Monitoramento de processos hidrodinâmicos como auxílio à navegação: razões, variáveis e experiências

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Monitoramento de processos

hidrodinâmicos como auxílio à

navegação: razões, variáveis e

experiências

Osmar O. Möller Jr.

Laboratório de Oceanografia Costeira e

Estuarina (LOCOSTE)

IO-FURG

Programas de monitoramento em ambientes

aquáticos: qual a finalidade?

• Razões científicas:Razões científicas:Razões científicas:Razões científicas:

– Analisar variabilidade espacial e temporal, suas causas (naturais e antrópicas) e conseqüências

– Avaliar tendências

– Elaborar cenários e modelos

• Indicadores de impactos meteorológicos/climáticosIndicadores de impactos meteorológicos/climáticosIndicadores de impactos meteorológicos/climáticosIndicadores de impactos meteorológicos/climáticos::::

– Físicos: ventos, precipitação, evaporação, descarga de rios, níveis, correntes, ondas, salinidade, temperatura;

– Biológicos: conc. clorofila; zoo+ ictioplâncton; peixes; crustáceos; moluscos;

– Químicos: nutrientes; qualidade das águas (pH, O2, CO2)

– Geológicos: conc. material em suspensão: composição; batimetria (taxas de sedimentação);

• Indicadores de impactos antrópicos: Indicadores de impactos antrópicos: Indicadores de impactos antrópicos: Indicadores de impactos antrópicos:

– Físicos: tendências ou alterações em séries de tempo

– Biológicos: tendências ou alterações em séries de tempo; variação na composição de espécies; deformações

– Químicos: poluentes;

– Geológicos: tendências ou alterações em séries de tempo;

O que monitorar?

Como???

• Séries temporais!!!!!!!Séries temporais!!!!!!!Séries temporais!!!!!!!Séries temporais!!!!!!!

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Exemplos: Descarga fluvial – impactos na

Lagoa dos Patos

Distância atingida pelo sal?

Em 1988, 2005 e 2007 (La Niña) – 160 km – produção de arroz

Möller e Fernandes (2010)

Möller et al. (2009)

Exemplos: Variabilidade de longo período

-impactos

Tendências:

Descarga: 20 m³/s por ano; Nível: 2.5 mm/ano 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 M R D (m ³ s -1 ) 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 1964 1968 1972 1976 1980 1984 1988 1992 1996 2000 2004 T S C ( t) Möller et al. (2009)

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• Diversas aplicações

Diversas aplicações

– Base para calibração e validação de modelos. Sem

Sem

dados não existem modelos confiáveis

dados não existem modelos confiáveis;

– Base para estudos de impactos ambientais;

– Base para obras e instalações (dragagens, cabos

submarinos, dutos, píers, molhes, etc.);

– Controle de acidentes (caso Bahamas) e movimento

de embarcações de grande porte (entrada/saída da

P53 e outras);

– Navegação: a palavra chave é SEGURANÇA

Navegação: a palavra chave é SEGURANÇA

• Batimetria Batimetria Batimetria –Batimetria ––– calado calado calado calado ––– erosão/deposição de sedimentos–erosão/deposição de sedimentoserosão/deposição de sedimentoserosão/deposição de sedimentos • Nível das águas (marés, ventos, descarga) Nível das águas (marés, ventos, descarga) Nível das águas (marés, ventos, descarga) –Nível das águas (marés, ventos, descarga) –– calado–caladocaladocalado

• Correntes Correntes Correntes –Correntes –– derrota, manobras de atracação/desatracação, –derrota, manobras de atracação/desatracação, derrota, manobras de atracação/desatracação, derrota, manobras de atracação/desatracação, dispersão de substâncias

dispersão de substânciasdispersão de substâncias dispersão de substâncias

• Ventos Ventos Ventos ---- a vela do barco Ventos a vela do barco a vela do barco a vela do barco ---- derrota, manobras de derrota, manobras de derrota, manobras de derrota, manobras de atracação/desatracação

atracação/desatracaçãoatracação/desatracação atracação/desatracação

• Ondas Ondas Ondas ---- derrota, manobras de atracação/desatracaçãoOndas derrota, manobras de atracação/desatracaçãoderrota, manobras de atracação/desatracaçãoderrota, manobras de atracação/desatracação • Salinidade Salinidade Salinidade –Salinidade ––– densidade densidade –densidade densidade –– calado–caladocaladocalado---- cargacargacargacarga

Programas de Monitoramento : efeitos

colaterais

O Sistema lagunar Patos/Mirim

•Hidrovia com 500 km de extensão (sem os rios afluentes);

•Único no mundo: laguna e lagoa conectadas por um canal;

•sistema de vasos

comunicantes com conexão com o oceano;

•circulação de uma influencia a da outra; eclusa;

•a circulação de ambas depende do vento e da descarga fluvial;

•Lagoa dos Patos melhor conhecida que a Mirim:

•Batimetria – molhes da barra (cartas desde 1883)

•Circulação (dados, modelos)

•Áreas críticas – Canal de Acesso

•Fluxos de água e sedimentos

-Movimentos das águas da L. Patos impactam a bacia hidrográfica;

•Ambas são pouco ou mal utilizadas – síndrome da Metade Sul??;

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Experiências

A) Lagoa dos Patos

-Construção dos molhes

Cartas batimétricas antes, durante e após a construção dos molhes – 1883 a 1922 Dados de nível, ventos, correntes, salinidade (Bicalho, 1883; Malaval, 1922)

- Pós-construção dos molhes

Dados de nível na Quarta Secção da Barra (1939-1975) -DEPRC

Projeto Lagoa – 1976 a 1978 (coord. Dr. Jorge P. Castello) - FINEP Projeto Lagoa - 1987 a 1989 (coord. Dr. Haroldo Asmus) – CIRM Mar-de-Dentro – 1998 a 2000 – SCP/SEMA/JICA

Monitoramento do Porto de Rio Grande – (coord. Dr. Milton Asmus) -SUPRG

PELD – 2000 a 2009 – (coord. Dr. Ulrich Seeliger) – CNPq PELD – 2010 - atual – (coord. Dra. Clarisse Odebrecht) - CNPq

Iniciativas próprias, acidente Bahamas (durante e após SEMA/RS)

B) Lagoa Mirim e São Gonçalo

Dados de nível – desde 1912 – Hoje na ALM

Estudos para a construção da barragem eclusa –Comissão Brasil-Uruguai, CLM/Sudesul/

Monitoramento de níveis e qualidade das águas - ALM

Estudo da hidrodinâmica do Canal de São Gonçalo – FURG-UFPEL/SEMA-RS

Cartas antigas – construção dos molhes da barra – cartas anuais

1883

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Última batimetria das lagoas Patos e Mirim: cartas de 1965 com atualizações pequenas até 1998, 2000. Última batimetria no rio Guaíba - 1983

Cartas antigas – construção dos molhes da barra – cartas anuais

Taxas de erosão/deposição Modelagem dos im pactos da construção dos m olhes (Cavalcanti et al., 2009)

Projeto Lagoa I

Projeto Lagoa I –

–

– 1976 a 1978 cruzeiros

1976 a 1978 cruzeiros

quinzenais

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Salinidade superfície

Salinidade fundo

Möller e Castaing, 1999

Projeto Lagoa I I

Projeto Lagoa I I –

–

– 1987 a 1989

1987 a 1989

1987 a 1989 ---- cruzeiros

cruzeiros

mensais/Modelos

Clientes: Banco do Brasil – la Ninã, seca, sal e financiamento p/arroz Orizicultores – irrigação

PELD I e II –desde 2000 – séries temporais

de longa duração

• Objetivos:

Estudos da variabilidade das trocas entre a L. Patos e a zona costeira adjacente em relação aos principais forçantes;

• Metodologia

• Monitorar de forma contínua e, sempre que possível, em tempo real, os seguintes parâmetros:

• - velocidade e direção de correntes em vários níveis no interior do canal e na zona costeira – ADP Sontek 1,0 MHz com cabo de conexão a um computador • - nível das águas no interior do canal de

acesso e zona costeira- Sensor pressão do ADP

• - Temperatura e Salinidade (densidade) das águas do canal de acesso CT

• Velocidade de direção de ventos -Praticagem

• Descarga fluvial - ANA

“Hipóteses” para escolha do lugar:

-Área de canal estreita - Fácil acesso

- Infra-estrutura em terra

Área escolhida: Ponta dos Pescadores

- Secção de 10.000 m² - Apoio da Praticagem e ENRG

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Princípio de funcionamento do ADP

Fundeio CTs

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Vitta, 2006

Tratamento de Dados - Filtros

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Vitta, 2006

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Estimativa de vazão total na desembocadura:

- Informações em tempo real

- Parte da bacia hidrográfica não é medida – CSG - Engloba precipitação e evaporação na Lpatos - Índices para pescadores e orizicultores

Monitoramento contínuo: usuários

Praticagem da Barra de Rio Grande (convênio)

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caso Lagoa Mirim

y = 0,0018x -1,0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 ja n /1 2 ja n /1 6 ja n /2 0 ja n /2 4 ja n /2 8 ja n /3 2 ja n /3 6 ja n /4 0 ja n /4 4 ja n /4 8 ja n /5 2 ja n /5 6 ja n /6 0 ja n /6 4 ja n /6 8 ja n /7 2 ja n /7 6 ja n /8 0 ja n /8 4 ja n /8 8 ja n /9 2 ja n /9 6 ja n /0 0 Tempo (mês) N ív e l (m ) y = 0,0018x -1,0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 ja n /1 2 ja n /1 6 ja n /2 0 ja n /2 4 ja n /2 8 ja n /3 2 ja n /3 6 ja n /4 0 ja n /4 4 ja n /4 8 ja n /5 2 ja n /5 6 ja n /6 0 ja n /6 4 ja n /6 8 ja n /7 2 ja n /7 6 ja n /8 0 ja n /8 4 ja n /8 8 ja n /9 2 ja n /9 6 ja n /0 0 Tempo (mês) N ív e l (m ) Tendência: Geral: 1,6cm/ano

Dois regimes: 1912 a 1957 – seco – duas grandes secas – 1917 e 1942 a 1945 1958 a 2002 – mais chuvoso – maior freq. El Niño

Se verdadeira a tendência: aumento de áreas alagadas;

Baixa dinâmica acarreta em alto tempo de residência;

ONDAS: erosão de margens, BR-471 em 2002 (LMirim e Banhado do Taim); maior descarga para a Lpatos -> limnificação

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Programa de Monitoramento Ambiental do

Porto do Rio Grande (2005

Porto do Rio Grande (2005 –

– presente)

presente)

FURG

Universidade Federal do Rio Grande

Coordenação Prof

a

_{. Dr}

a

_{. Elisa Helena Fernandes}

Financiador: SUPRG

Financiamento Anual: R$ 1.000.000,00

Áreas envolvidas: •Cetáceos •Ecotoxicologia •Ictiofauna •Macroinvertebrados Bentônicos •Microcontaminantes Orgânicos

•Modelagem Numérica (Hidrodinâmica e

Transporte de Sedimentos)

•Qualidade da Água

•Qualidade Química dos Sedimentos

GESTÃO E SEGURANÇA DA NAVEGAÇÃO E DO TRANSPORTE AQUAVIÁRIO: DESENVOLVIMENTO AMBIENTALMENTE SUSTENTÁVEL DE SISTEMAS MARÍTIMOS

E FLUVIAIS – TRANSAQUA (2010 – 2012)

Universidade Federal do Rio Grande

Coordenação Prof

a

_{. Dr}

a

_{. Elisa Helena Fernandes}

Financiador: FINEP

Financiamento: R$ 1.000.000,00

Principais Tópicos:

- Gestão Ambiental Portuária (GAP) - Rede de Monitoramento Continuado - Modelagem Numérica

- Estudos Geo-Espaciais

Principais Contribuições:

- Gestão e segurança da navegação e transporte aquaviário

- Desenvolvimento ambientalmente sustentável da navegação em sistemas marítimos e fluviais

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2 22

2 .... OBSERVINGOBSERVINGOBSERVINGOBSERVING SYSTEMSYSTEMSYSTEMSYSTEM

Real-time oceanographic information within New York Harbor is obtained using various sensors placed at strategic locations to monitor the current state of the estuarine environment. The network sensors, all of which sprovide their data in real-time, consist of:

•6 shore-based salinity, temperature, turbidity, and water level sensors, and 2 water level sensors •2 moored platforms containing near-surface and near-bottom salinity, temperature, turbidity, and water level sensors

•2 Acoustic Doppler Current Profilers (ADCPs)

•1 CODAR High Frequency Surface Wave RADAR system, operated in tandem with 2 Rutgers University CODAR systems to provide broad-area measurement of surface currents and waves

•Commuter ferry-based conductivity and temperature sensors

•6 anemometers providing detailed and continuous observations of local meteorological conditions The shore-based and moored data are sampled every 10 min and are transmitted on an hourly basis via a radio link. The ferry data are sampled and transmitted every 30 seconds via a cellular connection. This observation network provides very large spatial coverage of the region of interest at sufficiently high resolution to provide a real-time "mosaic" of the oceanographic and weather conditions (see Figure 2 for sensor locations).

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Monitoramento: o que falta ainda?

Muito:

- A começar por batimetrias atualizadas e detalhadas;

- Definição de um centro que reúna e dissemine as informações: - Recuperação do papel dos portos na coleta e processamento de informações;

- Rede de monitoramento de variáveis físicas para auxílio à navegação e outras aplicações:

- Que atenda às necessidades dos usuários diretos; - Que possa ser utilizada para projetos de pesquisa;

- Que disponibilize as informações em tempo real;

- Sistemas operacionais: modelos hidrodinâmicos com assimilação de dados, funcionando em tempo real

- Avaliação de efeitos de alterações climáticas -> cenários

Parcerias com universidades: especial atenção