Padrões de circulação e transporte de derivadores simulados nos ambientes da Lagoa Mirim e pluma da Lagoa dos Patos

Abstract

Esta dissertação apresenta estudos sobre o padrão de circulação e transporte dos ambientes da La-goa Mirim e sobre a Pluma da Lagoa dos Patos, baseando-se em uma perspectiva Lagrangeana a partir de simulações hidrodinâmicas. Um módulo de derivadores simulados é usado para obter estimativas da escala de tempo de transito da água da Lagoa Mirim e para obter estimativas do espalhamento radial da Pluma da Lagoa dos Patos.

A Lagoa Mirim é um laguna estrangulada que se conecta à Lagoa dos Patos através do Canal de São Gonçalo, não estando sujeita à influência direta do mar. A Lagoa Mirim é um reservatório natural importante para o abastecimento urbano, para atividades de agricultura e navegação. Três ex-perimentos numéricos usando um modelo bi-dimensional (TELEMAC-2D) com três anos de duração, avaliaram a ação combinada e individual do vento e da descarga rios sobre os padrões de transporte no interior da laguna. A partir do padrão de transporte de derivadores simulados, foram feitas estimativas mensais do tempo de residência de forma regionalizada. Os três experimentos numéricos identifica-ram a descarga dos rios como a principal forçante a controlar a distribuição e variabilidade do tempo de residência. Foi verificado que o vento atua de forma secundária, podendo aumentar ou diminuir o tempo de residência dependendo de sua intensidade e direção. O tempo de residência médio de toda a laguna foi em torno de 180 dias, mas os setores da Lagoa Mirim apresentam diferenças espaciais da ordem de 100 dias conforme a distância da entrada do Canal de São Gonçalo. A variabilidade das condições de circulação também causam variações temporais de até 100 dias em uma mesma região. O setor sul da Lagoa Mirim apresentou um tempo de residência superior à 250 dias, estando sujeito a períodos de estagnação em função do efeito de constrição da descarga fluvial. Enquanto o setor norte apresentou valores menores que 100 dias, não sendo afetando pelos efeitos de constrição dos rios. Dessa forma o setor sul da Lagoa Mirim se apresenta como o mais vulnerável a ser impactado por poluentes devido ao seu maior grau de estagnação.

A Pluma da Lagoa dos Patos é uma pluma de pequena escala cuja dinâmica da sua descarga é controlada fortemente pela descarga dos rios e pelo vento. De forma que a excursão dessa pluma sobre o ambiente de plataforma interna é caracterizada por uma variabilidade alta. Simulações hi-drodinâmicas não-hidrostáticas tri-dimensionais (TELEMAC-3D) e um módulo Lagrangeano foram usados para estimar o espalhamento radial da Pluma da Lagoa dos Patos, considerando diferentes condições de descarga anual dos rios, a partir de um cenário de alta e baixa descarga. O contraste entre as duas simulações de alta e baixa descarga foi caracterizado por oito parâmetros de escala. No cenário de alta descarga o comprimento e espessura vertical da pluma são aumentados, alterando o equilíbrio entre os processos inerciais e os processos friccionais. Em termos do espalhamento radial, durante o regime de alta descarga o espalhamento paralelo e perpendicular à costa, inferidos a partir da trajetória dos derivadores simulados, foram relativamente maiores quando comparados com o ce-nário de baixa descarga. Para ambos os cenários, o espalhamento paralelo foi sempre maior do que o espalhamento perpendicular à costa, pois as correntes costeiras ao defletir a pluma tendem a restringir o transporte normal à plataforma. Valores típicos observados para o espalhamento paralelo foram entre 10 e 18, valores normalizados referentes ao comprimento inicial da pluma. Dessa forma, em condições similares de vento, a descarga dos rios mostra-se capaz de afetar a forma e intensidade com qual o material transportado pela pluma se espalha sobre o ambiente costeiro e plataforma interna.

This dissertation presents results on the circulation and the transport patterns of the environments of the Mirim Lagoon and Patos Lagoon Coastal Plume, based on a Lagrangean approach through hydrodynamic simulations. A module of simulated drifters is used to make estimates for the transit’s time scale of the Mirim Lagoon and for the radial spreading of the Patos Lagoon Coastal Plume.The Mirim Lagoon are a chocked lagoon connected to the Patos Lagoon through the São Gonçalo Channel, do not subjected to the direct influence of the sea. The Mirim Lagoon is an important water resource for urban, agricultural and navigation purposes. Tree numerical experiments using a two-dimensional model (TELEMAC-2D) performed over three years was used to evaluate the combined and individual of the wind forcing and riverine discharge forcing over the transport patterns of the Mirim Lagoon. The trajectories of simulated drifters was used to make monthly estimative of the residence time for each area of the lagoon. The numerical experiments identified the riverine discharge as the main forcing to controls the distribution of the residence time. While the wind have a secondary role, in-creasing or enhancing the residence time due its intensity and direction. The averaged residence time for the entire lagoon is about 180 days, with differences of 100 days between the each sectors related to the distance from the São Gonçalo Channel entrance. The variability of the circulation also causes temporal variability of about 100 days for a particular area of the lagoon. The southern sector of the Mirim Lagoon presented a residence time higher than 250 days, subject to periods of stronger stagna-tion due backwater effect caused by the riverine discharge. The northern sector presented residence time lower than 100 days, not being subject to the backwater effect occurring upstream. Hence, the southern sector of the Mirim Lagoon was characterized as the most susceptible to be impacted by pol-lutants due its higher stagnation. The Patos Lagoon Coastal Plume is a small scale outflow strongly controlled by the riverine discharge and wind. Which makes the excursion of the plume over the inner shelf environment be highly variable. A non-hydrostatic three-dimensional model (TELEMAC-3D) and a Lagrangean module was used to make estimative of the spreading of the plume at two different discharge conditions. Through eight scale parameters the contrasts between a high discharge and a low discharge year are characterized. At the strong discharge regime the width and thickness of the plume is enhanced, and the balance between the inertial processes and frictional processes are alte-red. The trajectories of simulated drifters showed that the alongshore and cross-shore spreading of the plume are stronger at the higher discharge scenario. For both scenarios the alongshore spreading is always larger than the cross-shore spreading, since the coastal currents restricts the cross-shore transport while bending the plume. Typically values for the alongshore spreading varies between 10 and 18, in terms of the normalized initial plume width. In terms of discharge influence over similar wind conditions, different amounts of riverine discharge showed capable to effect the extent which the material delivered by the plume can spread over the inner continental shelf.