Morfodinâmica da embocadura do Arroio Carahá. Lagoa dos Patos, São Lourenço do Sul - RS

Abstract

Este trabalho apresenta o propósito de investigar os processos costeiros que envolvem o fechamento da foz do Arroio Carahá, situado em São Lourenço do Sul, na margem oeste da Lagoa dos Patos, bem como propor uma obra de fixação da barra que permita a navegabilidade de pequenas embarcações e, assim, avaliar a influência desta estrutura sobre as praias adjacentes. Para tal, inicialmente foi realizado um estudo sobre a evolução da linha de costa através da análise de aerofotografias e imagens de satélite georreferenciadas, referentes aos anos de 1953, 1977 e 2010. Constatou-se a ocorrência de um acentuado processo de retração na margem ao norte da foz do Arroio Carahá, atingindo 1,4 m/ano, assim como a ocorrência de avanço na margem ao sul da foz, com taxa média de 0,18 m/ano. Após, realizou-se o levantamento de vários dados oceanográficos referentes à região que engloba a Lagoa dos Patos, assim como ao específico local de estudo, São Lourenço do Sul. Através das análises de dados de ventos medidos na estação da Praticagem da Barra do Rio Grande, determinou-se o ano representativo (2008) de uma série temporal maior (2004 a 2010). A correlação linear entre dados de ventos da Praticagem e dados de ventos do modelo de reanálise europeu ECMWF mostrou que não há significativa variação espacial do vento sobre a extensa área da Lagoa dos Patos. Parâmetros de ondas (Hs, Tp e Dir) foram adquiridos através do ondógrafo fundeado na Lagoa dos Patos durante o período de 22/01/2015 a 01/07/2015, à aproximadamente 14 km de São Lourenço do Sul. Os valores médios de Hs, Tp e Dir obtidos no verão foram de 0,51 m, 3,2 s e 119º, respectivamente; e no outono foram de 0,36 m, 2,7 s e 137º, concomitantemente. Durante todo período de operação do ondógrafo, ondas mais frequentes ocorreram de leste, com períodos de pico curtos (entre 2 e 3,5 s) e pequenos valores de alturas significativas (até 0,6 m). As séries temporais adquiridas pelo ondógrafo, referentes a março de 2015, auxiliaram no processo de calibração do SWAN, modelo de geração e propagação de ondas que foi aplicado à Lagoa dos Patos. A comparação entre dados modelados e dados medidos resultou em valores de inclinação quadrática média ( ) iguais a 0,89, 0,78 e 0,83, respectivamente, para Hs, Tp e Dir. De um modo geral, o modelo apresentou um bom desempenho, mas com a tendência de subestimar os valores medidos pelo ondógrafo. No entanto, eliminou-se esta tendenciosidade ao se multiplicar os resultados do SWAN pelos fatores de ajuste calculados, os quais são: 1,14, 1,36 e 1,39, concomitantemente, para Hs, Tp e Dir. Após, com séries temporais de vazões do Complexo Guaíba e Rio Camaquã do ano de 2008, com a vazão média do Canal São Gonçalo e com dados de ventos da Praticagem do ano de 2008, realizou-se a simulação do modelo hidrodinâmico da Lagoa dos Patos. A comparação entre dados de variações de níveis dágua medidos no linígrafo de São Lourenço do Sul e os correspondentes dados gerados pela modelagem no mesmo local, mostrou um desempenho satisfatório do modelo, visto que o valor da inclinação quadrática média ( ) é de 0,68. Com o modelo SWAN devidamente calibrado, simulou-se a geração e a propagação de ondas na Lagoa dos Patos para todo ano de 2008 (ano representativo de ventos), registrando parâmetros de ondas (Hs, Tp e Dir) no contorno da grade numérica local (São Lourenço do Sul), os quais foram corrigidos com os respectivos fatores de ajuste. Selecionaram-se 36 cenários (ondas com correspondentes ventos) representativos para atuarem como forçantes do modelo morfológico local. Os 36 casos de ondas selecionados mostraram-se característicos de ambientes de baixa energia, com valores de Hs entre 0,16 e 1,03 m, e de Tp entre 2,05 e 4,54 s. Com a batimetria detalhada da enseada e com o valor médio do D50 das amostras sedimentares coletadas na região, realizou-se a simulação dos 36 cenários representativos no modelo morfológico local. Verificou-se a ocorrência de correntes bidirecionais (SW e NE) com intensidades entre 0,011 m/s e 0,184 m/s. Na margem ao norte da foz, as correntes geradas apresentaram direção para SW em todos os cenários simulados. No entanto, na margem ao sul da foz, surgiram correntes para SW, quando as ondas incidiram com ângulos entre 30º e 150º; e ocorreram correntes com direção oposta (NE) com a incidência de ondas entre os ângulos de 150º e 210º. Constatou-se a formação de uma zona de convergência na foz do Arroio Carahá a partir do encontro das correntes NE da margem sul com as correntes SW da margem norte. As taxas médias de transporte sedimentar obtidas ao longo de três perfis analisados (ao norte da foz, na foz e ao sul da foz) foram de 9 m3/ano/m, 7,3 m3/ano/m e 6,7 m3/ano/m, respectivamente, com sentido de NE para SW. Embora estas taxas apresentem pequenos valores, foram suficientes para realizar o processo de fechamento da foz com a formação da barra arenosa. As condições de baixa energia do ambiente e a vazão do Arroio Carahá, pouco significativa, não permitem remobilizar os sedimentos depositados na foz. Portanto, como a barra arenosa está constantemente formada na foz do Arroio Carahá, as pequenas embarcações apenas navegam pelo canal em condições de cheia da Lagoa dos Patos, quando o seu nível está alto.Por fim, realizou-se a simulação do modelo morfológico por um período de 5 anos, com a implementação de dois molhes perpendiculares à linha de costa e aprofundamento do canal de 1,6 metros. As taxas médias de transporte de sedimentos diminuíram consideravelmente, atingindo valores de 0,45 m3/ano/m e 1,4 m3/ano/m, respectivamente, nos perfis norte e sul. Devido à presença de correntes bidirecionais houve deposição de sedimentos em ambas as margens adjacentes às estruturas, de forma a aumentar a largura das praias nestas regiões. Através da modelagem, constatou-se que a obra é viável, visto que com o comprimento de 400 metros os molhes atingem a profundidade de 1,6 metros na Lagoa dos Patos, onde não há remobilização dos sedimentos (para os casos simulados, com o valor médio do D50).

This thesis investigates the coastal processes that involve the closing of the mouth of the Arroio Carahá, located in São Lourenço do Sul, on the west bank of the Patos Lagoon. From this knowledge it indicates a coastal structure that would allow the navigability of small vessels analyzing the influence of these structures on the adjacent beaches.Thus, it was initially conducted a study on the coastline evolution through aerofotography analysis and geo-referenced satellite images for the years 1953, 1977 and 2010. It found the occurrence of a sharp process of coastal recession on the northern shore of this creek which reached 1.4 m/year, as well as, the occurrence of coastal progradation on the southern shore at an average rate of 0.18 m/year. The sequence took place raising various oceanographic data on the region encompassing the Patos Lagoon, as well as the specific location represented by the city of São Lourenço do Sul. Through the analysis of measured wind data at the Praticagem station of the Patos Lagoon Inlet, it was determined the representative year (2008) of a larger time series (2004-2010). The linear correlation between the Pilot´s station winds and wind data of the European reanalysis ECMWF model showed no significant spatial variation of wind on the large area of the Patos Lagoon.Wave parameters (Hs, Tp and Dir) were obtained through a wave rider anchored in the Patos Lagoon during the period of 01/22/2015 to 01/07/2015, at approximately 14 km from São Lourenço do Sul. The average values of Hs, Tp and Dir obtained in the summer were 0.51 m, 3.2 s to 119o, respectively; and fall were 0.36 m, 2.7 s to 137o concurrently. During the entire time the most frequent waves were from east with short peak periods (between 2 and 3.5 seconds) and small significant height values (up to 0.6 m). The time series acquired by the wave rider, referring to March 2015, helped in the calibration process of SWAN, a generation and wave propagation model that was applied to the Patos Lagoon. The comparison between modeled data and measured data resulted in mean square slope values (SS) equal to 0.89, 0.78 and 0.83 respectively for Hs, Tp and Dir . In general, the model showed a good performance, but with a tendency to underestimate the values measured by the wave rider. However, this bias was removed by multiplying the results calculated by the SWAN adjustment factors, which are: 1.14, 1.36 and 1.39 concomitantly to Hs, Tp and Dir. After with the time series flows of the Guaíba Complex and the Camaquã river ,the average flow of the São Gonçalo Channel and winds of the Pilot´s station all from the 2008 year, the simulation of the hydrodynamic model of the Patos Lagoon was done.The comparison between data variations in water levels measured in São Lourenço do Sul and the corresponding data generated by modeling on the same site showed satisfactory performance of the model, since the value of the mean square slope (SS) is 0.68.With the SWAN model properly calibrated the generation and propagation of waves in the Patos Lagoon for the whole year 2008 (representative year winds) was simulated. The wave parameters (Hs, Tp and Dir) were registered on the boundary of the local numerical grid (São Lourenço do Sul), which were corrected with the corresponding adjustment factors. Thirty six (36) scenarios (waves with corresponding winds) were selected as representative to serve as forcing the local morphological model. The 36 cases of selected wave shown to be characteristic of low-energy environments with Hs values between 0.16 and 1.03 m, and Tp between 2.05 and 4.54 s. With detailed bathymetry of the bay and the average value of D50 of sedimentary samples collected in the region, was held a simulation of the 36 representative scenarios on the local morphological model. It was observed the occurrence of bidirectional currents (NE and SW) with intensities between 0.011 m/s 0.184 m/s. On the shore north of the mouth, the currents generated presented SW direction in all simulated scenarios. However, on the shore south of the mouth, there were currents to SW when the waves focused with angles between 30º and 150º; and there were currents with opposite direction (NE) with the incidence of waves between the angles of 150º and 210º. It was found the formation of a convergence zone at the mouth of Arroio Carahá from the meeting of the two opposite currents NE and SW. The average sediment transport rates obtained over three analyzed profiles (north of the mouth, at the mouth and south of the mouth) were 9 m3/year/m, 7.3 m3/year/m and 6.7 m3/year/m, respectively , with a sense to SW. Although these rates show small values were sufficient to carry out the process of closing the mouth with the formation of sandy bar. The low energy environment conditions and the small flow of Arroio Carahá, do not allow remobilize sediments deposited at the mouth. Therefore, as the sandy bar is constantly formed at the mouth of Arroio Carahá, small boats just sail through the canal when the Patos Lagoon level is high. Finally, the simulation of the morphological model with the implementation of two breakwaters perpendicular to the coastline and deepening of the channel 1.6 meters for a period of five years was done. The average rates of sediment transport decreased considerably, reaching values of 0.45 m3/year/m and 1.4 m3/year/m, respectively, in the northern and southern sections. Due to the presence of bidirectional currents sediment deposition in both adjacent edges of structures occured with the respective increase in width of the beaches. Through modeling, it was found that the structure is feasible, since with the length of 400 meters the jetties reach a depth of 1.6 meters in the Patos Lagoon, where there is no remobilization of the sediments (for the simulated cases, with the average value D50).