ESTUDO DA HIDRODINÂMICA E DA DISTRIBUIÇÃO DE SALINIDADE NA BAÍA DE VITÓRIA ATRAVÉS DE MODELAGEM COMPUTACIONAL

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO

CENTRO DE CIÊNCIAS HUMANAS E NATURAIS

DEPARTAMENTO DE ECOLOGIA E RECURSOS NATURAIS

CURSO DE GRADUAÇÃO EM OCEANOGRAFIA

HENERY FERREIRA GARÇÃO

ESTUDO DA HIDRODINÂMICA E DA DISTRIBUIÇÃO DE

SALINIDADE NA BAÍA DE VITÓRIA ATRAVÉS DE MODELAGEM

COMPUTACIONAL

VITÓRIA 2007

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HENERY FERREIRA GARÇÃO

ESTUDO DA HIDRODINÂMICA E DA DISTRIBUIÇÃO DE

SALINIDADE NA BAÍA DE VITÓRIA ATRAVÉS DE MODELAGEM

COMPUTACIONAL

VITÓRIA 2007

Monografia apresentada ao Curso de Graduação em Oceanografia, do Departamento de Ecologia e Recursos Naturais da Universidade Federal do Espírito Santo, como requisito parcial para obtenção do título em Bacharel em Oceanografia.

Orientador: Prof. Dr. Julio Tomás Aquije Chacaltana.

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ESTUDO DA HIDRODINÂMICA E DISTRIBUIÇÃO DE SALINIDADE NA BAÍA DE VITÓRIA ATRAVÉS DE MODELAGEM COMPUTACIONAL

por

Henery Ferreira Garção

Submetido como requisito parcial para a obtenção de grau de

Oceanógrafo

na

Universidade Federal do Espírito Santo

Dezembro de 2007 © Henery Ferreira Garção

Por meio deste, o autor confere ao Colegiado do Curso de Oceanografia e ao Departamento de Ecologia e Recursos Naturais da UFES permissão para reproduzir e distribuir cópias parciais ou totais deste documento de monografia para fins não comerciais.

Assinatura do autor... Curso de graduação em Oceanografia

Universidade Federal do Espírito Santo 05 de dezembro de 2007 Certificado por ...

Julio Tomás Aquije Chacaltana Prof. Adjunto / Orientador DEA/CT/UFES Certificado por ...

Arno Maschmann de Oliveira Prof. Associado / Examinador interno DEA/CT/UFES Certificado por ... Gilberto Fonseca Barroso Prof. Adjunto / Examinador interno DERN/CCHN/UFES Aceito por ... Alex Cardoso Bastos Prof. Adjunto / Coordenador do Curso de Oceanografia Universidade Federal do Espírito Santo CCHN/DERN/UFES

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Aos meus pais, que sempre estiveram presentes em minha formação, e ao meu irmão, por todo apoio.

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"Eu poderia suportar, embora não sem dor, que tivessem morrido todos os meus amores, mas enlouqueceria se morressem todos os meus amigos! Alguns deles não os procuro, basta-me saber que eles existem. Esta mera condição me encoraja a seguir em frente pela vida, mas é muito bom que eu saiba e sinta que os adoro, embora não declare e não os procure sempre."

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AGRADECIMENTOS

Aos meus pais, Edson e Sônia, por todo carinho, amor, dedicação, apoio, paciência, ensinamentos e mais um monte de coisas que em palavras não é possível a transcrição.

Ao meu irmão Bruno, por sua fiel amizade e por estar ao meu lado em muitos momentos, seja de descontração, de muitos conselhos e dicas, que só ele sabe passar.

Ao meu outro irmão, Vinicius, que desde o ensino médio vem me acompanhando nessa jornada, me auxiliando em muitos momentos.

A Vanessa, por me acompanhar nestes dois últimos anos de graduação, sempre me incentivando e cuidando de mim.

A todos meus amigos de Oceanografia, em especial Paula e Wright, por todos os momentos que passamos juntos, principalmente as festas, poucas, porém intensas; as noites que passamos acordados estudando aquelas disciplinas “mais interessantes”; a discórdia de opiniões que nós temos em alguns assuntos; as viagens que fizemos... entre muitas outras coisas.

Aos meus amigos de Saneamento Ambiental, que contribuíram também para a minha formação. Eram eles que sofriam a noite com meu mau humor quando eu me estressava a tarde com as aulas de Oceanografia e que, de certa forma, conseguiam reverter meu humor com as palhaçadas que faziam.

Ao professor Dr. Julio Tomás Aquije Chacaltana, pelas horas dedicadas à orientação e apoio a todos os estudos que realizamos, e pela amizade e respeito.

A professora Dr. Jacqueline Albino por ter me proporcionado momentos de muitas risadas pelo seu jeito alegre de ser.

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RESUMO

Os ecossistemas estuarinos são ambientes de transição entre os rios e oceano adjacente e assim se apresentam com bastante complexidade nos processos que os regem. O estudo da circulação da água e da distribuição da salinidade no ecossistema estuarino é de grande importância, uma vez que condicionam a distribuição e o transporte de materiais no sistema, como matéria orgânica, sedimento e nutriente. O objetivo principal deste estudo foi de avaliar o padrão de escoamento da Baía de Vitória (ES) e a distribuição de salinidade tendo como forçantes a maré astronômica e uma vazão média do Rio Santa Maria da Vitória. É proposta neste estudo uma classificação do estuário em setores, baseada na classificação de Dionne (1963 apud MIRANDA; CASTRO; KJERFVE, 2002). Não foram considerados efeitos dos ventos, da vegetação de manguezal e de outros afluentes da Baía de Vitória. A metodologia baseou-se na utilização do modelo computacional DIVAST (Depth Integrated Velocity and Solute Transport) para a realização de simulações do comportamento hidrodinâmico e da salinidade da área de estudo. Foi verificado que a onda de maré alcança toda extensão da Baía de Vitória que foi modelado. As marés de sizígia proporcionaram maiores gradientes de pressão entre as partes norte e sul, e as maiores velocidades, sendo que a região sul possui as maiores magnitudes. Os resultados de distribuição de salinidade mostraram que esta variável se comportou de acordou com a variação da maré, estando em fase com a onda de maré. Dentro da classificação de Dionne (1963) a única variável considerada foi a salinidade, uma vez que a onda de maré alcançou todo o domínio.

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LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1: Representação do zoneamento do estuário de acordo com a definição

de Dionne (1963)...16

FIGURA 2: Esquema de um estuário do tipo bem misturado, apresentando a distribuição da velocidade média e a distribuição de salinidade na vertical e horizontal...17

FIGURA 3: Representação do complexo estuarino na região da Grande Vitória ...27

FIGURA 4: Representação da área do canal da Baía de Vitória, Canal de Acesso ao Porto de Vitória, Canal da Passagem e Baía do Espírito Santo a ser modelada ...31

FIGURA 5: Representação da malha computacional de espaçamento 25 m x 25 m e as localizações dos contornos abertos utilizada no estudo...32

FIGURA 6: Representação em planta da batimetria da Baía de Vitória e do canal de Acesso ao Porto de Vitória...33

FIGURA 7:Representação em tridimensional da batimetria em correspondência com a representação em planta da Baía de Vitória ...34

FIGURA 8:Representação da rugosidade do leito da Baía de Vitória...35

FIGURA 9: Disposição das estações amostrais ao longo da Baía de Vitória ...36

FIGURA 10: Representação das estações dispostas na desembocadura do rio Santa Maria da Vitória...38

FIGURA 11: Gráfico de elevação da superfície nas estações de 1 a 4...39

FIGURA 12: Gráfico de elevação da superfície nas estações de 82 a 85 ...40

FIGURA 13: Gráfico de elevação da superfície nas estações de 40 a 44 ...40

FIGURA 14: Gráfico de elevação da superfície na estação STM 01 ...41

FIGURA 15: Gráfico de elevação da superfície na estação STM 08 ...41

FIGURA 16: Mapa de elevação na baixamar no sistema estuarino da ilha de Vitória em maré de quadratura...42

FIGURA 17: Mapa de elevação na preamar no sistema estuarino da ilha de Vitória em maré de quadratura...43

FIGURA 18: Mapa de elevação na baixamar no sistema estuarino da ilha de Vitória em maré de sizígia ...43

FIGURA 19: Mapa de elevação na preamar no sistema estuarino da ilha de Vitória em maré de sizígia ...44

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FIGURA 20: Gráfico de velocidade nas estações 1, 3 e 5 no período de lua

minguante...45

FIGURA 21: Gráfico de velocidade nas estações 1, 3 e 5 no período de lua cheia..45

FIGURA 22: Gráfico de velocidade nas estações 82, 83 e 85 no período de lua minguante...46

FIGURA 23: Gráfico de velocidade nas estações 82, 83 e 85 no período de lua cheia...46

FIGURA 24: Gráfico de velocidade nas estações 40, 42 e 44 no período de lua minguante...46

FIGURA 25: Gráfico de velocidade nas estações 40, 42 e 44 no período de lua cheia...47

FIGURA 26: Campo de velocidade após 283 h de simulação...48

FIGURA 27: Campo de velocidade após 289 h de simulação ...49

FIGURA 30: Representação da magnitude do campo de velocidade...52

FIGURA 31: Gráfico de salinidade nas estações 1, 3 e 5 no período de lua minguante...53

FIGURA 32: Gráfico de salinidade nas estações 1, 3 e 5 no período de lua cheia...53

FIGURA 34: Gráfico de salinidade nas estações 82, 83 e 85 no período de lua cheia...54

FIGURA 36: Gráfico de salinidade nas estações 40, 42 e 44 no período de lua cheia. ...55

FIGURA 37: Distribuição de salinidade no período de preamar no sistema estuarino de Vitória ...55

FIGURA 38: Distribuição de salinidade no período de baixamar no sistema estuarino de Vitória ...56

FIGURA 39: Representação dos valores médios de salinidade da Baía de Vitória e do Canal de Acesso ao Porto...58

FIGURA 40: Representação das faixas de salinidade encontrada na Baía de Vitória ...59

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LISTA DE TABELAS

TABELA 1: Exemplos de componentes harmônicos ...20 TABELA 2: Valores de salinidade encontrados por Neto et al. (2006) e pela

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SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO...11 2 OBJETIVOS...14 2.1 OBJETIVOS GERAIS...14 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS...14 3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA...15 3.1 ESTUÁRIOS...15 3.2 MARÉS...19

3.3 RUGOSIDADE E INFLUÊNCIA DO MANGUEZAL NA HIDRODINÂMICA DO ESTUÁRIO...21

3.4 TRANSPORTE DE SOLUTO ...23

3.4 UTILIZAÇÃO DE MODELOS NUMÉRICOS EM ESTUÁRIOS...24

4 ÁREA DE ESTUDO...26

5 METODOLOGIA...28

5.1 MODELO DIVAST...28

5.2 CARACTERIZAÇÃO DA MALHA COMPUTACIONAL...30

5.3 DADOS DE ENTRADA DO MODELO COMPUTACIONAL ...32

5.4 CLASSIFICAÇÃO DE DIONNE (1963)... 37

6 RESULTADOS...39

6.1 RESULTADOS DA ELEVAÇÃO DA SUPERFÍCIE...39

6.2 RESULTADOS DOS CAMPOS DE VELOCIDADE...45

6.3 RESULTADOS DA DISTRIBUIÇÃO DE SALINIDADE ...53

7 DISCUSSÃO...60

8 CONCLUSÕES...65

9 RECOMENDAÇÕES FUTURAS...67

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1 INTRODUÇÃO

Os ecossistemas estuarinos formam um dos ambientes mais complexos do contexto marinho. A sua definição é de grande dificuldade devido as suas diferentes morfologias e forçantes que os caracterizam. Ao longo dos anos tem se buscado uma melhor definição, incluindo características geológicas e processos regionais que contribuem para sua formação (PERILLO, 1996; ELLIOTT; MCLUNSKY, 2002; GARÇÃO, no prelo). Desta forma, Perillo (1989 apud PERILLO, 1996) definiu que estuário “é um corpo d’água costeiro semifechado, estendendo-se até o limite efetivo da influência da maré, sendo a água do mar, ou de qualquer outro corpo costeiro salino de água entrando por uma ou mais conexões com o oceano aberto, é diluída significativamente com a água fluvial proveniente da drenagem continental”. Dessa definição parte a importância da água marinha nesse ambiente que, ao diluir-se com água doce, gera uma distribuição de salinidade ao longo do corpo d’água.

A circulação da água no ecossistema estuarino é de grande importância, uma vez que esta condiciona a distribuição e o transporte de materiais no sistema, como a salinidade, sedimentos e nutrientes. É importante ressaltar que a hidrodinâmica e o transporte de poluentes nos ambientes estuarinos estão relacionados a eventos meteorológicos (chuvas, ventos), oceanográficos (ondas, marés) e geológicos (composição do sedimento) (RIBAS, 2004). Dentre os diferentes critérios de classificação, os estuários podem ser classificados de acordo com a hidrodinâmica e a intrusão salina, como proposta por Dyer (1997) em: estuário bem misturado; estuário parcialmente estratificado; ou estuário altamente estratificado.

O estuário ainda pode ser dividido em três zonas distintas, de acordo com a classificação proposta por Dionne (1963 apud MIRANDA; CASTRO; KJERFVE, 2002): estuário inferior ou marinho, estuário médio e estuário superior ou fluvial. Esta divisão tem como parâmetros para limitação a salinidade e o alcance da onda de maré dentro do corpo d’água (SILVA et al., 2004; ELLIOTT; MCLUNSKY, 2002). De acordo com Elliott e McLunsky (2002) esta divisão ocorre mais para fins de padronização de estudos.

As ondas de maré sofrem transformações quando se movem para plataforma continental e dentro dos estuários, viajando mais lentamente com a diminuição da

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profundidade, e consequentemente, a forma da onda vai ficando distorcida com a sua penetração. As marés são responsáveis pelas mudanças de nível da água nos estuários, causando a inundação periódica das planícies de marés/manguezais. Nessa variação de nível de água, formam-se as correntes de marés, que são importantes transportadores de sedimento dentro do canal.

Na caracterização da circulação desses corpos d’água, tem se utilizado os modelos numéricos. Modelos numéricos validados são ferramentas indispensáveis à gestão e ao gerenciamento de sistemas ambientais, capazes de resultar na otimização de custos de monitoramento e medições através da integração de informações espacialmente dispersas. Deste modo, a modelagem numérica mostra-se como uma importante ferramenta para o melhor entendimento dos processos dinâmicos, auxiliando na interpretação de medições pontuais (AMARAL, 2004).

Os modelos hidrodinâmicos também têm sido utilizados para prever a dispersão de substâncias em estuários e zona costeira. Simulações bem realizadas da hidrodinâmica e do transporte da salinidade têm ajudado a entender, por exemplo, a dinâmica de nutrientes, o deslocamento de organismos larvais e o crescimento de algas marinhas em estuários (SHENG et al., 2001 apud ALCÂNTARA; HARARI, 2006).

Os estuários são sistemas frágeis, regidos pela interação de diversos processos físico-químicos e biológicos e, apesar de normalmente possuírem grande importância econômica e ecológica, devido a sua complexidade, esses ecossistemas nem sempre são estudados de forma eficiente (RIBAS, 2004).

A distribuição da salinidade tem um papel importante na distribuição de variáveis químicas (nutrientes e poluentes conservativos) e biológicas (densidade de fitoplâncton e ictioplâncton) e seu efeito sobre a qualidade da água (CHEN, 2004). Grandes diferenças de salinidade podem atuar como barreira para transporte de massa.

A avaliação da distribuição da salinidade na Baía de Vitória permite observar o comportamento desta variável dentro corpo d’água e correlacionar o comportamento deste com a hidrodinâmica.

Desta forma, o conhecimento do movimento das águas em regiões estuarinas é de grande importância, principalmente para instalações de portos e indústrias às suas

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margens, como também para avaliar a dispersão de contaminantes oriundos de lançamentos de esgotos domésticos, esgotos industriais e da descarga fluvial, uma vez que esses corpos d’água são usados como destinação final.

É neste contexto que se justifica o conhecimento do movimento da água na Baía de Vitória, um corpo d’água de alta complexidade morfométrica na qual deságuam rios e tem comunicação com o oceano através do Canal de Acesso ao Porto e o Canal da Passagem, além da presença significativa de manguezal na extremidade norte. Deste modo, pretende-se neste estudo avaliar a hidrodinâmica e a distribuição de salinidade da região da Baía de Vitória através do uso do modelo computacional DIVAST (Depht Integrated Velocity and Solute Transport). Nas simulações a maré astronômica e uma vazão média do Rio Santa Maria serão consideradas como únicas forçantes do movimento da água. Não serão considerados os efeitos da vegetação de manguezal, dos ventos e de outros afluentes da Baía de Vitória.

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2 OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GERAL

- Contribuir para conhecimento do movimento d’água e a distribuição de salinidade em estuários considerando como forçantes a maré e a descarga fluvial.

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Neste estudo são propostos os seguintes objetivos específicos considerando como forçantes para o movimento d’água a maré astronômica e a descarga fluvial do rio Santa Maria da Vitória:

- Avaliar a hidrodinâmica da Baía de Vitória, Vitória-ES

- Avaliar a distribuição de salinidade da Baía de Vitória, Vitória-ES.

- Classificar o estuário da Baía de Vitória segundo a classificação proposta por Dionne (1963).

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3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Neste capítulo serão apresentadas considerações acerca de estuários, marés astronômicas, a influência da vegetação de manguezal na hidrodinâmica de canais estuarinos, transporte de soluto, bem como utilização de modelos numéricos para estudo em estuários.

3.1 ESTUÁRIOS

Estuários são amplamente distribuídos no mundo, sendo mais presentes nas planícies costeiras das médias latitudes. A formação destes corpos d’água costeiros está relacionado com a variação do nível do mar, sendo que no último evento de transgressão marinha, ocorrida no Holoceno, provocou a inundação de vales fluviais, baías protegidas e baías derivadas de tectonismo (SILVA et al., 2004). Em relação ao tempo geológico, os estuários são ambientes de vida efêmera, uma vez que os sedimentos oriundos da drenagem continental são depositados dentro do estuário, tendendo a serem colmatados (MIRANDA; CASTRO; KJERFVE, 2002; SILVA et al., 2004).

A definição de estuário pode variar de acordo com as características e processos que o governam. De uma maneira sucinta, estuário pode ser definido com uma região interior ao continente onde a água do mar é diluída gradativamente pela água advinda da drenagem continental, sendo limitado ao seu interior pela influência da maré.

Muitos são os estudos que definem os estuários (PRITCHARD, 1952; CAMERON; PRITCHARD, 1963 apud MIRANDA; CASTRO; KJERFVE, 2002; KJERFVE, 1988; PERILLO, 1996; DYER, 1997). A definição clássica de Pritchard (1952 apud MIRANDA; CASTRO; KJERFVE, 2002) é que “estuário é um corpo d’água costeiro semifechado que tem uma conexão livre e contem uma quantidade mensurável de água do mar”.

Uma nova definição foi proposta por Cameron e Pritchard (1963 apud PERILLO, 1996) na qual definiu estuário como um “corpo d’água costeiro semifechado que tem uma conexão livre com o oceano aberto onde as águas oceânicas são

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mensuravelmente diluídas com água doce derivadas da drenagem do solo”. Analisando esta definição é notado que as principais forçantes deste ambiente é a descarga fluvial e a penetração de água marinha movida pela maré. Perillo (1996) observa que desta definição pode se afirmar que há uma contínua entrada de água salgada vinda do mar, o qual o sal é introduzido por advecção e/ou difusão.

Kjerfve (1988) em sua definição para estuário traz novas terminologias e um zoneamento proposto por Dionne (1963 apud MIRANDA; CASTRO; KJERFVE, 2002). Na definição em questão, considera a gênese geológica, os processos regionais (fatores climáticos, sedimentação recente e forçantes dinâmicas) que contribuem para a formação desses ambientes e são responsáveis pelo amplo espectro de características geomorfológicas e fisiográficas encontradas na natureza. A definição de Dionne (1963 apud MIRANDA; CASTRO; KJERFVE, 2002) traz um zoneamento do estuário (Figura 1), no qual se afirma que um “estuário é uma reentrância do mar, que atinge o vale de um rio até o limite de influência da maré, sendo geralmente subdividido em três setores: a) estuário inferior ou marinho, com ligação livre com o oceano aberto; b) estuário médio, sujeito à intensa mistura da água do mar com a água fluvial; e c) estuário superior ou fluvial, caracterizado pela presença de água doce, mas sujeito à influência diária da maré”.

Figura 1: Representação do zoneamento do estuário de acordo com a definição de Dionne (1963).

Adaptado de Dionne (1963 apud PERILLO, 1996). Transporte de sedimento marinho Estuário Inferior ou Marinho Estuário Médio Estuário Superior ou Fluvial Predominância Oceânica (água salgada) Zona de Mistura de água salgada e água doce (água salobra) Influência da maré e da vazão do rio (água doce) Transporte de sedimento fluvial Transição Transi ção Limite Máxim o da Maré

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Os estuários também podem ser classificados de acordo com a intrusão salina através do perfil longitudinal do canal como proposto por Dyer (1997). Entre os tipos apresentados, pode-se ressaltar os estuários de cunha salina, os estuários parcialmente misturados e os estuários bem misturados.

Nos estuários de cunha salina a salinidade das águas de superfície é bem menor que a salinidade das águas do fundo, apresentando uma diferença acentuada no perfil vertical de salinidade. Para que este tipo de estratificação ocorra, é necessário que as velocidades e a energia sejam baixas. Já nos estuários parcialmente misturados o aumento de salinidade se dá de maneira gradativa tanto na escala vertical quanto na horizontal, o que não permite a identificação física da cunha salina.

Os estuários bem misturados apresentam o perfil vertical de salinidade homogêneo, ou seja, a salinidade das águas superficiais é igual à salinidade das águas do fundo. A salinidade da água só varia longitudinalmente, sendo mais alta na região oceânica e mais baixa em direção ao continente (Figura 2).

Figura 2: Esquema de um estuário do tipo bem misturado, apresentando a distribuição da velocidade

média e a distribuição de salinidade na vertical e horizontal. Modificado de Amaral (2004).

A dinâmica e as características dos estuários são governadas por diversos processos e forçantes, desde locais e aos que acontecem na bacia de drenagem e na bacia oceânica. Dentre as forçantes podem-se destacar os ventos, a descarga fluvial, ondas e as marés (KJERFVE, 1988; MIRANDA; CASTRO; KJERFVE, 2002;

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SILVA et al., 2004). Com relação processos que atuam no escoamento dos canais dos estuários pode se citar a rugosidade do leito, as planícies de maré e a presença de vegetação nas margens, como marismas e mangues.

De acordo com Silva et al.(2004) quando os efeitos de maré são predominantes no estuário, este pode ser classificado como bem misturado (Figura 2). Em estuários deste tipo, a variação da salinidade ocorre somente ao longo do corpo d’água, da zona fluvial a zona costeira do estuário, sendo que no perfil vertical a salinidade é praticamente homogênea (AMARAL, 2004; SILVA et al., 2004). Entretanto, em eventos esporádicos, a influência da maré pode ser diminuída. Deste modo, um mesmo estuário pode apresentar comportamento distinto de circulação, causando uma distribuição de salinidade diferente da média (SILVA et al., 2004).

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3.2 MARÉS

As marés são ondas longas resultantes da interação do sistema Terra-Lua-Sol. Esta interação compreende a atração gravitacional e a rotação em torno do centro de massa entre estes três corpos celestes (BROWN et al., 1999; MIRANDA; CASTRO; KJERFVE, 2002; SILVA et al., 2004).

As marés observadas na costa resultam dos processos sofridos pelas marés oceânicas quando estas se propagam da plataforma continental em direção aos ambientes costeiros (SILVA et al. 2004). A maré em estuários promove a formação de correntes (as correntes de maré) e mistura devido às mudanças do nível da água, envolvendo intensos processos advectivos e difusivos, resultando no alagamento/secamento freqüente de planícies de maré e manguezais, sendo uma das principais forçantes nestes ambientes (MIRANDA; CASTRO; KJERFVE, 2002; SILVA et al., 2004).

Um método prático para previsão de maré é o método harmônico, o qual foi desenvolvido por Doodson (1928 apud MIRANDA; CASTRO; KJERFVE, 2002). Este método consiste que a maré é o somatório de um conjunto de componentes harmônicos ou marés parciais, sendo que cada componente possui sua amplitude e sua fase (Tabela 1). Foram identificadas 390 componentes harmônicas entre os períodos semi-diurnos, diurnos e longos períodos (BROWN et al., 1999; MIRANDA; CASTRO; KJERFVE, 2002).

Com relação as componentes de maré semi-diurna, a principal lunar (M2) e a

principal solar (S2) são as mais importantes, uma vez que elas controlam o ciclo de

sigízia e quadratura (BROWN et al., 1999). Entretanto a M2 é mais influente na altura

de maré que a S2, uma vez que a Lua influencia mais que o Sol devido à

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Tabela 1: Exemplos de componentes harmônicos. O coeficiente de razão é a razão da amplitude da

componente e a componente M2. Fonte: Brown et al., 1999.

Nome da componente de maré Símbolo Período (hora) Coeficiente de razão (M2=100) Semi-diurno Principal lunar _M₂_12,42 ₁₀₀ Principal solar _S₂_{12,00 46,6} Luni-solar _K₂_{11,97 12,7} Diurno Luni-solar _K₁_{23,93 58,4} Principal lunar _O₁_25,82 _41,5 Principal solar _P₁_{24,07 19,4}

A onda de maré propagando para dentro do estuário sofre modificações devido a mudança de topografia e a forma do canal. Como a velocidade das ondas é influenciada pela profundidade (c= gh; g: aceleração devido à gravidade, h:

profundidade), esta viaja de com menor velocidade quando atinge estes ambientes. Além disso, ocorre distorção entre a crista e a cava, sendo que a crista viaja mais rapidamente. A convergência das margens do estuário e o atrito do leito do canal podem provocar um aumento na altura da maré.

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3.3 RUGOSIDADE E INFLUÊNCIA DO MANGUEZAL NA HIDRODINÂMICA DO ESTUÁRIO

Rugosidade é um termo que designa uma medida ou estima uma resistência de componentes físicas que interagem com o escoamento da água no canal e na planície de maré (KUMU, 2002).

Entre os fatores que tem grande influência na rugosidade, pode-se destacar (CHOW, 1973):

• superfície do leito: a superfície de rugosidade é relacionada ao tamanho e forma dos grãos que formam o canal e produzem um retardamento sobre o escoamento. Anteriormente era considerado o único fator na seleção do coeficiente de rugosidade, mas é atualmente considerado um de vários grandes fatores;

• vegetação: a vegetação pode ser considerada como um tipo de rugosidade de superfície, mas isto também marcadamente reduz a capacidade do canal e retarda o escoamento. Este efeito depende principalmente da altura, densidade, distribuição e tipo de vegetação;

• irregularidade do canal: curvas suaves com grande raios irão ter uma menor influência no retardamento do escoamento, ao contrário de curvas bruscas. Desta forma, quanto maior for a sinuosidade do canal, maior é a resistência ao escoamento;

• obstrução: a presença de grandes troncos de árvores, pontes e píer trazem o aumento da resistência ao escoamento. O grau de aumento da rugosidade é dependente do tipo de obstrução, seu tamanho, sua forma e sua distribuição; A influência de cada fator e seus efeitos no movimento da água é possível de ser estudado e representado matematicamente. Entretanto, a problemática está em representar em um só coeficiente a influência de mais de um fator (MACIEL, 2003). Em estuários, os principais fatores de rugosidade que são considerados em estudos são a superfície do leito e a vegetação. Este último, particularmente a vegetação de manguezal, tem sido alvo de vários estudos para a determinação do grau de influência no padrão de escoamento em canais (WOLANSKI et al., 1980; WU; FALCONER; STRUVE, 2000; CHACALTANA et al., 2003; RIGO, 2004).

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As margens dos estuários podem ser cobertos por árvores do manguezal e são regularmente inundadas durante os períodos de maré alta e expostas na maré baixa. Durante o período de vazante de maré, o escoamento da água nas planícies se direciona para o meio do estuário. O movimento da água é retardado pela rugosidade do fundo, especialmente pelas raízes-escora e pneumatóforos, das árvores do gênero Rhizophora e Avicennia respectivamente. A presença de uma rede de raízes densa e extensa pode ser considerada como um aumento na rugosidade do leito para o escoamento da água (AUGUSTINUS, 1996).

Wolanski et al. (1980) atribuíram o valor do coeficiente de rugosidade em planícies de maré em função da densidade da vegetação. Wu, Falconer e Struve (2000) fizeram estudo similar ao de Wolanski et al. (1980), entretanto, atribuíram também uma porosidade em função da densidade da floresta, devido ao efeito de bloqueio desta. Scoffin (1970 apud AUGUSTINUS, 1996), fez estudos em que a corrente com velocidade de 0,4 m/s se reduziu a zero devido à presença de raízes-escora de Rhizophora.

As planícies de maré recebem água do canal principal durante a elevação da maré, detendo por algum tempo e liberando durante a descida da maré. A quantidade de água acumulada na planície de maré aumenta com o aumento da relação área da planície com a área do canal. Devido a isso, ocorre uma diferenciação das velocidades do canal em direção a margem. No canal principal a velocidade pode ser dez vezes maior que na planície de maré (AUGUSTINUS, 1996). Segundo Wolanski et al. (1980) este aprisionamento de água nas planícies de maré gera um gradiente de elevação da superfície da água entre o mangue e o canal principal, no qual se tem fortes picos de correntes durante a maré vazante, geralmente de 20 a 50% maior que os picos de maré cheia. Desta forma, é mostrada a importância da consideração do mangue em estudos do padrão da hidrodinâmica em estuários, uma vez que é um agente modificador no escoamento do canal.

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3.4 TRANSPORTE DE SOLUTO

O processo de transporte e de mistura de constituintes em estuários pode ser afetado por oscilações de maré, por vazão de água doce, por estratificações de massa específica e pelo vento (SANTIAGO, 2004).

A presença de água mais densa na boca faz do estuário um sistema que bombeia constantemente água salgada para o seu interior. A massa de água estuarina consiste da mistura de água doce e do mar em proporções que variam de um ponto a outro. Devido ao aumento da salinidade estuário abaixo, o gradiente horizontal de massa específica gera o componente baroclínico do gradiente de pressão. O componente barotrópico forçado pela maré, associado ao componente baroclínico e à descarga fluvial, intensifica os movimentos estuário abaixo e acima, agitando ciclicamente a massa de água estuarina e gerando os processos de mistura (MIRANDA; CASTRO; KJERFVE, 2002).

Exemplificando os processos que ocorrem dentro de um estuário, quando uma nuvem de material dissolvido é lançada em um corpo d’água, esta se propaga, dilui-se e espalha-dilui-se à medida que dilui-se move com o escoamento. Isto acontece em função da associação de vários processos de natureza física, tais como advecção, difusão, dispersão e mistura. A advecção se refere ao transporte do constituinte devido aos efeitos da corrente liquida, tal como as correntes geradas em função do efeito das marés em regiões costeiras e estuarinas. A difusão inclui o espalhamento do constituinte pelo movimento molecular e turbulento das partículas do fluido receptor. A dispersão, distinta da difusão, é o processo de espalhamento devido a ação conjunta da advecção e da difusão, e por fim, a mistura resulta da ação conjunta de todos os processos de espalhamento (FALCONER, 1993).

(25)

3.5 UTILIZAÇÃO DE MODELOS NUMÉRICOS EM ESTUÁRIOS

O uso de modelos computacionais vem sendo atualmente uma prática freqüente para caracterizar a circulação em regiões costeiras e dispersão de poluentes, bem como contribuir com o gerenciamento destas regiões (AMARAL, 2003; CHACALTANA et al., 2003; RIGO, 2004; WANG et al., 2005). Estudos teóricos e simulações em regiões idealizadas têm sido feitos para o entendimento dos modelos numéricos e das informações que estes fornecem.

Wolanski et al. (1980) desenvolveram um estudo de simulação da hidrodinâmica do sistema de manguezal em Missionary Bay, na porção norte da Austrália, e verificaram que a profundidade do canal era mantida devido à assimetria da corrente de enchente e vazante. Neste estudo foi atribuída uma fricção induzida pela vegetação de mangue.

Furukawa et al. (1997) estudaram as correntes de maré, o sedimento coesivo e o transporte orgânico do carbono dentro de uma planície alagada de vegetação de manguezais na Austrália. Foi concluído que a vegetação de mangue é importante na geração de vórtices, jatos e zonas de estagnação de água, além do aprisionamento de sedimento.

Simulações numéricas no sistema estuarino da Ilha de Vitória-ES foram realizadas por Chacaltana et al.(2003), afim de avaliar a influência do manguezal no escoamento dos canais. Este estudo foi realizado através do modelo DIVAST e o domínio simulado considerou duas situações: com alagamento e sem alagamento da região de manguezal.

O estuário do rio Macaé no estado do Rio de Janeiro foi estudado por Amaral (2003) para mostrar a importância da modelagem numérica para o gerenciamento integrado de recursos hídricos, sendo o modelo SisBAHIA utilizado no estudo. Além disso, foram criados diferentes cenários meteoro-oceanográficos a fim de se conhecer a distância alcançada pela intrusão salina no rio Macaé.

Maciel (2004) estudou a hidrodinâmica e a interação da vegetação de mangue no escoamento em um estuário ligado a duas baías (Baía de Vitória e Baía do Espírito Santo), o Canal da Passagem, através do modelo computacional DIVAST. Conclui-se que o manguezal influenciava nas velocidades, causando o aumento desta, e confirmou a região de velocidades nula, conhecido como “tombo da maré”.

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Chen (2004) estudou a hidrodinâmica e a distribuição de salinidade ao longo de 24 km do rio Alafia na Flórida utilizando a modelagem computacional e medições de campo para inclusão de condições de contorno e calibragem do modelo. Foi proposta neste estudo uma relação da posição da interface água doce-água salgada e a média diária da vazão do rio. Foi sugerido que, a posição desta interface, é inversamente proporcional ao logaritmo da vazão total diária

(27)

4 ÁREA DE ESTUDO

A Baía de Vitória está localizada na região da Grande Vitória, limitada ao sul pelo canal de Acesso do Porto de Vitória e ao norte pelo Canal da Passagem e pelo rio Santa Maria da Vitória (Figura 3). Está localizado entre as coordenadas 40º 18’ e 40º 20’ W e 20º 19’ e 20º 15’ S.

A Baía de Vitória têm como maiores contribuidores de água doce os rios Marinho, Bubú e Santa Maria da Vitória. Este último é o mais importante por apresentar maior vazão, podendo ter médias mensais variando de 4 m³/s a 30 m³/s (HIDROWEB, 2007). Segundo Rigo (2004) a vazão que alcança a Baía de Vitória está sujeita ao controle das usinas hidrelétricas de Rio Bonito e Suíça, nas quais se localizam nos municípios de Santa Maria do Jetibá e Santa Leopoldina respectivamente.

A região da Baía de Vitória é caracterizada pela presença de manguezais, que atuam na hidrodinâmica do canal. A partir de um mapeamento realizado por Rigo (2004) a área de manguezal na região é de 22,1 km². Segundo CARMO (1987 apud RIGO, 2004), este manguezal é formado pelas espécies Rhizophora mangle, Laguncularia racemosa e Avicennia schaueriana, sendo a primeira a mais abundante, cerca de 60%.

Entre as forçantes que interferem na hidrodinâmica da Baía de Vitória, a maré está entre as mais importantes neste corpo estuarino. O tipo de maré na região é de micromarés e semidiurna, apresentando oscilações médias de 0,13 m a 1,46 m em marés de sigízia e de 0,54 m a 1,06 m para marés de quadratura no porto de Vitória (FEMAR, 2000). Tem como a principal componente a principal lunar (M2), a qual tem

um período de 12,42 h (BROWN et al., 1999) e uma altura de 46,2 cm no porto de Vitória (FEMAR, 2000). Medições de maré feitas por Rigo (2004) nas regiões da Maria Ortiz, Caieiras e Santo Antônio, bairros do município de Vitória adjacentes a baía, apresentou elevações de -0,4 m a 0,2 m em maré de quadratura e -1,2 m a 0,9 m em maré de sigízia.

(28)

Figura 3: Representação do complexo estuarino na região da Grande Vitória. Em destaque (retângulo vermelho) a área de estudo. A região em verde representa a área de manguezal.

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5 METODOLOGIA

Neste capítulo será apresentada a metodologia utilizada na implantação do modelo numérico na área de estudo, bem como a descrição do próprio modelo e a obtenção dos dados de entrada.

5.1 MODELO DIVAST

O modelo numérico utilizado neste subprojeto é o DIVAST (Depht Integrated Velocity and Solute Transport), o qual se baseia nas equações da conservação da massa e da quantidade de movimento. O modelo DIVAST foi desenvolvido por Falconer (1993) na linguagem de programação FORTRAN 77. Ele é um modelo 2DH, isto é, um modelo bidirecional na horizontal, sendo este tipo de modelo usado para corpos d’água pouco estratificados (ROSMAN, 1997 apud RIBAS, 2004). Este modelo simula a distribuição das correntes, elevações da superfície e alguns parâmetros de qualidade de água em função do tempo.

As equações que governam o modelo são as de conservação da massa e quantidade de movimento. Quando estas são integradas pela profundidade, assumem as formas mostradas a seguir (Equação 1, 2 e 3) (FALCONER, 1993). Conservação de massa:

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Conservação da quantidade de movimento:

⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ∂ ∂ ∂ + ∂ ∂ + ∂ ∂ + + − + + ∂ ∂ − = ∂ ∂ + ∂ ∂ + ∂ ∂ y x q y p x p C H q p gp W W W C x gH fq y pV x pU t p y x x w 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 ε ρ ρ η β β _α (2) ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ∂ ∂ ∂ + ∂ ∂ + ∂ ∂ + + − + + ∂ ∂ − − = ∂ ∂ + ∂ ∂ + ∂ ∂ y x p y q x q C H q p gp W W W C y gH fq y pV x pU t q y x y w 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 ε ρ ρ η β β _α (3) m q y q x p t ∂ = ∂ + ∂ ∂ + ∂ ∂η

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Onde:

p (=UH), q (=VH) Descargas por unidade de largura nas direções x e y respectivamente (m3/s/m2);

qm Descarga-fonte por unidade de área horizontal (m3/s/m2);

U,V Componentes de velocidade médios na profundidade nas direções x e y respectivamente (m/s);

β Fator de correção do momentum. Para um perfil de velocidade vertical não uniforme, β =1;

ƒ= 2ωsen φ Parâmetro de Coriolis devido à rotação da Terra (s-1). Onde ω é a velocidade de rotação angular da Terra, ω = 2π/(24 x 3600) = 7,27 x 10-5_{(radianos/s); e φ = ângulo geográfico da latitude}

(graus);

g Aceleração gravitacional (=9.806 m/s²); H Profundidade total da água (m);

η Elevação da superfície da água acima do datum (m); ρα Massa específica do ar (≅ 1,292 kg/m³);

ρ Massa específica do fluido (≅ 1026 kg/m3); C Coeficiente de rugosidade de Chezy (m½/s);

Cw Coeficiente de resistência do ar/fluido (adimensional);

ε Viscosidade turbulenta média na profundidade (m2/s);

x,y Coordenadas (m);

Wx , Wy Componentes da velocidade do vento na superfície nas direções

x e y, respectivamente, medida a 10 metros de altura (m/s);

t Tempo (s).

Com relação a equação do transporte de soluto, ou equação de advecção-difusão para um constituinte pode ser definida como:

(31)

Φ + ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ∂ ∂ + ∂ ∂ ∂ ∂ + ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ∂ ∂ + ∂ ∂ ∂ ∂ = ∂ ∂ + ∂ ∂ + ∂ ∂ y S H D x S H D y y S H D x S H D x y HVS x HUS t HS yy yx xy xx (4) Onde:

S concentração média do constituinte na profundidade; Dxx, Dxy, Dyx, Dyy coeficientes dispersão-difusão em x e y;

Ф termo fonte ou sumidouro.

O método utilizado pelo modelo para resolver as equações governantes descritas anteriormente é o método das diferenças finitas. As equações diferenciais parciais são substituídas por equações de diferenças finitas na malha computacional, baseadas na aproximação em séries de Taylor, isto é, substitui-se o domínio contínuo do problema por uma malha ou grade de diferenças finitas (FALCONER, 1993).

O tipo de esquema utilizado no modelo DIVAST de diferenças finitas é baseado no método Implícito de Direção Alternante (Alternating Direction Implicit – ADI). Esta técnica envolve a subdivisão de cada passo de tempo em dois meio passos de tempo. No primeiro meio passo de tempo a elevação da água e a componente U da velocidade são solucionadas implicitamente na direção ‘x’, enquanto que as outras variáveis são representadas explicitamente. Para o segundo meio passo de tempo, a elevação da água e a componente V são solucionadas implicitamente na direção ‘y’, com as outras variáveis sendo representadas explicitamente (FALCONER, 1993).

5.2 CARACTERIZAÇÃO DA MALHA COMPUTACIONAL

A determinação de uma malha computacional e sua orientação deve preconizar as características da região a ser modelado e do estudo a ser realizado, bem como as condições de contorno a serem inseridas (ROCHA, 2000). O DIVAST utiliza-se de malhas retangulares com células quadradas, tendo como vantagem a simples construções destas. Entretanto, células deste tipo possuem baixa fidelidade na representação dos contornos, principalmente em regiões recortadas.

(32)

Para o desenvolvimento deste estudo foi utilizada uma grade computacional composta por 630 células em x e 600 células em y. Esta consiste em uma malha com células de 25 metros por 25 metros que abrange todo o sistema estuarino da ilha de Vitória e a Baía do Espírito Santo (Figura 3). A orientação assumida para a grade foi de 340° em relação ao norte.

Figura 4: Representação da área do canal da Baía de Vitória, Canal de Acesso ao Porto de Vitória,

Canal da Passagem e Baía do Espírito Santo a ser modelada. A região em vermelho representa a grade computacional de 25 m x 25 m das células molhadas.

Neste estudo não pode considerar o efeito do manguezal na hidrodinâmica da Baía de Vitória, uma vez que a consideração deste nas simulações teste causou-lhes problemas com o transporte de soluto. Desta forma, a região de manguezal foi representada por células “secas”.

(33)

5.3 DADOS DE ENTRADA DO MODELO COMPUTACIONAL

Os dados de entrada necessários para execução do modelo compreendem os dados de batimetria, de rugosidade, os dados de maré para o mês de dezembro de 2007 e dados de vazão do rio Santa Maria da Vitória para os contornos abertos.

Para esta malha foram empregadas três condições de contorno abertas: uma para o rio Santa Maria da Vitória (C1) e duas para a Baía do Espírito Santo (C2 e C3) (Figura 5). Para o contorno C1 foi atribuída condição de velocidade e para C2 e C3 condições de elevação de maré. Entretanto, para C3 só há ocorrência de fluxo de massa, não a entrada da maré astronômica.

Figura 5: Representação da malha computacional de espaçamento 25 m x 25 m e as localizações

dos contornos abertos utilizada no estudo.

Ao contorno C1, referente ao rio Santa Maria da Vitória, foi atribuída uma vazão de 5 m³/s. Este valor estabelecido é uma ponderação das informações de vazão e captura de água obtidas em diferentes meios (HIDROWEB, 2007; ESCELSA, 2007; CST, informação verbal).

¹Informação verbal sobre captação de água do rio Santa Maria da Vitória obtida em visita técnica na estação de tratamento da Companhia Siderúrgica de Tubarão (CST).

(34)

Com relação aos dados de batimetria para região de estudo, o laboratório onde foi realizado o estudo (Laboratório de Simulação de Escoamentos em Superfícies Livres – LABESUL) já possuía estes dados. Estes dados foram obtidos através de digitalização da carta náutica 1401 de 8ª edição da Marinha do Brasil e de levantamentos de campo. As figuras 6 e 7 são a representações da batimetria para a todo o sistema estuarino da Ilha de Vitória e da Baía de Vitória, respectivamente.

Figura 6: Representação em planta da batimetria (em metros) da Baía de Vitória e do canal de

Acesso ao Porto de Vitória.

De mesma forma, os dados de rugosidade do leito foram obtidos no LABESUL para área de estudo (Figura 8). Estes dados consistem da transformação dos mapas faciológicos do estudo realizado por Paiva (1999) em valores de comprimento da rugosidade equivalente do fundo. Já em relação aos dados de maré para o mês de dezembro de 2007, que serviram para alimentar o contorno C2, foram obtidos do modelo de Viegas (2006), o qual estudou o comportamento da maré no litoral do Espírito Santo.

(35)

Neste modelo de Viegas (2006) foram simulados 1104 horas de maré no litoral do Espírito Santo. Estas 1104 horas compreendem dados de maré do dia 20 de novembro de 2007 ao dia 5 de janeiro de 2008 obtidos do banco de dados de maré global do modelo.

Figura 7: Representação em tridimensional da batimetria (em metros) em correspondência com a

representação em planta da Baía de Vitória.

As salinidades adotadas para os contornos C1 e C2 foram de zero e 35,96, respectivamente. Este valor da salinidade do contorno C1 foi adotado por apresentar bons resultados nas simulações e pela carência de bibliografia que tenha feito levantamento de salinidade naquela região. Já o valor do contorno C2 foi obtido do estudo feito por Oliveira (2006), o qual estudou a qualidade da água da Baía do Espírito Santo, sendo a salinidade um dos parâmetros levantados.

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Figura 8: Representação da rugosidade do leito (em metros) da Baía de Vitória.

De mesma forma que o modelo de Viegas, a grade computacional utilizada para este estudo foi simulada por 1104 horas, sendo que o passo de tempo assumido na simulação foi de 6 segundos. Esta simulação foi realizada a partir de uma “partida quente” (hot start), isto é, os valores iniciais de velocidade, elevação e concentração de soluto da simulação são as continuações dos valores de uma simulação anterior, diferentemente da “partida fria” (cold start) em que estes valores são uniformes em todo domínio. Optou-se por tal tipo de partida para que se obtivesse uma periodicidade nos valores de salinidade dentro da Baía de Vitória, o que não ocorria com a partida fria.

Para registrar os valores de elevação da superfície da água, velocidade das correntes e salinidade foram estabelecidos estações ao longo da Baía de Vitória, oitenta e cinco no total (Figura 9).

(37)

(38)

5.4 CLASSIFICAÇÃO DE DIONNE (1963)

Como visto anteriormente na seção 3.1, Dionne (1963) propôs a separação do estuário em três setores: estuário inferior ou marinho, estuário médio e estuário superior ou fluvial. Entretanto a separação de um corpo d’água real nestes três setores é de grande dificuldade, porque estuários como a Baía de Vitória possuem uma maior complexidade morfológica que um estuário clássico e por esta classificação não possuir uma quantificação dos limites dos setores, deixando a interpretação subjetiva.

Desta maneira, para a classificação da Baía de Vitória os critérios adotados serão o alcance da onda de maré dentro do corpo d’água e faixas de salinidade estabelecidas pela Resolução CONAMA 357, o qual dispõe sobre a classificação de corpos d’água de água doce, salobra e salina. Deste modo, os três setores são separados da seguinte forma:

• estuário inferior ou marinho: região do estuário que apresenta salinidade maior que 30;

• estuário médio: região do estuário que apresenta salinidade entre 0.5 e 30; • estuário superior ou fluvial: região do estuário que apresenta salinidade

inferior a 0.5, mas está submetido a oscilação da maré.

Para determinar com maior precisão o alcance da onda de maré e dos valores de salinidade foram estabelecidas estações de monitoramento próximas a desembocadura do rio Santa Maria da Vitória (Figura 10).

(39)

(40)

6 RESULTADOS

Nesta seção são apresentados os resultados obtidos das simulações com a malha de 25 metros de espaçamento. Estes resultados são compostos de mapas e gráficos de elevação, velocidade e salinidade.

6.1 RESULTADOS DA ELEVAÇÃO DA SUPERFÍCIE

Os resultados mostrados a seguir consistem em gráficos de elevação das estações localizadas nas extremidades sul (Figura 11 - estações de 1 a 4) e norte (Figura 12 - estações de 82 a 85) e na parte central da Baía de Vitória (Figura 13 - estações de 40 a 44). Nestes gráficos são separados os períodos da fase da Lua, obtida em DHN (2007), de acordo com o tempo de simulação. Observa-se há uniformidade do comportamento da maré (sobreposição de linhas) nas estações.

Figura 11: Gráfico de elevação da superfície nas estações de 1 a 4. É observada a sobreposição das

(41)

Figura 12: Gráfico de elevação da superfície nas estações de 82 a 85. É observada a sobreposição

das linhas nas estações.

Figura 13: Gráfico de elevação da superfície nas estações de 40 a 44. É observada a sobreposição

(42)

Com relação os resultados obtidos com as estações localizadas na desembocadura do rio Santa Maria da Vitória, são mostrados nas figuras a seguir (Figuras 14 e 15).

Figura 14: Gráfico de elevação da superfície na estação STM 01, mais próximo a desembocadura do

rio Santa Maria da Vitória.

Figura 15: Gráfico de elevação da superfície na estação STM 08, mais afastado da desembocadura

(43)

No intuito de destacar o gradiente de pressão que ocorre dentro da Baía de Vitória devido as inversões de maré, são mostrados quatro mapas, dois mapas de maré de quadratura (Figuras 16 e 17) e dois de maré de sizígia (Figuras 18 e 19), sendo um de estofa de baixamar e outro de estofa de preamar para cada período. O ponto de referência para cada estofa é a estação 85, localizada na parte sul do estuário. É notável que ocorra diferenças entre a parte sul e a parte norte da baía, sendo que esta diferença aumenta no período de sizígia.

Figura 16: Mapa de elevação (em metros) na baixamar no sistema estuarino da ilha de Vitória em

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Figura 17: Mapa de elevação (em metros) na preamar no sistema estuarino da ilha de Vitória em maré de quadratura. Em destaque a região de referência da estofa de preamar – estação 85.

Figura 18: Mapa de elevação (em metros) na baixamar no sistema estuarino da ilha de Vitória em

(45)

Figura 19: Mapa de elevação (em metros) na preamar no sistema estuarino da ilha de Vitória em

(46)

6.2 RESULTADOS DOS CAMPOS DE VELOCIDADE

Os gráficos de magnitude das velocidades de corrente são nesta seção apresentados, representando as velocidades nas estações localizadas nas extremidades sul (Figuras 20 e 21) e norte (Figuras 22 e 23) e na parte central da Baía de Vitória (Figuras 24 e 25). Estas são mostradas nos períodos de lua minguante e cheia, isto porque os valores das magnitudes de velocidade são as menores e maiores respectivamente.

Figura 20: Gráfico das magnitudes de velocidade na estação 1 (linha vermelho), estação 3 (linha

azul) e estação 5 (linha verde) no período de lua minguante. A linha preta representa a elevação da superfície.

Figura 21: Gráficos das magnitudes de velocidade na estação 1 (linha vermelho), estação 3 (linha

azul) e estação 5 (linha verde) no período de lua cheia. A linha preta representa a elevação da superfície.

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azul) e estação 85 (linha verde) no período de lua cheia. A linha preta representa a elevação da superfície.

(48)

Figura 25: Gráfico das magnitudes de velocidade na estação 40 (linha vermelho), estação 42 (linha azul) e estação 44 (linha verde) no período de lua minguante. A linha preta representa a elevação da superfície.

Com relação aos campos de velocidade das correntes no estuário da Baía de Vitória, as Figuras 26 a 29 mostram estes em um período de enchente e vazante para marés de quadratura e sizígia. É possível observar as diferenças de velocidade entre as duas marés e, também, entre a parte norte e a parte sul da Baía de Vitória A Figura 30 mostra a magnitude da velocidade em toda Baía de Vitória na maré de quadratura e sizígia, notando que as maiores magnitudes encontram-se alinhadas com as regiões de maiores profundidades e os locais de estreitamento do canal.

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Figura 26: Campo de velocidade após 283 h de simulação (maré de quadratura). Em destaque,

(50)

Figura 27: Campo de velocidade após 289 h de simulação (maré de quadratura). Em destaque,

(51)

Figura 28: Campo de velocidade após 836 h de simulação (maré de sigízia). Em destaque, locais de

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Figura 29: Campo de velocidade após 842 h de simulação (maré de sizígia). Em destaque, locais de

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Figura 30: Representação da magnitude do campo de velocidade (em centímetros por segundo). A:

maré de quadratura. B: maré de sigízia. Em destaque, locais de baixa hidrodinâmica (parte central e sul da Baía de Vitória) e formação de jatos (rio Bubu).

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6.3 RESULTADOS DA DISTRIBUIÇÃO DE SALINIDADE

Com relação aos resultados de salinidade, as Figuras 31 a 36 mostram a variação deste parâmetro nas estações localizadas nas extremidades sul e norte e na parte central da Baía de Vitória.

Figura 31: Gráfico de salinidade na estação 1 (linha vermelho), estação 3 (linha azul) e estação 5

(linha verde) no período de lua minguante. A linha preta representa a elevação da superfície.

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(linha verde) no período de lua cheia. A linha preta representa a elevação da superfície.

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As Figuras 37 e 38 são representação da distribuição de salinidade em maré de sizígia na Baía de Vitória no período de preamar e de baixamar, respectivamente. Observa-se que, de acordo com o período da maré, há uma mudança da orientação das isohalinas, sendo que no período de preamar estas estão voltadas para dentro da baía enquanto na baixamar de forma contrária.

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Figura 38: Distribuição de salinidade no período de baixamar no sistema estuarino de Vitória.

A Tabela 2 mostra os valores de salinidade medidos por Neto et al. (2006) na Baía de Vitória e no Canal da Passagem em 18 estações amostrais e os valores médios de salinidade encontrados nas mesmas estações pela simulação. É possível notar a grande disparidade dos valores encontrados no Canal da Passagem por Neto et al. (2006), enquanto que para Baía de Vitória e para o Canal de Acesso ao Porto os valores ficaram mais próximos.

Para ilustrar melhor a média da salinidade na Baía de Vitória e subsidiar a classificação do estuário da Baía de Vitória segundo a classificação de Dionne (1963), as Figuras 39 e 40 mostram a distribuição dos valores médios de salinidade e das faixas de salinidade adotada para classificar o estuário, respectivamente.

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Tabela 2: Valores de salinidade encontrados por Neto et al. (2006) e pela simulação em 18 estações

distribuídas no sistema estuarino de Vitória.

Região Estações Longitude Latitude

Salinidade encontrada por Neto

et al. Média da salinidade da simulação 1 365254 7755492 18,5 14,8 2 363805 7756426 17,9 2,7 3 362686 7757296 16,7 2,2 4 363782 7758957 16,5 2,2 5 364143 7759806 15,4 2,2 Canal da _Passagem 6 362999 7760976 9,2 2,2 7 361663 7760160 3,8 3,2 8 360766 7757579 13,2 8,4 9 358975 7756740 19 13,2 10 358984 7754907 19,9 16,6 Baía de Vitória 11 358114 7753293 20,8 20,2 12 358779 7751934 22,4 22,6 13 360374 7752298 24,9 25,4 14 362174 7752166 28,1 29,1 15 362704 7752775 27,1 29,6 16 363533 7751782 32,9 30,9 17 364988 7752763 32,6 32,7 Canal de Acesso ao Porto 18 366155 7752182 32,7 33,6

(59)

Figura 39: Representação dos valores médios de salinidade da Baía de Vitória e do Canal de Acesso

(60)

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7 DISCUSSÃO

É possível observar através das Figuras 11 a 13 que o comportamento da elevação da superfície da água proporcionada pela maré astronômica é semelhante em toda Baía de Vitória, ao longo das estações de monitoramento, sendo que ao penetrar no corpo d’água, alcança toda extensão da região. Entretanto, há uma defasagem da onda de maré em atingir a parte sul e a parte norte da baía, criando um gradiente de pressão (Figuras 16 a 19). Esta defasagem é de alguns minutos, mas o suficiente para criar uma diferença de centímetros entre as duas extremidades do estuário. A diferença de elevação da superfície da água na maré de quadratura atinge 1 cm, enquanto que sizígia pode atingir até 4 cm. Desta forma, é afirmado que nas marés de sizígia os gradientes de pressão são maiores que nas marés de quadratura, devido as maiores oscilações proporcionadas pela primeira.

A maré de quadratura de lua minguante produziu elevação mínima de -0,60 m e máxima 0,54 m para estações localizadas na parte sul da Baía de Vitória, isto já próximo a mudança de fase da lua. Estes valores se assemelham com os valores encontrados nas outras estações ao longo da área de estudo, variando na escala de 10-3 m. A menor variação do nível da água produzida nesta fase da lua foi de 41 cm entre os tempos de 272h e 279h de simulação.

Na maré de quadratura de lua crescente as elevações produzidas foram maiores se comparada com a quadratura de lua minguante, sendo que a menor variação do nível da água foi de 71 cm. Este valor de variação é 73% superior ao valor encontrado na lua minguante.

Com relação às marés de sizígia, as elevações produzidas na fase de lua cheia foram maiores que em lua nova. Entretanto, no final do período de fase de lua cheia a variação do nível da água foram menores que na lua nova, devido ao período de transição de lua (cheia para minguante), sendo que nesta nova fase as elevações são menos expressivas.

Estas diferenças que ocorrem entre as quadraturas e as sizígias estão relacionadas com as componentes de maré que formam a maré astronômica. Estas componentes possuem suas amplitudes e suas fases, e ao se interagirem, produzem diferentes elevações, mesmo em maré de quadratura e sizígia.

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As Figuras 14 e 15 mostram as elevações em duas estações na desembocadura do rio Santa Maria da Vitória. É notável que a onda de maré consegue alcançar a estação mais afastada do domínio, a estação STM 01, mesmo no período de maré de lua minguante (Figura 14). Entretanto, na estação STM 01 a influência da maré se limitava ao período de preamar, sendo que na baixamar o nível da água era determinado pelo deságüe do rio Santa Maria, que na simulação foi considerado constante, determinando um nível médio mínimo de 23 cm. Já na estação STM 08 (Figura 15), a influência da vazão constante do rio Santa Maria foi menor, mas manteve o nível inferior desta estação próximo de zero centímetro.

Com relação aos resultados de velocidade mostrados nas Figuras de 20 a 25, é observado que as estações localizadas na parte sul da Baía de Vitória se comportam diferente das outras estações. Nas Figuras 20 e 21 é observado que as maiores velocidades estão associadas ao período de enchente na área de estudo, tanto para quadratura quanto para sizígia, enquanto que nas outras estações (Figuras 22 a 25) estão associadas ao período de vazante. Estes mesmos resultados foram encontrados por Rigo (2004), em que atribuiu este comportamento a não consideração do manguezal na simulação. Entretanto, a dominância no estuário é de vazante tanto para marés de sizígia e quadraturas, de uma forma geral, visto os resultados de velocidade obtidos nas outras estações.

Em comparação entre as velocidades das estações (Figuras 20 a 25) e em todo estuário (Figuras 26 a 29) é observado que as maiores magnitudes ocorrem nas estações da parte sul da Baía de Vitória. Este padrão de magnitude é explicado pelas diferenças de profundidade existentes entre as regiões (Figura 6), bem como a área da seção do canal.

Na parte norte e central da Baía de Vitória as profundidades são bem menores, com exceção do canal principal, quando comparados com as profundidades encontradas na parte sul. Somado a isto, a convergência das margens na região sul juntamente com a presença de ilhas são fatores determinantes para a diferença das magnitudes de velocidade entre as estações, uma vez que locais com maiores profundidades e com o estreitamento da seção do canal estão imprimem maiores velocidades nas correntes de maré. Através da Figura 30 pode se confirmar a afirmativa anterior, em que a orientação das maiores magnitudes estão alinhadas as regiões de maiores profundidades.

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Os campos de velocidade (Figuras 26 a 30) mostram três regiões peculiares: uma com formação de jatos e duas regiões de baixa hidrodinâmica. O escoamento em forma de jato ocorre na desembocadura do rio Bubu, tanto no período de preamar e baixar, quanto para maré de quadratura e sigízia, somente variando a magnitude. Esta forma de escoamento está relacionada a diminuição da seção dentro deste pequeno canal associada a uma maior profundidade.

Com relação as regiões de baixa hidrodinâmica, uma está localizada na região central da Baía de Vitória e outra na saída do rio Itanguá. A primeira é uma reentrância na parte central da Baía de Vitória, onde se têm formação de correntes de baixa velocidade, inferiores a 10 cm/s, com exceção do período de enchente em maré de sizígia (Figura 29). A segunda região é um local onde há a convergência brusca da margem esquerda da Baía de Vitória. Nesta região também as correntes tem baixa velocidade. Entretanto o que se mais se destaca neste local é a formação de vórtice em determinados períodos da maré. A formação destes vórtices se estabelece pouco tempo depois da inversão do sentindo da corrente no canal principal, permanecendo até a próxima inversão. De acordo com Santiago (2004), a formação de vórtices em canais pode estar associada a reentrâncias das margens com baixa profundidade, que ocasionam o cisalhamento das camadas do fluido induzindo movimentos rotacionais. A magnitude de velocidade nestes vórtices está relacionada com o tipo de maré, sendo que pode atingir até 30 cm/s.

Em referência aos resultados obtidos para a distribuição de salinidade nas estações amostrais (Figuras 31 a 36) pode se observar que este parâmetro se comportou de acordou com a variação da maré. Nos períodos de menor oscilação da maré a salinidade nas estações apresentou menor variação, e o contrário, quando a maré apresentou maiores oscilações, a salinidade se comportou de mesma forma. É visto também que as máximas e as mínimas de salinidade ocorrem nas estofas de preamar e de baixamar, respectivamente, estando em fase com a oscilação de maré.

Nas figuras 37 e 38 são mostrados campos de distribuição de salinidade dentro da Baía de Vitória em dois instantes da simulação. Observa-se que a dispersão do sal na preamar acontece mais rapidamente sobre o canal principal que próximo as margens, devido ao processo de advecção mais intenso provocada por maiores magnitudes das correntes orientadas sobre a batimetria mais funda. Na baixamar

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acontece de forma similar, entretanto transportando este constituinte para fora do corpo d’água.

Nas estações da parte sul da baía (Figuras 31 e 32) as oscilações de salinidade provocada pela maré de quadratura variaram entre 17 e 23, enquanto que na maré de sizígia os valores oscilaram entre 14 e 24. Já nas estações localizadas na parte sul a salinidade pouco variou, tanto na quadratura quanto na sizígia, oscilando entre 1.5 e 4. Enquanto nas estações na parte central do estuário, apresentaram as maiores variações de salinidade, sendo que na quadratura a salinidade variou de 8.5 a 15.5 e na sizígia variou de 7 a 16.

As amplitudes de salinidade nas estações estão relacionadas com a influência das fontes de água doce e salgada nestes locais. As estações do sul da baía são mais fortemente influenciadas pela água salgada oriunda do oceano adjacente que pela água doce do rio Santa Maria da Vitória. Em contrapartida, as estações do sul estão sujeitas ao deságüe do rio Santa Maria que pela água salgada do oceano, sendo este último de baixa influência. Na parte central do estuário há uma confluência das duas forçantes, resultando em maiores oscilações de salinidade. A Figura 39 ilustra a preponderância de cada forçante ao longo da Baía de Vitória, sendo que na parte sul as isohalinas tem uma forma côncava, voltadas para dentro da baía. Ao se deslocar para o norte, as isohalinas vão modificando a sua forma, até invertem a concavidade.

As médias de salinidade obtidas neste estudo para Baía de Vitória e para o Canal de Acesso ao Porto foram satisfatórias quando comparados com os valores obtidos por Neto et al. (2006) para as mesmas posições (Tabela 2). Enquanto para o Canal da Passagem os valores obtidos foram muito abaixo dos encontrados por Neto et al. (2006). A ausência do manguezal na simulação pode ser um fator que levou a obter esses valores discordantes por duas hipóteses:

• uma vez que a parte norte do Canal da Passagem é toda composta por tal vegetação, e a sua desconsideração faz com que ocorresse uma canalização deste corpo d’água. Com a canalização, processos advectivos mais intensos que os observados in situ impulsionam a penetração de água com salinidades baixas a distâncias maiores.