PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GEODINÂMICA EGEOFÍSICA
DISSERTAÇÃO DO MESTRADO
MORFOLOGIA E DISTRIBUIÇÃO DE DUNAS SUBMERSAS DO ESTUÁRIO DO RIO POTENGI (NATAL-RN)
Autora:
FLÁVIA VALÂNEA SOUZA BELCHIOR
Orientador:
PROF. DR. MOAB PRAXEDES GOMES (PPGG/DG/UFRN)
Dissertação nº 240/PPGG
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GEODINÂMICA E GEOFÍSICA
DISSERTAÇÃO DO MESTRADO
MORFOLOGIA E DISTRIBUIÇÃO DE DUNAS SUBMERSAS DO ESTUÁRIO DO RIO POTENGI (NATAL-RN)
Autora:
FLÁVIA VALÂNEA SOUZA BELCHIOR
Dissertação de Mestrado apresentada no dia 13 de Dezembro 2019 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 com área de concentração em Geodinâmica.
Comissão Examinadora:
Prof. Dr. Moab Praxedes Gomes (PPGG/DG-UFRN) – Orientador Prof. Dr. André Giskard Aquino da Silva (DG-UFRN) – Membro interno
Prof. Dr. Werner Farkatt Tabosa (IDEMA) – Membro externo
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GEODINÂMICA E GEOFÍSICA
DISSERTAÇÃO DO MESTRADO
MORFOLOGIA E DISTRIBUIÇÃO DE DUNAS SUBMERSAS DO ESTUÁRIO DO RIO POTENGI (NATAL-RN)
Autora:
FLÁVIA VALÂNEA SOUZA BELCHIOR
Dissertação de Mestrado apresentada no dia 13 de Dezembro 2019 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 com área de concentração em Geodinâmica.
Comissão Examinadora:
_____________________________________________________ Prof. Dr. Moab Praxedes Gomes (PPGG/DG-UFRN) – Orientador
______________________________________________________ Profª. Dr. André Giskard Aquino da Silva (DG-UFRN) – Membro interno
_______________________________________________________ Prof. Dr. Werner Farkatt Tabosa (IDEMA) – Membro externo
Belchior, Flávia Valânea Souza.
Morfologia e distribuição de dunas submersas do estuário do Rio Potengi (Natal-RN) / Flávia Valânea Souza Belchior. - 2019. 68f.: il.
Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Centro de Ciência Exatas e da Terra, Programa de Pós-Graduação em Geodinâmica e Geofísica. Natal, 2019.
Orientador: Moab Praxedes Gomes.
1. Estuário - Dissertação. 2. Dunas - Dissertação. 3. Feições morfológicas - Dissertação. 4. Dinâmica - Dissertação. I. Gomes, Moab Praxedes. II. Título.
RN/UF/CCET CDU 551.468.6
Agradeço primeiramente ao Programa de Pós Graduação em Geodinâmica e Geofísica (PPGG) pela oportunidade de realizar a pesquisa e a Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN) por toda infraestrutura acessível a mim.
Agradeço ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) por ter concedido uma bolsa de estudo para o mestrado.
Ao Projeto GeoHabitat e Dinâmica Morfo-Sedimentar do Vale Inciso Estuarino do Rio Potengi, RN(CNPq-Universal: 462448/2014-2), pelo financiamento esta pesquisa.
Ao laboratório de Geologia e Geofísica Marinha e Monitoramento Ambiental (GGEMMA) que sempre esteve disponível e possibilitou trabalhar com os softwares para a realização dessa dissertação.
A profªDrª e coordenadora do laboratório Helenice Vital por disponibilizar os equipamentos e sempre solícita a qualquer dúvida.
Agradeço ao professor Dr. e orientador Moab Praxedes Gomes que sempre que o procurei, esteve pronto pra me ajudar, tirar dúvidas e orientar o caminho a ser seguido na pesquisa, obrigada por ser um professor compromissado, que torce pelo aluno e não deixa desistir. O senhor é muito paciente e sabe lidar com as pessoas, sou grata demais por isso.
Agradeço aos meus amigos do GGEMMA, em especial, João Paulo, Junior, Yoe, André, Andressa, Thiago, Pedro, Gerard, Miguel que me ajudaram sempre que eu precisei, não mediram esforços pra tirar dúvidas e dar forças pra continuar, além de tornar meus dias mais leves. Vocês são especiais para mim!
Agradeço a Dani, Úrsula, Carla por todo apoio, todos os momentos de descontração, conversas e saídas para lanchar, por saber que pro que eu precisasse teria vocês comigo. Obrigada por todos os almoços juntinhas e por acreditarem que sou capaz. Amo vocês demais!
Aos meus amigos da escola e da geologia, Vanessa e João. Vocês mesmo longe, faziam o possível para me orientar, tirar dúvidas do Arcgis e me animarem quando eu já estava exausta da rotina na UFRN.
paciência todas as angustias e alegrias dessa jornada.
Aos meus amigos da vida toda, externo minha gratidão à Bia, Mariana, Wilker, João Victor, Dani, Thales, Lucas, Iuri, Mônica, Nathália, Sávia, Aimee, Maroto. Vocês foram meu apoio em todos os momentos que precisei desabafar, desopilar e me amparar. Obrigada por tudo!
Obrigada à Reuther Tomaz, meu noivo, a pessoa que sempre acreditou que eu seria capaz, que não mediu esforços pra me ajudar e estar comigo em todos os momentos. Sou grata à Deus por ter você comigo, meu companheiro de vida.
Aos meus queridos pais, Valmir e Franciram, por todo amor, carinho, cuidado de sempre. Esse mestrado foi mais uma etapa que fiz pra deixar vocês orgulhosos e espero sempre corresponder com suas expectativas. Vocês são a base da minha vida, sou eternamente grata por todo esforço que fazem pela minha educação. Amo muito vocês.
Agradeço a toda minha família por todo apoio durante esses dois anos, principalmente, à Valesca e Vanessa, minhas irmãs, Vilma e Sobrinho, meus tios, e a Deise, minha prima. Vocês são meu suporte aqui em Natal e não conseguiria sem vocês.
Por fim agradeço à Deus, a ele toda honra e toda glória. Obrigada por não me deixar só em nenhum momento, me deu forças pra enfrentar as dificuldades e tirar lições e aprendizados de tudo que vivi. Não podendo esquecer também de Maria, que intercedeu por mim e me amparou quando mais precisei.
O Rio Potengi estende-se por mais de 170 km e deságua no litoral oriental do Rio Grande do Norte, sendo sua região estuarina cercada pela região metropolitana da cidade de Natal. O canal principal tem sofrido com dragagens periódicas e suas margens com intensa urbanização. Tais interferências influenciam diretamente a dinâmica sedimentar estuarina, resultando na redistribuição de zonas de erosão e assoreamento. Devido ao regime semi-diurno de mesomaré, a circulação do estuário é dominada por correntes de vazante e enchente que imprimem, em diferentes zonas do canal estuarino, padrões de formas de fundo e dunas subaquosas que evidenciam o transporte de sedimentos e as modificações na morfologia do canal. O objetivo principal desse trabalho é analisar a espacialização, a morfologia das feições de fundo e investigar os processos morfo-sedimentares. Foram utilizados dados sonográficos e batimétricos adquiridos no canal principal do estuário em agosto de 2017 por meio de um sonar interferométrico (Edgetech 4600), operando na frequência de 540 KHz, com capacidade de varredura de 7 vezes a profundidade. Os dados sonográficos foram processados utilizando os softwares SonarWiz 6 que permitiu gerar o mosaico e a interpretação das zonas e formas de fundo, mapas e modelos 3D. Os dados batimétricos foram filtrados utilizando o software
Hypack 2014 afim de obter os perfis batimétricos. O estuário possui um canal principal
assimétrico com profundidades variando de 3 m a 15 m à montante e à jusante, respectivamente. Foram mapeadas formas de fundo ao longo do estuário como dunas 2D, dunas 3D, dunas de pequeno, médio e grande porte, fundo plano e feições rígidas. Os fundos planos lisos e rugosos são comuns nas margens do canal com profundidade variando de 2 a 6 m. Além disso, são encontrados na região central circundando dunas 2D. Tanto as dunas 2D como as 3D são dunas assimétricas e variam de acordo com o espaçamento entre elas: de 0,6 a 5 m (pequeno porte), 5 a 10 m (médio porte) e de 10 a 100 m (grande porte). Ambas têm suas profundidades variando de 6 a 12 m. Apesar dessas dunas serem bem distribuídas por todo canal, as 2D tem maior predominância em relação as 3D. Os resultados indicam que as formas de fundo encontradas estão relacionadas com diferentes fluxos atuantes no canal, conferindo uma distribuição irregular das feições sedimentares.
The Potengi River extends for more than 170 km and flows into the eastern coast of Rio Grande do Norte, its estuarine region being surrounded by the metropolitan region of the city Natal. The main channel has suffered periodic dredging and its margins with intense urbanization. Such interferences directly influence the estuarine sedimentary dynamics, resulting in redistribution of erosion and silting zones. Due to the semi-diurnal regime of mesomaré, the circulation of the estuary is dominated by currents of ebb and flood which, in different zones of the estuarine channel, form patterns of bedforms and subaquatic dunes that show the transport of sediment sand the modifications in the morphology of the channel. The main aim this work is to analyze the spatialization and morphology of the background features, to investigate morpho-sedimentary processes and possible anthropic influences. Sonographic and bathymetric data was acquired in the main channel of the estuary in August of 2017 were used by means of an interferometric sonar (Edgetech 4600), operating in the frequency of 540 KHz, with lateral reach of 125 m per sensor. The sonographic data were processed using the software SonarWiz 6 that allowed to generate the mosaic and the interpretation of zones and forms of background, map sand 3D models. The bathymetric data were filtered using Hypack 2014 software and are in the modeling phase. The estuary has an asymmetric main channel with depths varying from 3 m to 20 m upstream and downstream, respectively. Bottom shapes were mapped along the estuary as 2D dunes, 3D dunes, small, medium and large dunes, flat bottom, rough bottom, anthropized regions. Flat an drugged flat bottoms are common on the banks of the channel with depth ranging from 2 to 6 m. In addition, they are found in the central region surrounding 2D dunes. Both the 2D and 3D dunes are asymmetric dunes and vary according to the spacing between them: from 0.6 to 5 m (small size), 5 to 10 m (medium size) and from 10 to 100 m (large size). Both have depths ranging from 6 to 12 m. Although these dunes are well distributed throughout the channel, the 2D has more predominance in relation to 3D. The preliminary results indicate that the bedforms are related to the different flows in the canal, giving an irregular distribution of these sedimentary features.
Resumo i Abstract ii Agradecimentos iii 1 INTRODUÇÃO 1.1. Área de Estudo 15 2 2 ESTUÁRIOS 17 2.1. Estuários 17
2.2. Morfologia e classificação dos estuários 18
2.3. Dinâmica dos Estuários 22
2.4. Classificação das formas de fundo 23
2.5. Contexto Geológico e Geomorfológico do Rio Potengi 24
2.5.1. Geologia Regional 24
2.5.2. Litoestratigrafia da área 2.5.2.1. Formação Barreiras 2.5.2.2. Sedimentos Quaternários 25
2.6. Sedimentologia do Rio Potengi 2.7. Vegetação 27
2.8. Hidrografia e Clima 3 MATERIAIS E MÉTODOS 29
3.1. Métodos hidroacústicos 29
3.2. Interferometria 30
3.3 Aquisição dos dados (Interferometria) 31
3.4 Processamento de Dados de Sonografia 33
3.4.1 Criação do projeto e importação dos dados no SonarWiz 6 33
3.4.2 Remoção da coluna d’água (BottomTrack) 34
3.4.3 Partição longitudinal (Split) 35
3.4.4 Varredura lateral (Range) 36
3.4.5 Aplicação de ganhos 36
3.5 Processamento dos dados de batimetria 38
3.5.1 Correção dos dados 3.6 Dados de sedimentos 41
5 Considerações Finais 64 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 67
Figura 1- Mapa de localização da área de estudo (Belchior, 2018).
Figura 2.1- A) Limites da área estuarina segundo Pritchard (1967) de acordo com a salinidade de Dalrympleet al; (1992) e o limite das fácies sedimentares. B) Modelo tripartido de acordo com os processos atuantes o estuário. (Modificado de Boyd et al., 2006).
Figura 2.2 – Distribuição da energia, morfologia e fácies sedimentares em estuário dominados por onda (Modificado de Boyd et al., 2006).
Figura 2.3 – Distribuição de tipo de energia e elementos morfológicos em estuários dominados por maré. (Modificado de Boyd et al., 2006).
Figura 2.4 –Mapa de localização das amostras (Santos, 2018).
Figura 3.1 Geometria do método interferométrico ( Modificada de Lurton, 2002).
Figura 3.2 Onda acústica emitida em uma superfície rugosa. Adaptado de Mazel (1985) e Souza (2006).
Figura 3.3 – Em A, a embarcação do Spirit of Noronha e em B, Movimento relacionados à embarcação. Adaptado do manual SMC- 108 (2010).
Figura 3.4: Interferômetro EdgeTech 4600.
Figura 3.5 – Fluxograma das etapas realizada no software SonarWiz 6.
Figura 3.6 Ilustração da geometria e terminologia para propagação das ondas acústicas emitidas pelo sonar (modificado de Blondel & Murton, 1997).
Figura 3.7- Em A mostra o dado sem o bottom track e B mostra o sonograma sem o bottom
track. Em C e D o dado está com Bottom track aplicado.
Figura 3.8- Etapa no qual o dado é dividido em duas linhas usando a ferramenta Split.
Figura 3.9 – Em A, o dado está com ruído nas laterais e em B foi aplicado o range para eliminá-lo.
Figura 3.10 – Tela do SonarWiz 6 para mostrar o ganho aplicado TVG.
Figura 3.11- Em A, o dado está sem o filtro aplicado, já em B está com o TVG. Figura 3.12 – Sequência das etapas feitas no software Hypack.
Figura 3.13 - Telas do módulo Hysweep do Software Hypack mostrando, graficamente, as correções de maré, de velocidade do som; Informações dos sensores de movimento e de posição.
Figura 3.14- Em A, mostra em amarelo a parte que será retirada (ruídos) e em B, o dado já está editado.
Figura 3.17- Local dos pontos das amostras.
Figura 3.18- Imagem do ADCP usado para aquisição dos dados de corrente. Quadro 2.1 - Esquema de classificação de dunas (copiada de Ashley, 1990).
CAPÍTULO 1
1 INTRODUÇÃO
Estuários são feições costeiras bastante dinâmicas no tempo e no espaço e são caracterizados como ambientes de transição, responsáveis pelo equilíbrio dos fatores físico-químicos e biológicos, entre a bacia hidrográfica e a zona costeira. A presença de influência das marés é fundamental para o conceito de um estuário, como uma "massa de água costeira semi-fechada que tem uma conexão livre com o mar aberto e onde a água doce, derivada da drenagem da terra, é misturada com a água do mar. Os estuários são frequentemente sujeitos a ação de maré.” (Allaby e Allaby, 1999).
O interesse pela compreensão da formação dos estuários começou no início dos anos 50, após uma série de trabalhos de Pritchard (1952), Stommel (1953) e Stommel e Farmer (1953), que seguiram o artigo básico de Kuelegan (1949), sendo primariamente analisada a geomorfologia dos estuários para compreensão das restrições que as fronteiras introduzem em sua circulação. O interesse na geomorfologia, sedimentologia e o transporte de sedimentos de estuários têm aumentado desde então. Trabalhos tais como Postma (1961, 1967), Allen et al. (1980), Nichols e Biggs (1985) ou livros de Davis (1985) e Dyer (1986) apresentam a quantificação no transporte de sedimentos e taxas de deposição. As dunas influenciam a dinâmica dos estuários e a partir dessa relação é possível compreender porque determinado tipo de feição está a uma profundidade, bem como entender que dunas 3D estão a um fluxo de velocidade maior que as dunas 2D (Ashley, 1990).
Os estuários são de natureza transgressiva, recebem sedimentos de fontes fluviais e marinhas, e comumente ocupam a parte marítima de um vale afogado, contendo fácies influenciadas pelos processos de marés, ondas e fluviais (Boyd et al, 2006). De acordo com Dalrymple, Zaitlin e Boyd (1992), os estuários só podem formar-se na presença de um aumento relativo do nível do mar, isto é, transgressão. A progradação tende a preencher e destruí-los, fazendo com que se transformem em deltas. Os estuários podem ser divididos, com base no poder relativo dos processos de ondas e marés, em dois tipos principais: estuários dominados por ondas e estuários dominados por marés. Os modelos de fácies estuarinos exibem geralmente empilhamento retrogradacional de fácies e um zoneamento tripartido que reflete a interação de processos marinhos e fluviais. Todos os estuários têm uma entrada fluvial por definição, mas os modelos de fácies estuarinos refletem o equilíbrio entre os processos de ondas e marés. (Boyd et al, 2006).
A sedimentologia geral de estuários depende da fonte de sedimentos, que pode ter origem fluvial e da plataforma adjacente, transportados através das correntes litorâneas e
introduzidos no estuário por ação de maré. A erosão das rochas do estuário interno ou dos sedimentos e materiais biogênicos também são significativos em relação ao cenário geológico particular do estuário ou ao clima da região. Além disso, dentro do próprio estuário, a distribuição de sedimentos é extremamente variável, refletindo as condições hidrodinâmicas e os processos dominantes de transporte (Perillo, 1996). O influxo fluvial tem enorme efeito na hidrodinâmica dos estuários, uma vez que, os sedimentos podem ser transportados por um longo tempo atrás da circulação estuarina e as correntes de maré cheia e vazante (Rossetti, 2008). A mistura estuarina é uma função da força de agitação das correntes de maré. Um fluxo de maré mais forte aumenta a turbulência e gera colunas de água melhor misturadas. Na ausência de forte fluxo de maré, a água doce menos densa que entra no estuário permaneceria inalterada e daria origem a fortes gradientes verticais de várias escalas, como a salinidade (Lessa et al; 2018). As formas de fundo, como dunas subaquosas ou marcas arenosas evidenciam diretamente a dinâmica dos sedimentos e a direção das correntes de fundo (Kenyon, 1986). Esse tipo de feição está relacionado com a velocidade de transporte de sedimentos e com o tamanho dos grãos.
Para obter informações das feições de fundo, da sedimentologia e geomorfologia de estuários são comumente aplicados métodos geofísicos como batimetria multifeixe, sonografia, sísmica de alta resolução para que através desses métodos seja possível observar a topografia do fundo em detalhe por modelos 3D (e.g., Salvatierra et al., 2015). No estuário do Rio Potengi a aplicação de alguns desses métodos (sonografia e batimetria) juntamente com dados sedimentológicos pode proporcionar a compreensão da distribuição dessas feições de fundo e quais propriedades interferem nas mesmas e, a partir disto, compreender as interações com o fluxo decorrente atuante. Esse estuário vem sendo estudado em sismoestratigrafia rasa, a sedimentologia, a recuperação ambiental de derrames de hidrocarbonetos, poluição ambiental, variação do nível do mar (Fernandes & Petta, 2008; Frazão, 2003; Rocha, 2012; Queiroz, 2011, Martins, 2018, Salim, & Coutinho, 1974, Boski et al, 2011).
Além do interesse científico, os estuários também têm uma importância histórica fundamental para o desenvolvimento das civilizações costeiras. Cerca de 60% das grandes centros urbanos distribuídos ao redor da Terra estão localizadas nas proximidades dos estuários, onde se desenvolvem diversas atividades econômicas (Miranda et al., 2002). A região estuarina comporta a principal via das atividades pesqueira, portuária e turísticado Estado do Rio Grande do Norte, através do Porto de Natal.
Esse trabalho tem como objetivo principal analisar a espacialização e a morfologia das feições de fundo e investigar os processos morfo-sedimentares relacionados a dinâmica de
circulação e sedimentação do estuário do Rio Potengi (Natal-RN). Dentre os objetivos específicos: a) Caracterizar os tipos feições de fundo e como estão distribuídas no estuário; b) Relacionar as feições sedimentares e a circulação na área.
1.1 Área de estudo
A área de estudo é de aproximadamente 35 km² em sua totalidade submersa, e está inserida na Bacia Pernambuco-Paraíba, no litoral oriental do estado do Rio Grande do Norte, na cidade de Natal (Figura 1.1). O Rio Potengi faz fronteira com os municípios de Macaíba, São Gonçalo do Amarante e Natal, nasce nas intermediações de Serra de Santana-RN, e percorre aproximadamente 180 km, saindo de uma cota de 500 metros acima do nível do mar, até desaguar no Oceano Atlântico.
CAPÍTULO 2
ESTUÁRIOS
2 ESTUÁRIOS 2.1 Estuários
Os estuários caracterizam-se por corpos alongados e estreitos, que ocorrem desde a planície costeira até o limite da zona de maré, nos quais a capacidade de retrabalhamento é maior em relação ao fornecimento sedimentar (Rosseti, 2008). Dentre várias definições, uma definição oceanográfica clássica é dada por Pritchard (1967) “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 a água doce proveniente da drenagem terrestre” e essa definição leva como parâmetro o grau de salinidade para delimitar o estuário. Segundo Kulm & Byrne (1967), os estudos indicaram uma subdivisão sedimentar de um estuário em três zonas (Figura 2.1): zona marítima ou estuário inferior, em ligação direta com o mar aberto; estuário médio, onde há mistura de processos marinhos e fluviais; estuário superior ou fluvial, caracterizado pela existência de água doce, porém sujeito ainda à ação da maré. Os estuários de planícies costeiras podem ser fortemente influenciados pelo regime de ondas e marés e pelo clima. O aporte sedimentar, a morfologia e a tectônica podem exercer forte controle na sedimentação dos estuários. Os sedimentos que transitam dentro desse sistema podem ter origem da plataforma continental adjacente (trazidos por correntes de maré enchente), da erosão da margem e do fundo do canal fluvial, trazidos pelo vento até o canal ou formados por atividades biológicas diversas. Eles serão transportados e, mesmo após a sedimentação, os grãos podem ser remobilizados e recolocados novamente em suspensão (Suguio, 2003). Assim, a sedimentação de estuários se desenvolve durante a transgressão marinha onde as sucessões estuarinas preenchem vales incisos formados em nível de mar baixo anteriores (Boyd et al., 2006).
Figura 2.1 –A) Limites da área estuarina segundo Pritchard (1967) de acordo com a salinidade de Dalrymple et al; (1992) e o limite das fácies sedimentares. B) Modelo tripartido de acordo com os processos atuantes o estuário. (Modificado de Boyd et al., 2006).
2.2 Morfologia e classificação dos estuários
A primeira classificação conhecida de estuários do ponto de vista geomorfológico é devido a Pritchard (1952) que dividiu os estuários em três grupos: rios afogados, fiordes e estuários formados por barreiras. Em seguida, Pritchard (1960) completou a classificação incluindo uma quarta categoria que contemplava aqueles formados por processos tectônicos. Os vales fluviais afogados foram formados pela inundação do mar no Pleistoceno-Holoceno durante a transgressão Flandriana. Normalmente, esse tipo de estuário tem a forma de funil com um aumento exponencial da seção transversal em direção à desembocadura. O perfil longitudinal mostra um gradiente para o mar que, em geral, não é interrompido por uma intrusão formada pelo material original do vale ou por uma barreira depositada anteriormente ao afogamento do vale. Em média, estes estuários têm cerca de 10 m de profundidade,
atingindo cerca de 20-30 m na desembocadura. O vale tem uma forma em V aguda quando formado (Perillo, 1995).
Em geral, os vales fluviais afogados exibem depósitos sedimentares importantes e a dependência exponencial da seção transversal pode estar relacionada a um ajuste de longo prazo entre a sedimentação e a erosão em direção a uma forma de equilíbrio.
De acordo com Perillo (1995), os estuários classificados como Fiordes se desenvolveram em altas latitudes que foram cobertas pelos lençóis de gelo do Pleistoceno ou por costas afetadas pela glaciação alpina. A largura do vale é relativamente uniforme e na seção transversal tem formato em U. Uma característica marcante da maioria dos fiordes é a presença de uma intrusão rasa próxima ou na desembocadura que fecha o vale muito profundo. Enquanto a intrusão pode ser tão rasa como 4 m, ou até 150 m, o vale pode ter normalmente entre 200 e 800 m de profundidade, alcançando máximos de 1200 m como no Canal Mercier (Chile) (Perillo, 1995).
Os fiordes estão localizados em costões rochosos e a oferta de sedimentos é relativamente escassa e sazonalmente variável. Os sedimentos grossos são encontrados normalmente na nascente do estuário. Enquanto isso, o material de fundo aparece como um verniz de lama depositado em um ambiente redutor. As lamas são o produto da sedimentação de material particulado em suspensões através da coluna de água, pois a circulação da água é muito baixa ou nula (Perillo, 1995).
Os estuários de barras também conhecidos como lagoas costeiras tem em sua maioria a localização em vales fluviais de costas de baixíssimo relevo, com pequenas faixas de maré e descargas de rios. Embora existam exemplos em margens de meso e macromaré, os processos litorâneos aparecem como dominantes no ambiente local. Consequentemente, a dinâmica que prevalece é produzida pelo vento e pelo transporte litorâneo, que pode construir uma barreira que envolve a lagoa. As lagoas propriamente ditas são normalmente pouco profundas (cerca de 2 m de profundidade), delimitadas no lado terrestre pela costa original (ambientes micromarés) ou planícies de maré, mas mais comumente por ambientes lamosos ou mangues em climas tropicais. Canais de maré altamente sinuosos são desenvolvidos nos sedimentos do fundo lamoso. Apenas as entradas, onde as correntes de maré são mais fortes devido ao comportamento tipo jato, são mais profundas e às vezes limitadas em ambos os extremos pelos deltas de maré (Perillo, 1995).
Os estuários tectônicos são representados e descritos na categoria, no qual a Baía de São Francisco e seus afluentes, os rios San Joaquin e Sacramento estão inclusos. Todos eles formados por movimentos do sistema de falhas de San Andreas. Outros exemplos de tipos de
estuários tectônicos são o rio Valdivia (Chile) (Pino et al., 1992) e Itamaracá (Brasil) (Medeiros e Kjerfve, 1993). Embora Pritchard (1990) tenha chamado sua classificação de topográfica ou fisiográfica, é uma classificação genética desde que baseou a nomenclatura em atributos genéticos. No entanto, todas as categorias são bastante amplas e obviamente inclusivas, proporcionando características semelhantes aos estuários que são produzidos pelo mesmo processo, mas têm um cenário diferente (por exemplo, rios e estuários litorâneos). Evidentemente, os processos geológicos podem ser similares em uma base regional ou mundial, mas seus efeitos fisiográficos dinâmicos e reais não foram considerados. Por exemplo, estuários localizados em deltas terminais ou não totalmente afogados (por exemplo, os rios Amazonas e de la Plata) não são considerados na classificação.
Devido à profunda influência que as ondas e marés têm na morfologia, os estuários podem ser divididos em dois tipos principais, estuários dominados por ondas e estuários dominados por maré, com base no poder relativo das ondas e processos de marés. Essa distinção determina o intervalo do modelo de fácies resultante. Os processos fluviais controlam principalmente o fluxo de sedimentos à montante durante a evolução do estuário e não alteram a morfologia fundamental do sistema (Figura 2.2) (Boyd et al., 2006). Os estuários dominados pelas ondas são bem conhecidos e mostram dois níveis máximos de energia, um na desembocadura e o outro na nascente produzido pelas correntes do rio. Em termos de depósitos sedimentares, a zona interna (dominada por processos fluviais) e a externa (dominada por processos marinhos) são caracterizadas por granulometrias mais grossas que a zona central. Na zona central, ocorre convergência dos fluxos, caracterizando assim, zona de menor energia (Rosseti, 2008).
De acordo com Rosseti (2008), em áreas costeiras com relativamente alta influência de ondas recebem um volume significativo de sedimentos, oriundos do retrabalhamento ao longo da costa. Uma parcela é transportada para regiões mais internas, no entanto, a maioria se acumula na desembocadura, formando um complexo de ilhas-barreira que funciona como um anteparo de atenuação da energia de ondas correntes de maré.
Figura 2.2 – Distribuição da energia, morfologia e fácies sedimentares em estuário dominado por onda (Modificado de Boyd et al., 2006).
Estuários dominados por maré são menos conhecidos e desenvolvem-se melhor com regime de macromaré, mas acontecem também em costas com amplitude de maré muito mais baixas se a ação da onda for limitada e/ou o prisma de maré for grande (Figura 2.3) (Dalrymple et al., 1992). A geometria desse tipo de estuário é afunilada e a esta morfologia produz uma compressão progressiva da corrente de maré, à medida que esta avança em direção as zonas estuarinas mais internas. Como consequência deste processo, a velocidade da maré de inundação é maior dentro do estuário, até uma certa distância, para declinar, o que gera como resultado um acúmulo de sedimentos em sua desembocadura, sob a forma de uma série de barras alongadas paralelamente à margem. Em contrapartida, o influxo fluvial atua de maneira similar aos estuários dominados por ondas, sendo representado por uma diminuição da energia em direção a zona central estuarina (Rosseti, 2008).
Figura 2.3 – Distribuição de tipo de energia e elementos morfológicos em estuários dominados por maré. (Modificado de Boyd et al., 2006)
2.3 Dinâmica dos estuários
A mistura de água doce e salgada causa circulação estuarina em resposta a gradientes de densidade. A dinâmica da água e dos sedimentos nos estuários está intimamente dependente da magnitude relativa dos processos das marés, rios e ondas. A maneira mais fundamental de considerar a dinâmica estuarina é através do princípio do equilíbrio de sal (Pritchard, 1955), que afirma na forma matemática que a variação do tempo de salinidade em um ponto fixo é causado por dois processos contrastantes: difusão e advecção. A difusão é restrita ao fluxo de sal por mistura turbulenta, enquanto a advecção é o fluxo de massa de água e sal associado à circulação e às ondas de ruptura internas. Visto desta maneira, a dinâmica de sedimentos e das águas em estuários podem ser convenientemente representada por diferentes tipos finais de estuários que interagem uns com os outros (Pritchard & Carter 1971, Schubel, 1971).
Os sedimentos podem ser transportados pela interação complexa entre fluxo fluvial, correntes de maré cheia e vazante e circulação estuarina. Quando depositados, os sedimentos podem ser novamente re-suspensos, passando por novos ciclos de deposição e erosão. O influxo fluvial tem efeito significativo na hidrodinâmica dos estuários, já que trazem uma
grande quantidade de sedimentos e influenciam na salinidade (Rosseti, 2008). Além do influxo fluvial, a dinâmica estuarina e como consequência, a distribuição de sedimentos são influenciadas pelas correntes de maré. De acordo com Rosseti (2008), a ação de correntes de maré, produz uma diversidade de estruturas sedimentares, algumas exclusivas do tipo de maré dominante.
2.4 Classificações das formas de fundo
As classificações de Ashley (1990) e Flemming (1988) para formas de fundos subaquosos têm sido largamente utilizada em estudos de dinâmica de ambientes sedimentares submersos marinhos, fluviais e lagunares. Para esses autores, o termo ‘dunas’ é utilizado para um grupo com todas as feições de larga escala dos leitos. As dunas são definidas como estruturas grandes, repetitivas e transversais ao fluxo, presentes em leitos submersos. Sua caracterização seria feita, então, segundo o espaçamento entre elas e denominar-se-ão em “pequenas”, “médias” e “grandes” (Flemming, 1988; Ashley, 1990). Essas feições dividem-se em dois grupos: dunas bidimensionais (2D) que ocorrem em fluxo de velocidades mais baixas e dunas tridimensionais (3D), que ocorrem em fluxo de velocidades mais altas. A diferença entre elas é que as dunas 2D possuem cristas retas e as 3D possuem cristas sinuosas (Ashley,1990).
De acordo com Ashley (1990), as dunas podem ser classificadas pelos parâmetros de espaçamento (L) e altura (H) calculada, seguindo uma ordem de descrições a serem feitas de acordo com seu nível de importância (Quadro 2.1).
Quadro 2.1 - Esquema de classificação de dunas (copiada de Ashley, 1990).
2.5 Contexto geológico e geomorfológico do Rio Potengi
2.5.1 Geologia Regional
O estuário do Rio Potengi está situado no litoral oriental do estado do Rio Grande do Norte, incluso na bacia denominada Bacia Sedimentar Costeira Pernambuco-Paraíba. Em suas adjacências, são encontrados uma sequência Tercio-Quaternária (Formação Barreiras) e sedimentos Quaternários recentes como dunas fixas ou móveis, aluviões, terraços fluviais e vegetação do tipo mangue. A Bacia é dividida em dois compartimentos, a sub-bacia da Paraíba (SBPB) à norte e a Sub-bacia de Pernambuco (SBPE) à sul, separados pelo lineamento Pernambuco (Rocha, 2012). O alto que limita a Sub-bacia de Paraíba com a Bacia Potiguar corresponde à Plataforma de Touros; a sul, o Alto de Maragogi limita a Sub-bacia de Pernambuco com a Bacia Sergipe-Alagoas (Córdoba et al., 2007)
2.5.2 Litoestratigrafia da área
2.5.2.1 Formação Barreiras
A Formação Barreiras é constituída por sedimentos pouco consolidados ou inconsolidados, com cores variadas que vão de argila a conglomerados com estratificações
diversas. É possível identificar nessa formação terraços fluviais e sedimentação costeira (Mabessone et al., 1972).
Na área de estudo, essa formação repousa sobre as rochas carbonáticas de idade cretácea (Bezerra et al., 2001) e constitui uma cobertura sedimentar terrígena continental e marinha, de idade miocênica a pleistocênica inferior (Suguio et al., 1999; Vilas Boas et al., 2001). Esta sequência repousa ora sobre o embasamento cristalino, ora sobre sedimentos Cretáceos ou sedimentos Cenozóicos, apresentando sempre um contato erosional discordante, bem pronunciado. Sobre esta sequência ocorrem os sedimentos Quartenários recentes (terraços fluviais, sedimentos costeiros), que não formam um capeamento contínuo (Mabessone et al., 1972).
Os sedimentos mais recentes encontrados na área repousam sobre a Formação Barreiras. As principais unidades litoestratigráficas encontradas foram: beachrocks, depósitos aluvionares, mangues, depósitos fluviais, depósitos praiais e dunas fixas e móveis.
2.6 Sedimentologia do Rio Potengi
Os sedimentos Holocênicos, que preenchem o canal estuarino, são predominantemente arenosos, variando de moderadamente selecionados a bem selecionados, por vezes siltosos (Frazão, 2003; Rocha, 2012; Martins, 2018; Santos, 2018, Costa, 2018). A sedimentação é controlada pelas condições hidrodinâmicas do ambiente, sendo reconhecidas duas fácies texturais importantes: Fácie Lamosa e Fácie Arenosa. A distribuição destas fácies texturais aparentemente oscila em função da periodicidade das marés e intensidade das correntes. O estuário do Rio Potengi é recoberto por sedimentos como areia muito fina, fina, média, grossa e esses sedimentos estão nas amostras coletados como ilustra a (Figura 2.4).
A sedimentação recente do estuário reflete forte influência marinha sob controles morfológicos e de variação do nível do mar (Boski et al., 2015; Rocha & Vital, 2009; Frazão & Vital, 2007) que, nesse contexto, nos fornece informações para melhor compreensão sobre a evolução de sistemas deposicionais estuarinos modernos tropicais, bem como investigações da morfodinâmica estuarina atual.
Ações antrópicas como descargas de resíduos líquidos e sólidos poluentes de origem urbana ou industrial, falta de saneamento adequado contribuem para a contaminação dos sedimentos no estuário do Rio Potengi (Khatri & Tyagi, 2015; Díaz-Asencio et al., 2017).
De acordo com Correa (2008), os foraminíferos bentônicos indicam o nível de poluição ambiental de determinada área, são ferramentas importantes que podem sugerir a
necessidade da preservação ambiental e embasar políticas públicas a esse respeito. Dentro desse cenário, está a cidade de Natal, que vem passando por um rápido processo de crescimento, caracterizado pela rápida urbanização, pela verticalização acelerada e pela expansão da malha urbana em direção as cidades vizinhas, formando a “Grande Natal” (Araújo et al., 2000). Esse fato, por ocorrer de forma não controlada, culmina com a destinação indevida de resíduos oriundos das atividades humanas; os dejetos e esgotos da cidade e dos seus arredores, descartados em direção ao Rio Potengi (IDEMA, 2013; Medeiros, 2009).
O tipo de sedimento, bem como as condições de salinidade (água salobra), favorece o crescimento dos manguezais. Devido à afinidade geoquímica do sedimento lamoso de absorver elementos químicos, as regiões de mangue são subambientes estuarinos de alta fragilidade ambiental aos poluentes químicos (Brady, 1989; Anitha & Kumar, 2014).
2.7 Vegetação do Rio Potengi
A vegetação em volta do Rio Potengi é caracterizada do tipo restinga, a qual possui vegetação de mangue e dunas, ambas em estado avançado de destruição antrópica. Esse ecossistema é rico em matéria orgânica e é um ambiente muito rico em biodiversidade. Além disso, os mangues exercem forte influência na proteção da costa contra a ação da erosão marinha resultante da ação da água do mar, evitando, assim o assoreamento (aterramento) de áreas circunvizinhas. (IDEMA, 2013)
Os Mangues no estuário do Rio Potengi são constituídos por espécies como:
Rhizophora mangle (mangue vermelho ou sapateiro), Avicennia germinans (mangue siriuba), Laguncularia racemose (mangue branco). Todas elas apresentam grande resistência à
variação de salinidade. O gênero Rhizophora apresenta raízes do tipo escora com grande poder de fixação, enquanto que os gêneros Avicennia e Laguncularia, têm raízes do tipo respirátória.
2.8 - Hidrografia e Clima
A bacia hidrográfica do Rio Potengi drena uma região de 4.093 km² e a vazão média é de 2,1 m³/s (SERHID, 2000). As chuvas controlam a descarga fluvial e há um aumento dessa descarga em períodos chuvosos, então o aporte fluvial do estuário é caracterizado como sazonal (Rocha & Vital, 2015). O clima da região é tropical litorâneo e representa um clima quente e úmido com invernos com chuvas escassas e verões mais chuvosos.
De acordo com os dados de precipitação medidos pela Estação Climatológica da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN) observa-se que esta região caracteriza-se por um regime pluviométrico mais elevado, ou caracteriza-seja, períodos chuvosos, que caracteriza-se estendem de março a abril e de junho a agosto, verificando-se em junho, o valor máximo da média mensal de chuvas em Natal.
CAPÍTULO 3
MATERIAIS E
3 MATERIAIS E MÉTODOS 3.1 Métodos Hidroacústicos
Os métodos hidroacústicos são amplamente utilizados para mapeamento na subsuperfície, uma vez que, é um método indireto e muitas vezes melhor de trabalhar em relação aos métodos diretos. Os métodos diretos são aqueles em que o investigador possui o contato direto com o objeto investigado, e.g. coleta de sedimento; testemunhos, mergulhos. Já os métodos indiretos, são aqueles em que o investigador não possui o contato direto com o objeto investigado, e.g. métodos geoacústicos, como a batimetria, sonografia, interferometria, sísmica rasa e de alta resolução (Harris & Baker, 2012). Todos esses métodos citados funcionam de acordo com o mesmo princípio: a emissão, transmissão da onda e reflexão de ondas acústicas entre dois ou mais meios físicos de propriedades elásticas distintas (Ayres Neto, 2000).
De acordo com Ayres Neto (2000), as ferramentas geofísicas mais importantes para o estudo do fundo dos oceanos se baseiam na propagação de ondas acústicas. No mar, as ondas se propagam com uma velocidade entre 1450 m/s a 1500 m/s, dependendo da salinidade, pressão e temperatura e esses valores podem variar (Blondel, 2009). Por sua vez, a velocidade da propagação da onda acústica nos sedimentos depende de duas constantes, os módulos de compressão e rigidez e podem variar de acordo com a porosidade, pressão de confinamento, grau de saturação e temperatura (Ayres Neto, 2000).
Os métodos hidroacusticos apresentam um largo espectro de frequência, variando entre um Hz a centenas de kHz. Esta ampla faixa permite que estes equipamentos sejam utilizado tanto em águas profundas como em águas rasas, necessitando da combinação correta entre profundidade, frequência e resolução angular. Equipamentos com maiores frequências são utilizados em águas rasas, pois fornecem melhor resolução angular e possuem baixo ou nenhum poder de penetração no sedimento, enquanto que menores frequências são utilizados em águas profundas, fornecem menor resolução angular e maior capacidade de penetração (Harris & Baker, 2011).
Este trabalho utilizou a interferometria como método principal para a coleta de dados, este engloba simultaneamente a batimetria e a sonografia. Através da batimetria obtem-se as profundidades ao longo do estuário e a sonografia permite analisar as feições de fundo e os padrões texturais. Além destes, foi utilizado dados sedimentológicos coletados por uma draga do tipo Van Veen e dados de corrente coletados por um ADCP.
3.2 Interferometria
A interferometria é um método que tem por finalidade o mapeamento de ambientes submersos rasos, com o objetivo de gerar e transmitir o sinal acústico, derivando esta informação em duas informações, sendo o tempo de ida e volta e a intensidade do retorno do sinal, corrigida (sonar de varredura lateral) e bruta (retroespalhamento ou backscatter). O método interferométrico de investigação é um método simples e rápido, com alta cobertura da área estudada e maior precisão no fundo de relevo do que os outros métodos acima mencionados. Sonares batimétricos diferenciadores de fase fornecem informações combinadas de sonar e batimetria de varredura, simultaneamente. O equipamento possui transdutores dos dois lados (sonar head), sendo que em cada um dos lados estão localizados emissores e receptores. Estes emitem os sinais eletroacústicos e determinam o ângulo de resposta do leito através da diferença de fase, proporcionada pela distância entre os receptores, que podem ter uma variação entre ¼ a 1 comprimento de onda, convertendo esta informação em distância e gera como consequência a profundidade (Figura 3.1) (Manual Edgetech 4600, 2012).
A batimetria fornece informações sobre a profundidade, morfologia e declividade em duas ou três dimensões. A sonografia mostra além da morfologia do ambiente submerso, indica tipos de fundos através da heterogeneidade de intensidades acústicas captadas. Essa heterogeneidade revela características de tipos de sedimentos, em que grãos mais grossos tem reflexão mais forte e grãos mais finos, possuem um intensidade do sinal mais fraco (Fonseca & Calder, 2005).
O sinal acústico ao atravessar a coluna de água e interagir com a superfície do fundo marinho passa por um processo de espalhamento (scatter) (Lurton, 2002). Por ser uma superfície irregular (rugosa), o fundo marinho funciona como um difusor da onda acústica, sendo o retroespalhamento ou backscatter definido como a quantidade de energia acústica refletida que volta em direção do sonar (Blondel, 2009). Segundo Souza (2006), a intensidade do sinal oriundo de fundo é função tanto da rugosidade do material presente na superfície como também do ângulo de incidência do sinal emitido. Quanto mais rugosa a superfície e menor o ângulo de incidência, maior a intensidade do sinal de retorno (Figura 3.2).
Figura 3.2 Onda acústica emitida em uma superfície rugosa. Adaptado de Mazel (1985) e Souza (2006)
3.3 Aquisição dos dados (Interferometria)
Os dados de batimetria e sonografia desse projeto foram coletados no dia 12 de Agosto de 2017, utilizando uma embarcação de médio porte o barco Spirit of Noronha (Figura 3.3). Foram adquiridas 8 linhas paralelas ao estuário do Rio Potengi com espaçamento entre elas de aproximadamente 80 m e extensão de 8 km cada, obtendo área total em média 35 km². Os softwares utilizados para a aquisição foram o Discovery Edgtech e o Hypack 2014.
Algumas correções foram aplicadas durante a aquisição, como: a correção diferencial do geoposicionamento com um DGPS, correção do movimento da embarcação (arfagem, rolagem, guinada/pitch, roll, yaw), com um compensador de ondas (Motion Reference
Unit-MRU), correção da direção de navegação da embarcação com uma bússola eletrônica
(heading), a correção de velocidade do som com um perfilador de som (sound velocity profile –SVP).
Figura 3.3 – Em A, a embarcação do Spirit of Noronha e em B, Movimento relacionados à embarcação. Adaptado do manual SMC- 108 (2010)
Além das correções, parâmetros de offset de todos os equipamentos são inseridos, para que assim, a localização das medições esteja na posição exata durante o levantamento. O equipamento utilizado para a pesquisa é o interferômetro EdgeTech 4600 (Figura 3.4), o qual fornece imagens de sonar de varredura lateral, batimetria de varredura, bem como retroespalhamento (backscatter). Esse aparelho atua na frequência de 540 kHz, com um alcance lateral de 125 m para cada lado, um feixe de largura horizontal de 0,5º e trabalha com uma abertura de até 12 vezes a profundidade, além disso, usa oito transdutores de recepção em cada lado e um elemento de transmissão. A diferença de fase do sinal que retorna, é calculada em cada transdutor (MANUAL EDGETECH 4600, 2012) e gera mapas de alta resolução 3D.
3.4 Processamento dos dados de sonografia
Os dados brutos precisam passar por etapas do processamento para que, a partir de filtros, correções e ganhos, seja possível interpretar a superfície do fundo e analisar a morfologia do ambiente.
Os softwares que auxiliaram a esse tratamento de dados foram o SonarWiz 6 e o
Hypack, respectivamente, com a sonografia e a batimetria. O SonarWiz 6 é um programa de
mapeamento de dados acústico apropriado para produzir mosaicos em tempo real e para processamento. A fim de atenuar ruídos e melhorar a visualização da imagem, foram feitos alguns passos que serão detalhados a seguir (Figura 3.5).
Figura 3.5 – Fluxograma das etapas realizada no software SonarWiz 6.
3.4.1 Criação do projeto e importação dos dados no SonarWiz 6
A criação do projeto no SonarWiz 6 permite realizar filtragens iniciais e a realização de correções geométricas. O dado importado tem formato inicial *.HSX, registrado no software de aquisição Hypack, e é convertido para o formato *.CSF no ambiente do
3.4.2 Remoção da coluna d’água (Bottom Track)
A coluna d’água existente entre o sensor e o fundo é registrada através da imagem sonográfica junto com a do fundo marinho, no entanto, é necessário removê-la para obter uma imagem da superfície de fundo contínua, além de corrigir de projeção inclinada para projeção plana (Slant Range para Ground Range) (Blondel, 2009) (Figura 3.6).
Figura 3.6- Ilustração da geometria e terminologia para propagação das ondas acústicas emitidas pelo sonar (modificado de Blondel & Murton, 1997).
A ferramenta Bottom Track permite mapear a primeira reflexão de fundo registrada no sonograma e unir os lados port e starboard da linha que estavam separados (Figura 3.7), pode ser trabalhada manual ou automaticamente, nesse trabalho foi feita automaticamente e corrigida quando necessário. O bottom track identifica o primeiro retorno acústico estabelecendo, assim, a altitude do peixe acima do fundo do leito. A altitude do ‘peixe’ é fundamental para corrigir as distorções geométricas (slant range). A projeção inclinada (slant
range) consiste na distância do sonar para um alvo no fundo oceânico e a projeção plana
(ground range) é a distância entre esse alvo e o nadir do sonar (ponto logo abaixo do sonar). O mapeamento da primeira reflexão de fundo é pré- requisito para a função de correção do ângulo e crucial antes de aplicar o ganho automático. A Figura 3.7 mostra como ocorre
propagação das ondas acústicas emitidas pelo sonar no fundo marinho.
Figura 3.7- Em A mostra o dado sem o bottom tracke B mostra o sonograma sem o bottom
track. Em C e D o dado está com Bottom track aplicado.
3.4.3 Partição longitudinal (Split)
O mosaico trabalhado apresentou linhas com alguns aspectos que tornavam mais difícil o processamento como: linhas com grande extensão; uma mesma linha com larguras de varredura diferentes; linha com uma mudança nas configurações de ganho durante a aquisição; e terminações de linhas com mudanças de direção causando sobreposição (curvas na navegação). Esses problemas podem ser diminuídos dividindo as linhas com a ferramenta
Split.
O Split tem a função de dividir longitudinalmente o sonograma selecionado, que permite individualizar sonogramas com distorções/ruídos específicos podendo ser procesados separadamente (Figura 3.8).
Figura 3.8- Etapa no qual o dado é dividido em duas linhas usando a ferramenta Split.
3.4.4 Varredura lateral (Range)
Devido a diminuição da intensidade do backscatter com a distância ao longo do alcance da varredura do sonar (provocada pelo aumento do espalhamento com a distância devido o arranjo geométrico dos feixes), as regiões mais externas do sonograma podem apresentar retornos atenuados ou nulos (Figura 3.9-A, ver polígono vermelho). O ajuste da largura do sonograma permite excluir essas regiões externas indesejáveis. A redefinição da largura da varredura lateral (range) permite remover as regiões externas atenuadas, distorcidas ou que possuem excesso de sobreposição com linhas paralelas.
Figura 3.9 – Em A, o dado está com ruído nas laterais e em B foi aplicado o range para eliminá-lo.
3.4.5 Aplicação de ganhos
amplitude da intensidade de backscatter que vai se perdendo por espalhamento geométrico, absorção, refração. Esta etapa proporciona uma melhora na imagem, realçando as feições, uniformizando os tons de cores e ao mesmo tempo, dá o contraste ideal para diferenciar os padrões de fundo.
De acordo com Blondel (2009), o dado bruto é limitado, pois o sonograma apresenta artefatos e ruídos inerentes a aquisição, e necessita de processamento. Muitas vezes, a intensidade do backscatter apresenta valores mais elevados em relação aos ângulos de incidência normais especialmente para o fundo do mar liso em comparação com ângulos de feixe externo. Então, é perceptível a importância da aplicação de ganhos para compensar a atenuação do backscatter com o feixe externo. Dessa maneira, o efeito da variação lateral é removido normalizando as imagens do fundo marinho, favorecendo a elaboração do mosaico e a interpretação dos tipos de fundo.
Neste trabalho aplicou-se o ganho auto TVG (Time Varying Gain) com o índice 18 para ambos os lados, após tentativas de equalizar o dado com outros tipos de ganhos (exemplo: BAC e AGC) (Figura 3.10). O ganho TVG, é aplicado por uma função logaritmica e amplia o sinal refletido para melhorar a imagem e tem como principal função multiplicar as amostras de sonar por um valor de ganho que aumenta com o passar do tempo desde a transmissão de impulsos (Figura 3.11).
Figura 3.10 – Tela do SonarWiz 6 para mostrar o ganho aplicado TVG
3.5 Processamento dos dados de batimetria
Nesse trabalho, além dos dados sonográficos processados com o software SonarWiz
6, tem os dados batimétricos que foram processados com o software Hypack para obter assim
uma integração de dados e consequentemente, melhor interpretação das informações. A sequência das etapas no Hypack no módulo Hysweep 32 está na Figura 3.12.
Figura 3.12 – Sequência das etapas feitas no software Hypack.
3.5.1 Correção dos dados
A primeira etapa visa corrigir o dado bruto e após a escolha da linha a ser trabalhada, insere-se as informações de variação de maré e de velocidade do som e segue para a fase “Visualização dos Sensores” (Figura 3.13) na qual é feita uma análise dos sensores de movimento e de posição da embarcação, nesse momento é possível fazer uma primeira intervenção, caso observe-se elementos considerados incoerentes.
Figura 3.13 - Telas do módulo Hysweepdo Software Hypackmostrando, graficamente, as correções de maré, de velocidade do som; Informações dos sensores de movimento e de
posição.
A segunda etapa segue com a remoção dos dados espúrios (spykes) relacionados aos erros de localização e de medições de profundidade incoerentes (Figura 3.14). Ainda nesta etapa é realizado um ajuste angular da distribuição dos pontos das varreduras (patch test). Esta correção é fundamental para a qualidade de integração das linhas de varredura na formação do mosaico para gerar o mapa batimétrico e a modelagem digital 3D, que consiste a terceira etapa.
Figura 3.14- Em A, mostra em amarelo a parte que será retirada (ruidos) e em B, o dado já está editado.
Por fim, a ultima etapa antes de gerar o modelo digital de terreno (MDT) é gerar a matrix que salva o dado em *.XYZ e *.MTX e a partir disso, é possivel gerar o mapabatimétrico.
Figura 3.15- Dado na tela do hypack na fase da edição
3.6 Dados de sedimentos
A partir dos dados adquiridos por (Santos, 2018), foi obtido uma coleta de sedimentos em determinados pontos do estuário para correlacionar o tipo de sedimento com as feições de fundo encontradas e complementar o estudo da área.
A aquisição dos dados para coleta das amostras de fundo foi realizada no dia 04 de Março de 2016 através da embarcação Spirit of Noronha por (Santos, 2018) onde foram coletadas 31 amostras do fundo estuarino através do amostrador de fundo do tipo van veen (Figura 3.16) em 31 pontos previamente distribuídos ao longo do estuário (Figura 3.17).
Figura3.16- Coleta de dados sedimentológicos. Em A: Embarcação Spirit of Noronha; Em B: Funcionamento da draga do tipo van veen (Compilados de Santos, 2018)
3.7 Dados de ADCP
Os ADCPs (Acoustic Doppler Current Profiler) são instrumentos hidroacústicos utilizados para medir a velocidade e a corrente da água em um determinado intervalo de profundidade. Segundo Gordon (1989), o funcionamento básico do ADCP, consiste em emitir pulsos acústicos ao longo de feixes estreitos em uma frequência conhecida. A diferença das frequências dos sons emitidos e refletidos é proporcional a velocidade relativa entre o barco e as partículas imersas na água (efeito Doppler) e portanto, a velocidade da corrente (Bensi, 2006). O instrumento trabalha em frequências variadas de 75, 150, 300,600, 1200 e 2400 kHz, dependendo do modelo (Thiago Filho et al., 1999). A frequência usada para esta coleta foi de 1200 kHz.
As medições foram coletadas nos dias 03, 04 e 10 de Novembro de 2017 próximas a desembocadura do estuário e à montante durante aproximadamente 10 horas, obtendo um total de 97 transectos. A partir dos dados adquiridos é possível ver dados de vazão, profundidade, direção das correntes, distância dos pontos.
A análise dos dados foi realizada no software WinRiver II, os transectos são analisados visualmente, seccionando os perfis longitudinais quando necessários.
Durante as medições no estuário, assim como nos trabalhos efetuados no mar, foi importante manter a velocidade do barco a mais baixa possível. O ideal seria uma velocidade próxima aquela da corrente medida, para obter mais precisão nos dados. No decorrer do trabalho no estuário do Rio Potengi (03,04 e 10 de novembro de 2017), a velocidade média do barco ao longo dos perfis foi mantida entre menor que 1 a 1,5 m/s, que se demonstrou uma velocidade suficientemente baixa para permitir a navegação no rumo estabelecido e obter uma boa qualidade dos dados registrados.
Capítulo 4
Submitted to: Pesquisas em Geociências - UFRGS
Morphology and bedform dynamics of a mesotidal tropical estuary, NE-Brazil
Flávia Valânea Souza Belchior¹ & Moab Praxedes Gomes²
1Post-Graduate Program of Geodynamics and Geophysics, Federal University of Rio Grande do Norte e-mails: flavia.valanea@hotmail.com; gomesmp@geologia.ufrn.br
Abstract
The Potengi River extends for over 170 km into the northeastern coast of Brazil, and its estuary cuts the metropolitan region of the Natal city. These tropical estuaries have the semi-diurnal mesotidal regime, with low sediment and river discharge. The estuarine channel has suffered periodic dredging and its margins with intense urbanization causing erosion and silting regions. We analyzed the channel morphology, the bedforms distribution, the influence of ebb and flood tidal currents on sediment transport, and the anthropic impacts. The data set consisted of interferometric bathymetry and sonography, sedimentological, and current data, collected in August 2017. The interferometric system (Edgetech 4600), operated in the frequency of 540 kHz, with a calibrated swath of 7 times depth. The sonar mosaic was processed in the SonarWiz through geometric editions and gains (TVG). Bathymetric data was filtered using Hypack and interpolated in ArcGIS. A total of 31 grabbed sediment samples were collected using a van ven grab sampler and statistically classified. ADCP profiles were collected during spring and neap tides. The estuary has an asymmetric main channel like a meander with depths varying from 3 m upstream to 20 m downstream. Bedforms occur along the estuary as 2D dunes, 3D dunes, small, medium and large dunes, flat bottom, rough bottom, anthropized regions. Flat and rugged flat bottoms are common on the banks of the channel with a depth ranging from 2 to 6 m. In addition, they are found in the central region surrounding 2D dunes. Both the 2D and 3D dunes are asymmetric dunes and vary according to the spacing between them: from 0.6 to 5 m (small size), 5 to 10 m (medium size) and from 10 to 100 m (large size). Both have depths ranging from 6 to 12 m. Although these dunes are well distributed throughout the channel, the 2D predominate over 3D bedforms.
1. Introduction
The bottom morphology of an estuary reflects the sediment dynamics and the current direction (Kenyon, 1986; Ashley, 1990; Flemming, 2000). Bedforms are used as a proxy to study sediment transport in estuarine-coastal systems (Banard et al., 2013). The location, distribution, pattern, orientation, depth of bedforms occurrence might provide information of sediment pathways, grain-size distribution, and pattern of circulation. Many recent studies address on the distribution and morphology of the dunes to infer the sediment transport pattern in the seabed (Francken et al., 2004; Stow et al., 2013; Salvatierra et al., 2015; Giagante et al., 2008; Vecchi et al., 2008). The flood height, wave shape, and flood duration affect the formation and destruction of bedforms because these are first-order control over the river bed roughness and strength (Simons and Richardson, 1966; Van Rijn, 1984, 1993). Coherent dune-generated flow structures dictates a vertical change of momentum and sediment in the stream which affects energy dissipation within the river, and sediment budgets and bank erosion (Bennett and Best, 1995). Additionally, large bedforms represent a danger to navigation, aggravated by changes from anthropogenic activities, which alter the availability and distribution of sediments and disturb the natural balance of the system.
The Potengi River estuary is located on the eastern coast of the state of Rio Grande do Norte (RN) (Figure 1), receiving the fluvial tributaries of the Doce, Jundiaí and Potengi rivers, embedded on Tertio-Quaternary sedimentary rocks (Barreiras Formation) and sediments, surrounded by fixed and mobile dunes, alluviums, river terraces and mangrove vegetation. Holocene sediments, which fill the estuarine channel, are predominantly at muddy and sandy facies, ranging from sorted to well-sorted (Frazão, 2003; Santos, 2018). This estuary is approximately 800 m wide and has a maximum depth of 15 m in the main navigation channel (Silva et al., 2001). The Potengi Estuary inserted on a mesotidal regime, a hot and humid climate with sparse winters and wetter summers (Rocha & Vital, 2015).
The aim of this paper is to analyze the morphology of the estuarine channel of the Potengi River, to investigate the distribution of the bedforms and the morpho-sedimentary processes related to the dynamics of circulation and sedimentation.
Figure 1 – Study area map showing the Potengi river estuary crossing the Natal city, and the data set of interferometric survey area, the 10 bathymetric profile and ADCP profiles, and
sediment samples sites.
2. Methods
The present study used interferometric technique to collect data of bathymetry and from the reflected energy obtained sonography in August at 2017 and current profiles using an ADCP in November at 2017. In addition, grabbed sediment samples from previous work (Santos, 2018) were analyzed in comparison with the estuarine bedforms distribution. A medium-size boat, the Spirit of Noronha, was used in the acquisition with the interferometric system, and a small boat used (dugout) for the ADCP surveys. Bathymetric and sonographic surveys were carried through eight parallel lines, 8 km each, spaced approximately 80 m, longitudinally to the estuarine channel (Fig. 1).
The equipment used for the research was the EdgeTech 4600 interferometer, which provides acoustic backscatter and swath bathymetry based on acoustic wave phase differentiation. The data acquisition used the frequencyof 540 kHz with a calibrated swath of
7 times depth, a horizontal beam width of 0.5º in eight receive transducers one each side and one transmission element. These elements emit the electroacoustic signals and determine the response angle of the bed through the phase difference, provided by the distance between the receivers, which can vary between ¼ and 1 wavelength, converting this information into distance and consequently generateing the depth.
Positioning from DGPS and an electronic compass (heading) corrected the data during the surveys. The bathymetry data were processed using the Hypack software to remove spurious raw data and to enter the sound speed and tidal variation. Sound velocity profiles (SVP) were collected along the day and used to correct the sound speed of water column. Tidal charts from Brazilian Navy provided the water level corrections. Sonographic data were processed using SonarWiz 6 software for convert Slant Range to Ground Range, to split line length and range, to enhance the histogram and compensate lateral signal losses with Time Variable Gain (TVG) and thus getting the mosaic image (Blondel, 2009).
Transects of acoustic doppler current profiles (ADCP), using an RDI instrument operating on 1200 kHz, were acquired during two days, crossing continuously the channel width during approximately 12 hours per day, of the spring tide (November 3rd and 4th), crossing the estuary near the estuarine mouth and in the middle estuary. The durations of ADCP surveys were limited due to the safety conditions of navigation. The data was analyzed using the WinRiver software.
3. Results
3.1 Estuary morphology and bedforms
The Potengi River estuary is meander-like, varying width from near the mouth with approximately 550 m to up to 300 m further upstream in the study area (Figure 1 and 2). The largest depth of the estuary is 15 m in the dredged area of the estuarine mouth. The south estuarine margin is the strait and very anthropic where the port town of Natal is inserted. The north estuarine margin has a gentle gradient, with sandbanks, mangroves and tidal channels. The main channel of the estuary develops the largest dunes, while smaller dunes, sand banks and the anthropized environments occur on the margins. The estuary can be divided into three zones (Figure 2): one on the upstream part of the estuary where shallow sand banks and narrow channels occur; the middle estuary, an extended intertidal margin associated with the mangrove on north and the main single channel of the estuary on south; the downstream part of the estuary and mouth bathymetry is a result of intense dredging and strongly anthropic
interference in the margins and mouth. These zones differentiate the distribution of bedforms and circulation.
Figure 2 - Bathymetric map of the study area showing the main channel and the margins of the Potengi Estuary.
Bathymetric profiles show channel morphology and the different dune dimensions in the estuary (Fig. 3). The channel has larger dunes in the mouth region and the dredged part, have a height of approximately 2m and are at a depth of 15m, the dunes are wide and asymmetrical. The central region of the channel presents smaller dunes compared to the mouth, at a depth ranging from 7 to 10 m and the margins show their differences. The north margin has sand banks and it is wider and and shallower than to the south margin that is urbanized, has greater depth and smaller dunes. The upstream region is the smallest part of the estuary, has a narrow channel width and the dunes are the smallest, at a depth of 3-4 m.
