800000
-2780000
-2760000
-2740000
-2720000
-2700000
-2680000
-2660000
-2640000
-2620000
-2600000
Figura 22: Resultado de altura significativa e direo da simulao
de uma onda de sudeste com
2,22 m e 8,75 s.
-
39
As ondas de leste, predominantes durante a primavera e vero,
apresentaram maior influncia da refrao na poro norte do estado
de So
Paulo, devido grande extenso da plataforma continental em direo
a leste.
A ilha de So Sebastio, diferentemente das ondas de sul, protege
a regio
logo a oeste da influncia das ondas de leste (Fig. 23).
Sign. Wave Height [m]
Above 1.651.5 - 1.65
1.35 - 1.51.2 - 1.35
1.05 - 1.20.9 - 1.05
0.75 - 0.90.6 - 0.75
0.45 - 0.60.3 - 0.45
0.15 - 0.30 - 0.15
-0.15 - 0-0.3 - -0.15
-0.45 - -0.3Below -0.45Undefined Value
0:00:00 01/01/2004 Time Step 0 of 2.
1 m
200000 250000 300000 350000 400000 450000 500000 550000
-2820000
-2800000
-2780000
-2760000
-2740000
-2720000
-2700000
-2680000
-2660000
-2640000
-2620000
-2600000
-2580000
Figura 23: Resultado de altura significativa e direo da simulao
de uma onda de leste com 2,21
m e 7,53 s.
As ondas de nordeste aparecem com maior frequncia somente
durante o vero e, devido orientao da costa paralela a sua direo,
sofrem
grande refrao ao se propagarem sobre a plataforma continental de
So
Paulo, e tambm por serem menos energticas influenciam muito
pouco na
remobilizao de sedimentos (Fig. 24).
-
40
Sign. Wave Height [m]
Above 0.960.88 - 0.960.8 - 0.88
0.72 - 0.80.64 - 0.720.56 - 0.640.48 - 0.560.4 - 0.48
0.32 - 0.40.24 - 0.320.16 - 0.240.08 - 0.16
0 - 0.08-0.08 - 0-0.16 - -0.08Below -0.16Undefined Value
0:00:00 01/01/2004 Time Step 0 of 2.
1 m
200000 250000 300000 350000 400000 450000 500000 550000
-2840000
-2820000
-2800000
-2780000
-2760000
-2740000
-2720000
-2700000
-2680000
-2660000
-2640000
-2620000
-2600000
Figura 24: Resultado de altura significativa e direo da simulao
de uma onda de leste com 2,21 m e 7,53 s.
A influncia da morfologia desta plataforma continental na
propagao
das ondas pode ser observada nos resultados das reas de
remobilizao
apresentadas no tpico subsequente.
-
41
6.3. Mobilidade sedimentar
6.3.1 rea de remobilizao
Para o clima de ondas estudado, entre 1997 e 2008, (Fig. 25) a
onda
de leste com 1,27 m de altura significativa e 6,96 s de perodo
remobiliza areia
muito fina (0,062 mm de dimetro mdio) em mdia at 12,04 m de
profundidade, chegando a remobilizar at 16,12 m. A onda de leste
com 1,73 m
e 7,29 s remobilizou em mdia at a profundidade de 15,6 m,
atingindo a
profundidade mxima de 20,66 m. A onda de leste com 2,21 m e 7,53
s
remobilizou em mdia at a profundidade de 20 m, alcanando 23 m. A
onda
de sudeste com 1,28 m e 8,13 s remobilizou em mdia at a
profundidade de
19 m, seu mximo foi de 22 m. A onda de sudeste de 1,74 m e 8,34
s
remobilizou em mdia at a profundidade de 23 m, atingindo 27 m. A
onda de
sul com 1,3 m e 9,29 s remobilizou em mdia at a profundidade de
20 m,
atingindo 22m. A onda de sul com 1,76 m e 9.44 s remobilizou em
mdia at a
profundidade de 25 m, chegando at 37 m. A onda de sul com 2,24 m
e 9,66 s
remobilizou em mdia at a profundidade de 32 m, atingindo 42 m. A
onda de
sul com 2,73 m e 10,15 s remobilizou em mdia at 39 m de
profundidade e
alcanou 55 m. A onda com maior altura significativa de 5,51 m e
perodo de
10,97 s remobilizou em mdia at 61 m profundidade e chegou at 64
m de
profundidade.
-
42
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000E1.27m6.96s
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000E1.73m7.29s
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000E2.21m7.53s
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000SE1.28m8.13s
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000SE1.74m8.39s
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000S1.3m9.29
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000S1.76m9.44s
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000S2.24m9.66s
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000S2.73m10.15s
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000HSmax5.51m10.97s
Figura 25: Resultados da rea de remobilizao de sedimentos para
as ondas de maior ocorrncia para o clima de ondas geral na
Plataforma Continental do Estado de So Paulo.
-
43
O clima de ondas do vero, meses de dezembro a fevereiro,
apresenta
as menores alturas e perodos relacionados comparados com as
outras
estaes do ano. As ondas de nordeste so as menos energticas e
ocorrem
com menor frequncia na regio, sendo mais observadas durante o
vero.
Na figura 26 possvel observar que as ondas de nordeste com 1.26
m
de altura significativa e 6.34 s de perodo, remobilizam
sedimentos com
dimetro mdio de 0,062 mm (areia muito fina) em mdia at 10 m
de
profundidade, chegando a 19 m. As ondas nordeste com 1,74 m e
6,26 s
remobilizam em mdia at a profundidade de 15 m, chegando a 21 m.
As
ondas de leste com 1,26 m e 6,66 s remobilizam em mdia at a
profundidade
de 16 m, chegando a 22 m. As ondas de leste com 1,71 m e 6,85 s
remobilizam
em mdia at a profundidade de 17 m, chegando a 27 m. As ondas de
leste
com 2,18 m e 7,1 s remobilizam em mdia at a profundidade de 19
m,
chegando a 27 m. As ondas de sudeste com 1,27 m e 7,45 s
remobilizam em
mdia at 18 m, chegando a 23 m. As ondas de sudeste com 1,72 m e
7,84 s
remobilizam em mdia at 22 m, chegando a 33 m. As ondas de sul
com 1,28
m e 8,82 s remobilizam em mdia at 19 m, chegando a 28 m. As
ondas de sul
com 1,75 m e 9,03 s remobilizam em mdia at 23 m, chegando a 38
m. As
ondas de sul com 2,23 m e 9,49 s remobilizam em mdia at a
profundidade de
32 m, chegando a 40m. A onda de maior altura no vero com 4,19 m
e 8,39 s
remobilizou em mdia at a profundidade de 35 m, chegando a 45
m.
-
44
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000NE1.26m6.34s
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000NE1.74m6.26s
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000E1.26m6.66s
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000E1.71m6.85s
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000SE1.27m7.45s
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000SE1.72m7.84s
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000S1.28m8.82s
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000S1.75m9.03s
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000S2.23m9.49s
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000Smax4.19m8.39s
Figura 26: rea de remobilizao de sedimentos com 0,062 mm para as
ondas de vero.
-
45
Durante o outono, entre maro e maio, o sedimento areia muito
fina
com dimetro mdio de 0,062 mm, a onda de leste com 1,26 m de
altura
significativa e 7,02 s de perodo, remobilizou em mdia at a
profundidade de
15 m, atingindo 24 m. A onda de leste 1,72 m e 7,18 s
remobilizou em mdia
at a profundidade de 18 m, chegando a 22 m. A onda de leste com
2,2 m e
7,34 s remobilizou em mdia at a profundidade de 20 m, atingindo
25 m. A
onda de sudeste com 1,27 m e 8,22 s remobilizou em mdia at a
profundidade
de 20 m, chegando a 25 m. A onda de sudeste com 1,74 m e 8,64
s
remobilizou em mdia at a profundidade de 25 m, atingindo 28 m. A
onda se
sul com 1,3 m e 9,31 s remobilizou em mdia at a profundidade de
21 m,
chegando a 24 m. A onda de sul com 2,72 m e 10,45 s remobilizou
em mdia
at a profundidade de 40 m, chegando a 45 m. A onde de sudeste
com maior
altura significativa de 4,94 m e 11,34 s de perodo, remobilizou
em mdia at a
profundidade de 65 m e atingiu seu mximo a 68 m (Fig. 27).
-
46
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000 E1.26m7.02s
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000 E1.72m7.18s
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000 E2.2m7.34s
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000 SE1.27m8.22s
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000 SE1.74m8.64s
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000 S1.3m9.81s
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000 S1.75m9.66s
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000 S2.25m10.05s
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000 S2.72m10.45s
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000 Hsemax4.94m11.34s
Figura 27: rea de remobilizao de sedimentos das ondas com maior
ocorrncia durante o outono.
-
47
As ondas de inverno, meses de junho a agosto, so as que
apresentam
maiores alturas significativas, com maior frequncia das ondas de
sul e leste.
As ondas de leste com altura significativa de 1,27 m e perodo de
7,33
s, remobilizam em mdia areia muito fina com dimetro mdio de
0,062 mm at
a profundidade de 14 m, chegando a 30 m. As ondas de leste com
1,75 m e
7,94 s remobilizam em mdia at a profundidade de 20 m, chegando a
31 m.
As ondas de leste com 2,22 m e 7,9 s remobilizam em mdia at
a
profundidade de 22 m, chegando a 33 m. As ondas de sudeste com
1,76 m e
9,04 s remobilizam em mdia at a profundidade de 26 m, chegando a
35 m.
As ondas de sudeste com 2,21 m e 9,1 s remobilizam em mdia at
a
profundidade de 32 m, chegando a 40 m. As ondas de sul com 1,28
m e 9,43 s
remobilizam em mdia at a profundidade de 19 m, chegando a 30 m.
As
ondas de sul com 1,75 m e 9,96 s remobilizam em mdia at a
profundidade de
27 m, chegando a 33m. As ondas de sul com 2,25 m e 9,87 s
remobilizam em
mdia at a profundidade de 32 m, chegando a 41 m. As ondas de sul
com
2,74 m e 10,37 s remobilizam em mdia at a profundidade de 39 m,
chegando
a 49 m. A onda de maior altura com 5,51 m e perodo de 10,97 s
remobilizou
em mdia at a profundidade de 62 m, chegando a profundidade mxima
de 64
m (Fig. 28).
-
48
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000E1.27m7.33s
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000E1.75m7.94s
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000E2.22m7.9s
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000SE1.76m9.04s
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000SE2.21m9.1s
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000S1.28m9.43s
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000S1.75m9.96s
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000S2.25m9.87s
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000S2.74m10.37s
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000Smax5.51m10.97s
Figura 28: rea de remobilizao de sedimentos de 0,062 mm para
ondas de inverno.
-
49
Na primavera, meses de setembro a novembro, a predominncia
das
ondas de leste e sul, como no vero, apresentou maiores alturas e
perodos
associados em comparao com o vero.
As ondas de nordeste com altura significativa de 1,73 m e perodo
de
6,3 s, remobilizaram sedimentos de dimetro mdio 0,062 mm (areia
muito
fina), em mdia at a profundidade de 10 m, chegando a 21 m. As
ondas de
sudeste com 1,32 m e 7,78 s remobilizaram em mdia at a
profundidade de
19 m, chegando a 23 m. as ondas de sudeste com 1,75 m e 8,16
s
remobilizaram em mdia at a profundidade de 23 m, chegando a 35
m. As
ondas de leste com 1,29 m e 7,07 s remobilizaram em mdia at
a
profundidade de 16 m, chegando a 23 m. As ondas de leste com
1,74 m e 7,31
s remobilizaram em mdia at a profundidade de 19 m, chegando a 24
m. As
ondas de leste com 2,22 m e 7,51 s remobilizaram em mdia at
a
profundidade de 21 m, chegando a 23 m. As ondas de sul com 1,34
m e 8,47 s
remobilizaram em mdia at a profundidade de 19 m, chegando a 22
m. As
ondas de sul com 1,78 m e 8,73 s remobilizaram em mdia at
profundidade de
21 m, chegando a 24 m. As ondas de sul com 2,24 m e 9,14 s
remobilizaram
em mdia at a profundidade de 28 m, chegando a 38 m. A onda de
maior
altura com 4,4 m e perodo de 9,16 s remobilizou em mdia at a
profundidade
de 41 m, chegando a 43 m (Fig. 29).
-
50
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000 NE1.73m6.3s
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000 SE1.32m7.78s
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000 SE1.75m8.16s
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000 E1.29m7.07s
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000 E1.74m7.31s
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000 E2.22m7.51s
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000 S1.34m8.47s
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000 S1.78m8.73s
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000 S2.24m9.14s
200000 300000 400000 500000
7200000
7300000
7400000 Smax4.4m9.16s
Figura 29: rea de remobilizao de sedimentos de 0.062 mm das
ondas de maior ocorrncia na primavera.
-
51
6.3.2 Probabilidade de remobilizao
Com os resultados da remobilizao para cada tipo de onda, foi
calculada a probabilidade de tempo que a velocidade orbital
mxima junto ao
fundo supera a velocidade crtica de arrasto para cada tipo de
sedimento.
Para um sedimento com 0,125 mm de dimetro mdio (areia fina),
a
rea da plataforma que sofre ressuspenso devido ao da altura
significativa e perodo mdio chega a 40 m, sendo que a
profundidade que est
sobre influncia dessas ondas em 50 % do tempo est prximo da
costa com
profundidade mdia de 10 m (Fig. 30).
200000 300000 400000 500000 6000007100000
7200000
7300000
7400000 Probabilidade de Remobilizao
0.01
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Figura 30: Probabilidade que um sedimento de 0,125 mm (areia
fina) sofre remobilizao com altura significativa e perodo mdio.
A figura 31 mostra a rea atingida pela ao da altura mxima e
perodo de pico, onde a profundidade limite que um gro de 0,125
mm
ressuspendido est um pouco acima de 60 m, chegando a 70 m.
-
52
200000 300000 400000 500000 6000007100000
7200000
7300000
7400000 Probabilidade de Remobilizao
0.01
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Figura 31: Probabilidade que um sedimento de 0,125 mm (areia
fina) sofre remobilizao com altura mxima e perodo de pico.
Para um sedimento com 0,062 mm de dimetro mdio (areia muito
fina), a rea da plataforma que sofre ressuspenso devido ao da
altura
significativa e perodo mdio chega a 45 m, sendo que a
profundidade que est
sobre influncia dessas ondas em 50 % do tempo est prximo da
costa com
profundidade mdia de 10 m (Fig. 32).
-
53
200000 300000 400000 500000 6000007100000
7200000
7300000
7400000 Probabilidade de Remobilizao
0.01
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Figura 32: Probabilidade que um sedimento de 0,062 mm (areia
muito fina) sofre remobilizao com altura significativa e perodo
mdio.
A figura 33 mostra a rea atingida pela ao da altura mxima e
perodo de pico, onde a profundidade limite que um gro de 0,062
mm
ressuspendido est um prximo isbata de 80 m.
200000 300000 400000 500000 6000007100000
7200000
7300000
7400000 Probabilidade de Remobilizao
0.01
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Figura 33: Probabilidade que um sedimento de 0,062 mm (areia
muito fina) sofre remobilizao com altura mxima e perodo de
pico.
-
54
Para um sedimento com 0,025 mm de dimetro mdio (silte), a rea
da
plataforma que sofre ressuspenso devido ao da altura
significativa e
perodo mdio chega na isbata de 60 m, sendo que a profundidade
que est
sobre influncia dessas ondas em 50 % do tempo est prximo da
isbata de
20 m (Fig. 34).
200000 300000 400000 500000 6000007100000
7200000
7300000
7400000 Probabilidade de Remobilizao
0.01
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Figura 34: Probabilidade que um sedimento de 0,025 mm (silte)
sofre remobilizao com altura significativa e perodo mdio.
A figura 35 mostra a rea atingida pela ao da altura mxima e
perodo de pico, onde a profundidade limite que um gro de 0,025
mm
ressuspendido acima de 80 m, chegando a 90 m.
-
55
200000 300000 400000 500000 6000007100000
7200000
7300000
7400000 Probabilidade de Remobilizao
0.01
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Figura 35: Probabilidade que um sedimento de 0,025 mm (silte)
sofre remobilizao com altura mxima e perodo de pico.
As figuras 36 e 37 mostram a porcentagem do tempo que a
velocidade
orbital junto ao fundo ultrapassa a velocidade crtica de arrasto
para os
sedimentos de tamanho 0,125 mm (areia fina), 0,062 mm (areia
muito fina) e
0,025 mm (silte) em funo da profundidade, para altura
significativa e perodo
mdio e para altura mxima e perodo de pico respectivamente.
-
56
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Profundidade
% t
emp
o d
e re
mo
bili
za
o
Hsig 0,125mmHsig 0,062mmHsig 0,025mm
Figura 36: Porcentagem de tempo que a velocidade orbital junto
ao fundo excede a velocidade crtica de arrasto para sedimento com
dimetro mdio de 0,125 mm, 0,062 mm e 0,025 mm, para
altura significativa e perodo mdio.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Profundidade
% t
emp
o d
e re
mo
bili
za
o
Hmax 0,125 mmHmax 0,062 mmHmax 0,025 mm
Figura 37: Porcentagem de tempo que a velocidade orbital junto
ao fundo excede a velocidade crtica de arrasto para sedimento com
dimetro mdio de 0,125 mm, 0,062 mm e 0,025 mm, para
altura mxima e perodo de pico.
-
57
7. Discusso
O clima de ondas foi caracterizado utilizando dados do modelo
global
de ondas WAVEWATCH III (NCEP-NOOA). As ondas que atingem a
plataforma continental do estado de So Paulo esto bem divididas
por sul e
leste com aproximadamente 45% cada, com um pequeno percentual a
mais
das de sul, que apresentam maiores alturas e perodos.
Durante o vero e a primavera, h o domnio de ondas de leste
que
possuem altura e perodo menores comparado s ondas de sul e
sudeste. O
outono e inverno apresentaram maior ocorrncia das ondas de
sul.
Mostrando a influncia das frentes frias, originadas da regio
polar e
que atravessam a costa sul e sudeste brasileira, com maior
intensidade durante
o outono e inverno (Gan, 1991).
Pianca et al. (2010), caracterizaram o clima de ondas de toda a
costa
brasileira utilizando o mesmo modelo. Os resultados mostraram
que a energia
das ondas maior na regio sul do Brasil e decresce em direo
regio
norte, conforme as frentes frias perdem energia se propagando
para o norte.
Por existir poucos dados de onda disponveis no Brasil, este tipo
de
anlise de grande importncia podendo ser utilizado para diversas
aplicaes
na rea da oceanografia.
Apesar do dado de onda retirado do modelo estar prxima a quebra
da
plataforma continental, este foi inserido em uma nica borda que
se estende
desde o estado de Santa Catarina at Rio de Janeiro.
O estabelecimento da rea batimtrica do modelo uma das etapas
mais importantes para o processo de modelagem, uma vez que, a
qualidade
dos resultados ser diretamente relacionada com a qualidade e
resoluo da
-
58
batimetria utilizada no modelo (Siegle et al., 2003).
Os pontos batimtricos coletados em cruzeiros oceanogrficos
cobrem
grande parte da plataforma continental do estado de So Paulo,
porm
apresentaram grandes reas com falta de dados na regio sul do
estado e
quebra da plataforma. Para solucionar este problema foram
utilizado os dados
do ETOPO2, que tem uma resoluo de dois minutos, aproximadamente
3,6
km. Assim foi aumentado o domnio e deixou a rea de interesse
longe das
bordas do modelo.
O modelo MIKE 21 possui uma malha triangular flexvel que permite
o
refinamento de uma rea de maior interesse, deixando reas ao
redor com
menor resoluo. Assim diminui o tempo de simulao e otimiza a
capacidade
computacional.
As simulaes mostraram que, com uma plataforma continental
extensa, com cerca de 180 km de distncia da costa, e com a
quebra da
plataforma a 200 m de profundidade, as ondas sofrem grande
transformao
ao se propagarem sobre ela. Devido sua orientao
sudoeste-nordeste, as
ondas de sudeste quase no sofrem o efeito da refrao,
diferentemente das
ondas de sul e leste onde observa-se a mudana de sua direo ou
se
aproximarem da costa. As ondas de nordeste
Mapas das reas de remobilizao de sedimentos foram feitos para
as
onda com frequncias acima de 3 %, mostrando a profundidade mxima
que
cada uma consegue atuar sobre o sedimento de 0,062 mm (areia
muito fina). E
assim foi feito tanto para o clima de ondas geral como para cada
estao do
ano. Mostrando que as ondas que mais influenciam na mobilidade
sedimentar
da regio so as de sul, seguidos pelas de sudeste.
-
59
Mapas da probabilidade do sedimento sendo remobilizado pelas
ondas
na plataforma continental de estado de So Paulo foram feitos
adaptando o
mtodo de Poter-Smith et al. (2004). Mostram que as alturas
mximas e
perodo de pico apresentam um potencial de ressuspenso do
sedimento
atravs da plataforma continental at a profundidade de 80 m, e
que as alturas
significativas e perodo mdio influenciam mais a regio mais
interna da
plataforma com profundidade de 50 m.
Griffin et al. (2008) aplicaram esta metodologia para a
plataforma de
New South Wales, Austrlia. As alturas significativas e perodos
mdios
remobilizaram sedimentos com dimetro mdio de 0,062 mm at uma
profundidade de 90 m, apresentando na isbata de 30 m, 30 % do
tempo onde
a velocidade orbital junto ao fundo excede a velocidade crtica
de arrasto.
Este trabalho mostra que a altura significativa e perodo
mdio
remobilizou o mesmo sedimento at a profundidade de 50 m e que na
isbata
de 30 m, apenas 4 % do tempo a velocidade orbital junto ao fundo
excede a
velocidade crtica de arrasto.
A expressiva diferena pode ser explicada pela morfologia das
duas
plataformas. A plataforma continental de New South Wales
apresenta uma
extenso variando de 20 a 50 km e a quebra da plataforma possui
uma
profundidade de 150 m.
Campos e Dominguez (2010) obtiveram valores de 45 a 60 m de
profundidade para os limites de remobilizao de sedimento na
costa norte do
estado da Bahia. Porm a plataforma continental e o clima de
ondas
apresentam profundas diferenas entre as duas reas.
Os resultados para cada tipo de gro mostram que alturas
significativas
-
60
e perodos mdios podem regularmente ressuspendem areia muito fina
at a
profundidade de 40 m e que as alturas mximas e perodos de pico
podem
ocasionalmente remobilizar sedimentos areia muito fina at a
profundidade de
60 m.
O balano sedimentar na plataforma dependente do aporte de
sedimentos originados de rios ou vindos de plataformas
adjacentes. O estado
de So Paulo no apresenta nenhum grande rio, com descarga
fluvial
considervel. Porm possui uma serra prxima costa, a Serra do Mar,
onde
ocorre o maior ndice de pluviosidade do pas.
Prximo costa, onde ocorre a zona de surfe, a ao das ondas
intensa. Neste ambiente, as ondas realizam transporte de massa e
geram
correntes paralelas e transversais a linha de costa, deriva
litornea, costa
adentro, costa a fora, espraiamento, corrente de retorno. E
ainda h a presena
de desembocaduras, onde a gua fluvial transporta sedimentos.
No norte do estado de So Paulo, a Serra do Mar est bem prxima
ao
litoral, caracterizada por uma costa sinuosa, com relevo
irregular e ilhas,
apresentando baas e enseadas. Na poro sul a Serra do Mar est
mais
distante do litoral e apresenta praias maiores e mais retilneas,
com a presena
de dois grandes esturios, o complexo estuarino-lagunar de
Canania-Iguape e
o esturio de Santos. Tanto as baas e enseadas quanto os esturios
so
grandes retentores de sedimentos provindos desta grande serra
que sofre
grande intemperismo e eroso.
Durante o vero o volume de chuvas mais intenso, juntamente
com
os maiores ocorrncias de ventos de nordeste e leste. Isso faz
com que a gua
Costeira (AC) atinja maiores distncias com relao costa e,
-
61
consequentemente, transporte sedimentos em suspenso sobre a
plataforma.
Simultaneamente ocorre prximo ao leito marinho a penetrao da
gua
Central do Atlntico Sul (ACAS) em direo costa, que ao recuar
pode ajudar
no transporte de sedimentos na plataforma continental mdia.
Furtado e Mahiques (1990) aplicando tcnicas de anlise de
superfcie
de tendncia em dados sedimentolgicos e associando-os a informaes
sobre
a circulao da rea, concluem que o fundo constitudo por areias
finas e
muito finas, com caractersticas de sedimentos palimpsestos. A
contribuio
continental atual restrita s proximidades das fontes costeiras
nas enseadas
e o material peltico, embora retido predominantemente nas
enseadas, pode
atingir a plataforma na altura da isbata de 50 m, pela sada de
guas costeiras
durante o vero, essa hiptese associa-se ao mecanismo de entrada
da ACAS,
na plataforma continental interna de So Paulo. Durante os meses
de
primavera e vero, essa massa dgua, mais fria, penetra pelo
fundo, atingindo
regies mais rasas. Essa ingresso ocasiona a sada da AC em
superfcie
(Castro Filho et al., 1987), que se propaga para alm da isbata
de 50 metros.
Durante esses perodos, que so coincidentes com os maiores ndices
de
pluviosidade na rea e, consequentemente, com o maior aporte de
pelitos para
a plataforma interna, pode ocorrer o transporte de finos para
reas mais
profundas.
As correntes ocenicas podem influenciar no transporte de
sedimentos,
principalmente em reas onde a ao das ondas no est presente. A
Corrente
do Brasil no chega a atingir as plataformas mdia e interna do
estado de So
Paulo, porm a ocorrncia de vrtices sobre a plataforma
continental externa
pode mobilizar sedimentos desta e do talude continental.
-
62
A mar na regio classificada como micro mar, onde a variao da
altura menor que 2 metros, podendo ser amplificada por eventos
climticos
que causam mar meteorolgica, quando h empilhamento de gua na
costa
devido a ao dos ventos. Dessa forma, a ao da mar fica restrita
s
proximidades da desembocadura causando pouca interferncia na
plataforma
continental.
No oceano Atlntico Sul, no h a ocorrncia de eventos
extremos,
como furaces e tsunamis, que so causadores de grande
mobilidade
sedimentar em sua passagem sobre uma plataforma continental.
8. Concluses
Utilizando os dados do WAVEWATCH III, foi possvel caracterizar
o
clima de ondas da regio, que apresentou predominncia das ondas
de sul
com 36,5% e de leste com 34,1%, e alturas entre 1 e 2 metros com
58% do
total. O trabalho estatstico permitiu quantificar e selecionar
as alturas
significativa e mxima com seus respectivos perodos mdio e de
pico, que
forma utilizados como entrada no modelo numrico.
O modelo numrico MIKE 21, simulou as transformaes das ondas
sobre a plataforma continental, mostrando que as ondas de sul
sofre maior
refrao na poro sul do estado e as ondas de leste na poro norte,
e as
ondas de sudeste quase no mudam de direo ao se propagarem
pela
plataforma continental. Tambm permitiu, com os resultados de
sada, que
toda a rea de estudo apresentasse dados relevantes para o clculo
do
comprimento de onda e consequentemente da velocidade orbital
mxima junto
-
63
ao fundo e velocidade crtica de arrasto.
O mtodo de Pottter-Smith et al. (2004) foi aplicado mostrando a
rea
de influncia da ao das ondas sobre a plataforma continental do
estado de
So Paulo. A altura significativa e perodo mdio chegam a
remobilizar areia
fina at 40 m, areia muito fina at 45 m e silte at 60 m de
profundidade. Altura
mxima e perodo de pico, remobilizam areia fina at 60 m, areia
muito fina at
80 m e silte at 90m de profundidade. Os resultados obtidos so de
grande
importncia para o entendimento da mobilidade sedimentar deste
ambiente.
A falta de dados oceanogrficos e meteorolgicos disponveis da
plataforma continental do estado de So Paulo, como onda,
correntes
superficiais, da coluna dgua e de fundo, e vento, impossibilitam
a validao
da modelagem e dos resultados obtidos na remobilizao.
A modelagem numrica de grande valor para o entendimento dos
processos que atuam neste ambiente. Neste trabalho foi possvel
isolar
algumas das variveis que influenciam a mobilidade sedimentar da
plataforma
continental do estado de So Paulo.
O presente trabalho de grande valor para entender a influncia
da
ao das ondas na plataforma continental do estado de So
Paulo.
9. Referncias bibliogrficas
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depth-integrated
flows. Journal of Hydraulic Research, 23, 309-326.
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modelling od
free-surface flows that are two-dimensional in plan. In: H.B.
Fisher (Ed.).
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64
Transport Models for Inland and Costal Waters. Academic Press,
222-283p.
Alves, E. C.; Ponzi, V. R. A. 1984. Caractersticas
morfolgico-sedimentares da
plataforma continental e talude superior da margem continental
sudeste do
Brasil.