Análise hidrodinâmica e morfodinâmica do complexo estuarino do Rio Piranhas-Açu/RN, Nordeste do Brasil

(1)

Centro de Ciências Exatas e da Terra

Programa de Pós-Graduação em Geodinâmica e Geofísica

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

ANÁLISE HIDRODINÂMICA E MORFODINÂMICA DO

COMPLEXO ESTUARINO DO RIO PIRANHAS-AÇU/RN,

NORDESTE DO BRASIL.

Autora:

CAMILA HYSLAVA CAMPOS SOARES

Orientadora:

Drª. HELENICE VITAL

Dissertação n.º 108/PPGG.

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CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GEODINÂMICA E GEOFÍSICA

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

ANÁLISE HIDRODINÂMICA E MORFODINÂMICA DO

COMPLEXO ESTUARINO DO RIO PIRANHAS-AÇU/RN,

NORDESTE DO BRASIL

Autora:

Camila Hyslava Campos Soares

Dissertação apresentada no dia 28 de fevereiro de 2012 ao Programa de Pós-Graduação em Geodinâmica e Geofísica – PPGG, da Universidade Federal do rio Grande do Norte –

UFRN, como requisito à obtenção do Título de Mestre em Geodinâmica e Geofísica.

Comissão Examinadora:

Profa. Dra. Helenice Vital

(DG/PPGG/UFRN

) Prof. Dr. Mario Pereira da Silva (DGEF/UFRN) Profa. Dra. Odete Fátima Machado da Silveira (UFPA)

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PPGG-2012 Análise Hidrodinâmica e Morfodinâmica do Complexo Estuarino do rio Piranhas-Açu/RN, Nordeste do Brasil. Esta Dissertação de Mestrado foi desenvolvida na Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN) no âmbito do Programa de Pós-Graduação em Geodinâmica e Geofísica, tendo sido subsidiada pelos seguintes agentes financiadores:

 Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustível (ANP), Financiadora de Estudos e Projetos – FINEP e PETROBRAS, por meio do Programa de Recursos Humanos da ANP para o Setor Petróleo e Gás (PRH-ANP/MCT);

 Programa de Formação em Geologia, Geofísica e Informática para o Setor Petróleo e Gás na UFRN (PRH22)

 PROJETO SISPLAT – “Mapeamento geológico/sedimentológico e caracterização geofísica da Plataforma Continental adjacente a Bacia Potiguar”

(REDE 05/ FINEP/ CNPq/ CTPETRO /MARINHA DO BRASIL / PETROBRAS);

 PROJETO POTMAR – “Caracterização geológico-geomorfológica e monitoramento da dinâmica costeira da Plataforma Continental da Bacia

Potiguar” (REDE 05/ FINEP/ CNPq/ CTPETRO/ PETROBRAS);

 Projeto PETRORISCO (REDE 05/FINEP/CNPq/CTPETRO/PETROBRAS);

 Programa Estratégico em Ciências do Mar 207-2010 (CAPES)

 Auxilio PQ CNPq - Caracterização Geológica e Geofísica de áreas submersas rasas do Estado do Rio Grande do Norte (Processo no. 303481/2009-9).

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA

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PPGG-2012 Análise Hidrodinâmica e Morfodinâmica do Complexo Estuarino do rio Piranhas-Açu/RN, Nordeste do Brasil.

Live and Let it Die.

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AGRADECIMENTOS

Ao Programa de Pós-Graduação em Geodinâmica e Geofísica – PPGG, da Universidade Federal do Rio Grande do Norte-UFRN, pela possibilidade de integrar seu corpo discente.

A Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustível (ANP), Financiadora de Estudos e Projetos – FINEP e PETROBRAS, por meio do Programa de Recursos Humanos da ANP para o Setor Petróleo e Gás, PRH-ANP 22/MCT, pela concessão da Bolsa de Mestrado.

A FINEP, PETROBRAS, CAPES e CNPq, através dos projetos SISPLAT-POTMAR-PETRORISCO (REDE 05-PETROMAR), PE Ciências do Mar 207-10 e Auxilio PQ pelo suporte financeiro.

E mais um ciclo se completou para o início de um novo rumo. Foram sete anos no laboratório de pesquisa e nove anos de UFRN, e ao longo deste caminho pude contar com os ensinamentos, auxílio, boa vontade, companhia, amizade e compreensão de pessoas que se fizeram importantes, de forma breve ou contínua. Se com a razão ou com o coração você sabe que colaborou com a conclusão desta fase, sinta-se muito agradecido. E não se sinta subestimado caso seu nome não esteja explícito abaixo.

A Deus, por tudo o que sou e por todas as conquistas e mais esta vitória em minha vida. Obrigada Senhor!

A profª Drª Helenice Vital, quem me orientou e a quem sou e serei grata pelo conhecimento compartilhado, confiança e pelas inúmeras oportunidades e caminhos oferecidos.

Aos todos os que fazem parte do Departamento de Geologia-UFRN, sobretudo aos funcionários Marcone e Maria do Céu.

A melhor secretária do mundo do secretariado: Nilda Araújo Lima!

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PPGG-2012 Análise Hidrodinâmica e Morfodinâmica do Complexo Estuarino do rio Piranhas-Açu/RN, Nordeste do Brasil. A toda a equipe do Laboratório de Geoprocessamento da UFRN pelas imagens cedidas, soluções de T.I. e pelos momentos de descontração.

Aos mocinhos e mocinhas do curso que tive a satisfação de conhecer, estudar, viajar para campo, compartilhar a mesma sala de pós-graduando, a mesma impressora, as mesmas aflições, o mesmo café, resenhar, brindar e estar ao lado nos banquinhos do curso: Alexandre, Andressa, Aryane, Bruninho, Bruno Pereira, Camila Almeida, Cristiane, Danizinha, Fátima, Iara, João Marculino, Marielli, Poliana, Rejanne.

With a little help from my friends agradeço aos editores ortográficos, científicos

e consultores de GIS Dalton Valentim, Moab Praxedes, Sávio Lunna e Williame Cocentino.

Aos meus queridos amigos: Aureliano, Heriscarth, Leonardo e Tadeu. A Fatinha, uma grande profissional e amiga.

As fadinhas e agregadas Alinne, Danielle, Elaine, Gabriela, Joana, Lara e Marabeth.

A minha grande família (pai, irmãos, avôs, tios, tias, primos, primas e sobrinho) dádiva de Deus.

A Ângela Maria da Silva, meu anjo em forma de mainha. Palavras e gestos são insuficientes para traduzir o quão importante tu és. Dedico a ti esta dissertação.

(7)

RESUMO

Este trabalho teve como objetivo a caracterização sazonal da morfologia, sedimentologia e hidrodinâmica dos estuários Açu, Cavalos e Conchas. Estes estuários

estão inseridos numa região semi-árida e compõe a desembocadura do Rio Piranhas-Açu,

maior bacia hidrográfica do Estado do Rio Grande do Norte. Compreendem um ambiente

constituído por planície de inundação flúvio-marinha, ecossistema de manguezal, bancos arenosos, campos de dunas, pontais e praias arenosas, onde os processos costeiros atuantes são ressaltados principalmente pela dinâmica das modificações nas estruturas morfológicas ali presentes. Adjacente as unidades naturais, as principais atividades socioeconômicas locais são constituidas pela indústria petrolífera, salineira, carcinicultura, pesqueira e

turística, também dependentes deste rio e da sua conservação. O monitoramento ambiental

desta região se faz portanto necessário por se tratar de uma área sob constante ação dos processos costeiros e com alto risco ao derramamento de óleo. A aquisição de dados hidrodinâmicos, sonográficos e sedimentológicos foi realizada em duas campanhas: uma no período seco de 2010 e outra no período chuvoso de 2011, utilizando respectivamente, perfilador de correntes por efeito Doppler- ADCP, sonar de varredura lateral e amostrador pontual Van Veen. Nestes estuários foram identificadas feições de

fundo do tipo Leito Plano e Dunas 2-D e 3-D (pequeno a médio porte), geradas em regime de fluxo inferior (número de Froude <1). Estruturas do tipo marcas onduladas

(ripples) foram observadas somente na foz do estuário Açu. Os maiores valores de

vazão e velocidade do fluxo foram registrados no estuário Açu (434,992 m³.s-¹ e 0,554 m.s-¹). No período chuvoso foram registrados os maiores valores de descarga e velocidades do fluxo na região da foz. Entretanto, na montante as taxas de energia não diferenciaram muito dos dados obtidos no período seco. Contudo, foi registrado nos três estuários um aumento na velocidade e na vazão durante o período chuvoso, com ressalva na vazão no estuário Açu e na vazão na foz do estuário Conchas. Os sedimentos presentes nos estuários variaram de areia muito fina a areia muito grossa, sendo a fração areia média a mais recorrente. Em geral a granulometria aumentou em direção a foz dos estuários. Com base na análise e interpretação dos dados adquiridos os estuários Açu, Cavalos e Conchas foram classificados como dominados por processos misto de ondas e marés. De acordo com a morfologia foram classificados como estuários construídos por barra e segundo a classificação por salinidade, os estuários Açu, Cavalos e Conchas foram classificados como estuários hipersalinos. Adicionalmente o estuário Açu também foi classificado como verticalmente bem misturado do tipo C.

(8)

ABSTRACT

The aim of this study was the seasonal characterization of the morphology, sedimentology and hydrodynamic of the Açu, Cavalos and Conchas estuaries. These estuaries are inserted in a semi-arid climate area and form the mouth of the hydrographic basin of the Piranhas-Açu river, that represent the discharge of the largest watershed in the state. They are embedded in an environment consisting of a fluvial-marine floodplain, mangrove ecosystem, sandbanks, fields of dunes, spits and sandy beaches. Adjacent to the natural units are the main local socioeconomic activities (oil industry, salt industry, shrimp farming, fishing and tourism) are dependent on this river and its conservation. The environmental monitoring is necessary because it is an area under constant action of coastal processes and at high risk of oil spill. The acquisition and interpretation of hydrodynamic, sonographic and sediment data was conducted in two campaigns, dry season (2010) and rainy season (2011), using respectively the current profiler ADCP Doppler effect, the side-scan sonar and Van Veen sampler. In these estuaries: Açu, Cavalos and Conchas were identified the following types of bedforms: flatbed and Dunes 2-D and 3-D (small to medium size), generated at lower flow regime (Froude number <1). Structures such as ripples were observed in the Açu estuary mouth. The higher values of flow discharge and velocity were recorded in the Açu estuary (434,992 m³.s-¹ and 0,554 m.s-¹). In rainy season, despite the record of highest values of discharge and flow velocities at the mouth, the energy rates upstream did not differ much from the data of the dry season. However, in all estuaries were recorded an increase in speed and flow, with reservation to the flow in the Açu estuary and flow at the mouth of the Conchas estuary. Sediment grain sizes tend to increase towards the mouth of the estuary and these ranged from very fine sand to very coarse sand, medium sand fraction being the most recurrent. Based on the data acquired and analyzed, the estuaries Açu, Cavalos and Conchas are classified as mixed , dominated by waves and tides. According to their morphology, they are classified as estuaries constructed by bar and according to the classification by salinity, estuaries Conchas and Cavalos were ranked as hypersaline estuaries, and Açu as hypersaline and vertically well mixed type C.

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Sumário

Agradecimentos ... iv

Resumo ... vi

Abstract ... vii

Sumário ... viii

Lista de Figuras ... x

Lista de Tabelas ... xii

Lista de Sigla ... xiii

1 INTRODUÇÃO 01

1.1Apresentação e Objetivos 01 1.2Localização e Vias de Acesso 02 1.3Aspectos Fisiográficos 03 1.3.1 Clima 03

1.3.2 Precipitação 04

1.3.3 Hidrografia 05

1.3.4 Solo 07

1.3.5 Relevo 07 1.3.6 Vegetação 08 1.4Processos Costeiros 09

1.4.1 Ventos 09 1.4.2 Correntes Marinhas 09

1.4.3 Ondas 10 1.4.4 Marés 10 2 MATERIAIS E MÉTODOS 11 2.1Introdução 11 2.2Fase Pré-Campo 11 2.3Fase Campo 12

2.3.1 Aquisição dos dados 14

2.3.1.1Dados Sonográficos 14 2.3.1.2Dados Hidrodinâmicos 17

2.3.1.3Dados Sedimentológicos 21 2.4Fase Pós-Campo 22 2.4.1 Filtragens e Processamento dos Dados Coletados 22

2.4.1.1Sonográficos 23 2.4.1.2Hidrodinâmicos 23

2.4.1.3Sedimentológicos 25 2.4.2 Confecção de Mapas Temáticos 27 2.5Interpretação e Integração 27

2.5.1 Confecção da Dissertação de Mestrado 27 3 CARACTERIZAÇÃO GEOLÓGICA 28

3.1Introdução 28 3.2Evolução Tectono-Sedimentar e Litoestratigrafia 29

3.3Geologia da Área no Contexto da Bacia Potiguar 32

(10)

4.1.1 Período Seco 38

4.1.2 Período Chuvoso 43

4.2Dados Hidrodinâmicos 48

4.2.1 Período Seco – Dados Longitudinais 48

4.2.1.1Quanto a Vazão 49

4.2.1.2Quanto a Velocidade 50

4.2.1.3Quanto a Direção 52

4.2.2 Período Chuvoso – Dados Longitudinais 53

4.2.2.1Quanto a Vazão 54

4.2.2.2Quanto a Velocidade 55

4.2.2.3Quanto a Direção 57

4.2.3 Período Seco – Dados Transversais 57 4.2.4 Período Chuvoso – Dados Transversais 62

4.3Dados Sedimentológicos 64

4.3.1 Período Seco 64

4.3.2 Período Chuvoso 66

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS 68

5.1 Conclusões 68

5.2 Recomendações 74

6 REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA 75

(11)

Lista de Figuras

Figura 1.1 – Localização da área de estudo dos estuários do Rio Piranhas-Açu ... 03

Figura 1.2 – Mapa da temperatura mínima, média e máxima do estado do RN ... 04

Figura 1.3 – Gráfico da normal climatológica para Macau dos anos de 1914 a 2008 ... 04

Figura 1.4 – Gráficos de precipitação anual em Macau-RN ... 05

Figura 1.5 – Mapa da rede hidrográfica da região de estudo e áreas adjacentes. ... 06

Figura 1.6 – Mapa dos lineamentos da região de estudo ... 07

Figura 1.7 – Mapa geomorfológico simplificado da área. ... 08

Figura 1.8 – Gráfico da intensidade e direção dos ventos na região de Macau-RN. ... 09

Figura 1.9 – Direção de chegada de ondas e altura significativa em metros... ... 10

Figura 2.1 – Fluxograma discriminando as atividades executadas na dissertação ... 11

Figura 2.2 – Logística de campo e equipamentos utilizados ... 13

Figura 2.3 – Localização do caminhamento de aquisição dos dados nos estuários ... 13

Figura 2.4 –Tela da aquisição dos dados sonográficos ... 15

Figura 2.5 – Localização dos perfis longitudinais e transversais adquiridos com o sonar ... 15

Figura 2.6 – Ilustração esquemática da aquisição dos dados sonográficos ... 16

Figura 2.7 – Pontos medidos com a ADCP nos perfis longitudinais e transversais ... 17

Figura 2.8 – Configurações gerais do programa WinRiver Acquire. ... 18

Figura 2.9 – Configurações gerais quanto a área, do programa WinRiver Acquire. ... 19

Figura 2.10 – Comportamento da onda acústica pelo material em suspensão ... 19

Figura 2.11 – Desenho esquemático do percurso de um perfil transversal ... 20

Figura 2.12 – Cálculo simplificado da vazão ... 21

Figura 2.13 – Coleta de amostras utilizando a draga pontual Van Veen ... 22

Figura 2.14 – Mapa de localização das amostras coletadas em novembro de 2010. ... 22

Figura 2.15 – Janelas das etapas do processamento dos dados sonográficos ... 24

Figura 2.16 – Janelas das etapas do processamento dos dados hidrodinâmicos. ... 25

Figura 2.17 – Metodologia na análise das amostras sedimentológicas. ... 26

Figura 3.1 – Mapa de Localização da Bacia Potiguar ... 28

Figura 3.2 - Compartimentação do litoral setentrional e sistemas regionais de falhas ... 29

Figura 3.3 - Carta litoestratigráfica da Bacia Potiguar ... 31

Figura 3.4 – Mapa geológico simplificado para a área de estudo ... 32

Figura 3.5 – Afloramento da Formação Barreiras ... 33

Figura 3.6 – Planícies de maré ao longo do estuário Conchas. Fotos: Gustavo Rocha. ... 34

Figura 3.7 – Depósitos eólicos vegetados ao longo da margem dos rios, Norte da área... 34

Figura 3.8 – Depósitos eólicos, ao Norte da área de estudo, foz do estuário Conchas. ... 35

Figura 4.1 – Gráfico da velocidade média do fluxo versus a média da granulometria ... 37

Figura 4.2 – Modelo para a geração de dunas 2-D e 3-D ... 38

Figura 4.3 – Mapa simplificado das formas de leito no período seco. ... 39

Figura 4.4 – Imagens das dunas subaquosas no estuário Açu ... 40

Figura 4.5 – Imagens do leito plano à rugoso no estuário Açu ... 41

Figura 4.6 – Imagens das dunas subaquosas no estuário Cavalos ... 41

Figura 4.7 – Imagens das formas leito plano e bancos no estuário Cavalos. ... 42

Figura 4.8 – Imagens das dunas subaquosas no estuário Conchas ... 42

Figura 4.9 – Imagens das formas leito plano no estuário Conchas ... 43

Figura 4.10 – Mapa das formas de leito simplificado no período chuvoso ... 44

Figura 4.11 – Imagens das dunas subaquosas no estuário Açu ... 45

(12)

Figura 4.13 – Imagens das dunas subaquosas no estuário Cavalos. ... 46

Figura 4.14 – Imagens das formas leito plano no estuário Cavalos ... 46

Figura 4.15 – Imagens das dunas subaquosas no estuário Conchas ... 47

Figura 4.16 – Imagens das formas leito plano no estuário Conchas ... 47

Figura 4.17 – Tábua de maré prevista para o Porto de Macau-RN durante a aquisição. ... 48

Figura 4.18 - Mapas dos valores da vazão no período seco dos estuários ... 49

Figura 4.19 - Mapas dos valores da velocidade no período seco dos estuários ... 51

Figura 4.20 - Gráfico de roseta para a direção do fluxo no período seco dos estuários ... 52

Figura 4.21 - Mapas da direção do fluxo no período seco dos estuários ... 53

Figura 4.22 - Mapas dos valores da vazão no período chuvoso dos estuários ... 55

Figura 4.23 - Mapas dos valores da velocidade no período chuvoso dos estuários ... 56

Figura 4.24 - Gráfico de roseta para a direção do fluxo no período chuvoso dos estuários ... 57

Figura 4.25 - Mapas da direção do fluxo no período chuvoso dos estuários ... 58

Figura 4.26 – Localização dos perfis transversais na foz e na montante dos estuários ... 58

Figura 4.27 – Gráficos da Curva de Vazão para os dados do período seco ... 60

Figura 4.28 – Gráficos da Curva de Velocidade para os dados do período seco ... 61

Figura 4.29 – Gráficos da Curva de Vazão para os dados do período chuvoso. ... 62

Figura 4.30 – Gráficos da Curva de Velocidade para os dados do período chuvoso ... 63

Figura 4.31 – Mapa faciológico novembro 2010 para os estuários ... 65

Figura 4.32 – Mapa faciológico maio 2011 para os estuários Açu, Cavalos e Conchas ... 66

Figura 5.1 - Bloco diagrama para a região do estuário Açu ... 68

Figura 5.2 – Gráfico da relação das formas de leito entre a velocidade média do fluxo... 72

(13)

Lista de Tabelas

Tabela 2.1 –Dados coletados na campanha de Novembro de 2010 (Período seco). ... 14

Tabela 2.2 – Dados coletados na campanha em Maio de 2011 (Período chuvoso). ... 14

Tabela 4.1 – Esquema de classificação recomendada pela SEPM, para formas de leito ... 37

Tabela 4.2 – Principais características das Dunas Subaquosas para os estuários... 38

Tabela 4.3 – Valores de velocidade e vazão dos perfis longitudinais no período seco ... 48

Tabela 4.4 – Valores de velocidade e vazão dos perfis longitudinais no período chuvoso... 54

(14)

Lista de Siglas e Abreviaturas

ADCP –Acoustic Doppler Current Profiler.

ANA – Agencia Nacional de Águas

ANP – Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis. CNPq – Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico. CPRM – Serviço Geológico do Brasil.

CTPETRO – Fundo Setorial de Petróleo e Gás Natural. DHN – Diretoria de Hidrografia e Navegação.

EMPARN – Empresa de Pesquisa Agropecuária do RN. FINEP – Financiadora de Estudos e Projetos.

GGEMMA – Laboratório de Geologia e Geofísica Marinha e Monitoramento Ambiental da UFRN.

GEOPRO – Laboratório de Geoprocessamento da UFRN. DGPS – Sistema de Posicionamento Global Diferencial.

IDEMA – Instituto de Desenvolvimento Sustentável e Meio Ambiente. INMET – Instituto Nacional de Metereologia.

INPE – Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais. MCC- Museu Câmara Cascudo

PETROBRAS – Petróleo Brasileiro S/A.

PETRORISCO – Projeto de Monitoramento Ambiental de Áreas Sob influência da Indústria Petrolífera.

POTMAR – Projeto de Caracterização geológico-geomorfológica e monitoramento da dinâmica costeira da Plataforma Continental da Bacia Potiguar

RN – Rio Grande do Norte.

SAG – Sistema de Análise Granulométrica.

SISPLAT – Projeto Mapeamento geológico/sedimentológico e caracterização geofísica da plataforma continental adjacente a Bacia Potiguar.

(15)

PPGG-2012 Análise Hidrodinâmica e Morfodinâmica do Complexo Estuarino do rio Piranhas-Açu/RN, Nordeste do Brasil. 1 INTRODUÇÃO

1.1 Apresentação e Objetivos

Os estuários são áreas transicionais importantes tanto do ponto de vista científico quanto ambiental e econômico. Neste conjunto encontram-se desde principais cidades até importantes atividades econômicas do país, como também o berçário e desenvolvimento de espécies biológicas. Tal região contempla uma área de transição entre o continente e o oceano, onde são peças encaixantes deste ambiente dinâmico, influenciados principalmente pelas correntes marinhas e fluviais.

Segundo a definição clássica de Pritchard (1955) e Cameron &Pritchard (1963), estuários são corpos de água costeiros, semifechados que têm uma ligação livre com o oceano e nos quais a água do mar se dilui, de forma mensurável, com água doce proveniente da drenagem terrestre. Neste ambiente, a descarga fluvial varia com os

períodos sazonais, enquanto que as massas d’água oceânicas são função da condição das

marés de águas mortas e marés de águas vivas (Cunha, 2005).

A avaliação da morfo- e hidrodinâmica costeira em áreas estuarinas é essencial às atividades desenvolvidas neste ambiente e ao monitoramento ambiental. Nesta região tem-se a mistura das águas fluviais com as águas oceânicas e com elas a mistura também de seus nutrientes dissolvidos e sedimentos em suspensão, gerando ambientes biológicos e geológicos ricos no tocante a vegetação e a fauna, e aos processos hidrodinâmicos e sedimentares existentes.

A área de estudo está situada no rio Piranhas-Açu, delimitada entre os estuários Açu, Cavalos e Conchas, litoral setentrional do estado do Rio Grande do Norte, nordeste do Brasil. Localmente os estuários estão inseridos em um ambiente constituído por uma planície de inundação flúvio-marinha, ecossistema de manguezal, bancos arenosos, campos de dunas, pontais e praias arenosas. A foz destes rios constitui a desembocadura da bacia hidrográfica do rio Piranhas-Açu, a mais extensa do estado que recobre 32.8% deste, ANA (2011).

(16)

PPGG-2012 Análise Hidrodinâmica e Morfodinâmica do Complexo Estuarino do rio Piranhas-Açu/RN, Nordeste do Brasil. O monitoramento ambiental da região se faz necessário por se tratar de uma área sob constante ação dos processos costeiros e com alto risco ao derramamento de óleo. As pesquisas marinhas e ambientais na área fornecem uma base de dados científicos para o desenvolvimento sustentável da zona costeira e para o seu manejo integrado que possuem influência direta das atividades econômicas.

Desta forma, conhecer o substrato dos estuários e a sua dinâmica de transporte detalhadamente é de fundamental importância para a construção de modelos evolutivos. Entendendo, também, que a conservação e o desenvolvimento sustentável da zona costeira estão diretamente relacionados às pesquisas e o conhecimento da área, bem como das intempéries atuantes.

Esta Dissertação de Mestrado teve como objetivo geral a caracterização da dinâmica morfossedimentar dos estuários Açu, Cavalos e Conchas, componentes do complexo sistema estuarino do rio Piranhas-Açu, através do monitoramento ambiental sazonal. E como objetivos específicos: i) Aquisição e interpretação de dados hidrodinâmicos (intensidade e direção das correntes); ii) Levantamento sonográfico associado à coleta de sedimentos de fundo em diferentes períodos (período de seca e de chuva) em um mesmo tipo de maré (sizígia).

A escolha do estudo neste ambiente transicional foi definida com base na atuação dos processos costeiros versus interferência das atividades econômicas, e pela

carência de dados sobre tais estuários. Espera-se com os resultados obtidos subsidiar o monitoramento ambiental de áreas com alto risco ao derramamento de óleo. Nesta região a indústria petrolífera está presente tanto na prospecção como na exploração, com poços, cavalos mecânicos e dutos de óleo, inclusive na planície de inundação e parte costeira. Tal atividade oferece riscos de contaminação de resíduos da indústria de petróleo e gás presentes tanto em mar quanto em terra. Conhecer os processos estuarinos e costeiros dominantes na região irá subsidiar ao manejo da ocupação nas áreas em que a empresa petrolífera atua, bem como contribuir para o gerenciamento costeiro da região.

Esta pesquisa encontra-se inserida nos objetivos gerais dos projetos SISPLAT, POTMAR e PETRORISCO, integrantes da REDE 05 -“Monitoramento de Áreas de

(17)

PPGG-2012 Análise Hidrodinâmica e Morfodinâmica do Complexo Estuarino do rio Piranhas-Açu/RN, Nordeste do Brasil. (FINEP-PETROBRAS), PE Ciências do Mar 207-2010 (CAPES) e AUX PQ 303481/2009-9 (CNPq).

1.2 Localização e Vias de Acesso

A área de estudo está inserida na extremidade Norte da bacia hidrográfica do rio Piranhas-Açu Os estuários Açu, Cavalos e Conchas estão situados geograficamente entre os municípios de Macau e Porto do Mangue, litoral setentrional do Rio Grande do Norte, nordeste do Brasil.

O acesso ao local foi realizado pela BR-406 (Natal – Macau), RN-118 (Macau –

Carnaubais), RN-404 (Carnaubais – Porto do Mangue).

As coordenadas que limitam a área foram definidas em UTM (Universal Transverse Mercator), DATUM WGS-84, zona 24S: 746000m E a 9434000m Ne

762600m E a 9441500m N(Figura 1.1).

Figura 1.1 – Localização da área dos estuários Açu, Cavalos e Conchas, Rio Piranhas-Açu/RN, Nordeste do Brasil. Imagens: Google Earth (2010).

1.3 - Aspectos Fisiográficos

Segundo dados de órgãos estaduais e nacionais: ANA (2011), ANP (2006), CPRM (2006), EMPARN (2011), IDEMA (2008), INMET (2012) e INPE (2012), os municípios de Macau e Porto do Mangue apresentam os seguintes aspectos fisiográficos:

1.3.1 Clima

(18)

PPGG-2012 Análise Hidrodinâmica e Morfodinâmica do Complexo Estuarino do rio Piranhas-Açu/RN, Nordeste do Brasil. A proximidade da linha do equador com a localização da área de estudo faz com que o clima seja descrito como muito quente, semiárido, com baixas taxas de pluviosidade e altas taxas de evaporação. Na figura 1.2 pode-se observar que a área esta inserida na zona com as maiores temperaturas do estado. A temperatura média anual é de 26,8ºC, com máxima de 31ºC e mínima de 21ºC. A umidade média relativa anual é de 66%.

De acordo com os registros da Estação Meteorológica de Macau, as médias anuais de insolação são de 2600 horas/ano e 7,22 horas/diárias especialmente entre agosto e janeiro.

Figura 1.2 – Mapa de temperatura mínima, média e máxima do estado do RN, com destaque para o município de Macau. Fonte: EMPARN (20.11.2011).

1.3.2 Precipitação

(19)

Figura 1.3 – Gráfico da normal climatológica para Macau dos anos de 1914 a 2008, dados fornecidos pela EMPARN (29.11.2009).

(20)

Figura 1.4 – Gráficos de precipitação anual em Macau-RN, retirados do sítio do INMET (06.01.2012). A) Ano de 2010. B) Ano de 2011.

1.3.3 Hidrografia

A Bacia hidrográfica Piranhas-Açu localiza-se nos estados da Paraíba e RN, cobrindo uma área aproximada de 44.000 Km², dos quais 40,6% do total da bacia está inserida no RN, ocupando 32,8% da superfície estadual. O rio nasce na Paraíba, na Serra de Piancó

A

(21)

PPGG-2012 Análise Hidrodinâmica e Morfodinâmica do Complexo Estuarino do rio Piranhas-Açu/RN, Nordeste do Brasil. e desemboca próximo ao município de Macau-RN. O abastecimento humano é o principal papel da bacia hidrográfica, visto que o RN possui mais de 85% do seu território inserido na região semiárida e 1.101 açudes estão conectados a este rio.

O rio é classificado como perene, e o seu fluxo é assegurado por dois reservatórios: o Coremas, na Paraíba, com capacidade de 1,360 bilhões de m³ e a barragem Armando Ribeiro Gonçalves, no RN, com 2,400 bilhões de m³, ANA (2011). Os seus principais canais fluviais tem formato raso e estreito. Os rios Casqueiras, Conceição, Cavalos e Conchas (Figura 1.5) possuem reduzida vazão devido a barragens em seu curso. Miranda (1983) e Silva & Amaro (2008) observaram que as drenagens seguem a orientação NE e NW, associadas ao controle estrutural da área (Figura 1.6).

Figura 1.5 – Mapa da rede hidrográfica da região de estudo e áreas adjacentes. Compilado de Silva (2009).

(22)

Figura 1.6 – Mapa dos lineamentos a partir de dados CBERS-2/CCD de 2007, da região de estudo e áreas adjacentes. Compilado de Silva (2009).

1.3.4 Solo

Segundo Mascarenhas et. al. (2005), os principais solos existentes e

identificados são:

- Areias Marinhas Quartzozas Distróficas: Textura arenosa constitui solos de sedimento de origem marinha e estuarina.

- Latossolo Vermelho Amarelo Eutrófico: Possui textura média, fertilidade média a alta, bem a fortemente drenado com relevo plano, muito profundo e poroso.

- Solonchak Solonético: Possui alta salinidade, mal drenado e relevo plano. São áreas com o solo coberto pela vegetação de mangue.

- Solos Aluviais Eutróficos: Possuem uma textura argilo/arenosa, argilosa ou arenosa, fertilidade natural alta, profundidade mediana, imperfeitamente a moderadamente drenados, relevo plano.

1.3.5 Relevo

De acordo com Mascarenhas et. al. (2005), o relevo na região é constituído em

geral por altitude com menos de 100 metros, bastante plano, identificando-se as seguintes morfologias (Figura 1.7):

(23)

PPGG-2012 Análise Hidrodinâmica e Morfodinâmica do Complexo Estuarino do rio Piranhas-Açu/RN, Nordeste do Brasil. - Dunas. Presentes na região mais próxima da costa, fixas ou móveis, são produtos do retrabalhamento dos sedimentos vindo do transporte eólico e marinho.

- Tabuleiros Costeiros. Relevos planos de baixa altitude, dominado também por planaltos rebaixados, próximo ao litoral.

- Chapada do Apodi. Áreas planas com elevações formadas por terrenos sedimentares, cortados pelos rios Apodi-Mossoró e Piranhas-Açu.

Figura 1.7 – Mapa geomorfológico simplificado da área. Compilado de Silva & Amaro (2008).

1.3.6 Vegetação

Segundo IBAMA (1992), podem ser identificadas na área as seguintes unidades de vegetação:

- Caatinga Hiperxerófila. Vegetação mais seca, com predominância de cactáceas e plantas de porte baixo e espalhadas.

- Carnaubal. Vegetação natural com predominância de palmeira e carnaúba.

- Vegetação Halófila. São plantas de espécie herbácea e rasteira que vive em solo com alta concentração de sais.

- Vegetação de manguezal. Encontrada nas proximidades aos canais de maré, leito de rios e lagunas (Avicenia e Ryzophora).

- Gramínea. Vegetação rasteira, encontrada em dunas, predominantemente restingas.

(24)

PPGG-2012 Análise Hidrodinâmica e Morfodinâmica do Complexo Estuarino do rio Piranhas-Açu/RN, Nordeste do Brasil. São os processos costeiros os responsáveis pela deposição e/ou erosão sedimentar ao longo do litoral. Os agentes que impulsionam tais processos na modificação e até conservação do cenário na costa setentrional do estado são:

1.4.1 Ventos

Os ventos desta região apresentam direção proveniente de E-NE, denominados Ventos Alísios que sopram na direção equatorial e devido a força de Coriollis são desviados para esquerda, gerando os ventos de SE.

Entre setembro e abril, os ventos na área têm direção E, e entre maio e agosto, direção NE, Nascimento (2009)(Figura 1.8). A máxima velocidade dos ventos medidos na costa é de 9 m/s entre agosto e outubro, com mínima de 4 m/s em abril, Chaves (2005).As direções dos ventos nesta região são controladas também por movimentos sazonais na zona de convergência intertropical.

Figura 1.8 – Gráfico da intensidade e direção dos ventos na região de Macau-RN. Compilado de Nascimento (2009).

1.4.2 Correntes Marinhas

A Corrente Norte Brasileira (North Brazilian Current) flui aproximadamente

paralela a quebra da plataforma, alcançando velocidades da ordem de 30-40 cm.s-1, sobreposta por componentes de ondas e marés (Knopper set. al. 1999).

Atuante na costa tem-se as correntes de deriva litorânea, com direção W-NW (oblíqua a costa) com máxima de 97 cm/s na maré de enchente, e com direção N (perpendicular a oblíqua a costa) com máxima de 50 cm/s na maré de vazante (Vital, 2009). As correntes são as principais responsáveis pelo transporte de sedimento devido à direção oblíqua dos ventos mais fortes ao longo da costa do RN.

(25)

PPGG-2012 Análise Hidrodinâmica e Morfodinâmica do Complexo Estuarino do rio Piranhas-Açu/RN, Nordeste do Brasil. As ondas são geradas na interação dos ventos com a superfície marinha e são responsáveis pela remobilização de sedimentos nas plataformas continentais e na formação de praias. Na área, a energia das ondas é moderada à alta com direção de incidência E, NE e SE, atingindo alturas de 10 a80 cm e período entre 4 e 8 segundos (Figura 1.8). Para todo o ano a arrebentação é do tipo mergulhante (Chaves et. al. 2006).

A região da costa é caracterizada como dominada por processos mistos de ondas e marés (Vital, 2009).

Figura 1.8 – Direção de chegada de ondas e altura significativa em metros. Fonte: INPE/CPTEC (20.11.2011).

1.4.4 Marés

As forças das marés e ondas são fatores responsáveis na dinâmica costeira, pelos depósitos de praia e estuarinos.

Em relação à maré, tem-se um regime de meso-maré semi-diurna, com altura máxima na sizígia de 2,7m e na quadratura de 2,0m, Vital (2005).Na foz do Rio Açu foi registrada uma máxima de 3,3 m durante maré de sizígia e mínima de 1,2 m durante maré de quadratura (Rocha et. al. 2009). Em Porto do Mangue o nível relativo máximo

(26)

PPGG-2012 Análise Hidrodinâmica e Morfodinâmica do Complexo Estuarino do rio Piranhas-Açu/RN, Nordeste do Brasil. 2 MATERIAIS E MÉTODOS

2.1 Introdução

Na elaboração desta dissertação, as atividades foram sistematizadas em três fases principais, Fase Pré-Campo, Fase Campo e Fase Pós-Campo, que foram essenciais como subsídio ao embasamento da caracterização dos estuários, bem como para a construção do referido trabalho.

O fluxograma abaixo (Figura 2.1) esquematiza as atividades realizadas em cada fase. A metodologia utilizada para cada atividade está descrita, respectivamente, por fase.

Figura 2.1 – Fluxograma discriminando as atividades executadas para a realização da dissertação.

2.2 Fase Pré-Campo

(27)

PPGG-2012 Análise Hidrodinâmica e Morfodinâmica do Complexo Estuarino do rio Piranhas-Açu/RN, Nordeste do Brasil. - Pesquisas bibliográficas em periódicos, livros, relatórios, teses e dissertações sobre a geologia, geomorfologia, geofísica e oceanografia direcionadas a área de estudo, a metodologia empregada, bem como sobre os equipamentos a serem utilizados.

- Seleção de imagens aéreas e de satélite para geração de mapas de localização. As imagens Google foram extraídas através do programa Google Earth e georreferenciadas

pelo sistema de coordenadas da projeção UTM, Zona 24S e DATUM WGS-84. Também foram utilizadas imagens IKONOS e QuickBird, cedidas pelo laboratório

GEOPRO/UFRN.

- Testes com os equipamentos para calibração e verificação do funcionamento dos mesmos, bem como para o aprendizado do manuseio dos equipamentos pela equipe de campo.

- Escolha do período e estratégia de aquisição dos dados, da embarcação mais adequada (incluindo adaptação para instalação dos equipamentos) de acordo com as condições de campo.

2.3 Fase Campo

A Fase Campo foi dividida em dois períodos, o primeiro em novembro de 2010 e o segundo em maio de 2011, com o objetivo de dimensionar a variação sazonal dos estuários entre o período seco e chuvoso na área, correlacionar às feições de fundo encontradas com a intensidade do fluxo, bem como analisar o material sedimentológico local.

Para isso utilizou-se simultaneamente o perfilador de corrente por efeito Doppler

(Acoustic Doppler Current Profiler) e o sonar de varredura lateral (SideScan Sonar),

acoplado a um DGPS modelo Furuno (GP-31), tendo como referência o Datum WGS-84 zona 24S. Na coleta das amostras utilizou-se a draga pontual do tipo Van Veen. Tais

equipamentos foram cedidos pelo Laboratório de Geologia e Geofísica Marinha e Monitoramento Ambiental-GGEMMA/UFRN. Como meio flutuante foi utilizada uma embarcação pesqueira alugada no local (Figura 2.2).

(28)

PPGG-2012 Análise Hidrodinâmica e Morfodinâmica do Complexo Estuarino do rio Piranhas-Açu/RN, Nordeste do Brasil. sizígia. As datas e os horários para coleta em campo foram definidos com base nos dados de maré disponíveis no sitio da DHN para o Porto de Macau-RN.

Figura 2.2 – Logística de campo e equipamentos utilizados. A) Embarcação utilizada; B) Visualização dos dados sonográficos, hidrodinâmicos e posicionamento; C) Sonar de varredura

lateral; D) Antena do DGPS; E) Perfilador de corrente por efeito Doppler (ADCP).

Em cada estuário foram realizados três perfis, um perfil longitudinal ao estuário (acompanhando o canal principal) e dois perfis transversais, sendo um no interior do estuário e outro na foz (Figura 2.3). As tabelas 2.1 e 2.2 apresentam mais detalhes dos dados totais coletados.

Figura 2.3 – Localização do caminhamento de aquisição dos dados nos estuários Açu, Cavalos e

Conchas do Rio Piranhas-Açu/RN, Nordeste do Brasil. Imagens: Google Earth (2010). As linhas tracejadas vermelhas representam os perfis longitudinais. O local dos perfis transversais

(montante e foz) está simbolizado pelas linhas pontilhadas amarelas.

A

B

C

(29)

Tabela 2.1 - Dados coletados em Novembro de 2010 (Período seco).

Tabela 2.2 - Dados coletados em Maio de 2011 (Período chuvoso).

2.3.1 Aquisição dos dados 2.3.1.1 Dados Sonográficos

Os dados sonográficos foram coletados através de um sonar de varredura lateral, da marca Edgetech, modelo 4100 e towfish 272-TD. O equipamento é composto por três

unidades: o peixe (“towfish”, parte submersa, responsável por transmitir e captar o sinal

acústico); a caixa amarela (onde o sinal do dado é processado); o cabo (responsável por conduzir os dados do peixe à caixa amarela). Para a visualização e armazenamento dos dados utilizou-se um computador portátil.

Os dados foram adquiridos na frequência de 500 kHz (maior a frequência, maior a resolução, menor comprimento de onda e menor penetração) e extensão de varredura variando de 75 a 25m. O peixe foi rebocado numa velocidade média de 2m/s, a uma distância aproximada de 1m da embarcação devido à baixa profundidade dos estuários. Na aquisição dos dados foi utilizado o programa Discover 4100 do fabricante do

equipamento (Figura 2.4).

O caminhamento dos perfis seguiu o sentido longitudinal e transversal do canal principal de cada estuário (Figura 2.5).

Do princípio da aquisição

(30)

PPGG-2012 Análise Hidrodinâmica e Morfodinâmica do Complexo Estuarino do rio Piranhas-Açu/RN, Nordeste do Brasil. emissão de um sinal acústico de alta frequência, em intervalos de tempo regulares, por dois transdutores submersos, que também irão receber o sinal oriundo da reflexão da superfície de fundo, o backscattering, Souza (2006).

Figura 2.4 – Tela da aquisição dos dados sonográficos a partir do programa Discover4100, evidenciando a frequência e a extensão da varredura utilizada.

Figura 2.5 – Localização dos perfis longitudinais e transversais (linhas azuis) adquiridos como sonar de varredura bilateral. Figura gerada no programa SonarWiz. Imagem IKONOS,

cedida pelo GEOPRO/UFRN.

Tais transdutores (emissor e receptor) são constituídos por conjuntos de pastilhas piezelétricas, responsáveis pela conversão da energia elétrica original em energia mecânica (vibrações) que irá se propagar na coluna d’água, e vice-versa, Souza(2006).

Porto do

Mangue

(31)

PPGG-2012 Análise Hidrodinâmica e Morfodinâmica do Complexo Estuarino do rio Piranhas-Açu/RN, Nordeste do Brasil. Os feixes, beams, são estreitos, porém compridos lateralmente, conferindo a

estes uma alta resolução e uma ampla faixa de varredura.

As imagens são uma representação gráfica de como o sinal acústico interage

com o material que compõe a superfície abaixo da coluna d’água (Figura 2.6). A partir

da emissão de feixes de onda acústica, estes irão propagar-se com um ângulo X de incidência até encontrar-se com a superfície marinha. (Baptista Neto et. al. 2004). A

maioria da energia é refletida na direção especular. Outra parte da energia será refletida ao longo de outros ângulos. Dependendo do terreno, um pouco da energia será perdida/absorvida no fundo do mar e apenas uma pequena porção será refletida de volta para o sonar. No sinal de retorno, backscatter, estão às informações da superfície

imageada, Blondel (2009).

Figura 2.6_–Ilustração esquemática da aquisição dos dados (o sonar sendo rebocado pela embarcação) e o imageamento da superfície submersa.

As variáveis que afetam o sinal do backscatter, sinal refletido, e provocam

mudanças no registro são:

(32)

PPGG-2012 Análise Hidrodinâmica e Morfodinâmica do Complexo Estuarino do rio Piranhas-Açu/RN, Nordeste do Brasil. - Quanto ao tipo de sedimento: relacionados a fração granulométrica, sua composição, densidade e/ou rugosidade, Ayres Neto (2001).

As formas submersas existentes são resultados da interação entre o fluído e o substrato sedimentar. O desenvolvimento dessas formas está relacionado com a granulometria do material sedimentar, profundidade e velocidade do fluxo, e a relação existente entre a erosão e deposição em diferentes partes do leito, Della Fávera (2001).

De maneira geral, quanto mais grosso for o sedimento maior será a quantidade de energia refletida. O sedimento na fração areia grossa refletirá mais energia do que um sedimento lamoso, devido a irregularidade e a área de incidência causada por grãos maiores que permitem que a energia incidente em determinados pontos seja preferencialmente refletida.

Entretanto, o registro final é o resultado relativo das energias refletidas. Uma região com areia muito grossa e areia fina apresentará um padrão de reflexão muito semelhante a uma área coberta por areia fina e lama, Ayres Neto (2000).

2.3.1.2 Dados Hidrodinâmicos

Os dados hidrodinâmicos foram coletados a partir do perfilador de correntes por efeito Doppler - ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler), modelo Rio Grande com

quatro transdutores e frequência de 600kHz, da RD Instruments. Na aquisição foi

utilizado o programa WinRiverI do mesmo fabricante. Os dados foram visualizados e

armazenados em um computador portátil.

O equipamento foi fixado na lateral da embarcação, 50 cm abaixo da lâmina

d’água, através de um suporte rígido de alumínio que também o protege. A velocidade

(33)

Figura 2.7 – Pontos medidos com a ADCP nos perfis longitudinais e transversais realizados em novembro de 2010.

Das configurações realizadas (Figura 2.8): Para alguns comandos são necessários ajustes durante a campanha. Comandos como o Modo de Operação, Profundidade do Transdutor, Variação da Declinação Magnética são calibrados apenas uma vez no campo. A leitura do manual do programa é imprescindível para os ajustes nas configurações ao ambiente de campo.

Figura 2.8 – Janela de configurações gerais do programa WinRiverAcquire.

(34)

- “Configuração da ADCP”: o Modo de operação utilizado foi o MODO 5, que é

indicado para medições em ambientes rasos e permite perfis com maior resolução.

- “Dados a serem compensados”: a Profundidade do transdutor em 0.50m e a Variação

da declinação magnética calculada para Macau-RN, de 21º67’.

- “Dispositivos”: ADCP Rio Grande 600 kHz, a frequência do equipamento a ser

utilizado e selecionar a opção do GPS. Das configurações variáveis:

- “Configuração da ADCP”: o tipo de Material de fundo selecionado foi o Silt e Mud, a

fim de adquirir uma melhor resposta na região próxima ao fundo do estuário, a velocidade máxima da água e velocidade máxima da embarcação variaram respectivamente de 1.0 a 2m/s e 1.5 a 2m/s. Os valores de profundidade máxima variaram de 07 a 10m. Na aquisição dos perfis longitudinais foi utilizada a opção

“Paralelo ao curso médio” e para os perfis transversais a opção “Perpendicular ao

ângulo projetado” (Figura 2.9).

Figura 2.9 – Janela de configurações quanto a área do programa WinRiverAcquire.

Do princípio da aquisição

(35)

PPGG-2012 Análise Hidrodinâmica e Morfodinâmica do Complexo Estuarino do rio Piranhas-Açu/RN, Nordeste do Brasil. proporcional a velocidade em que o transdutor e o material em suspensão se distanciam ou se aproximam, Gamaro (2008).

Figura 2.10 _– Comportamento da onda acústica quando é emitida e quando é refletida pelo material em suspensão. Observa-se que a onda refletida é uma mistura da frequência de retorno.

Modificado de Simpson(2001).

Assim como o sonar de varredura lateral, o transdutor do ADCP emite as ondas sonoras produzidas pela vibração das peças cerâmicas, geradas pela corrente elétrica, e vice-versa.

Assumindo que o material em suspensão se desloca na mesma velocidade da corrente da água, a magnitude do efeito Doppler é diretamente proporcional a essa

velocidade. Medindo-se a frequência dos ecos que retornam do material em suspensão e comparando-a com a frequência do som emitido, o ADCP determina a velocidade da partícula que é a mesma da corrente da água, Gamaro (2008).

As informações obtidas nos dados adquiridos referem-se à vazão, velocidade e

direção do fluxo de toda a coluna d’água em um perfil, seja ele longitudinal ou

transversal (Figura 2.11), como também auxiliam nos estudos de competência destes fluxos no movimento dos sedimentos de fundo e dos sedimentos em suspensão num dado instante.

(36)

Figura 2.11 – Ilustração esquemática do percurso do perfil transversal em um estuário para a aquisição do dado. Modificado de USGS (2003).

A vazão é medida em um plano imaginário perpendicular a corrente. Este plano é dividido em células de números e espaçamento iguais. A quantidade de células aumenta de acordo com a profundidade, a velocidade do barco e da configuração do tamanho da célula no programa (25 ou 50 cm). Este vai quantificar a vazão de cada célula, posteriormente faz-se o somatório destas vazões, resultando na vazão total da seção para aquele tempo determinado.

O cálculo da vazão em uma célula relaciona principalmente, o vetor velocidade do barco (Vb), o vetor da velocidade da água (Va), a profundidade total perfilada (D), o tamanho da célula (dz), a largura do perfil (dw) e o tempo entre os pulsos (dt). Posteriormente faz-se a média da vazão do conjunto de “n” células obtendo a vazão

final de um ensemble. A somatória do conjunto de ensemble resulta na vazão total de

um perfil (Figura 2.12).

Figura 2.12– Representação simplificada do cálculo da vazão, desde as principais medições na célula até a representação da fórmula para o cálculo do ensemble. Modificado de USGS (2003).

(37)

PPGG-2012 Análise Hidrodinâmica e Morfodinâmica do Complexo Estuarino do rio Piranhas-Açu/RN, Nordeste do Brasil. transversais para as áreas próximas ao: leito do rio, as margens do rio e a superfície da lâmina da água.

No geral, a descarga líquida/vazão é caracterizada pela expressão:

Q = A . V

Onde a vazão (Q) depende da área (A) da seção do canal e o vetor da velocidade (V) do fluxo.

2.3.1.3 Dados Sedimentológicos

As amostras sedimentológicas foram coletadas com uma draga pontual do tipo

Van Veen, no perfil longitudinal dos estuários, na medida em que os registros

sonográficos apresentavam texturas e tonalidades diferentes (Figura 2.13) de forma a relacionar os registros com o tipo do material sedimentar. Na embarcação, imediatamente após a coleta, a amostra era fotografada, descrita e armazenada em sacos previamente etiquetados.

A localização dos pontos amostrados foi realizada a partir do programa

trackmaker ligado ao mesmo GPS utilizado no sonar, com as mesmas referências

geográficas e datum.

(38)

PPGG-2012 Análise Hidrodinâmica e Morfodinâmica do Complexo Estuarino do rio Piranhas-Açu/RN, Nordeste do Brasil. No total foram coletadas 30 amostras, 17 na campanha de novembro 2010 e 13 na campanha de maio 2011 (Figura 2.14).

Figura 2.14 _– Mapa de localização das amostras coletadas em novembro de 2010.

2.4Fase Pós-Campo

Os dados sonográficos e hidrodinâmicos foram processados e interpretados no Laboratório de Geologia e Geofísica Marinha e Monitoramento Ambiental, GGEMMA-UFRN, utilizando programas específicos. Já os dados sedimentológicos foram processados no Laboratório de Sedimentologia, Museu Câmara Cascudo MCC-UFRN, e interpretados no GGEMMA-UFRN.

2.4.1 – Filtragem e Processamento dos Dados Coletados 2.4.1.1 Sonográficos

Os dados sonográficos foram processados no programa SonarWiz5 da Chesapeake Technology. A ordem de processamento utilizada foi: Visualização

completa dos perfis – Aplicação de filtros para o melhor realce de contraste das imagens (Auto Ganho/ Thresholding/ TVG) – Retirada do bottom track (faixa cega) –

Identificação, medição e classificação das principais formas de leito e suas variações –

Geração do mosaico e dos mapas de formas de leito (Figura 2.15 A e B).

(39)

PPGG-2012 Análise Hidrodinâmica e Morfodinâmica do Complexo Estuarino do rio Piranhas-Açu/RN, Nordeste do Brasil. Os dados hidrodinâmicos foram processados parcialmente no programa

WinRiver II e posteriormente no programa Excel. Na primeira fase no WinRiver II,

todos os registros foram reprocessados individualmente para eliminação daqueles com ruídos em excesso ou não representativos. Depois que todos os perfis representativos foram abertos no WinRiver II, foi gerado o sumário das informações dos dados (vazão, velocidade, direção, distância da margem...). A partir desse sumário tais informações foram convertidos para planilhas e geradas tabelas com as informações referentes as médias, máximas e mínimas da descarga líquida, velocidade da vazão, direção da corrente no Excel (Figura 2.16A e B).

(40)

Figura 2.15– Edições nos perfis sonográficos. Em A, no retângulo azul as principais ferramentas de edições no realce do contraste e no retângulo vermelho, o ajuste do bottom track para retirar

a colun_{a d’água do registro. Em B, localização e classificação das formas de leito.}

(41)

Figura 2.16 – Dados hidrodinâmicos. Em A, no programa WinRiverII, no retângulo azul, a janela do programa onde são visualizados os perfis reprocessados e ao lado as informações contidas neles. No retângulo vermelho os arquivos selecionados e o sumário dos dados a serem

exportados para as planilhas. Em B, os dados exportados no Excel, a partir dos quais foram gerados os mapas e os gráficos da vazão, velocidade e direção do fluxo.

2.4.1.3 Sedimentológicos

No laboratório de sedimentologia do Museu Câmara Cascudo, MCC-UFRN, as amostras foram submetidas a procedimentos padrões de análises granulométricas,

A

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PPGG-2012 Análise Hidrodinâmica e Morfodinâmica do Complexo Estuarino do rio Piranhas-Açu/RN, Nordeste do Brasil. quantificação de carbonato de cálcio e matéria orgânica seguindo a metodologia descrita a seguir (Figura 2.17):

- Três lavagens com água normal e secagem de toda a amostra. Amostras arenosas foram secas na estufa a 40ºC e as amostras argilosas congeladas e secas no liofilizador. - Separação de 30 gramas de cada amostra para o ataque com HCl diluído a 10%. O procedimento dura o tempo necessário até que não haja mais processo de reação visível. Posteriormente a amostra é lavada com água normal, secada e pesada para quantificação do carbonato de cálcio, dada pela diferença em relação ao peso inicial de 30 g;

- Separação de 10 gramas de cada amostra para quantificação da matéria orgânica por queima total em mufla, onde a matéria orgânica é incinerada. Posteriormente, a amostra é pesada para o cálculo da matéria orgânica queimada, dada pela diferença em relação ao peso inicial de 10 g;

- As amostras com grande quantidade de matéria orgânica foram atacadas com H2O2 para posteriormente serem analisadas no granulômetro a laser;

- Separação de 10g resultante de cada amostra (pós-ataque HCl e H2O2) para a análise granulométrica a laser. O resultado é apresentado em porcentagem das frações granulométricas existentes na amostra. Os valores foram processados no programa Sistema de Análises Granulométricas (SAG) desenvolvido pela UFF, que analisa e classifica a textura das amostras baseado no método de Folk (1974), e classificações faciológicas de Shepard (1954), Larsonneur (1977) e Dias (1996).

Figura 2.17 – Metodologia na análise das amostras sedimentológicas. A) lavagem; B) secagem na chapa; C), secagem no liofilizador; D) quarteamento; E) pesagem; F) ataque com HCl.

A B C

(43)

PPGG-2012 Análise Hidrodinâmica e Morfodinâmica do Complexo Estuarino do rio Piranhas-Açu/RN, Nordeste do Brasil. 2.4.2 – Confecção de Mapas Temáticos

Mapas são ferramentas que concentram as principais informações e auxiliam na comparação e compreensão das unidades/estruturas existentes na área.

Com os dados sonográficos, a partir da caracterização e localização das formas de leito, foram gerados dois mapas morfológicos, referentes às campanhas de Novembro 2010 e Maio 2011, no programa ArcGis.

A partir dos dados hidrodinâmicos, com os valores dos fluxos, foram gerados gráficos e mapas para melhor visualização dos resultados. Na seção transversal ao estuário (de uma margem a outra) os resultados foram exibidos em gráficos. Já com os dados dos perfis longitudinais nos estuários foram gerados mapas do fluxo do canal principal, com uma malha de pontos a cada 50m no estuário dos Cavalos e Conchas e 100m para o estuário Açu.

Com os dados sedimentológicos, a partir da classificação das amostras pelo programa SAG, foram gerados dois mapas faciológicos, referentes às campanhas Novembro 2010 e Maio 2011, no programa ArcGis.

2.5 Interpretação e Integração

Baseado nos dados e mapas sonográficos, hidrodinâmicos e sedimentológicos, foram caracterizadas e descritas as relações existentes entre os estuários Açu, Cavalos e Conchas, quanto aos ambientes e os processos sedimentares atuantes no período seco e chuvoso entre 2010 e 2011.

2.5.1 – Confecção da Dissertação de Mestrado

(44)

PPGG-2012 Análise Hidrodinâmica e Morfodinâmica do Complexo Estuarino do rio Piranhas-Açu/RN, Nordeste do Brasil. 3 CARACTERIZAÇÃO GEOLÓGICA

3.1.1 - Introdução

O complexo estuarino do Rio Piranhas-Açu está inserido no contexto geológico da Bacia Potiguar. A dimensão total da bacia, que abrange os estados do Rio Grande do Norte e Ceará (Figura 3.1), é de aproximadamente 48.000 km², onde 55% da área (26.500 km²) encontram-se submerso e os 45% restantes (21.500 km²) emersos (Pessoa Neto et. al. 2007).

Os limites da bacia referentes aos marcos geológicos são: a Sul, Leste e Oeste pelo embasamento cristalino, e ao Norte com o Oceano Atlântico até a isóbata de 2.000 m. O Alto de Fortaleza define seu limite Oeste com a Bacia do Ceará, enquanto que o Alto de Touros define seu limite Leste com a Bacia de Pernambuco-Paraíba.

Figura 3.1 – Mapa de Localização da Bacia Potiguar, onde sua maior área localiza-se estado do RN. Destaca-se o município de Macau, onde está localizada a foz do rio Piranhas-Açu, área

deste estudo. Fonte: GeoBank de dados CPRM (2011), modificado de Silva (2009).

A Bacia Potiguar foi formada a partir de esforços extensionais durante o Cretáceo Inferior, associados ao rifteamento que culminou com a separação das placas sul-americanas e africana (Bizzi et al. 2003). O arcabouço estrutural desenvolveu-se

(45)

PPGG-2012 Análise Hidrodinâmica e Morfodinâmica do Complexo Estuarino do rio Piranhas-Açu/RN, Nordeste do Brasil. A Bacia Potiguar é marcada por uma tectônica do tipo pull-apart na parte

submersa e do tipo rifte intracontinental na parte continental. Os trends estruturais da

bacia possuem direção principal NE, com um assinalado sistema de zonas de cisalhamento de direções E-W e NE-SW. Os grabens apresentam direção geral NE-SW,

são margeados por duas plataformas rasas denominadas de Aracati (oeste) e Touros (leste) e limitados por grandes falhas (ex: Apodi, Baixa Grande e Carnaubais) de rejeito dominante normal (Pessoa Neto, 1999).

O Rifte Potiguar foi implantado sobre as rochas do embasamento durante o Cretáceo, com trend NE-SW, sendo circundados pelas plataformas rasas de Aracati e

Touros, que são resultados de duas grandes falhas lístricas: a Falha de Carnaubais constitui-se na principal falha deste rifte (Matos, 1992).

A evolução tectônica cenozoica na área (Figura 3.2) é assinalada pela reativação do par conjugado de falhas de Afonso Bezerra (NW) e Carnaubais (NE), responsável pela compartimentação do litoral entre Ponta do Mel a Ponta dos Três Irmãos-RN, Fonseca (1996), que influenciou na evolução do litoral entre Aracati/CE e Touros/RN (Srivastava e Corsino, 1984).

Figura 3.2 - Compartimentação do litoral setentrional e sistemas regionais de falhas de Afonso Bezerra e Carnaubais, integradas ao sombreamento dos dados SRTM. Compilado de Silva,

(2009).

3.1.2 – Evolução Tectono-Sedimentar e Litoestratigrafia

O modelo evolutivo de Pessoa Neto et al. (2007) subdivide a bacia em três fases

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PPGG-2012 Análise Hidrodinâmica e Morfodinâmica do Complexo Estuarino do rio Piranhas-Açu/RN, Nordeste do Brasil. A Supersequência Rifte, Neocomiana-Eoaptiana, foi desenvolvida em duas fases (Fase Rifte I e II), sendo caracterizada também pela formação de grabens assimétricos controlados por grandes falhas normais e de transferência, Matos (1992). Ao longo destes grabens implantou-se uma sedimentação continental constituída de folhelhos lacustres, arenitos flúvio-deltaicos e depósitos de planície aluvial/planície de inundação, da Formação Pendências (Pessoa Neto, 1999 e 2003).

A Formação Pescada é constituída por rochas sedimentares continentais de ambiente de leques aluviais e sistemas fluviais de alta energia, além de bancos carbonáticos. Intrusões ígneas (diabásios) estão associadas a estas formações, na parte sul da bacia, que correspondem ao enxame de diques de direção Leste–Oeste da Formação Rio Ceará Mirim, com datação de 140–120 Ma. (Araripe & Feijó, 1994).

A Supersequência pós-Rifte, Neoaptiana-Eoalbiano, possui duas características diferenciais: a primeira pelo regime tectônico de subsidência termal referente ao processo de resfriamento da litosfera, subsequente aos processos de aquecimento e distensão da fase rifte. E a segunda pela evolução gradativa dos sistemas deposicionais continentais para os marinhos, onde os depósitos flúvio-lacustres repousam sobre uma forte discordância angular no topo da seção rifte (Pessoa Neto et. al. 2007).Foram

depositados nesta fase os folhelhos e calcários lagunares (de influência marinha) sequenciados pela deposição de arenitos deltaicos, megassequência transicional da Formação Alagamar. Assentados sobre tais rochas tem-se registrado os calcilutitos algálicos e ostracoidais que são oriundos da primeira entrada marinha na Bacia Potiguar, Pessoa Neto (2003).

A Supersequência Drifte corresponde à fase de deriva continental controlada pela subsidência termal e compensação isostática característica de uma margem passiva. A megassequência marinha é caracterizada por uma sequência flúvio-marinha transgressiva (Formações Açu, Ponta do Mel, Quebradas, Jandaíra e Ubarana), recoberta por uma sequência clástica e carbonática regressiva (Formações Ubarana, Tibau e Guamaré) (Pessoa Neto et. al. 2007).

A Sequência Marinha Transgressiva, de idade Eoalbiano-Eocampaniano, é representada por sistema fluvial-costeiro-plataformal até marinho profundo (Formação Açu, Ponta do Mel, Jandaíra e Quebradas). O depocentro principal é formando por uma grande calha fluvial de orientação geral NE-SW. Os Cânions Pescada e Ubarana foram preenchidos dominantemente por folhelhos intercalados com camadas de turbiditos, diamictitos e olistolitos carbonáticos(Pessoa Neto et. al. 2007).

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PPGG-2012 Análise Hidrodinâmica e Morfodinâmica do Complexo Estuarino do rio Piranhas-Açu/RN, Nordeste do Brasil. 3.2 – Geologia da área no contexto da Bacia Potiguar

A região entre os estuários, que compreende o município de Porto do Mangue e Macau, está inserida em um ambiente transicional, em uma zona onde a ação eólica, correntes, ondas e marés atuam como os principais agentes dos processos de erosão e deposição, modificando a morfologia costeira.

A sequência geológica da área estudada (Figura 3.4) é composta pela Formação Barreiras e por sedimentos Quaternários, e a sua descrição foi fundamentada nas atividades de campo e literatura disponível (e.g., Souto, 2004; Angelim et. al., 2006;

Pereira,2008; Silva, 2009; Cunha, 2009; Neto,2011):

Figura 3.4 – Mapa geológico simplificado para a área de estudo (Macau a Porto do Mangue) na escala de 1:50.000, modificado de Pereira (2008).

A coluna estratigráfica das sequências sedimentares reconhecidas na faixa costeira, da base para o topo é formada pela Formação Barreiras e Depósitos Quaternários ( Depósitos de Praia, Spits e Ilhas Barreiras, Depósitos Eólicos

vegetados/de praia, Depósitos Flúvio-Marinhos (Planície de Maré), Depósitos Aluvionares)

Formação Barreiras

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PPGG-2012 Análise Hidrodinâmica e Morfodinâmica do Complexo Estuarino do rio Piranhas-Açu/RN, Nordeste do Brasil. apresentada por Pessoa Neto et al. (2007), onde o autor se refere a esta sequência

siliciclástica como Formação Barreiras, com deposição iniciada no Mioceno.

É composta por arenitos grossos, com níveis conglomeráticos, por vezes argilitos de cores avermelhada, amarela e roxa, ocorrendo na área na forma de falésias litorâneas (Souto 2004). Seus sedimentos são provenientes de depósitos aluviais, fluviais e flúvio-lagunar. Na área, as falésias afloram na parte Oeste, em meio às dunas do Rosado (Figura 3.5).

Figura 3.5 – Vista da foz do estuário Conchas para o afloramento da Formação Barreiras, localizado a Oeste da área.

Depósitos Flúvio-Marinhos (Planície de Maré)

São compostos pelos sedimentos transportados pela maré, depositados ao longo da zona de infra a supramaré. De composição lamosa, coloração escura, fração granulométrica areia fina a argila e grande quantidade de matéria orgânica e conchas (presente junto aos mangues).

São áreas protegidas pelos pontais (spits) arenosos, ilhas barreiras e manguezais.

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Figura 3.6 – Planícies de maré ao longo do estuário Conchas. Fotos: Gustavo Rocha.

Depósitos Eólicos vegetados/de praia

Os depósitos eólicos vegetados (Figura 3.7) são formados por sedimentos de granulometria areia fina a grossa, predominantemente quartzosos, bem selecionados, com presença de vegetação rasteira que pode atuar como fixadoras dunas móveis. Tais depósitos são descritos como paleodunas compostas por sedimentos eólicos quaternários (Souto 2004).

Figura 3.7 – Depósitos eólicos vegetados ao longo da margem dos rios, Norte da área.