UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO

DEPARTAMENTO DE OCEANOGRAFIA - DOCEAN, UFPE,

MESTRADO EM OCEANOGRAFIA

JOSÉ CAVALCANTE DE OLIVEIRA FILHO

CIRCULAÇÃO RESIDUAL E TRANSPORTE DE MATERIAL PARTICULADO

EM SUSPENSÃO NO SISTEMA ESTUARINO DA ILHA DE ITAPESSOCA, PE,

BRAZIL.

.

RECIFE

2015

JOSÉ CAVALCANTE DE OLIVEIRA FILHO

CIRCULAÇÃO RESIDUAL E TRANSPORTE DE MATERIAL PARTICULADO EM SUSPENSÃO NO SISTEMA ESTUARINO DA ILHA DE ITAPESSOCA,

PE, BRAZIL.

RECIFE

2015

2

Dissertação apresentada ao Curso de pós-graduação em Oceanografia do Departamento de Oceanografia da Universidade Federal de Pernambuco, como requisito parcial para obtenção do título de Mestre em Oceanografia.

Orientador: Prof. Dr. Carlos Augusto França Schettini.

Folha em branco para ficha catalográfica

3

JOSÉ CAVALCANTE DE OLIVEIRA FILHO

CIRCULAÇÃO RESIDUAL E TRANSPORTE DE MATERIAL PARTICULADO EM SUSPENSÃO NO SISTEMA ESTUARINO DA ILHA DE ITAPESSOCA,

PE, BRAZIL.

.

BANCA EXAMINADORA

________________________________________

Prof. Dr. Carlos Augusto França Schettini (Orientador)

Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)

________________________________________

Prof. Dr. Nils Edvin Asp Neto

Universidade Federal do Pará (UFPA)

________________________________________

Prof. Dr. Roberto Lima Barcellos

Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)

4

Dissertação apresentada ao Curso de pós-graduação em Oceanografia do Departamento de Oceanografia da Universidade Federal de Pernambuco, como requisito parcial para obtenção do título de Mestre em Oceanografia.

Orientador: Prof. Dr. Carlos Augusto França Schettini.

Aprovada em

__/__/_____.

RESUMO

A circulação residual e o transporte de material particulado em

suspensão das seções transversais leste (rio Catuama) e oeste (rio Itapessoca)

do sistema estuarino da Ilha de Itapessoca, PE, Brasil, são observados durante

o período chuvoso, sob condições de quadratura e sizígia. Dados do nível da

água, das correntes e do transporte de volume instantâneo foram coletados por

um PACD, em quadratura e sizígia, nas seções transversais dos estuários dos

rios Catuama (Lado leste da Ilha - #CL) e Itapessoca (lado oeste da ilha -

#CO), em intervalos regulares de 30 minutos. Salinidade, turbidez e amostras

de água foram coletadas ao longo e através do sistema com uma sonda CTD,

em baixamar e preamar. As máximas correntes observadas foram de 0,67 e

0,8 m.s-1, durante a vazante de quadratura, no #CL e no #CO, respectivamente.

Em condições sizígia, as correntes máximas foram o dobro daquelas em

quadratura. Devido à alta magnitude das correntes de maré, as duas seções

transversais do SEI apresentaram estruturas de salinidade bem misturadas,

sendo classificadas como 2a. A seção transversal leste exportou MPS, em

quadratura e sizígia, e a seção oeste importou material, em quadratura, e

exportou em sizígia. O fluxo residual de correntes no #CL se mostrou

verticalmente bidirecional com a água salina, mais densa, entrando pela parte

inferior do canal, enquanto a água menos densa produziu o fluxo residual, em

direção ao oceano, na parte superior do canal. O #CO apresentou uma

estrutura de fluxo residual diferente, deixando de ser verticalmente bidirecional

para se tornar lateralmente bidirecional. Devido à circulação residual, o

ambiente atua importando MPS pelo #CO e exportando pelo #CL.

Palavras chave: circulação estuarina, transporte de sedimentos, transporte de

volume.

5

ABSTRACT

The residual circulation and the transport of suspended particulate matter are

investigated in two cross sections (#CL and #CO) and along the Itapessoca

Estuarine System, PE, Brazil, during the rainy season, under the influence of

neap and spring tides. Water level, tidal currents and the instantaneous volume

transport were acquired by two Acoustic Doppler Current Profile (ADCP) in the

deepest channel profile and across the estuarine transversal section. Salinity,

turbidity and subsuperficial water samples were collected using a CTD probe.

The maximum velocity magnitude observed was 0.6 m.s-1in neap tide. In similar

conditions, the maximum tidal current observed in the western cross section

was 0.8 m.s-1. Under the influence of these strong tidal currents, the salinity

distribution throughout the two cross sections was well mixed with weak vertical

stratification. The system was classified as 2a following the classical

Hansen&Rattray classification. The residual structure of along and across

channel velocities (u and v, respectively) showed the classical exchange

bidirectional flow in the #CL cross section, while a lateral structure was

observed in the #CO cross section. Both sections were modulated by the

spring-neap tidal cycle. The #CL section presented ebb dominance while the

#CO section presented flood dominance under neap tide conditions and ebb

dominance under spring tide conditions.

Keywords: Estuarine Circulation, Exchange Flow, Residual Currents,

Suspended Sediment Transport.

6

ÍNDICE

1. INTRODUÇÃO.................................................................................. 8

2. ÁREA DE ESTUDO........................................................................... 10

3. MATERIAL E MÉTODOS.................................................................. 12

3.1. Aporte fluvial ........................................................................... 12

3.2. Coleta de dados...................................................................... 13

3.3. Processamento de dados......................................................... 17

3.4 Decomposição do tranporte advectivo de sal e MPS............ 18

4. RESULTADOS................................................................................... 20

4.1. Nível da água e transporte de volume...................................... 20

4.2. Estrutura longitudinal Estuarina................................................ 23

4.3. Estrutura transveral estuarina.................................................. 29

5. DISCUSSÃO..................................................................................... 35

6. CONCLUSÕES................................................................................. 47

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS................................................. 48

7

1. INTRODUÇÃO

Um estuário é amplamente definido como qualquer ambiente costeiro

aquático onde as forças geradas pela descarga fluvial, evaporação e

congelamento do gelo alteram a densidade do fluido do oceano adjacente

(Geyer & MacCready, 2014). Estes sistemas podem ser fjords, vales de rios

inundados, estuários formados por barra, rias, entre outros (Miranda, 2002). Os

estuários têm uma imensa significância global para a zona costeira e para os

processos oceânicos por causa das suas trocas de água, nutrientes e

sedimentos com o oceano adjacente (Valle-Levinson, 2010). Durante o

transporte através dos estuários, a distribuição granulométrica do sedimento se

torna alterada por repetidos ciclos de deposição, ressuspensão e transporte,

sendo uma parte do sedimento permanentemente retida no ambiente (Nichols,

1984). Deste modo, estes ambientes atuam como um filtro que controla a

entrada de sedimentos e outros materiais nos oceanos, e as reações químicas

que ocorrem na água podem alterar as características de alguns minerais, o

que pode influenciar diretamente o transporte de poluentes (Park, 2008).

A quantificação dos padrões de circulação em estuários é de

fundamental importância para a compreensão de processos ecológicos e para

o uso sustentável desses sistemas. Em ambientes dominados por maré, as

correntes podem induzir grandes fluxos de nutrientes e contaminantes em

pequenas escalas temporais (e.g. Gardner e Kjerfve, 2006, Geyer &

MacCready, 2013). Em escalas maiores que um ciclo de maré, as correntes

residuais (média por um ciclo de maré) governam as trocas de materiais com o

oceano adjacente e são, portanto, de grande importância para a manutenção

do ecossistema estuarino (Gao et al, 2008; Garel & Ferreira, 2012).

A circulação residual nos estuários é principalmente controlada pela

relativa importância da estabilidade gravitacional e da mistura turbulenta, as

quais são originadas pela descarga fluvial, marés e ventos (Uncles & Stephens

1990). O balanço entre a estabilidade gravitacional e a mistura turbulenta

produz uma componente induzida pela maré e outra induzida pelo gradiente de

densidade (salinidade) que competem entre si para determinarem os fluxos

residuais (e.g Jay & Smith 1990; Li et al, 1998), induzindo à estrutura clássica

8

da circulação gravitacional ou circulação estuarina, onde um fluxo mais denso

de água salgada entra no estuário pelas camadas inferiores e a água fluvial,

menos densa, flui em direção ao oceano na cama superior (Valle-Levinson,

2010.;Pritchard 1952; Hansen & Rattray, 1965). A circulação estuarina aumenta

significativamente a dispersão longitudinal de traçadores em um ambiente sem

influência de descarga fluvial, no entanto, funciona efetivamente retendo

material dentro do sistema. O aprisionamento de partículas dentro dos

estuários causa altas taxas de acúmulo de sedimentos (Traykovski et al, 2004),

recirculação de nutrientes (Hopkinson et al, 1999), freqüente hipóxia e

acidificação de água profundas (Paerl et al, 1998).

A teoria da circulação gravitacional clássica estuarina de Pritchard

(1955) e Hansen & Rattray (1965), descrita acima, mostra os fluxos resultantes

por um balanço de forças que desconsidera variações transversais na

geometria estuarina, no entanto, se levarmos em consideração as variações

laterais na batimetria da seção transversal, a estratificação vertical de correntes

pode ser substituída por uma estrutura lateralmente bidirecional com um fluxo

de água salina, em direção ao continente, dominando o canal estuarino e um

fluxo de água menos salina, em direção ao oceano, nos flancos da seção

transversal (Fischer, 1972; Hamrick, 1979; Wong,1994.). Contudo, as

observações nem sempre mostraram esse padrão de circulação e as variações

laterais do campo longitudinal de correntes, da salinidade e do MPS se

mostraram de grande importância para a importação ou exportação de material

entre o estuário e o oceano (e.g. Caceres et al, 2003.; Kjerfve e Proehl,

1979;Kjerfve, 1978, 1986).

O Sistema Estuarino de Itapessoca (SEI) faz parte de um complexo

estuarino formado por duas ilhas, seis pequenos rios e uma grande área de

manguezal preservada, o que indica que este sistema estuarino possui

características de um ambiente deposicional (Wolanski et al., vol 41 coastal

and estuarine studies). Embora receba o aporte de dois pequenos rios

litorâneos (rios Catuama e Itapessoca) que, juntos, drenam uma área de 125

Km2, a presença de um manguezal e de dois canais relativamente rasos não

pode ser explicada pelo baixo aporte sedimentar dos rios. Desta forma, surge a

hipótese de que este ambiente é dominado por maré a descarga fluvial não

9

desempenha um papel importante na hidrodinâmica local, bem como no

transporte de MPS. Similarmente, o sedimento local tem origem alóctone e o

sistema deve estar importando material da plataforma adjacente ou do canal de

Santa Cruz da ilha de Itamaracá.

Devido à localização estratégica do local, entre duas das maiores bacias

hidrográficas de Pernambuco (rio Capibaribe e rio Goiana), o sistema estuarino

de Itapessoca pode agir como um filtro natural (e.g. SHUBEL; CARTER, 1984),

importando e retendo material proveniente de outra bacia hidrográfica mais

impactada. O Objetivo dessa investigação é realizar uma primeira

caracterização oceanográfica da área, comparando a circulação residual ao

longo e através de duas seções transversais do sistema (aqui, representados

por #CL - rio Catuama e #CO - rio Itapessoca). Além disso, encontrar e

quantificar os transportes de sal e de MPS para melhor compreender as

dinâmicas de trocas de materiais entre o SEI e outros ambientes.

2. ÁREA DE ESTUDO

O sistema estuarino de Itapessoca (SEI) está situado 60 km ao norte de

Recife, PE, na região nordeste do Brasil, entre as latitudes 7°34’S e 7°55’S e

longitudes 34°48’W e 34°50’W (Figura 1). O SEI possui dois canais principais

que se estendem da desembocadura, na barra de Catuama, até a zona mais à

montante, onde ocorre a interconexão dos dois canais principais (Catuama,

leste da ilha, e Itapessoca, oeste da ilha). A seção transversal do lado leste da

Ilha (#CL) possui profundidade média de 5 metros e 230 metros de largura

entre uma margem e outra, em formato de “U”. A seção transversal média do

lado oeste da ilha (#CO) é um pouco mais profunda (10 m) e,

aproximadamente, duas vezes maior que a outra (2400m2). Além disso, possui

formato retangular com um canal principal e um flanco na margem direita do

estuário (olhando em direção ao oceano).

A origem do sistema estuarino de Itapessoca está diretamente

relacionada com a elevação do nível do mar, durante o Holoceno, quando uma

falha geológica costeira foi inundada e isolou dois blocos de massa continental

e várias rias que se estendem continente adentro, dando origem ao complexo

estuarino de Itamaracá (CEI – Figura 1). Este complexo é composto pela ilha

10

de Itamaracá, pela ilha de Itapessoca, por seis pequenos rios que

desembocam ao longo do sistema – rios Catuama e Carrapicho, na ilha de

Itapessoca, enquanto os rios Arataca, Botafogo e Igarassu desembocam no

canal de Santa Cruz na ilha de Itamaracá (Medeiros, 1991). A plataforma

adjacente ao sistema apresenta morfologia complexa, com diversos

afloramentos de recifes areníticos e barras arenosas que limitam, em algumas

ocasiões, o transporte de material entre a zona costeira e a região estuarina. O

baixo influxo dos rios, juntamente com uma barreira natural formada pelos

recifes que impede ou diminui a taxa e o tempo de renovação da água dentro

do ambiente, pode produzir condições de hipersalinidade nos períodos de

estiagem nesse sistema (Medeiros e Kjerfve, 1993).

O clima é caracterizado como tropical úmido, ou pseudo-tropical,

seguindo a classificação climática de Koppen. A temperatura do ar varia pouco

com a média mensal oscilando entre 25 e 27°C ao longo do ano. O período

chuvoso é bem definido, entre abril a agosto, e o período seco é de setembro a

fevereiro. A taxa de precipitação média anual é de 1.610 mm.ano -1. O regime

de ventos é determinado pela posição do anticiclone da America do Sul

(Ratisbona, 1976) e os ventos predominantes são de sudoeste com valores

máximos sendo encontrados no mês de julho.

O SEI, juntamente com a ilha de Itamaracá, é constantemente exposto à

poluição industrial, efluente doméstico não tratado, expansão urbana,

especulação imobiliária e fazendas de aquacultura (Medeiros et al, 2001). Uma

população de, aproximadamente, 30.000 habitantes lança efluente no canal de

santa cruz da ilha de Itamaracá, causando contaminação por coliformes nas

ostras do local (Medeiros, 2005). O problema ambiental local de maior

destaque foi a liberação de 22 a 35 toneladas de mercúrio no rio Botafogo por

uma planta industrial de produção de hidróxido de sódio de 1964 a 1987

(Meyer, 1996; Medeiros, 2005). O impacto da contaminação por mercúrio foi

agravado pela concomitante liberação de despejos de ácidos e agrotóxicos nas

plantações de côco e cana-de-açúcar nas áreas adjacentes ao sistema.

11

Figura 1. Localização do sistema estuarino de Itapessoca em um contexto da America do Sul.

Os sistemas estuarinos de Itamaracá e Itapessoca são representados pelo painel (A), e (B)

mostra a localização dos transectos #CL e #CO. Detalhe das seções transversais

experimentais para o SEI olhando em direção ao mar.

O sistema estuarino de Itapessoca recebe o aporte de dois pequenos

rios que, em conjunto, drenam uma bacia hidrográfica com área de 125 Km2

(CPRH, 2003). Não existem dados de descarga fluvial para estes rios, porém

uma estimativa baseada no balanço hidrológico indica uma vazão máxima da

ordem de 12 m3s-1 durante o período chuvoso, e vazão praticamente nula

durante o período de estiagem. O regime de marés regional é do tipo

semidiurno puro, com o número de forma Nf =[(K1+O1)/(M2+S2)]= 0.08-0.12. A

altura de maré varia entre 1,1 e 2,2 m durante os períodos de quadratura e

sizígia, respectivamente (Medeiros & Kjerfve, 1993).

12

3. MATERIAL E MÉTODOS

3.1. Aporte Fluvial

A descarga de água fluvial para a bacia do SEI foi estimada usando-

se o modelo descrito por Miranda (2002) e aplicado por Schettini (1994) para a

lagoa de Saquarema, RJ, Brasil. O modelo consiste na estimativa da descarga

fluvial de uma determinada área de drenagem (At), baseando-se no

escoamento superficial (∆ s), na evapotranspiração (E v) e na precipitação (P)

da região. Deste modo, a descarga fluvial no estuário (Qf ) pode ser expressa

por:

Qf=∆ fp

P A t (1)

onde ∆ fp é a taxa de escoamento superficial e pode ser expressa por:

∆ fp

=exp (−E vp

) (2)

e,

E v=1,2×109exp (−4,62 x10

3

T) (3)

onde T é a temperatura local em graus Kelvin e Qf (descarga fluvial) é dado em

cm3.ano-1.Foram utilizados os valores de temperatura e precipitação para a

cidade de Recife (distante 40 Km ao sul do SEI) e para uma bacia de

drenagem de125 Km2 (CPRH,2003).

13

3.2 Coleta de Dados

Em uma campanha de coleta de dados que se estendeu de 17 a 26 de

julho de 2013, durante o período chuvoso, foram realizadas medições de

correntes, das propriedades hidrográficas e do material particulado em

suspensão (MPS), 13 horas de observações, em duas seções transversais e

três estações oceanográficas; uma localizada no meio da seção, no talvegue

do canal, e as outras duas distantes a 10 metros das margens das seções

Leste (#CL) e Oeste (#CO) do SEI (figura 1). O experimento do dia 17 foi

conduzido sob condições de quadratura e teve início uma hora após o nível

mínimo da vazante, se estendendo durante um ciclo completo semidiurno de

maré. O mesmo procedimento foi repetido para a seção transversal Oeste

(#CO) no dia 18 e, em seguida, nos dias 24 e 25, novamente no #CL e no #CO

em condições de sizígia. Adicionalmente, foram realizados quatro

levantamentos longitudinais ao longo dos Canais Leste e Oeste nos dias 19 e

26 de julho de 2013, em baixamar e preamar, percorrendo, aproximadamente,

8 Km no #CL e 9 Km no #CO a partir da barra de catuama.

Dados de correntes e transporte de volume instantâneo foram coletados,

através do #CL e do #CO, por um Perfilador Acústico por Efeito Doppler

(PACD) de 1200 kHz da marca “RD instruments Teledyne - Workhorse”,

equipado com função “Bottom Track”, que foi acoplado ao meio de um pequeno

catamarã e rebocado à borda direita de uma embarcação, percorrendo três

transectos consecutivos através do estuário a cada 30 minutos. A embarcação

navegou a uma velocidade entre 1,5 e 2 m.s-1. O equipamento PACD foi

programado para coletar células de 0,25 m a uma freqüência de 2 Hz operando

em médias de 15 coletas. As componentes da velocidade foram

convencionadas por u (norte-sul) e v (leste-oeste), sendo a velocidade ao longo

e através dos canais do estuário, respectivamente (figura 1). O histograma

bimodal de direção mostrou que as correntes nos canais leste e oeste estão

orientadas preferencialmente coincidindo com o norte e o sul geográfico, em

enchente e vazante, respectivamente, não havendo necessidade de se

14

rotacionar o eixo de maior energia. Além disso, nesta investigação, foi

convencionado que os fluxos em direção ao continente (i.e. para a cabeceira

dos estuários dos rios Catuama e Carrapicho) são positivos e os fluxos com

sentido contrário, em direção ao oceano, são negativos (figura 1).

Concomitantemente à coleta das correntes mareais e do transporte de

volume instantâneo pelo PACD, foram realizadas amostragens quase sinóticas

em três estações hidrográficas através dos canais Leste e Oeste. Para isso, foi

utilizada uma sonda do tipo CTD (“Conductivity/Temperature/Depth”),

pertencente àda marca “JFE Advantech”, modelo “Rinko Profiler”, equipada

com um OBS (“optical backscatering”) que forneceu dados de turbidez em FTU

(“Formazin Turbidity Units”). Adicionalmente, foram realizadas coletas de água

em subsuperfície, na estação hidrográfica “B”, para a análise de MPS por

gravimetria.

A coleta de dados de MPS foi realizada de modo direto e de modo

indireto. O método direto consistiu da coleta de amostras subsuperficiais de

água in situ e o posterior cálculo da concentração de MPS por gravimetria em

laboratório (Baumgarten, 2006). Após isso, o método indireto consistiu em

obter uma relação polinomial quadrática entre pares ordenados de MPS e

turbidez (do CTD), através de coletas sinóticas na estação “B”, durante um

ciclo de maré (e.g. SCHETTINI: ZALESKI, 2006. PEREIRA et al,

2010,SCHETTINI et al., 2013). Os dados obtidos para o SEI e a sua correlação

são expostos na figura 2 e a equação (4) calcula a concentração de MPS (em

mg.L-1) a partir dos valores REO (FTU) coletados pelo CTD.

MPS (REOFTU )=−9,805 (REO2 )+126,4 (REO )−359 ;r2=0,84. (4)

15

Figura 2. Correlação entre a concentração de MPS encontrada através de gravimetria e

o retroespalhamento ótico (REO) fornecido pelo CTD.

Com o objetivo de se analisar as variações temporais do nível da água e

da intensidade e direção das correntes, dois PACDs da marca “Nortek”, modelo

“Aquadopp Profiler”, foram fundeados no talvegue do canal Leste e do canal

Oeste. Estes equipamentos foram programados para coletar perfis verticais de

nível, intensidade e direção de correntes a cada 10 minutos, perfazendo

médias temporais de 120 segundos e coletando células de 0,25 m. Na mesma

estação, foram distribuídas verticalmente três sondas CTs

(Conductivity/Temperature) ao longo de um cabo e uma bóia de sinalização da

estação. A estação hidrográfica de coleta do PACD e dos CTs foi fixada ao

canal estuarino através de uma estrutura de aço com 40 Kg de chumbo. Entre

o primeiro e segundo dia de coleta a estrutura tombou, devido às fortes

correntes de maré, e a aquisição dos dados de intensidade e direção de

correntes, assim como de salinidade e temperatura (provenientes dos CTs), foi

comprometida. No entanto, os dados do nível da água foram coletados

corretamente pelo sensor de pressão do PACD Nortek e usados para cálculos

e estimativas nesta investigação.

16

3.3 Processamento dos Dados

Para podermos analisar os valores residuais e variações mareais de

intensidade e direção de correntes, os dados coletados com o PACD RD

durante os transectos de trabalho, foram convertidos para arquivos do tipo

ASCII e carregados em ambiente MATLAB. Os dados foram filtrados

baseando-se na qualidade de coleta do equipamento, seguindo-se o mesmo

procedimento exposto em Valle-Levinson & Atkinson (1999). Um total de 75

transectos foram coletados em um ciclo completo semidiurno de maré. Os

dados foram organizados em uma única matriz e os transectos foram

separados analisando-se o deslocamento do equipamento em relação ao seu

primeiro ponto de bottom track coletado através da seção estuarina.

Após a exclusão dos dados espúrios, uma grade experimental das

medidas de correntes para as seções transversais, olhando em direção ao

oceano, foi criada para cada transecto, resultando em 75 matrizes de 100

linhas e 1000 colunas de espaçamento constante vertical e horizontal,

respectivamente. Usando-se as componentes da velocidade das correntes,

foram criados contornos de fluxo, representando a variação lateral e vertical

dos parâmetros analisados. Além disso, foi encontrada a batimetria média da

seção transversal, ao longo de um ciclo de maré, e os primeiros 10% de dados

coletados próximo ao fundo do estuário foram descartados para contabilizar os

erros do PACD. As matrizes das variações temporais nas estações

hidrográficas (CTD – figura 1) do #CL e do #CO foram referenciadas

espacialmente, na seção transversal, através da conversão da distância

percorrida pelo “Bottom Track” do equipamento PACD RD e da posição de

cada estação hidrográfica na seção transversal coletada por GPS Garmin.

Deste modo, os contornos de fluxos das seções transversais ao longo e

através do estuário, sob condições de quadratura e sizígia, foram criados e os

dados de salinidade e REO (MPS) foram sincronizados no mesmo espaço e

tempo dos dados de velocidade.

Usando a técnica dos mínimos quadrados da maré, os dados de

velocidade passaram por uma regressão sinusoidal através de uma função

periódica da componente harmônica semidiurna (12,42 h). A amplitude e a

17

fase, assim como os fluxos residuais foram obtidos através desse filtro (e.g.,

Lwiza et al, 1991).

Uma vez criados os domínios experimentais das matrizes de velocidade

das correntes, de salinidade e de REO nas três estações hidrográficas, a

concentração de MPS da seção foi estimada utilizando-se interpolação linear

entre os dados de REO, coletados nos flancos (parte mais rasa da seção) e no

talvegue do canal. Deste modo, o transporte de MPS foi estimado por:

F t=10−3 .Qt .Ct (5)

onde C t (mg.L-1) é a concentração de MPS no tempo t e Qt é dado por:

Qt=ut A (6)

e u é velocidade média longitudinal ao estuário no tempo t e na área média A é

da seção transversal estuarina (e.g. Siegle et al, 2009; Schettini et al, 2013).

3.4 Decomposição do transporte advectivo de sal e sedimento em suspensão.

Após a obtenção do transporte residual médio das seções, foi aplicada a

decomposição do transporte advectivo de sal e MPS para o SEI. Com o

objetivo de analisar a importância relativa dos processos advectivos envolvidos

no transporte de sal e MPS, a decomposição foi feita de acordo com a

descrição de Miranda (2002) que se baseou nos trabalhos pioneiros de

Bowden (1963), Fischer (1976), Hunkins (1981), Dyer (1974) e Kjerfve (1986)

Este método de decomposição desconsidera que há variação lateral nos

transporte longitudinal de sal, no entanto, muitos autores mostraram que efeitos

laterais causados por variação na geometria do canal podem alterar os fluxos

longitudinais de sal (e.g. Fischer, 1972; Dyer, 1974). Apesar disso, as

contribuições verticais são muito mais significativas do que as laterais, uma vez

que existe pouca correlação entre as variações transversais de velocidade e

salinidade. Deste modo, as variações transversais dos parâmetros podem ser

importantes e, por esta razão, foi feita decomposição vertical do fluxo em cada

18

estação hidrográfica (CTD “A,B,C,D,E e F” – figura 1) com o objetivo de se

analisar as variações laterais do transporte longitudinal de sal e de MPS.

A velocidade longitudinal instantânea, em determinado tempo e espaço,

pode ser decomposta na soma das componentes advectivas fluvial,

barotrópica, baroclínica e residual, de acordo com a equação (7):

u ( x , z ,t )=ua ( x )+ut ( x , t )+us ( x , z )+u ' (x , z ,t ) (7)

A componente da advecção fluvial ( ua) pode ser obtida por uma média

espaço - temporal da componente u da velocidade para um ou mais ciclos de

maré (¿u>¿ ).O termo ut da equação (7) representa a componente barotrópica e

mostra a variação da velocidade em torno da média de um ciclo de maré

(equação 8).

ut (t)=u (t)−¿u>¿ (8)

Similarmente, a componente baroclínica us representa a velocidade

média para cada nível de medição sem influência da advecção fluvial, na

forma:

us ( z )=¿u ( z )>−¿u>¿ (9)

Por fim, o residual é obtido isolando-se o ultimo termo da equação 7.

Além da decomposição dos termos acima, leva-se em consideração também a

variação do nível de coleta ao longo de um ciclo de maré e, portanto, podemos

decompor na forma:

h ( x ,t )=ha(x)+ht (x ,t ) (10)

Assim, o transporte total de sal para cada unidade métrica da seção

transversal, ao longo de um ciclo de maré, pode ser expresso por:

T s=1T∫0

T

∫0

h

ρuS dz dt (11)

onde ρ é a densidade da água e S é a salinidade. Substituindo-se os

parâmetros “u” e “S” da integral pelos termos encontrados na equação (7) e

sua similar para salinidade e MPS, obtém-se 32 termos dos quais apenas 7

19

possuem significância física ou são diferentes de zero. Logo, o transporte total

de sal, durante um ciclo de maré, pode ser reescrito de acordo com a equação

(12).

T=ρ ¿ (12)

O total de sedimento em suspensão pode ser escrito similarmente,

substituindo-se a densidade pela concentração de sedimento em suspensão

nas mesmas dimensões da velocidade. A interpretação física dos termos da

equação (12) podem estar relacionados a vários processos físicos, dentre eles:

(A) descarga fluvial; (B) Deriva de Stokes; (C) Correlação de Maré; (D)

Circulação gravitacional; (E) Cisalhamento; (F) Dispersão de maré e (G)

transporte residual (Miranda, 2002).

4. RESULTADOS ----Só Resultados!!!!!!!!! Use frases curtas e objetivas!!! Evite

o uso exagerado de vírgulas

4.1.Nível da água e Transporte de Volume

A variação do nível da água do Canal Leste (#CL), durante o período de

coleta de dados, foi de 1,3 e 2,6m, caracterizando assim as alturas das marés

de quadratura e de sizígia local, respectivamente. No Canal Oeste (#CO), o

padrão de variação na altura da maré de quadratura e de sizígia se comportou

de maneira semelhante ao Canal Leste (#CL), com alturas de 1,4 e 2,5m,

respectivamente. O equipamento ADCP (Nortek) foi programado para

monitorar o nível da água a cada 10min e as preamares e baixamares do

período de quadratura ocorreram, aproximadamente, as 11:00 e as 18:00 h,

tanto para o #CL como para o #CO. Durante a sizígia, o padrão se inverteu e

as baixamares ocorreram por volta das 11:00 h, enquanto as preamares foram

entre 18:00 h e 19:00 h. Adicionalmente, em todos os cenários , houve simetria

entre os tempos de enchente e vazante do nível da água, no entanto houve

forte assimetria no desenvolvimento temporal do transporte de volume.

Como citado anteriormente, nesta investigação, foi convencionado que

os sentidos do transporte de volume, correntes e fluxos são positivos quando

fluem em direção ao continente, evidenciando o processo de importação. Em

20

BA C

D E F G

contrapartida, os fluxos em direção ao mar são negativos e exportam material

do estuário para a plataforma adjacente. As variações temporais do transporte

de volume das seções transversais nos canais leste e oeste, durante

quadratura e sizígia, são apresentados na figura 2 (A). O transporte de volume

do #CO apresentou valores superiores tanto em condições de quadratura como

em sizígia. Em condições de quadratura, o máximo transporte de volume

encontrado foi de 390 m3.s-1 para o #CL e 795 m3.s-1 para o #CO, ocorrendo

antes do nível máximo da água. Em condições de sizígia, o transporte de

volume do sistema foi intensificado ainda mais e o máximo valor do #CO foi de

2.036 m3.s-1, enquanto o máximo no outro canal foi de 1.114 m3.s-1.

O transporte de volume residual calculado para uma média temporal dos

dados no #CL, durante o período de quadratura, foi quase nulo (+ 0,72 m3.s-1)

em direção ao continente. No #CO, o residual do transporte de volume foi de +

0,35 m3.s-1 também com sentido em direção ao continente. Os valores de

transporte residual médio em um ciclo de maré foram modulados pelo ciclo

sinodical e, em condições de sizígia, o #CL apresentou um valor residual de -

19,3 m3.s-1 em direção ao oceano, enquanto no CO, o valor foi de + 24,4 m3.s-1.

O intervalo de tempo do transporte de volume durante a enchente foi de,

aproximadamente, 6 h 40min nos canais leste e oeste, em condições de

quadratura. Em condições de sizígia, o intervalo de enchente dos transportes

de volume se reduziu para, aproximadamente, 6:00 h em ambas as seções

analisadas. A partir da integração dos valores de transporte de volume para os

intervalos de enchente, nas duas seções, foi possível calcular o prisma de

maré para cada estuário nos quatro diferentes cenários estudados. Em

condições de quadratura, o prisma do #CL (4,9 x 106 m3) foi aproximadamente

a metade do prisma encontrado para o #CO (1,1 x 107 m3) nas mesmas

condições. Em condições de sizígia, nos dois canais, o volume de água

transportado para dentro do estuário duplicou em relação aos valores

calculados em maré de quadratura, com um volume de 1,0 x 107 m3 sendo

importado pelo #CL e 1,9 x 107 m3 pelo Canal Oeste (#CO).

21

Figura 2. (A) Variação temporal do nível da água e dos transportes de volume através das seções transversais no Canal Leste - Quadratura (#CLQ), Canal Oeste – Quadratura (#COQ), Canal Leste – Sizígia (#CLS) e Canal Oeste – Sizígia (#COS). (B) Diagrama do nível da água pelo transporte de volume para as quatro condições analisadas.

A figura 2B apresenta a relação entre o nível da água e as descargas

instantâneas das seções transversais. Para as duas seções analisadas, em

22

quadratura e sizígia, o primeiro valor de transporte de volume coletado quase

coincide com o último, dando origem a um polígono formado pelos pontos.

Estes fatos, juntamente com os resultados apresentados na figura 2(A),

corroboram a informação de que o ambiente é fortemente controlado pelo

regime semidiurno de maré. O formato do polígono da relação entre o nível da

água e o transporte de volume é útil para evidenciar a comportamento básico

da propagação da onda de maré nas seções transversais. (e.g. Schettini et al.,

2010, D’aquino et al., 2011). Uma linha diagonal inclinada para a direita é

esperada para uma onda puramente progressiva, quando as máximas

velocidades coincidem com o nível máximo. Por outro lado, é esperado um

círculo perfeito para uma onda totalmente estacionária, quando a máxima

intensidade da velocidade coincide com o nível zero da água. No entanto, as

marés nos estuários normalmente possuem um comportamento misto entre

uma linha e um círculo, resultando em uma elipse (DYER, 1997). As relações

entre o nível da água e os transportes de volume para o Canal Leste (#CL) e

para o Canal Oeste (#CO) do SEI, em sizígia e quadratura, têm um formato

semelhante a uma elipse, demonstrando comportamento de uma onda mista.

4.2. Estrutura Longitudinal Estuarina

Os resultados dos levantamentos longitudinais no SEI realizados em

condições de quadratura e sizígia - 19 e 26 de julho de 2013, respectivamente -

durante baixamar e preamar, são apresentados nas figuras 3 e 4. Durante o

período analisado em condições de quadratura, o levantamento longitudinal de

baixamar teve início as 8:00 h e se estendeu até as 9:30 h para a realização do

levantamento completo nos dois canais da ilha de Itapessoca. No Canal Leste,

a salinidade variou de 28 a 22 psu, apresentando uma distribuição longitudinal

verticalmente homogênea nos primeiros quilômetros, a partir da

desembocadura. Na segunda estação coletada no #CL, houve pequena

estratificação entre superfície e fundo (24 a 27 PSU, respectivamente). A partir

da terceira estação coletada (3Km da desembocadura), a estrutura vertical

salina novamente permaneceu homogênea com salinidade variando entre 27 e

22 psu na zona do #CL mais distante da desembocadura. O #CL apresenta um

comprimento máximo de 8Km e um gradiente vertical médio longitudinal de

salinidade de 0,71 psu.Km-1 em direção a cabeceira do estuário (fig. 3B).O

23

levantamento longitudinal do #CO, em baixamar, teve início na desembocadura

(barra de catuama) e se estendeu até 9Km estuário adentro (fig 3A). A

salinidade variou de 28 psu, nas primeiras estações de coleta, até 21 psu nas

proximidades do rio Itapessoca, criando um gradiente longitudinal de salinidade

de 0,70 psu.Km-1.

Ainda em condições de quadratura, o levantamento longitudinal nos

canais leste e oeste da ilha de Itapessoca, na preamar, teve início as 13:00 h e

término as 14:30 h do dia 19 de julho de 2013. O levantamento longitudinal do

#CL teve início na desembocadura do SEI e se estendeu até 8 Km em direção

a cabeceira do estuário (rio Catuama – fig 3D). A estrutura vertical salina do

#CL, semelhantemente àquela em baixamar, apresentou-se verticalmente

homogênea e indicou uma maior intrusão da massa de água costeira com

salinidade variando de 33 psu, nas primeiras estações de coleta, até 21 psu na

zona mais próxima de influência do rio Catuama. Além disso, a distribuição das

isohalinas, ao longo do #CL, mostra uma duplicação do gradiente longitudinal

de salinidade para 1,5 psu.Km-1 na preamar. Ainda em preamar, o

levantamento longitudinal de CTD ao longo do #CO teve início na

desembocadura do estuário e se estendeu até 9 Km (Fig 3C). Com o aumento

do nível, a massa de água costeira adentrou uma distância maior no estuário,

elevando os valores de salinidade na zona mais próxima à desembocadura

para 33 até 24 psu, na zona de maior influência do rio Itapessoca.

Adicionalmente, o gradiente longitudinal de salinidade, no #CO, aumentou para

1 psu.Km-1 em preamar.

Após uma semana da coleta em condições de quadratura, foi realizado o

levantamento longitudinal no SEI em condições de maré de sizígia, no dia 26

de julho de 2013. A coleta teve início as 7:00 h no #CL, durante a preamar, e

se estendeu até a última estação do CO, distante 8 Km da desembocadura.

Ainda no mesmo dia, o levantamento longitudinal dos canais Leste e Oeste,

desta vez em baixamar, teve início as 12:00 h e se estendeu até as 14:30.

Durante o período de baixamar de sizígia, o nível mínimo da água ficou muito

baixo, atingindo zero em algumas regiões à montante do estuário o que

prejudicou a navegabilidade e a conseqüente coleta dos dados. Deste modo, o

levantamento ao longo do #CL, durante a baixamar de sizígia, só foi possível

24

ser realizado até a quinta estação de amostragem, distante 5 Km da barra de

Catuama. Assim, o máximo valor vertical médio de salinidade encontrado foi de

26,6 psu, próximo a desembocadura, e o mínimo de 22,7 psu na zona mais a

montante do canal leste. Semelhantemente ao #CL, não houve intrusão salina

pronunciada durante a corrente vazante e o canal oeste apresentou uma

variação longitudinal de salinidade de 28 e 23,4 psu em baixamar. Após a

elevação do nível da água, foi realizado o levantamento longitudinal em

preamar e, nestas condições, o #CL apresentou salinidade variando entre 34 e

24 psu. No #CO, semelhantemente, a salinidade variou de 34, próximo à

desembocadura estuarina, até 24 psu na zona mais distante do rio Itapessoca.

O gradiente longitudinal de salinidade do #CL, durante a baixamar (0,77

psu.Km-1) quase duplicou durante a preamar (1,3 psu.Km -1). O Canal Oeste

apresentou um gradiente longitudinal vertical médio de salinidade, em direção a

montante do estuário, de 0,56 psu.Km-1, e em condições de preamar duplicou

em relação ao mesmo ambiente durante a baixamar, apresentando valor

aproximado de 2,1 psu.Km-1.

25

Figura 3. Estrutura longitudinal de salinidade durante as condições de quadratura (A,B,C,D) e sizígia (E,F,G,H) no sistema estuarino de Itapessoca. Do lado direito da figura, estão os gráficos do Canal Leste e do lado esquerdo estão os gráficos do Canal Oeste.

As distribuições longitudinais de MPS, nos quatro diferentes cenários

analisados, são mostradas na figura 4. Em condições de quadratura e

26

baixamar, no #CL (fig 4b), a máxima concentração encontrada foi de 49 mg.l -1

sendo localizada próximo a desembocadura do canal, e a mínima foi de 45

mg.l-1, no setor intermediário entre 3 e 6 Km a partir da barra de catuama.

Durante a preamar, os valores de concentração do material particulado em

suspensão, no #CL (fig 4d), permaneceram muito semelhantes aos da

baixamar com variação entre 49,5 e 42,8 mg.l-1. Em ambas as condições, o

ambiente permaneceu verticalmente homogêneo em relação à concentração

de MPS. Ainda em condições de quadratura, o #CO permaneceu verticalmente

homogêneo durante baixamar e preamar (fig 4a e 4c, respectivamente). O

máximo valor foi de 47 mg.l-1 e o mínimo foi de 45 mg.l-1, entre desembocadura

e cabeceira estuarina.

Em condições de sizígia, de maneira geral, os valores de concentração

de MPS ficaram da mesma ordem de grandeza daqueles observados em

condições de quadratura para os dois canais. No #Cl, durante a baixamar (fig

4f), a concentração de MPS variou de 45,5 a 44,8 mg.l -1 e, após a enchente,

durante a preamar (fig 4h), a amplitude dos valores aumentou, variando entre

48,5 mg.l-1, próximo a desembocadura, até 44,7 mg.l-1 na estação mais a

montante. No Canal Oeste, durante a baixamar de sizígia, houve uma leve

estratificação com o máximo valor (47,4 mg.l-1) aparecendo próximo a

superfície a 9 Km de distância da desembocadura. A menor concentração

encontrada foi de 45,1 mg.l-1 na zona mais profunda do canal. Após o período

de enchente, durante a preamar, a variação da concentração de MPS

permanece semelhante às condições de baixamar com os valores variando

entre 47,5 a 45,1 mg.l-1, desta vez em uma distribuição verticalmente

homogênea ao longo do Canal Oeste.

27

Figura 4. Distribuição longitudinal do MPS nos Canais Leste (painel à direita) e oeste (painel à

esquerda) em condições de quadratura (a,b,c,d) e sizígia (e,f,g,h) , coletadas durante a

baixamar (a,b,e,f) e durante a preamar (c,d,g,h). esta escala de cor tá meio estranha... começa

e termina em vermelho!

28

4.3. Estrutura Transversal Estuarina

Para uma melhor compreensão e visualização dos dados obtidos, os

resultados foram subdivididos em ordem cronológica de coleta. Desta forma, os

dados dos canais Leste e Oeste, durante a quadratura, são sumarizados na

tabela 1. As máximas velocidades no eixo principal do #CL foram da ordem de

68 cm.s-1, enquanto as máximas observadas para o #CO, no mesmo período,

foram da ordem de 82 cm.s-1. Concomitantemente, as velocidades no eixo

transversal, em determinados momentos do ciclo, chegaram a atingir 59% do

máximo valor observado no eixo de maior concentração de energia do #CL

(eixo x, u). No #CO, a componente v da velocidade atingiu 47% da magnitude

da componente u. Sendo modulado pelo sentido predominante do resíduo das

correntes de maré, a salinidade média variou de 32 PSU, próximo ao fundo do

#CL, até 24 psu na superfície do estuário. O #CO apresentou estrutura vertical

bem misturada de salinidade, variando de 30 a 24 psu entre fundo e superfície,

respectivamente. O #CL apresentou uma salinidade média de 28,4 psu e o

#CO apresentou a média 0,7 psu menor que o #CL.

Os parâmetros observados sofreram modulação pelo ciclo sinodical da

lua e, de maneira geral, os dois canais do SEI apresentaram valores superiores

em maré de sizígia, se comparados às condições de quadratura. A tabela 2

mostra os resultados obtidos para os dois canais do SEI durante a sizígia.

A máxima velocidade transversal ao estuário, em sizígia, foi de 54 cm.s-

1, no #CL, e 43 cm.s-1 no #CO. Esses valores corresponderam a 38 e 35% das

máximas velocidades encontradas no eixo longitudinal dos canais Leste e

Oeste, respectivamente. Ainda em condições de sizígia, no #CL, a salinidade

teve uma variação, entre superfície e fundo, de 17,9 psu. No CO, essa variação

foi 16,4 psu. O #CL apresentou salinidade média da seção transversal de 29,9

psu, semelhantemente à seção do #CO, que apresentou salinidade média de

29,4, em condições de sizígia.

29

Tabela 1. Valores máximos, mínimos e médios das componentes da velocidade u (leste-oeste), v (norte-sul) e salinidade ao longo de um ciclo de maré nas seções transversais do SEI, nos canais leste (CL) e oeste (CO), durante o período de quadratura.

Quadratura

Canal Leste CanalOeste

V (cm.s-1) máx 40,1 38,9

V (cm.s-1) med 7,6 5,6

U (cm.s-1) máx 67,8 82,1

U (cm.s-1) med 20,3 25,7

Sal (psu) máx 32,2 30,1

Sal (psu) min 24,8 24,5

Sal (psu) med 28,4 27,7

Tabela 2. Valores máximos, mínimos e médios das componentes da velocidade u (norte-sul), v (leste-oeste) e salinidade ao longo de um ciclo de maré nas seções transversais do SEI, nos canais leste (CL) e oeste (CO), durante o período de quadratura.

Sizígia

Canal Leste Canal Oeste

V (cm.s-1) máx 54,4 43,8

V (cm.s-1) med 11,5 7,4

U (cm.s-1) máx 141,2 122,1

U(cm.s-1) med 43,7 43,1

Sal (psu) máx 34,7 34,8

Sal (psu) min 16,8 18,4

Sal (psu) med 29,9 29,4

Os valores residuais das componentes u (norte-sul) e v (leste-oeste) da

velocidade, nos canais leste e oeste, durante as condições de sizígia e

quadratura são mostrados na figura 5. Os máximos residuais de velocidade,

direcionadas para leste, no #CL, durante a quadratura, ocorreram próximo a

superfície e na parte mais rasa da seção transversal, enquanto os fluxos

residuais em direção a leste apareceram na zona mais profunda do canal. A

componente v da velocidade variou de 5 a -4,1 cm.s -1, evidenciando que

existem fluxos residuais transversais no #CL. Semelhantemente ao padrão

ocorrido com a componente leste-oeste da velocidade, foi possível notar que

existe um fluxo residual bidirecional no #CL (figura 5 d) na componente norte-

sul da velocidade, visto que o fluxo em direção ao continente ocorreu próximo

30

ao fundo do canal, enquanto os máximos valores residuais, em direção mar,

ocorreram na parte superficial da seção analisada. Na seção transversal no

#CO, durante a quadratura, os fluxos residuais secundários foram quase nulos.

Por outro lado, o fluxo residual vertical também apresentou uma estrutura

verticalmente bidirecional com o as velocidades predominantemente entrando

no estuário pelas partes mais rasas da seção e mais fundas do canal principal,

enquanto o fluxo em direção ao mar ocorreu exclusivamente na parte superior

do canal principal (figura 5c). Os máximos valores residuais de entrada

atingiram 10 cm.s-1 na margem mais rasa do estuário e os valores residuais de

saída atingiram -10 cm.s-1 na parte superior do canal.

Após a mudança de fase da lua para condições de sizígia (figura 5 E,F,G

e H), as estruturas verticais e laterais dos canais leste e oeste da ilha sofreram

mudanças significativas em relação às condições estuarinas durante a

quadratura. Para o #CL (fig 5f), a componente v teve o seu valor residual

menor em magnitude, com o máximo valor, em direção a oeste, ocorrendo na

parte externa ao canal. No canal, o valor residual de u atingiu 4 cm.s-1 fluindo

em direção ao continente. Para a componente u da velocidade, a modulação

pela fase da lua foi ainda mais significativa do que a componente v para os dois

canais. O #CL apresentou fluxo residual em direção ao mar em quase toda

seção transversal. Os máximos fluxos residuais em direção ao mar foram da

ordem de 10 cm.s-1. Entretanto, o padrão observado no #CO mudou de

verticalmente cisalhado, na quadratura, para lateralmente cisalhado na sizígia.

O fluxo em direção ao mar foi predominante no canal do estuário, enquanto o

fluxo em direção ao continente ocorreu exclusivamente nas partes mais rasas

da seção, variando de + 10 cm.s-1 a -10 cm.s-1, respectivamente.

31

Figura 5. Variação das componentes u e v, em cm.s-1, da velocidade residual nos canais leste e

oeste da ilha de Itapessoca, em condições de quadratura e sizígia. 5(A) – u Canal oeste em

quadratura; 5(B) – u Canal Leste em quadratura; 5(C) – v Canal Oeste em quadratura; 5(D) – v

Canal Leste em quadratura; 5(E) – u CO em sizígia; 5(F) u CL em sizígia; 5(G) – v no CO em

sizígia e 5(H) – v no CL em sizígia.

32

Os dados de salinidade média e transporte residual de MPS, coletados

nas estações de CTD, nas seções transversais dos canais leste e oeste,

durante condições de sizígia e quadratura, são mostrados na figura 6. Os

mínimos valores de salinidade média são encontrados próximos a superfície da

seção transversal do #CL (fig 6 b), enquanto os máximos valores podem ser

observados no fundo do canal. Não houve estratificação vertical significativa e

a salinidade média da seção variou de 27,5 a 30 psu construindo um parâmetro

de estratificação (δSS

) da ordem de 0,08. Ainda nas mesmas condições, o #CO

apresentou uma estratificação vertical menor(δSS

=0,06) com a máxima

salinidade média de 29 psu na zona mais profunda do canal. A mínima

encontrada para o #CO foi de 26 psu, na zona superficial da seção.

Lateralmente, as estruturas transversais salinas são homogêneas entre o canal

e as partes mais rasas do estuário. Após a modulação do sistema para

condições mais energéticas, os dois canais aumentaram a sua capacidade de

mistura o que tornou a seção transversal mais homogênea verticalmente e

lateralmente. No #CL, quase toda a seção transversal apresentou valores de

salinidade próximos a 30 psu, enquanto os mínimos valores, próximos a

superfície da seção, foram da ordem de 29 psu com o parâmetro de

estratificação atingindo o mínimo valor do sistema (0,002). O #CO também

apresentou uma estrutura vertical e lateral homogênea (fig 11 c) com seus

mínimos valores aparecendo nas primeiras camadas de água. O parâmetro de

estratificação do #CO foi de 0,07.

.

33

Figura 6. Variação da salinidade média e dos fluxos residuais de MPS nas estruturas verticais e

laterais dos canais leste e oeste, em condições de sizígia e quadratura (a)- Salinidade #CO

quadratura; (b) – Salinidade #CL quadratura; (c) Salinidade #CO sizígia; (d)Salinidade #CL

sizígia; (e) Fluxo de MPS #CO quadratura;(f) Fluxo de MPS #CL quadratura;(g) Fluxo de MPS

#CO sizígia e (h) Fluxo de MPS #CL sizígia

34

Os transportes residuais de MPS apresentaram uma distribuição

resultante semelhante à componente u da velocidade, uma vez que sua

estrutura mudou de verticalmente para lateralmente bidirecional no #CO, entre

condições de quadratura e sizígia, respectivamente. Em quadratura, o #CO

apresentou valores variando entre 4 e 6 Kg.s-1 em direção ao continente,

enquanto os fluxos de MPS em direção ao mar ocorreram na parte superficial

do canal principal (Fig 5e).No #CL, a magnitude do transporte residual de MPS

que entrou no estuário foi da ordem de 2 Kg.s -1 e o residual para o oceano,

mais intenso, foi de -6 Kg.s-1. Em condições de sizígia, a seção transversal

mostrou uma distribuição lateralmente bidirecional com o fluxo em direção ao

continente ocorrendo nas partes mais rasas, enquanto todo o residual em

direção ao oceano ocorreu no canal principal, com valores atingindo –6 Kg.s -1.

No #Cl, durante a sizígia, o transporte resultante teve grande predominância

com sentido negativo, em direção ao oceano, em quase toda a seção

transversal. O máximo valor, em direção ao oceano, foi de -6 Kg.s -1 e o mínimo,

em direção ao continente da ordem de 1 Kg.s-1.

Zé, eu não li os últimos parágrafos dos resultados porque me deu nos

nervos!! Não é necessário variar o estilo... mesmo que repita a estrutura,

apenas apresente os resultados, ordenadamente e objetivamente, usando

frases curtas. Tu tem 4 situações... então, paciência, vai ter que repetir a

mesma coisa quatro vezes, mas tem que ser de forma clara! Não use adjetivos!

Não discuta! Apenas apresente os resultados! E cadê os resultados do

transporte advectivo de sal e MPS, e cadê os resultados da análise de mínimos

quadrados harmônica? Que descreveu no M&M?

5. DISCUSSÃO

O sistema estuarino de Itapessoca é formado por dois principais canais

que se interconectam e são circundados por uma grande área de manguezal

que está sujeita a enchentes periódicas. O canal leste possui profundidade

média de 4 m e tende a ficar mais raso em direção a zona de interconexão da

ilha. O #CO apresenta profundidade média superior ao outro canal com

máximas atingindo 12 m de profundidade. No entanto, semelhantemente ao

#CL, o #CO tende a ficar raso em direção a zona mais distante da

35

desembocadura estuarina (zona de interconexão dos canais). Essa tendência

dos canais se tornarem mais rasos em direção à montante dos canais da ilha

não pode ser explicada pelo baixo suprimento sedimentar por parte dos rios

Itapessoca e Catuama, uma vez que a pequena bacia de drenagem do

ambiente (125 km2) gera uma baixa descarga fluvial média para o mês de julho

(11,7 m3.s-1) o que diminui o aporte sedimentar para o ambiente a para a zona

costeira adjacente. Associado a estes fatos, existe a presença de uma grande

área de manguezal não ocupada que, se somada a outros componentes, pode

determinar os fluxos residuais e trocas entre o estuário e a plataforma. Deste

modo, a presença de uma área de manguezal preservada, juntamente com as

informações de descarga fluvial média estimada para o SEI, indicam que este é

um ambiente deposicional (Wolanski & Reed, 1986;Furukawa &

Wolanski,2004.; Schettini et al., 2013).

A amostragem realizada permitiu a observação do SEI em condições de

quadratura e sizígia. Deste modo, foi possível analisar e quantificar os fluxos

residuais e totais das duas seções transversais analisadas em condições

menos energética, durante quadratura, e mais energética durante sizígia. O

residual do transporte de volume, no #CL, teve sentido negativo, em direção à

desembocadura do estuário, com sua magnitude sendo modulada de -1,6 para

-38,1 m3.s-1, por condições de quadratura e sizígia, respectivamente. O #CO

apresentou um comportamento diferente, deixando de ser importador de

materiais (+ 0,4 m3.s-1), em quadratura, para se tornar exportador em sizígia (-

55,9 m3.s-1). A total compreensão dos mecanismos que geram esses resíduos é

uma tarefa complexa, uma vez que os fluxos residuais em ambientes costeiros

resultam da interação de várias diferentes forçantes e processos físicos (Valle-

Levinson, 2010). Wolanski et al., (1992) mostraram que para estuários com

presença de manguezal – que é o caso do SEI – o principal causador dos

fluxos residuais é a assimetria na magnitude das correntes entre enchente e

vazante, devido ao atraso de fase do nível da água entre a desembocadura e a

cabeceira do estuário. Este atraso, por sua vez, pode ser atribuído a fricção do

fundo e das raízes da vegetação de mangue. Quando o nível da água atinge o

máximo, na cabeceira do estuário, as correntes já estão vazando na

36

desembocadura do canal o que causa um desnível necessário para acelerar a

água em direção à desembocadura do sistema.

As estruturas verticais de salinidade mostradas na figura 3, em todas as

estações investigadas, são bem misturadas e apresentam um gradiente de

salinidade constante ao longo do estuário que é intensificado pelo ciclo

semidiurno e sinodical da maré. Tais resultados mostram a aparente

insignificância da descarga fluvial na hidrodinâmica estuarina dos cenários

estudados, no entanto estas condições podem ser alteradas em decorrência de

eventuais fortes chuvas que alteram drasticamente a descarga fluvial. A razão

de fluxo (e.g. Dyer, 1997; Miranda, 2002; Schettini, 2010) dada pela relação

entre o volume que entra no estuário, devido a descarga fluvial, durante um

ciclo de maré (5,4 x 105 m3), e o volume de água que entra no estuário pelas

correntes de maré (prisma) nos fornece a importância relativa da descarga

fluvial e da maré para uma classificação inicial. O #CL apresentou razões de

fluxo de 0,09 e 0,05, em condições de quadratura e sizígia, respectivamente. O

#CO apresentou uma razão de fluxo variando de 0,04, em quadratura, para

0,02 em sizígia. Deste modo, os quatro cenários analisados podem ser

classificados, primariamente, como bem misturados. Esta relação está em

perfeita concordância com a classificação do diagrama de circulação-

estratificação (Hansen; Rattray,1966) para o SEI (figura 7). Tanto o #CL

quanto o #CO, em condições de sizígia e quadratura, foram classificados como

sendo do tipo 2a ou parcialmente misturados com fraca estratificação vertical.

Este tipo de estuário possui os fluxos residuais verticais invertendo com a

profundidade e tanto os processos advectivos quanto os dispersivos são

importantes para o transporte de sal e MPS estuário acima (MIRANDA, 2002).

37

Figura 7. Diagrama de estratificação e circulação para o Canal Leste, em quadratura

(#CLQ) e sizígia (#CLS), e para o Canal Oeste também em quadratura (#COQ) e

sizígia(#COS). O CL é representado pelo símbolo de estrela e o CO é representado pelo

círculo. Os quatro símbolos representam a modulação pela fase da lua.

A modulação do sistema entre quadratura e sizígia também modifica o

parâmetro ν que fornece qual a parcela de contribuição dos processos

advectivos (circulação gravitacional e descarga fluvial) e dos processos

dispersivos (gerados pela maré) são mais influentes no transporte de sal

estuário acima. Em condições de quadratura, o #CL possui 96% do transporte

de sal estuário acima determinado por processos relacionados à influência da

maré e apenas 4 % devido a processos advectivos. Nas mesmas condições, o

#CO possui o transporte de sal ainda mais dominado por processos dispersivos

(97%). Após a modulação do ambiente para condições de sizígia, o fluxo de sal

estuário acima, no #CL, se torna 99% dominado por processos dispersivos,

enquanto no #CO não foi observada a mesma tendência, uma vez que os

processos dispersivos diminuem sua contribuição para 79% e os processos

advectivos ganham mais intensidade e importância, atingindo 31% de

contribuição. Em outras palavras, durante a quadratura, apesar da menor

condição energética, não houve estratificação vertical em nenhum cenário

analisado e o transporte de sal estuário acima foi dominado pelos processos

38

dispersivos. No entanto, um comportamento inesperado foi observado no #CO,

durante a sizígia, pois o esperado seria um ambiente verticalmente homogêneo

com o transporte de sal estuário acima totalmente dominado por processos

relacionados às correntes de maré.

O transporte de sal estuário acima cria um gradiente longitudinal de

salinidade (densidade) ao longo do estuário que é a principal força atuante na

circulação gravitacional estuarina (Geyer & MacCready, 2013). Esse gradiente

de salinidade ao longo do estuário possui variabilidade periódica e modifica a

dinâmica da água, do sal e do MPS. Diferentemente do sal, a variabilidade das

concentrações e distribuições do MPS na água, no ambiente estuarino,

apresentam um alto grau de complexidade (Dyer,1995.; Siegle,2009).

Seguindo-se o fundamento teórico do modelo de dinâmica sedimentar em

estuários, é esperado que as concentrações de MPS aumentem em direção à

cabeceira do estuário, devido ao aporte sedimentar pela descarga fluvial (Dyer,

1995). Schettini e Miranda (2010) usaram a relação entre a distribuição

longitudinal da concentração de MPS e de sal para mostrarem que a principal

fonte de sedimento para o estuário do rio Caravelas é a plataforma adjacente,

uma vez que os valores de MPS decrescem em direção à cabeceira do

estuário. O #CL e o #CO, em quadratura e sizígia, apresentaram relações

semelhantes para os quatro cenários analisados (Figura 8). A relação entre a

distribuição longitudinal de MPS e SAL no SEI decresce diretamente e

linearmente em direção a cabeceira do estuário, onde ocorre uma mudança

nesse padrão e a relação permanece em magnitude constante, sob influência

da descarga fluvial dos rios Itapessoca e Catuama. O padrão observado entre

a distribuição longitudinal de sal e MPS reforça a insignificância do aporte

fluvial para o suprimento sedimentar estuarino, uma vez que os valores de

salinidade e de MPS tendem a aumentar em direção à desembocadura do

estuário e em condições de sizígia. Deste modo, as concentrações de MPS

observadas ao longo do estuário, em quadratura e sizígia, são basicamente

moduladas pela ação da maré em um ciclo periódico de erosão, deposição e

ressuspensão (e.g. Nichols, 1984; Prandle, 2009; Siegle et al., 2009) e o pouco

material que chega pela descarga do rio é retido na cabeceira estuarina.

39

Figura 8. Relação entre a distribuição longitudinal de sal e MPS no CL e no CO, durante

quadratura e sizígia. A orientação espacial segue-se da direita para a esquerda

(desembocadura cabeceira). Tá estranho estes gráficos! Use um gráfico de espalhamento,

com cores e símbolos diferentes para cada canal, em um painel único.E, estes dados

precisarão ser revistos!

Para investigarmos a importância da ressuspensão do sedimento de

fundo no controle da distribuição vertical de MPS, foi encontrada a correlação

dos valores de concentração de MPS nas estações hidrográficas analisadas

para as duas seções transversais do estuário, em condições de quadratura e

sizígia (e.g. Nichols, 1984; Siegle, 2009). A correlação instantânea entre a

concentração de MPS próximo ao fundo (Cb) e a média vertical da coluna de

água (C) foi alta para quase todas as estações hidrográficas observadas no

SEI (figura 9). No #CL, o coeficiente de correlação foi de acima de 0,84 em

todas as estações hidrográficas desta seção. Por outro lado, ainda em

condições de quadratura, o #CO apresentou coeficiente r2=0,95 e 0,81 para as

estações do meio do canal e na margem esquerda da seção. Na margem

direita da seção oeste, o r2 foi igual a 0,52. Em condições de sizígia, em

ambas as seções transversais, o coeficiente de correlação foi acima de 0,88.

40

Os valores de r2 próximos a 1 indicam que a concentração de MPS na coluna

de água está principalmente relacionada aos processos de ressuspensão no

estuário. Apesar das altas correlações em quase todas as estações analisadas,

no #CO, durante quadratura, houve pouca correlação (r2=0,52) entre o Cb e o

C. Esta baixa correlação sugere que existe uma contribuição parcial da

advecção da descarga fluvial. Realizando-se uma simples analogia, os efeitos

da maré seriam responsáveis por 50% da variância da concentração, enquanto

a descarga fluvial contribui com a outra metade.Vale ressaltar, no entato, que

as outras duas estações hidrográfica do #CO, durante a quadratura,

apresentaram alta correlação e apenas na margem direita houve baixa

correlação o que sugere que existe variação lateral das propriedades.

41

Figura 9. Correlações entre a concentração de sedimento próximo ao fundo (Cb) e

concentração vertical média de sedimento © nas seis estações hidrográficas analisadas em

condições de quadratura e sizígia.

As estruturas transversais das componentes u e v da velocidade das

seções transversais Leste (#CL) e Oeste (#CO) apresentaram condições

42

distintas sob condições energéticas diferentes. Na seção transversal leste, o

ambiente apresenta a estrutura de circulação gravitacional clássica com um

fluxo residual vertical bidirecional na coluna de água (e.g. Cameron & Pritchard

1950 ; Hansen & Rattray, 1965). No entanto, em sizígia, essas condições são

alteradas e quase toda a seção transversal leste apresenta um fluxo residual

em direção ao oceano. Um padrão mais complexo é observado na seção

transversal Oeste. O fluxo residual é verticalmente bidirecional, no canal da

seção, e unidirecional nos flancos (em direção ao continente) durante a

quadratura. Em condições de sizígia, além do aumento da magnitude dos

fluxos residuais, a estrutura da seção se altera, criando um fluxo bidirecional

lateral, com as correntes residuais em direção ao continente aparecendo na

parte mais rasa do estuário, enquanto o fluxo residual no canal é totalmente em

direção ao oceano. Kjerfve; Proehl (1979) mostraram uma estrutura de

circulação residual semelhante para o estuário “North Inlet, USA” e explicam

que este tipo de circulação está diretamente ligado as variações de batimetria

da seção transversal, além da possível presença de curvatura no canal e

correntes secundárias residuais. A estrutura transversal da velocidade residual

lateralmente heterogênea para a seção Oeste possui características intrínsecas

e não responde da mesma forma que o modelo de circulação lateral sugerido

por Fischer (1972), observado e explicado por Hamrick (1979) e Wong (1994)

que afirma que, se as variações laterais na batimetria da seção forem levadas

em consideração, o fluxo estuário abaixo tende a se concentrar no canal,

enquanto um fluxo de água mais densa deve existir nos flancos da seção para

compensar a estratificação lateral criada pelo gradiente de salinidade lateral. Li

e O’Donnell (1997) mostraram que esse modo de circulação nem sempre

acontece para estuários estreitos e relativamente rasos, uma vez que o modelo

analítico criado por eles, juntamente com observações de Kjerfve (1978 e

1986), resultou em uma estrutura residual semelhante ao SEI e uma

intensificação nas correntes e fluxos residuais induzidas pela amplitude da

maré.

Diferentemente das estruturas de velocidade verticalmente e

lateralmente heterogêneas, as seções leste e oeste apresentam estrutura

salina homogênea em condições de sizígia e quadratura. Adicionalmente, as

43

estruturas das seções transversais do transporte residual de MPS se mostram

diretamente relacionadas às correntes de maré, uma vez que os fluxos e os

transportes do SEI também são modulados pela fase da lua. O #CL, em

condições de quadratura e sizígia, exporta –0,8 e -2,6 Kg.s -1, respectivamente.

Diferentemente, o #CO importa sedimento (durante a quadratura e exporta, em

menor magnitude, durante a sizígia. Deste modo, existe uma exportação

acumulada de -3,4 Kg.s-1 para o #CL, entre quadratura e sizígia. A seção Oeste

é importadora, entre o mesmo intervalo de tempo, com um valor acumulado de

+0,5 Kg.s-1.

O transporte total de MPS, durante um ciclo semidiurno de maré, para

seção transversal Leste (#CL) foi em direção ao oceano com uma quantidade

exportada de -36,9 toneladas de MPS no ciclo de quadratura, enquanto o #CO

importou +41,5 toneladas de MPS nas mesmas condições. Em sizígia, o #CL

aumentou a exportação de MPS para -120 ton.ciclo -1. Nas mesmas condições,

o #CO deixa de ser importador e se torna exportador de -18,4 toneladas de

MPS. A exportação de MPS pelo #CL é aparentemente paradoxal, uma vez

que não existe suprimento de sedimento para o sistema, no entanto, se

levarmos em consideração a variação entre quadratura e sizígia, o #CO atua

importando MPS. Schettini et al (2013; 2010) mostraram que o estuário do rio

Caravelas, BA, também é exportador de MPS, embora a aporte sedimentar e a

descarga fluvial sejam desprezíveis. Tal fato foi explicado por uma circulação

residual do estuário Nova Viçosa em direção ao rio Caravelas, através de um

canal de interconexão. O transporte residual em direção ao estuário, no #CO,

pode ser explicado pela ação da maré, bombeando sedimento da plataforma

estuário adentro ou uma possível circulação residual entre o Canal de Santa

Cruz, na ilha de Itamaracá, e o canal oeste (#CO) da ilha de Itapessoca.

Os mecanismos responsáveis pelo transporte advectivo de sal e MPS,

durante um ciclo de maré, possuem variabilidade lateral da magnitude e do

sentido nas seções transversais do SEI. Os termos iguais a zero foram

desprezados e os componentes que tiveram mais importância para o transporte

advectivo de sal são mostrados na figura 10. O sumário dos transportes totais

de sal são mostrados na tabela 2.

44

Figura 10. Principais termos que contribuíram para o transporte advectivo de sal (Kg.m -1.s-1)

nas estações hidrográficas através das seções Leste(#CL) e Oeste(#CO), em condições de

quadratura (linha azul) e sizígia(linha vermelha). Valores positivos representam o transporte em

direção ao continente, enquanto os valores negativos representam os transportes para fora do

estuário.

Tabela 2. Transporte total de sal (Kg.m-1.s-1) nas estações hidrográficas das seções transversais leste e oeste do SEI.

Transporte Total Margem Esquerda Meio Margem Direita

Quadratura

Canal Leste -6.5 5.0 -19.5

Canal Oeste -9.5 -4.4 13.3

Sizígia

Canal Leste -16.1 -3.6 -15.5

Canal Oeste -19.6 5.0 13.2

Os principais termos que contribuíram para o transporte advectivo total

de sal foram a descarga fluvial ou residual, a deriva de Stokes e a correlação

de maré. Os transportes totais tiveram distribuição semelhante ao campo de

45

velocidade e as componentes positivas aparecem na margem direita do canal

Oeste o que indica que a entrada de sal ocorre principalmente pela parte mais

rasa da seção transversal. O #CL apresentou transporte total negativo em

condições de quadratura e sizígia e atuou exportando sal.

O transporte advectivo total de MPS ao longo e através dos canais leste

e oeste foi negativo no #CL e positivo no #CO, durante quadratura. Em sizígia,

os dois ambientes apresentaram transporte advectivo total de MPS em direção

ao continente, evidenciando o processo de importação de MPS. Deste modo, o

ambiente, através do transporte advectivo, exporta material pelos dois canais,

enquanto, após a modulação do sistema para condições de sizígia, o ambiente

passa a importar MPS pelos dois canais e com maior intensidade pelo #CO.

Os principais mecanismos responsáveis pelo transporte advectivo total

de MPS, no #CL e no #CO, são mostrados na figura 11 e o transporte total de

MPS é sumarizado na tabela 3. Semelhantemente ao transporte de sal, os

mecanismos que tiveram maior importância para o transporte total de MPS,

entre o estuário e a plataforma, foram a descarga fluvial (ou residual), a deriva

de Stokes e a correlação de maré. No entanto, houve um aumento significativo

da circulação gravitacional em condições de sizígia. Aparentemente, a

descarga residual desempenha um papel fundamental para tornar o #CL

exportador durante quadratura, pois balanceia o transporte resultante da

correlação de maré com sentido positivo, estuário adentro. No #CO, a descarga

fluvial e a correlação de maré foram os principais responsáveis pelo fluxo de

MPS para dentro do estuário. Esse fluxo ocorreu principalmente na margem

direita do #CO.

Tabela 3. Transporte advectivo total de MPS (Kg.m-1.s-1.10-3) nas seções transversais leste e oeste, em condições de quadratura e sizígia, nas margens e nos canais do sistema.

Transporte Total Margem Esquerda Meio Margem DireitaQuadratura

Canal Leste -11.9 5.8 -30.4

Canal Oeste -11.4 -2.6 16.9

Sizígia

Canal Leste -4.5 16.4 0.7

Canal Oeste 20.2 29.3 30.6

46

Figura 11. Principais componentes atuantes no transporte advectivo de MPS (Kg.m-.s-.10-3) do

#CL e do #CO, em todas as estações hidrográficas. A linha azul representa as condições em

quadratura e a vermelha representa as condições em sizígia.

Assim, a descarga fluvial e a correlação de maré, que é a relação entre a

média da velocidade e da concentração de MPS na coluna de água,

desempenham o papel principal no transporte de sal e MPS nesse sistema.

Miranda (2002) afirma que a correlação de maré não deve ser evidente no

transporte advectivo de uma propriedade, uma vez que, se as variações de sal

e MPS forem periódicas e tiverem uma defasagem de 180° em relação à

variação da velocidade, o valor médio da correlação tende a zero. No entanto,

em condições reais, os máximos de sal e MPS ocorrem antes da estofa de

enchente. Nessas condições, o transporte resultante de MPS gerado por esse

termo é estuário acima. Como o desenvolvimento temporal dos fluxos no SEI

foram totalmente assimétricos com dominância de vazante e uma onda com

47

características progressivas, essa correlação de maré é explicada pela

variação lateral no campo de velocidade longitudinal ao estuário.

6. CONCLUSÕES

O sistema estuarino de Itapessoca possui dois canais principais (#CL e #CO)

que se interconectam na zona mais a montante da cabeceira estuarina. Ambos

os canais são classificados como bem misturados e verticalmente homogêneos

em relação a sua distribuição de sal, no entanto, apresentam variações

significantes na distribuição das velocidades e transportes residuais nas seções

transversais experimentais. Após um intensivo experimento de coleta de dados

em condições de quadratura e sizígia no Sistema Estuarino de Itapessoca,PE,

podemos concluir alguns fatos:

- a seção transversal leste (#CL), por possuir uma batimetria menos complexa,

não apresenta variação lateral das suas correntes residuais, da salinidade e do

transporte de MPS, no entanto, exibe circulação gravitacional com um fluxo

bidirecional vertical.

- a seção transversal oeste (#CO), aproximadamente duas vezes maior que a

seção #CL, apresenta batimetria de fundo mais complexa e altera o padrão da

circulação gravitacional bidirecional clássica para tornar o estuário lateralmente

variado com um fluxo verticalmente unidirecional para fora do estuário no canal

e para dentro do estuário na parte mais rasa;

- a concentração de MPS e a salinidade decrescem estuário adentro seguindo

uma relação diretamente linear o que sugere que a fonte do sedimento local

seja a plataforma adjacente, sob influência das correntes de maré;

-O estuário atua como exportador de sedimento e, se levarmos em

consideração o balanço entre quadratura e sizígia, a seção transversal do #CL

exporta tanto em quadratura quanto em sizígia e a seção do #CO importando

mais sedimento, durante a quadratura, do que na sizígia.

- Os principais mecanismos de transporte são a descarga fluvial ou residual, a

deriva de Stokes e a correlação de maré e estes termos variam em magnitude

48

e sentido lateralmente nas seções transversais e essas variações laterais

determinam o transporte total e residual do sistema.

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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