Caracterização oceanográfica de um canal de maré e da zona costeira adjacente: canal de Barra de Guaratiba - Baía de Sepetiba, RJ

Universidade do Estado do Rio de Janeiro Centro de Tecnologia e Ciências Faculdade de Oceanografia

Rafael Henrique de Castro Cortez

Caracterização oceanográfica de um canal de maré e da zona costeira adjacente: canal de Barra de Guaratiba - Baía de Sepetiba, RJ

Rio de Janeiro 2014

Rafael Henrique de Castro Cortez

Caracterização oceanográfica de um canal de maré e da zona costeira adjacente: canal de Barra de Guaratiba - Baía de Sepetiba, RJ

Dissertação apresentada, como requisito parcial para obtenção do título de Mestre, ao Programa de Pós-Graduação em Oceanografia, da Universidade do Estado do Rio de Janeiro. Área de concentração: Processos oceanográficos na interface continente-oceano

Orientadora: Prof.a Dra. Josefa Varela Guerra

Rio de Janeiro 2014

CATALOGAÇÃO NA FONTE UERJ / REDE SIRIUS / BIBLIOTECA CTC/C

C828

Cortez, Rafael Henrique de Castro. Caracterização oceanográfica de um canal de maré e da zona costeira adjacente: canal de Barra de Guaratiba - Baía de Sepetiba, RJ / Rafael Henrique de Castro Cortez. – 2014. 135f. : il. Orientadora: Josefa Varela Guerra. Dissertação (Mestrado) - Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Faculdade de Oceanografia. Bibliografia. 1. Oceanografia – Sepetiba, Baía de (RJ) - Teses. 2. Correntes de maré – Sepetiba, Baía de (RJ) – Teses. 3. Sedimentos em suspensão – Sepetiba, Baía de (RJ) - Teses. I. Guerra, Josefa Varela. II. Universidade do Estado do Rio de Janeiro. Faculdade de Oceanografia. III. Título. CDU 551.46(815.3)

Autorizo, apenas para fins acadêmicos e científicos, a reprodução total ou parcial desta dissertação, desde que citada a fonte. ______________________________________ Assinatura

______________________ Data

Caracterização oceanográfica de um canal de maré e da zona costeira adjacente: canal de Barra de Guaratiba, Baía de Sepetiba, RJ

Dissertação apresentada, como requisito parcial para obtenção do título de Mestre, ao Programa de Pós-Graduação em Oceanografia, da Universidade do Estado do Rio de Janeiro. Área de concentração: Processos oceanográficos na interface continente-oceano

Aprovado em 31 de julho de 2014. Banca Examinadora:

________________________________________________________ Prof.ª Dra. Josefa Varela Guerra Faculdade de Oceanografia - UERJ

________________________________________________________ Prof.ª Dra. Cláudia Hamacher Faculdade de Oceanografia - UERJ

________________________________________________________ Prof. Dr. Marcos Nicolás Gallo Universidade Federal do Rio de Janeiro - UFRJ

Rio de Janeiro 2014

DEDICATÓRIA

À família e aos amigos.

AGRADECIMENTOS

Agradeço a todos com os quais eu pude contar e que se fizeram presentes de maneira positiva dando seu apoio, incentivo e mostrando-se compreensivos.

A Fundação de Apoio à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro (FAPERJ) pela concessão da bolsa de mestrado. Ao Centro de Avaliações do Exército pela permissão para realização das atividades de campo em área e horários restritos. A todos que estiveram presentes nas campanhas e contribuíram para o bom andamento do trabalho.

À minha orientadora, Josefa Varela Guerra, pela grande bondade e paciência que demonstra com todos seus alunos e pelo ânimo e conhecimento que sempre transmite. Aos professores Alexandre Macedo Fernandes, Cláudia Hamacher, Gleyci Aparecida Moser e Marcos Nicolás Gallo que contribuíram com suas sugestões e avaliações ao longo da pesquisa, bem como pela participação na banca.

À natureza, por ser tão perfeita. A Jeová Deus por tê-la criado.

Um pouco de ciência nos afasta de Deus. Muito, nos aproxima. Louis Pasteur

RESUMO CORTEZ, Rafael Henrique de Castro. Caracterização oceanográfica de um canal de maré e da zona costeira adjacente: canal de Barra de Guaratiba, Baía de Sepetiba, RJ. 2014. 131 f. Dissertação (Mestrado em Oceanografia) – Faculdade de Oceanografia, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2014.

Localizado na porção leste da baía de Sepetiba, encontra-se um sistema de canais de maré que deságuam na região de Barra de Guaratiba, entre a restinga da Marambaia e o continente. Com o objetivo de aprofundar a caracterização oceanográfica dessa região pouco estudada foram conduzidas campanhas amostrais que consistiram de fundeios de curta duração e amostragens em estações posicionadas em transectos na região costeira adjacente. Os fundeios, com duração de 50 e 25 horas, foram realizados, respectivamente, em outubro/2013 e fevereiro/2014. Estas campanhas ocorreram sob condições de maré de sizígia e foram realizadas simultaneamente na desembocadura do canal (profundidade local de ∼ 4m) e no limite interno do sistema de canais. As medições incluíram a variação do nível da água, correntometria, distribuição de propriedades da água (temperatura, condutividade, transmissividade, fluorescência e oxigênio dissolvido), concentração de material particulado em suspensão (MPS) e cobertura sedimentar superficial. Adicionalmente, foram realizadas amostragens em doze estações posicionadas ao longo de três transectos que se estenderam a até cerca de 800 m de distância da desembocadura do canal. Os resultados mostram que o canal de Barra de Guaratiba é altamente dinâmico, com correntes intensas de até 1,8 m·s−1 durante a campanha de outubro/2013, quando houve grande influência dos ventos e da elevada pluviosidade relacionados à passagem de uma frente fria. Nesta mesma campanha foram observados vórtices adentrando o canal durante a maré enchente, carregando grande quantidade de sedimentos arenosos em suspensão (concentração de ∼9 g·L−1). Na campanha de fevereiro/2014, em condições de tempo normal, a intensidade das correntes alcançou 1,4 m·s−1. Os momentos de maior intensidade das correntes correspondem às inversões do seu sentido, observadas cerca de 1:45h antes de cada preamar, quando os fluxos se direcionam para fora do canal, enquanto o nível da água continua a subir. Esse comportamento oposto ao esperado é possivelmente causado pelo maior volume de água que entra na baía pela sua principal conexão com o oceano (na extremidade oeste da baía), criando um gradiente de pressão que provoca o escoamento das águas da baía através dos canais anastomosados que deságuam em Barra de Guaratiba. As concentrações de MPS acompanharam a variação das correntes, sendo maiores durante os períodos de correntes mais intensas de vazante, tanto devido à possível ressuspensão e transporte local de sedimentos quanto pela própria característica das águas do interior da baía. O canal de maré também influencia a região costeira adjacente, visto que as propriedades medidas em dezembro/2013 variaram consideravelmente entre os períodos de enchente e vazante, principalmente ao longo de um transecto que acompanha o eixo principal do canal de Barra de Guaratiba. Além disso, a cobertura sedimentar próximo à região da desembocadura também atesta a exportação de sedimentos por parte do canal, tendo sido observada uma região de maior ocorrência de areias médias, semelhantes às encontradas no canal, a partir de 500 metros da desembocadura. Os ventos desempenham um papel importante na dinâmica do canal, intensificando correntes de enchente e vazante quando estão alinhados com o sentido das mesmas. A presença da Água Central do Atlântico Sul (ACAS) foi detectada tanto nas proximidades quanto no interior do próprio canal de Barra de Guaratiba. Palavras-chave: Circulação. Material particulado em suspensão. Correntes. Maré.

ABSTRACT CORTEZ, Rafael Henrique de Castro. Oceanographic characterization of a tidal inlet and the nearby coastal zone: Barra de Guaratiba inlet, Sepetiba Bay, RJ. 2014. 131 f. Dissertação (Mestrado em Oceanografia) – Faculdade de Oceanografia, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2014.

On the eastern boundary of Sepetiba bay lies a tidal channel system that debouches into the ocean through a 4m-deep channel located in Barra de Guaratiba, between Marambaia barrier island and the continent. With the main goal of contributing new information about the oceanographic characteristics of this poorly studied area, sampling campaigns consisting of anchor stations and transects located in the nearby coastal area. Two anchor stations placed at the extremities of the tidal channel system, at its inner limit and at the Barra de Guaratiba mouth, were simultaneously occupied for 50 and 25 hours, respectively, in October/2013 and February/2014. Measurements were conducted under springtide conditions and included water level, currents, water properties (temperature, conductivity, transmissivity, fluorescence and dissolved oxygen), suspended particulate concentration (SPM) and surface sediment. Additionally, three transects extending for roughly 800m off the Barra de Guaratiba tidal channel mouth were sampled in December/2013. The results have shown that the Barra de Guaratiba tidal channel is highly dynamic with current speeds reaching 1.8 m·s−1 in October/2013, when the passage of a cold front induced strong SW winds and increased rainfall. During this same campaign a series of eddies were seen entering the channel, carrying high concentrations (∼9 g·L−1) of suspended sand. In February/2014, under fairweather conditions, current speed reached 1.4 m·s−1. Both, in October/2013 and February/2014, the strongest currents were measured during the time of current direction inversion, roughly 1:45 hr before each high water, when water flows towards the ocean while water level continuously rises. This counterintuitive behavior is possibly related to pressure gradients developed inside Sepetiba bay due to the large volume of water that enters the bay through its main connection with the sea at its western boundary, forcing the water flow through the anastomosed tidal channels that discharge through Barra de Guaratiba. Temporal variation of SPM concentration followed the current speed pattern, reaching the highest values during ebb tides, when flows are more intense, suggesting local ressuspension and advection of turbid waters from the bay. Barra de Guaratiba tidal channel also influences the nearby coastal ocean as attested by the variability of the water properties measured in December/2013, particularly along the transect that follows its main orientation. Moreover, surface sediment grain size distribution also indicates the channel’s influence through the increased occurrence of medium sands, similar to those found inside the channel, from approximately 500m off the channel’s mouth. Winds play an important role in the channel’s dynamics, intensifying the ebb/flood currents when aligned with their orientation. South Atlantic Central Water (SACW) was found in the sampling campaigns inside Barra de Guaratiba channel (February/2014) and in the coastal area (December/2013), when it was detected close to the bottom of the outermost stations. Keywords: Circulation. Suspended solids. Currents. Tides.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Baía de Sepetiba, com batimetria extraída de folhas de bordo da DHN. A isóbata indicada é de 5 metros. ............................................................................................................. 27 Figura 2 - Cobertura sedimentar na baía de Sepetiba. .............................................................. 28 Figura 3 - Frequência de ocorrência de ventos na estação A602 Marambaia (INMET) – localização na Figura 1. Adaptado de Cortez (2012). ............................................................. 30 Figura 4 - Área de estudo: porção leste da baía de Sepetiba. ................................................... 33 Figura 5 - (a) busca fundo Van Veen e (b) garrafa Van Dorn utilizados em todas as campanhas. ............................................................................................................................... 37 Figura 6 - (a) ADCP acoplado à lateral da embarcação e b) CTD com sensores adicionais, utilizado em todas as campanhas. ............................................................................................. 39 Figura 7 - (a) Estrutura metálica com o Aquadopp HR utilizada nas campanhas de outubro/2013 e fevereiro/2014, e (b) lançamento do CTD e garrafa Van Dorn a partir da ponte de acesso ao CAEx. .................................................................................................................. 40 Figura 8 - Série temporal das condições meteorológicas durante a campanha de outubro/2013. (a) Pressão atmosférica, (b) Umidade relativa do ar, (c) Temperatura do ar e (d) Direção e intensidade dos ventos e rajadas. (Fonte: INMET) .................................................................. 46 Figura 9 - Nível da água na estação Guaratiba em outubro/2013 durante uma sizígia. ........... 47 Figura 10 - Série temporal das propriedades físico-químicas na estação Guaratiba em outubro/2013: (a) temperatura, (b) salinidade e (c) densidade. ................................................ 48 Figura 11 – Correlação entre as concentrações medidas de material particulado em suspensão (MPS) na estação Guaratiba em outubro/2013. ........................................................................ 49 Figura 12 - Série temporal de concentração de material particulado em suspensão (MPS) em superfície e próximo ao fundo na estação Guaratiba em outubro/2013. .................................. 50 Figura 13 - Série temporal das condições meteorológicas na campanha de fevereiro/2014. (A) Pressão atmosférica, (B) Umidade relativa do ar, (C) Temperatura do ar e (D) Direção e intensidade dos ventos e rajadas. (Fonte: INMET) .................................................................. 51 Figura 14 - Intensidade das correntes na estação Sepetiba em fevereiro/2014: ....................... 52 Figura 15 - Diagrama de distribuição da intensidade e direção das correntes ao longo da coluna d’água na estação Sepetiba em fevereiro/2014 ............................................................. 53 Figura 16 - Componente longitudinal da velocidade das correntes (NO-SE) na estação Sepetiba em fevereiro/2014: ..................................................................................................... 54

Figura 17 - Componente transversal da velocidade das correntes (NE-SO) na estação Sepetiba em fevereiro/2014: ..................................................................................................... 54 Figura 18 - Série temporal de temperatura na estação Sepetiba em fevereiro/2014. A linha branca representa a variação local do nível da água. ................................................................ 55 Figura 19 - Série temporal das propriedades ópticas na estação Sepetiba em fevereiro/2014: (a) transmissividade e (b) atenuação. A linha branca representa a variação local do nível da água. .......................................................................................................................................... 56 Figura 20 - Série temporal de propriedades físico-químicas na estação Sepetiba em fevereiro/2014: (a) fluorescência e (b) oxigênio dissolvido. A linha branca representa a variação local do nível da água................................................................................................. 57 Figura 21 - Série temporal da concentração de material particulado em suspensão (MPS) na estação Sepetiba em fevereiro/2014. Valores obtidos a partir da filtração de amostras de água. .................................................................................................................................................. 58 Figura 22 - Correlação entre as concentrações de MPS em superfície e fundo na estação Sepetiba em fevereiro/2014. ..................................................................................................... 58 Figura 23 – Composição, em peso, dos sedimentos de fundo na estação Sepetiba.................. 59 Figura 24 - Nível da água na estação Guaratiba em fevereiro/2014 ........................................ 60 Figura 25 - Intensidade das correntes na estação Guaratiba em fevereiro/2014: ..................... 61 Figura 26 - Diagrama de distribuição da intensidade e direção das correntes ao longo da coluna d’água na estação Guaratiba em fevereiro/2014. .......................................................... 62 Figura 27 - Componente longitudinal da velocidade das correntes na estação Guaratiba em fevereiro/2014: (a) perfil médio ao longo da coluna d’água, (b) série temporal e (c) série média integrada ao longo da coluna d’água. ............................................................................ 62 Figura 28 - Componente transversal da velocidade na estação Guaratiba em fevereiro/2014: (a) perfil médio ao longo do período amostral, (b) série temporal e (c) série média ao longo da coluna d’água. ........................................................................................................................... 63 Figura 29 - Série temporal de distribuição das propriedades físico-químicas na estação Guaratiba em fevereiro/2014: (a) temperatura, (b) salinidade e (c) densidade. A linha branca representa a variação local do nível da água. ........................................................................... 64 Figura 30 - Perfis médios das propriedades físico-químicas na coluna d’água na estação Guaratiba em fevereiro/2014: (a) temperatura, (b) salinidade e (c) densidade. ....................... 65 Figura 31 - Série temporal da concentração de material particulado em suspensão (MPS) na estação Guaratiba em fevereiro/2014. Valores obtidos a partir da filtração de amostras de água. .......................................................................................................................................... 66

Figura 32 - Correlação entre as concentrações de MPS em superfície e fundo na estação Guaratiba em fevereiro/2014. ................................................................................................... 66 Figura 33 - Composição dos sedimentos de fundo na estação Guaratiba. ............................... 67 Figura 34 - Distribuição de temperatura ao longo dos transectos amostrados. E= enchente, V= vazante. ..................................................................................................................................... 69 Figura 35 - Distribuição de salinidade ao longo dos transectos. E= enchente, V= vazante. .... 70 Figura 36 - Distribuição de densidade ao longo dos transectos. E= enchente, V= vazante. .... 71 Figura 37 - Distribuição de transmissividade ao longo dos transectos. E= enchente, V= vazante. ..................................................................................................................................... 72 Figura 38 - Distribuição de atenuação ao longo dos transectos. E= enchente, V= vazante. .... 73 Figura 39 - Distribuição de fluorescência ao longo dos transectos. E= enchente, V= vazante. .................................................................................................................................................. 74 Figura 40 - Distribuição de oxigênio dissolvido ao longo dos transectos. E= enchente, V= vazante. ..................................................................................................................................... 75 Figura 41 - Perfis de temperatura medidos ao longo dos transectos. ....................................... 76 Figura 42 - Perfis de salinidade medidos ao longo dos transectos. .......................................... 77 Figura 43 - Correlação entre os valores de temperatura e salinidade com a densidade. .......... 78 Figura 44 - Perfis de densidade medidos ao longo dos transectos. .......................................... 78 Figura 45 - Perfis de transmissividade medidos ao longo dos transectos. ............................... 79 Figura 46 - Perfis de atenuação medidos ao longo dos transectos. .......................................... 80 Figura 47 - Perfis de fluorescência medidos ao longo dos transectos. ..................................... 80 Figura 48 - Perfis de oxigênio dissolvido medidos ao longo dos transectos. ........................... 81 Figura 49 - Concentração de material particulado em suspensão, em superfície, durante a enchente. ................................................................................................................................... 83 Figura 50 - Concentração de material particulado em suspensão, junto ao fundo, durante a enchente. ................................................................................................................................... 84 Figura 51 - Classificação textural dos sedimentos coletados na região adjacente à desembocadura do canal de Barra de Guaratiba. ...................................................................... 88 Figura 52 - Grau de seleção dos sedimentos coletados na região adjacente à desembocadura do canal de Barra de Guaratiba................................................................................................. 89 Figura 53 - Assimetria dos sedimentos coletados na região adjacente à desembocadura do canal de Barra de Guaratiba...................................................................................................... 90 Figura 54 - Curtose dos sedimentos coletados na região adjacente à desembocadura do canal de Barra de Guaratiba. .............................................................................................................. 91

Figura 55 - Teor de matéria orgânica encontrado nos sedimentos coletados na região adjacente à desembocadura do canal de Barra de Guaratiba. ................................................................... 92 Figura 56 - Teor de carbonatos encontrado nos sedimentos coletados na região adjacente à desembocadura do canal de Barra de Guaratiba. ...................................................................... 93 Figura 57 - Histograma do diâmetro das partículas das amostras de sedimento de fundo. ...... 95 Figura 58 - Histograma de sub-classes das amostras de sedimento de fundo. ......................... 96 Figura 59 - Histograma de classes das amostras de sedimento de fundo. ................................ 97 Figura 60 - Correlação entre estratificação de temperatura/salinidade e densidade............... 103 Figura 61 - Número de Richardson por camada. .................................................................... 105 Figura 62 - Tensão cisalhante calculada pelo método Turbulent Kinectic Energy: ............... 106 Figura 63 - Sinal de intensidade do eco corrigido quanto às perdas do sinal acústico:.......... 107 Figura 64 - Transporte de sal e MPS calculado para a estação Guaratiba em fevereiro/2014. ................................................................................................................................................ 110 Figura 65 - Diferenças observadas na cor da água entre enchente e vazante, em outubro/2013. ................................................................................................................................................ 110 Figura 66 - Exemplo de vórtices observados (a) entrando no canal e (b) sendo dissipados. . 111 Figura 67 - Deltas de maré enchente observados no canal de Barra de Guaratiba................. 112 Figura 68 - TSM média de 6-12/fevereiro/2014. Fonte: INPE............................................... 119 Figura 69 - Diagrama TS, com dados de perfis horários, do fundeio realizado no canal de Barra de Guaratiba em fevereiro/2014. .................................................................................. 121 Figura 70 - Diagramas TS das estações distribuídas ao longo dos transectos realizados em dezembro/2013. A, B e C indicam os transectos amostrados. E= enchente, V= vazante. ..... 122 Figura 71 - Diagrama TS, com dados de perfis horários, do fundeio realizado em outubro/2013 no canal de Barra de Guaratiba. ....................................................................... 124

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Propriedades fisico-químicas e ópticas medidas ao longo dos transectos............... 68 Tabela 2 - Comparação entre velocidades máximas registradas durante a campanha realizada em fevereiro/2014 e em estudos anteriores. ........................................................................... 100 Tabela 3 - Compração entre temperaturas médias (°C) registradas durante a campanha de fevereiro/ 2014 e em estudos anteriores. ................................................................................ 101 Tabela 4 - Comparação entre as concentrações de MPS (mg·L−1) registradas durante a campanha e em estudos anteriores.......................................................................................... 108 Tabela 5 - Índices de assimetria de nível, duração e velocidade das marés em cada campanha, na estação Guaratiba, .............................................................................................................. 117 Tabela 6 - Índices de assimetria duração e velocidade das marés em cada campanha, ......... 118

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

A

Transecto A

AC

Água Costeira

ACAS

Água Central do Atlântico Sul

ADCP

Acoustic Doppler Current Profiler

AF

Areia fina

AG

Areia grossa

Al

Alumínio

AM

Areia média

AMF

Areia muito fina

AMG

Areia muito grossa

AP

Água de Plataforma

APA

Área de Proteção Ambiental

Arg

Argila

ASAS

Anticiclone Subtropical do Atlântico Sul

AT

Água Tropical

B

Transecto B

BM

Baixamar

C

Transecto C

Ca

Cálcio

CAEx

Centro de Avaliações do Exército

CB

Corrente do Brasil

Cd

Cádmio

CF

Cascalho fino

CMF

Cascalho muito fino

CSIRO

Commomwealth Scientific and Industrial Research Organization

CTD

Conductivity-Temperature-Depth

D1

Delta de maré enchente 1

D2

Delta de maré enchente 2

DHN

Diretoria de Hidrografia e Navegação

Dom.

Dominância

DW

Deep Water

E

Enchente

E

Leste

Ench.

Enchente

FAOC

Faculdade de Oceanografia

Fe

Ferro

HR

High Resolution

I.

Ilha

INMET

Instituto Nacional de Meteorologia

INPE

Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais

IPP

Instituto Pereira Passos

K

Potássio

L

Leste

MPS

Material particulado em suspensão

N

Norte

NE

Nordeste

NO

Noroeste

O

Oeste

OBS

Optical Backscatter Sensor

PM

Preamar

PT

Desembocadura do canal

RJ

Rio de Janeiro

S

Sul

S

Sepetiba

SE

Sudeste

SF

Silte fino

SG

Silte grosso

Si

Silício

SIE

Sinal de intensidade do eco

SM

Silte médio

SMF

Silte muito fino

SMG

Silte muito grosso

SO

Sudoeste

Ti

Titânio

TKE

Turbulent Kinectic Energy

TS

Temperatura-salinidade

TSM

Temperatura da superfície do mar

UERJ

Universidade do Estado do Rio de Janeiro

USGS

United States Geological Survey

UTM

Universal Transversa de Mercator

V

Vazante

Vaz.

Vazante

WGS

World Geodetic System

Zn

Zinco

LISTA DE SÍMBOLOS

#

Estação

%

Porcentagem

~

Aproximadament

<

Menor que

>

Maior que

°

Graus

°C

Graus centígrados

µm

Micrômetro

A602

Estação meteorológica da Marambaia

AD

Parâmetro de assimetria de duração

AL

Perdas do sinal acústico devido à absorção do som na água do mar

Au

Parâmetro de assimetria de velocidades

BS

Perdas do sinal acústico devido ao espalhamento do sinal

C1

Constante de proporcionalidade = 0,19

dB

Decibéis

g

Gramas -¹

g·L

Gramas por litro

g·m-2·s-1

Grama por metro quadrado por segundo

g·m-2·h-1

Grama por metro quadrado por hora

H

Profundidade máxima do perfil

h:mm

Hora:minuto

Hs

Horas

Hz

Hertz

IADu

Índice de assimetria

kg·m-³

Quilograma por metro cúbico

kg·m-1·s-1 Quilograma por metro por segundo km

Quilômetro

m

Metro

m·s-1

Metro por segundo

maf

Metros acima do fundo

mg·L-¹ mg·m

-³

Miligrama por litro Miligrama por metro cúbico

MHz

Megahertz

mL

Mililitro

mm

Milímetro

n

Número de amostras

ηe

Nível máximo na enchente

ηv

Nível máximo na vazante

P

Propriedade

Pa

Pascal

Pf

Peso seco após filtração

Pi

Peso inicial do filtro

R²

Coeficiente de determinação

RiL

Número de Richardson por camada

SIEcorr

Sinal de intensidade do eco corrigido

SIEmed

Sinal de intensidade do eco medido

t·ano-1

Tonelada por ano

te

Tempo de duração da enchente

tv

Tempo de duração da vazante

u'

Componente turbulenta u da velocidade

u

Velocidade média ao longo da coluna d'água

u

Velocidade média durante a enchente

u

Velocidade máxima durante a enchente

u

Velocidade máxima durante a vazante

UPS

Unidade prática de salinidade

u

Velocidade média durante a vazante

v'

Componente turbulenta v da velocidade

Vf

Volume filtrado

w'

Componente turbulenta w da velocidade

Z

Profundidade adimensional

z

Profundidade de amostragem

δS

Estratificação de salinidade

δT

Estratificação de temperatura

δρ

Estratificação de densidade

ρ

Densidade

ρ

Densidade média

τ

Tensão/estresse cisalhante

τ0

Tensão/estresse cisalhante crítico

φ

phi

SUMÁRIO

INTRODUÇÃO ........................................................................................................................... 21 1 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ........................................................................................... 22 1.1 Estuários ......................................................................................................................... 22 1.1.1 Processos sedimentares em estuários ...................................................................... 24 1.2 Canais de Maré ............................................................................................................... 25 2 ÁREA DE ESTUDO ................................................................................................................. 26 2.1 Baía de Sepetiba ............................................................................................................. 26 2.1.1 Circulação ................................................................................................................ 26 2.1.2 Sedimentologia ........................................................................................................ 28 2.1.3 Condições Meteorológicas ...................................................................................... 29 2.1.4 Impactos Antrópicos ................................................................................................ 30 2.2 Canal de Barra de Guaratiba ........................................................................................... 31 3 OBJETIVOS ............................................................................................................................. 34 3.1 Geral ............................................................................................................................... 34 3.2 Específicos ...................................................................................................................... 34 4 MATERIAIS E MÉTODOS .................................................................................................... 35 4.1 Fundeio Outubro/2013.................................................................................................... 35 4.2 Transectos – região costeira dezembro/2013.................................................................. 36 4.3 Fundeio Fevereiro/2014.................................................................................................. 37 4.3.1 Estação Sepetiba ...................................................................................................... 37 4.3.2 Estação Guaratiba .................................................................................................... 39 4.4 Dados Meteorológicos e Previsões de Maré................................................................... 40 4.5 Determinação da concentração de Material Particulado em Suspensão......................... 41 4.6 Análise Granulométrica .................................................................................................. 42 4.7 Tratamento e Análise dos Dados .................................................................................... 42 4.7.1 Parâmetros Físico-químicos e Ópticos da Água ...................................................... 42 4.7.2 Correntometria ......................................................................................................... 43 4.7.3 Correção do Sinal de Intensidade do Eco (SIE) ...................................................... 44

5 RESULTADOS ......................................................................................................................... 45 5.1 Fundeio Outubro/2013.................................................................................................... 45 5.1.1 Nível da Água .......................................................................................................... 47 5.1.2 Propriedades da Água .............................................................................................. 47 5.1.3 Material Particulado em Suspensão ......................................................................... 49 5.2 Fundeio Fevereiro/2014.................................................................................................. 50 5.2.1 Condições Meteorológicas ...................................................................................... 50 5.2.2 Estação Sepetiba ...................................................................................................... 51 5.3 Transectos Dezembro/2013 ............................................................................................ 68 5.3.1 Propriedades Físico-químicas e Ópticas .................................................................. 68 5.3.2. Sedimentos de Fundo ............................................................................................. 86 6 DISCUSSÃO ............................................................................................................................. 99 6.1 Circulação e dinâmica do MPS ...................................................................................... 99 6.2 Características da Maré ................................................................................................ 112 6.3 Massas d'água ............................................................................................................... 119 CONCLUSÃO............................................................................................................................ 125 REFERÊNCIAS ........................................................................................................................ 127

21

INTRODUÇÃO

A caracterização de zonas costeiras é vital para o conhecimento dos processos e padrões observados bem como a associação destes com a evolução geomorfológica, transporte e distribuição de sedimentos além da possível influência sobre os ecossistemas costeiros (MOLISANI et al., 2007; SOMMERFIELD et al., 2007). As regiões costeiras estão submetidas a processos extremamente variáveis em diferentes escalas temporais que deverão influenciar as trocas de sedimentos entre tais ambientes e a plataforma continental adjacente e até mesmo o oceano profundo. Variações nas descargas fluviais, condições meteorológicas, processos físicos como ondas e marés, além da própria influência antrópica geram uma complexa rede de inputs que podem alterar a distribuição de salinidade, material particulado em suspensão, processos erosivos e deposicionais, concentração de nutrientes e poluentes, entre muitas outras (KJERFVE, 1976; CARRIQUIRY e SANCHEZ, 1999). Ao considerarmos a dinâmica do material particulado em suspensão (MPS), o estudo dos mecanismos envolvidos em sua distribuição requerem especial atenção pois o efeito final sobre o MPS têm influência desde a transferência de elementos químicos entre a coluna d’água e os sedimentos de fundo até mudanças na cadeia alimentar dos organismos marinhos (TURNER e MILLWARD, 2002). Com isso em mente, o presente estudo foi realizado visando melhor compreender os processos que ocorrem na região do canal de Barra de Guaratiba, localizado na porção leste da baía de Sepetiba, e a influência sobre a variação das propriedades básicas da coluna d’água, tais como temperatura, salinidade, concentração de material particulado em suspensão, variação das correntes e distribuição de sedimentos de fundo. Realizou-se três campanhas oceanográficas, consistindo em dois fundeios de curta duração (50 e 25 horas, em outubro/2013 e fevereiro/2014 respectivamente) e uma campanha de medições de propriedades ao longo da zona costeira adjacente ao canal (dezembro/2013). A pesquisa é resultado de um interesse particular na área de estudo, tendo sido observado, por meio de uma camapanha preliminar em maio/2012, que a região apresenta grande hidrodinamismo e variadas feições morfológicas, como deltas de marés enchente e vazante e marcas onduladas, sugerindo que os processos que ali ocorrem são bastante complexos e resultam em grande influência sobre a zona costeira.

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1 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

Nesta seção serão discutidos alguns dos conceitos e definições acerca dos ambientes estuarinos e sub-ambientes que ocorrem neles tais como os canais de maré, objeto de estudo deste trabalho. Um enfoque maior será dado às características do material particulado em suspensão, bem como às forçantes que influenciam os seus padrões de distribuição observados nestes ambientes.

1.1 Estuários

O estudo dos estuários inicou-se há cerca de 120 anos por pesquisadores escandinavos. Entretanto, somente nos últimos cinquenta anos esses ecossistemas passarem a ser alvo de intensa investigação (MIRANDA et al., 2002). Isso ocorre devido ao fato de que, em geral, os estuários estao localizados em áreas de alto interesse econômico, com 22 das 32 maiores cidades do mundo estando localizadas em regiões estuarinas (VALLE-LEVINSON, 2010). A definição mais clássica para estuários foi proposta por Cameron e Pritchard (1963), na qual tais ambientes são definidos como um corpo de água costeiro, semi-fechado, com livre comunicação com o oceano, onde a água oceânica é diluída pela água doce derivada da drenagem continental. Essa definição engloba todos os ambientes estuarinos transicionais observados no mundo. Outras diferentes classificações podem ser dadas de acordo com o ponto de vista a ser adotado - balanço de água, geomorfologia, estrutura vertical de salinidade e hidrodinâmica. A maioria dos estuários originaram-se devido ao afogamento de vales fluviais em consequência do aumento do nível relativo do mar. Após esse processo de inundação dos vales é iniciado o processo de sedimentação devido ao aporte recebido pelos rios que deságuam no ambiente estuarino (DYER, 2001). Essa sedimentação, associadas às características dinâmicas do estuário, provocará mudanças topográficas e geomorfológicas, alterando a batimetria e até mesmo formando feições tais como ilhas-barreiras, esporões arenosos e deltas (DIAS & KJERFVE, 2009). Tais mudanças, bem como a própria manutenção do sistema estuarino, são bastante efêmeras do ponto de vista geológico, com um período de vida relativamente curto.

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Seguindo a classificação de Cameron e Pritchard (1963), um estuário pode ser divido em três zonas, cujos limites são dinâmicos e variáveis: •

Alto estuário - é a porção fluvial do sistema, onde a água permanece doce, não

ocorrendo mistura, mesmo que ocorra subida e descida do nível da água, devido às variações da maré; •

Médio estuário - onde ocorre de fato a mistura da água doce e salina, podendo

ser observadas rápidas mudanças no gradiente horizontal de salinidade bem como de outras propriedades; •

Baixo estuário - zona onde a salinidade assemelha-se à das águas oceânicas,

estendendo-se até a frente da pluma estuarina, apresentando águas pouco mais turvas que as oceãnicas e gradientes horizontais de salinidade pequenos.

Todas as regiões costeiras, e consequentemente os estuários, estão submetidos às variações das marés, sendo influenciadas por elas em diferentes graus (PUGH, 2001). No caso dos estuários onde a influência das marés sobrepõe a influência das ondas, seja devido à grande amplitude da maré ou por ser abrigado da ação de ondas, estes são chamados de estuários dominados por marés. Em tais ambientes a circulação é primariamente condicionada pela ocorrência de correntes de maré, geradas devido à entrada/saída das águas oceânicas durante cada ciclo de maré (HASLETT, 2000). Classicamente, a descarga de água doce pelos rios é caracterizada por água menos densas que a água oceânica. Dessa forma, a água doce tende a escoar em direção ao oceano sobre a camada de água oceânica, mais densa, que adentra o estuário. Tal padrão é observado em estuários chamados positivos (MIRANDA et al., 2002; VALLE-LEVINSON, 2010). A circulação estuarina está condicionada a outros diversos fatores que atuam em conjunto e com diferentes níveis de importância para o resultado final observado, sendo muitas vezes difícil a quantificação do grau de importância de cada processo físico (GEYER, 2010) . Entre tais fatores, alguns já citados, destacam-se a interação entre a água doce e salina, efeitos da batimetria e geomorfologia, ação de ventos, ondas e marés, só para citar alguns. Todos estes atuarão juntos e influenciarão os processos sedimentares e a qualidade da água em escala local ou regional, considerando-se que processos que ocorrem no interior do estuário podem ter notável influência sobre o sistema oceânico adjacente (LUCAS, 2010).

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1.1.1 Processos sedimentares em estuários

Partículas em suspensão são elementos muito importantes em ambientes marinhos, sendo essencial o bom entendimento da distribuição dessas partículas para a compreensão dos processos de transporte e sedimentação, sobretudo em áreas costeiras que são a maior fonte de sedimentos para o oceano aberto (MOLISANI et al., 2007; NITTORUER & WRIGHT, 1994). A dinâmica do materialparticulado em suspensão (MPS) depende de inúmeros fatores como, por exemplo, a dissipação da energia fornecida pelo sistema fluvial, os gradientes de densidade, ondas, marés e forçantes meteorológicas. Além disso, esses mecanismos atuam de maneira independente e podem variar de maneira cíclica ou esporádica (NICHOLS & BIGGS, 1985). Uma partícula em suspensão pode ser transportada diretamente pelo sistema fluvial ou mesmo ser remobilizada a partir do sedimento de fundo, se a tensão cisalhante (τ) for maior que a tensão crítica (τ0) necessária para mobilizar o sedimento e torná-lo novamente disponível para ser transportado. Porém, um sedimento que tenha sido mobilizado, não necessariamente estará disponível na coluna d'água como carga suspensa, pois o mesmo pode ser transportado como carga de fundo (TURNER & MILLWARD, 2002). A distribuição final de partículas em um estuário, quer estejam depositadas ou ainda sendo transportadas, será resultado da sucessão de ciclos erosivos e deposicionais impostos por fenômenos físicos como os que já foram descritos anteriormente (ROSS & METHA, 1989). A determinação dos sedimentos de fundo pode contribuir para a estimativa dos padrões de circulação que tenham sido responsáveis por transportar determinadas classes granulométricas a distintas áreas de um estuário, contribuindo para inferir o comportamento de tais partículas em relação ao transporte (FOLK & WARD, 1957; TAVARES et al., 2010). Quanto às partículas em suspensão, estas podem incluir não apenas sedimentos como também frações orgânicas como biodetritos e organismos planctônicos (TURNER & MILWARD, 2002). A distribuição horizontal e vertical destas partículas refletem a ação dos processos físicos predominantes no estuário, além disso pode indicar o efeito de eventos esporádicos como o transporte sedimentar resultante da advecção esporádica causada por eventos meteorológicos (RALSTON & STACEY, 2007).

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1.2 Canais de Maré

Um canal de maré consiste em uma abertura na linha de costa que permite trocas entre o oceano e uma baía (ou laguna), no qual as correntes de maré são reponsáveis pela manutenção do canal (FITZGERALD, 2005). O fluxo de água pode ainda ser resultado, além das marés, da ação dos ventos, seiches de longo período e descarga fluvial (KRAUS, 2008). Porém, a influência relativa das ondas e marés costuma ser a forçante principal sobre os processos observados em canais de maré (DAVIS, 2013). Um mesmo canal pode ter parte da sua extensão bastante influenciado por marés, e outra parte regido pela ação de ventos, por exemplo (SIGAUQUE, 2013). Outra classificação, proposta por Hayes (1980) divide os canais de maré de acordo com sua morfologia, em função da variação da maré (micro, meso ou macromaré) e as feições geomorfológicas que podem ser observadas em cada caso. Por exemplo, em ambientes de micromaré é comum a existência de canais que sejam dominados por ondas e apresentem deltas de maré vazante pouco desenvolvidos. Entretanto essa classificação é bastante generalizada e existem diversos canais que se enquadram em condições intermediárias entre as estabelecidas por Hayes (1980). Os canais de maré possuem uma importante função ecológica nas trocas de água, nutrientes e sedimentos entre o corpo de água costeiro (uma laguna ou estuário) e o oceano. Além disso são frequentemente usados para fins de navegação e recreação (KRAUS, 2008). Os fluxos de água no canal formarão também feições morfológicas tais como deltas que dependerão principalmente do prisma de maré (o volume de água que adentra o estuário) e não necessariamente da amplitude da maré. Além disso, o aporte sedimentar é outro fator importante na formação de tais feições, independente de haver mudanças nos padrões de ondas e marés (DAVIS, 2013). O movimento de partículas em um canal de maré é bastante complexo devido à exposição do ambiente a correntes bidirecionais e efeito de tempestades, além da interação do canal com correntes de deriva litorânea que disponibilizam constantemente areias marinhas para o interior dos canais (FITZGERALD, 2005). Sendo assim, monitoramentos in situ podem fornecer melhores informações acerca da complexa dinâmica de sedimentos em um canal de maré, nos quais devem ser feitas medições não apenas de propriedades físicas da coluna d’água como também a própria caracterização das partículas que são transportadas (VOULGARIS & MEYERS, 2004).

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2 ÁREA DE ESTUDO

2.1 Baía de Sepetiba

A baía de Sepetiba (Figura 1) é um corpo de água costeiro, localizado na porção sudeste do estado do Rio de Janeiro a cerca de 60 km da região metropolitana, aproximadamente entre as coordenadas 44,2º-43,6º O e 22,9º-23,3º S (RIBEIRO et al., 2013) com cerca de 40 km de extensão no sentido leste-oeste e 20 km no sentido norte-sul (CUNHA et al., 2006). A baía é separada da plataforma continental pela restinga da Marambaia, um cordão arenoso de origem quaternária que se estende por 40 km na direção leste-oeste com largura máxima de 5 km (FRIEDRICHS, 2012) e possui duas conexões com o oceano Atlântico: a principal situa-se na porção oeste da baía, entre a restinga da Marambaia e a Ilha Grande; e a segunda conexão, mais restrita, localiza-se na porção leste da baía e corresponde a um sistema de canais anastomosados que deságuam na região entre a restinga da Marambaia e o continente, próximo a Barra de Guaratiba (BRÖNIMANN et al., 1981; DIAS-BRITO et al., 1982).

2.1.1 Circulação

A circulação na baía de Sepetiba têm sido alvo de alguns estudos ao longos dos anos, dentre os quais se destacam os trabalhos realizados por Brönnimann et al. (1982), Cunha et al. (2006), Fragoso (1999), Moura et al. (1982) Roncarati e Barrocas (1978) e Signorini (1980a, 1980b). Com base nesses estudos, considera-se que a circulação na baía ocorre no sentido horário e que as águas oceânicas mais frias penetram na baía por meio de sua conexão principal, fluem ao longo da linha de costa continental, quando sofrem aquecimento e retornam ao oceano pela conexão principal. Porém, em um estudo mais recente, Fonseca (2013) não observou esse padrão no canal principal. Além disso foram registradas correntes mais intensas que as medidas em estudos anteriores, com enchentes mais velozes que as vazantes.

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Figura 1 - Baía de Sepetiba, com batimetria extraída de folhas de bordo da DHN. A isóbata indicada é de 5 metros.

Profundidade (m)

Legenda: G – estação Guaratiba; S – estação Sepetiba

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De fato, Miranda et al. (1977) observaram, próximo à entrada principal da baía, a presença de frentes salinas que indicam a presença de águas menos salinas provenientes do interior da baía, possivelmente associadas a plumas estuarinas que seriam responsáveis, entre outras coisas, por advectar também material particulado em suspensão para a região oceânica. Porém, ressalta-se que o estudo da circulação na baía de Sepetiba ainda carece de informações, principalmente de medições in situ, uma vez que a maioria dos resultados mencionados é proveniente de modelos numéricos. Além disso, a maioria dos estudos já realizados não levam em consideração a conexão leste da baía com o oceano por meio do canal de Barra de Guaratiba, cuja relação com o corpo principal da baía ainda não foi detalhadamente investigada.

2.1.2 Sedimentologia

A caracterização sedimentológica da baía (Figura 2), mostra a predominância de siltes em toda a região central da baía, com presença de areias de diferentes tamanhos na porção oeste e nas proximidades da restinga da Marambaia, além de argilas na região de desembocadura dos rios Guandú e São Francisco (PONÇANO, 1976).

Figura 2 - Cobertura sedimentar na baía de Sepetiba.

Fonte: Adaptado de Ponçano (1976) por Carvalho (2014).

Na baía ocorre mistura de sedimentos de origem fluvial e marinha, sendo possível observar na porção leste o predomínio de sedimentos fluviais identificados por uma maior

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concentração de elementos tais como Ti, Fe e Al. Por outro lado, na porção oeste são predominantes os sedimentos marinhos, com presença de Ca, Si e K (BARCELLOS, 1995; BARCELLOS et al., 1997). Os sedimentos apresentam longo tempo de residência nas águas da baía e o fluxo sedimentar estimado é de 1 x 106 t·ano-1 (BARCELLOS et al., 1997), o que caracteriza

a

baía

como

um

estuário

altamente

ativo

devido

à

frequente

deposição/ressuspensão dos sedimentos, sendo classificada do ponto de vista sedimentar como um estuário inverso, visto que retém grande parte dos sedimentos marinhos e exporta pouco sedimento para a plataforma continental ( RODRIGUES, 2009).

2.1.3 Condições Meteorológicas

Segundo a classificação de Köppen, a baía de Sepetiba está localizada numa área sob regime tropical úmido com inverno seco. De acordo com Wasserman (2005) a precipitação média anual varia entre 1400-2500 mm, sendo janeiro o mês nais chuvoso (300 mm) e julho o mais seco (50 mm). Segundo diversos autores, os ventos predominantes na região são os provenientes do quadrante S/SO, que são tanto os mais frequentes como os de maior intensidade (BORGES, 1990; FRAGOSO, 1995; SIGNORINI, 1980a). No entanto, Cortez (2012) analisou uma série temporal da direção dos ventos, registrada entre 2008-2010 na estação xx mantida pelo INMET na restinga da Marambaia, e verificou que os ventos mais frequentes são os do quadrante N, enquanto os provenientes do quadrante S/SO são menos frequentes porém mais intensos (Figura 3).

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Figura 3 - Frequência de ocorrência de ventos na estação A602 Marambaia (INMET) – localização na Figura 1. Adaptado de Cortez (2012).

2.1.4 Impactos Antrópicos

Nas últimas décadas, a baía de Sepetiba vêm sofrendo diversos efeitos do desenvolvimento urbano e industrial. Em sua bacia de drenagem existem cerca de 400 indústrias, sendo muitas delas fábricas metalúrgicas que liberam resíduos ricos em metais e outras substâncias potencialmente tóxicas diretamente nas águas da baía (CUNHA et al., 2006; RIBEIRO et al., 2013). Além disso, nessa região, de grande importância ecológica que abriga reservas como a restinga da Marambaia e áreas de proteção ambiental como a APA de Guaratiba, localizam-se diversos grandes empreendimentos como um terminal de petróleo, o porto de Sepetiba (um dos maiores da América Latina), além de uma extensa malha ferroviária que circunda a região e a desordenada ocupação urbana (FRAGOSO, 1995; MIRANDA, 2007). A baía de Sepetiba também tornou-se tristemente famosa no meio acadêmico devido à poluição por metais causada pela falida empresa Mercantil Ingá, grande produtora de Zn na década de 80, que abandonou na ilha da Madeira uma montanha de rejeitos da produção de minério contendo altas concentrações de Cd e Zn (BARCELLOS, 1995; MIRANDA, 2007; WASSERMAN, 2005).

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2.2 Canal de Barra de Guaratiba

A área de estudo propriamente dita corresponde ao canal de Barra de Guaratiba, em especial à região de desembocadura do canal, entre a restinga da Marambaia e o continente (Figura 4). Esta região consiste numa extensa planície entrecortada por canais meandrantes e retificados, com áreas colonizadas por florestas de mangue e apicuns. A extensão do canal desde a baía de Sepetiba à sua desembocadura em Barra de Guaratiba é de aproximadamente 6,5 km, e próximo à baía ele é bifurcado pela Ilha de Bom Jardim, adquirindo os nomes de Canal do Pedrinho e Canal do Pau Torto, ao norte e ao sul da ilha, respectivamente (Figura 4). Próximo ao continente, a partir da junção desses dois canais, passa a ser chamado de Canal do Bacalhau, sendo o seu trecho mais profundo (∼ 4m) o local escolhido para realização dos fundeios. Além disso, deságuam nas proximidades do canal dois rios de pequeno porte: o rio Piracão e o Canal do Portinho (GUERRA, 1999; HAMACHER, 2001). O regime de marés é classificado como de micromaré, embora a influência da maré possa ser intensificada devido a eventos meteorológicos, pela morfologia do canal e pelos pequenos canais que ali deságuam (ALMEIDA, 2010; DIAS-BRITO et al., 1982). Até a presente data foram realizados poucos estudos nesta região, dentre os quais se destacam apenas quatro: dois que tratam de aspectos geobotânicos e ecológicos, relacionandoos com as características observadas na região (BRÖNNIMANN et al., 1981; DIAS-BRITO et al., 1982) e outros dois que apresentam, entre outros registros, medições de correntometria, nível da água e propriedades como temperatura, oxigênio dissolvido e concentração de MPS (GUERRA, 1999; HAMACHER, 2001). Segundo a descrição de Guerra (1999), o canal do Bacalhau serve como via de transporte do material em suspensão contido nas águas da baía para o oceano. Ao ser transportado, parte desse material é distribuído pela zona intermaré no entorno dos canais. Embora a intensidade das correntes seja elevada, tanto na maré alta quanto na baixa, impedindo a sedimentação de frações finas ao longo dos canais, a deposição nas planícies inundadas é essencialmente argilosa onde as correntes não existem ou são muito fracas e a água acumulada durante a preamar fica retida até sua evaporação final. Hamacher (2001) destaca que no Canal de Barra de Guaratiba ocorre uma grande variabilidade das propriedades medidas ao longo dos ciclos de maré, o que reflete o alto hidrodinamismo da região, que é também caracterizada por uma forte assimetria de maré e

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inversão das correntes em Guaratiba devido à maior pressão hidrostática nas proximidades da baía de Sepetiba. De acordo com Almeida (2010), na região pode estar ocorrendo aumento do nível relativo do mar, indicado pela tendência de colonização de novas áreas de manguezais em direção ao apicum. Além disso, moradores antigos de Barra de Guaratiba afirmam que os canais da região vem sofrendo assoreamento e diminuição do fluxo de água, o que inviabiliza atividades de navegação e pesca, anteriormente praticadas (PORTAL GUARATIBA, 2009).

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Figura 4 - Área de estudo: porção leste da baía de Sepetiba.

Fonte: Levantamento aerofotogramétrico realizado pela empresa Topocart – Novos Horizontes em Projetos, para o Instituto Municial de Urbanismo Pereira Passos, em 2012.

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3 OBJETIVOS

3.1 Geral

O objetivo geral desta pesquisa é descrever as características oceanográficas e a distribuição de propriedades no sistema baía-canal de maré localizado na porção leste da baía de Sepetiba, bem como na região oceânica adjacente à desembocadura do canal de Barra de Guaratiba.

3.2 Específicos

•

Identificar padrões de distribuição do material particulado em suspensão e das propriedades fisico-químicas e ópticas da água;

•

Estimar a área de influência do canal sobre a região costeira adjacente;

•

Avaliar a contribuição de forçantes hidrodinâmicas na circulação observada no sistema baía-canal de maré;

•

Quantificar fluxos de propriedades em cada extremidade do canal.

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4 MATERIAIS E MÉTODOS

Os dados apresentados nesta dissertação foram coletados em três campanhas amostrais realizadas entre outubro de 2013 e fevereiro de 2014 – dois fundeios simultâneos nas duas extremidades do sistema de canais, e uma amostragem da região de desembocadura no canal em direção à plataforma continental (Figuras 1 e 4).

4.1 Fundeio Outubro/2013

Durante a campanha realizada em outubro de 2013, foi possível realizar o fundeio apenas na estação Guaratiba pois, devido às condições meteorológicas – entrada de frente fria acompanhada de fortes ventos – não foi possível manter a embarcação em condições seguras na região da estação Sepetiba. No caso da estação Guaratiba, não foi necessário o uso de embarcação durante o fundeio e embora o local seja exposto ao vento, a equipe pôde realizar o trabalho tendo como base de apoio uma das margens do canal e a realização dos perfis de CTD e coletas de água foram feitas a partir da ponte de acesso ao Centro de Avaliações do Exército (CAEx). Na estação Guaratiba foi fundeado um Aquadopp High Resolution (HR) 2MHz (Nortek AS) preso a um tripé de metal desmagnetizado. O equipamento foi programado com frequência de amostragem de 1 Hz, e as medições abrangeram desde 0,45 metros acima do fundo (maf) até a superfície, sendo a coluna d'água dividida em células de 0,2 metros. A distância ao fundo da primeira célula inclui a distância do sensor ao fundo (0,25 m) + blanking distance (0,1 m) + ½ célula (0,1 m). A partir da ponte de acesso ao CAEx foram realizados perfis horários utilizando um CTD (Conductivity-Temperature-Depth)

modelo 37-SM fabricado pela SeaBird, com

frequência de amostragem a cada 5 segundos. Logo após cada perfilagem foram tomadas amostras de água com uma garrafa Van Dorn em duas profundidades estimadas como superfície e fundo (Figura 5). Estas amostras foram acondicionadas em frascos de aproximadamente 500 mL e refrigeradas. No momento de colocação dos equipamentos na estação, também foi coletada uma amostra de sedimentos superficiais com auxílio de um busca fundo Van Veen (Figura 5). Tanto as amostras de água como as de sedimento foram

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processadas e analisadas no Laboratório de Oceanografia Geológica da Faculdade de Oceanografia (FAOC) da Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ) seguindo metodologias que serão descritas adiante. As medições foram realizadas durante 49 horas, iniciando-se às 13:30 h do dia 4 de outubro de 2013 e terminando às 14:30 h do dia 6 de outubro de 2013. Porém, devido às condições meteorológicas e às fortes correntes no canal, a maior parte dos dados obtidos pelo Aquadopp HR não pode ser utilizada visto que a estrutura metálica ficou instável e tombou; sendo assim, apenas 5 horas de dados (correntométricos) estão de fato disponíveis. As séries temporais completas de outros dados armazenados pelo Aquadopp HR (pressão e temperatura da água) também serão apresentados nesta dissertação.

4.2 Transectos – região costeira dezembro/2013

No dia 18 de dezembro de 2013 foi realizada uma campanha na região oceânica adjacente à desembocadura do canal de Barra de Guaratiba, em condições de sizígia. As estações foram distribuídas em três radiais (A, B e C) partindo de uma estação inicial na desembocadura do canal (PT), espaçadas igualmente cerca de 200 metros uma da outra (Figura 4). Cada radial tem quatro estações numeradas sequencialmente – como por exemplo A1, A2, A3, A4. A radial A é a mais próxima da restinga da Marambaia, a B acompanhou o eixo central do canal e a C localiza-se próximo ao continente (Figura 4). Em cada estação foram coletados sedimentos superficiais com auxílio do busca fundo Van Veen. As amostras foram refrigeradas e depois levadas para o Laboratório de Oceanografia Geológica da FAOC - UERJ. As demais amostragens foram inicialmente dividas em duas etapas: maré enchente e maré vazante. Primeiramente, a partir das 12 horas do dia 18 de dezembro de 2013, foi realizada a amostragem sob condições de enchente, quando foram realizados perfis com um CTD 19 Plus V2 (SeaBird) equipado com sensores adicionais de transmissividade, turbidez, fluorescência e oxigênio dissolvido, a uma taxa amostral de 0,4 Hz (Figura 6). Também foram coletadas amostras de água (superfície e fundo), que foram acondicionadas em frascos plásticos de aproximadamente 500 mL, refrigeradas e levadas ao laboratório para determinação da concentração de MPS. A partir das 15 horas do mesmo dia (18/12/2013) foi iniciada a amostragem sob condições de maré vazante; porém, devido à embarcação utilizada (um pequeno barco com

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motor de popa, conhecido como “voadeira”) não foi possível fazer frente às fortes correntes nem aos fortes ventos que começaram a soprar e, portanto, não foi possível realizar a amostragem nas estações B2, B3, B4, C1, C3 e C4. Nas estações em que foi possível realizar a amostragem, foi seguido o mesmo procedimento adotado durante as condições de enchente – perfis verticais com CTD equipado com sensores e coleta de amostras de água.

Figura 5 - (a) busca fundo Van Veen e (b) garrafa Van Dorn utilizados em todas as campanhas.

b a

4.3 Fundeio Fevereiro/2014

Na última campanha realizada, entre os dias 13 e 14 de fevereiro de 2014, foi possível realizar as medições nas duas estações (Sepetiba e Barra de Guaratiba; localização na Figura 4) concomitantemente. Os equipamentos foram distribuídos conforme descrito a seguir:

4.3.1 Estação Sepetiba

Na estação Sepetiba, uma embarcação ficou fundeada durante 25 horas na posição mostrada na Figura 5. Utilizou-se um Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP) modelo BroadBand Workhorse Monitor 600kHz (Teledyne RD Instruments) acoplado à lateral da

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embarcação em posição downward-looking (Figura 6). O ADCP registrou informações de direção e intensidade das correntes bem como valores de sinal da intensidade do eco (SIE) e temperatura da água a cada minuto, sendo estes dados o resultado da média de medições realizadas a cada segundo. Não foram amostrados os primeiros 2,2 metros da coluna d’água, visto que o equipamento foi submergido a cerca de 1 m e o primeiro bin válido medido pelo ADCP localizava-se a 1,1 m a partir dos transdutores, segundo informações fornecidas pelo software do próprio fabricante (WinADCP). Desta forma, a coluna d’água amostrada estendeu-se desde as proximidades do fundo até aproximadamente 5 maf, a intervalos de 25 cm. Além do ADCP, outro correntômetro acústico foi utilizado – um Aquadopp Deep Water (DW) 2MHz (Nortek AS). Esse equipamento realiza medições pontuais a 1,1 metros de distância a partir dos seus transdutores. Apesar de não amostrar toda a coluna d’água tal equipamento é vantajoso, pois fornece uma medição de alta qualidade. Além disso, juntamento ao Aquadopp DW foram acoplados sensores adicionais de turbidez (OBS) e condutividade. Infelizmente, o equipamento apresentou problemas com a bateria interna após a coleta, comprometendo o circuito elétrico de comunicação e impossibilitando a comunicação e recuperação dos dados coletados. Esse problema não foi solucionado, portanto os dados não serão apresentados nessa dissertação. A cada hora foram realizados perfis da coluna d’água com um CTD 19 Plus V2 (SeaBird) equipado com sensores adicionais de transmissividade, turbidez, fluorescência e oxigênio dissolvido, amostrando a coluna d’água a uma taxa de 0,4 Hz (Figura 6). Infelizmente o sensor de condutividade do CTD estava com defeito e por isso esperava-se obter os dados de condutividade e, posteriormente, salinidade e densidade por meio das medições realizadas com o sensor acoplado ao Aquadopp DW, porém estes dados não estão disponíveis devido à avaria do equipamento. Também foram coletadas, a cada hora, amostras de água em superfície e próximo ao fundo com uma garrafa Van Dorn. As amostras foram acondicionadas em frascos plásticos de 500 mL e refrigeradas para posterior determinação da concentração de MPS em laboratório.

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Figura 6 - (a) ADCP acoplado à lateral da embarcação e b) CTD com sensores adicionais, utilizado em todas as campanhas. a

b

4.3.2 Estação Guaratiba

Na estação Guaratiba foi fundeado um Aquadopp High Resolution (HR) 2MHz (Nortek AS) fixado a um tripé de metal desmagnetizado (Figura 7). Para evitar os problemas ocorridos na campanha de outubro de 2013, foram adiconados lastros à estrutura metálica para garantir que a mesma permanecesse estável apesar das fortes correntes e não comprometesse a aquisição dos dados. Para isso, um mergulhador profissional adicionou barras de chumbo e sacos de areia à estrutura após a descida do equipamento. O Aquadopp HR permaneceu a uma distância de 0,25 maf e realizou medições a partir de 0,35 maf abrangendo toda a coluna d’água. A partir da ponte de acesso ao CAEx foram realizados perfis horários com auxílio de um CTD 37-SM (SeaBird) e também coletadas amostras de água em superfície e próximo ao

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fundo com uma garrafa Van Dorn (Figura 5). As amostras de água foram acondicionadas em frascos plásticos de 500 mL, refrigeradas e levadas ao laboratório para determinação da concentração de MPS.

Figura 7 - (a) Estrutura metálica com o Aquadopp HR utilizada nas campanhas de outubro/2013 e fevereiro/2014, e (b) lançamento do CTD e garrafa Van Dorn a partir da ponte de acesso ao CAEx. a

b

4.4 Dados Meteorológicos e Previsões de Maré

Os dados meteorológicos foram coletados na estação automática Marambaia (A602) mantida pelo Instituto Nacional de Meteorologia (INMET), localizada próximo à área da estação Guaratiba, na restinga da Marambaia (coordenadas 23° 02’ S / 43° 35’ O; Figura 1). A previsão da maré, utilizada apenas para fins de planejamento das campanhas, foi baseada nas medições realizadas numa estação maregráfica mantida pela Diretoria de Hidrografia e Navegação (DHN) localizada no Terminal da Ilha Guaíba, e agora já fora de operação (coordenadas 23° 00’ S / 44° 02’ O; Figura 1). Estes dados estão disponíveis gratuitamente

41

na

internet,

no

website

de

cada

instituição

(http://www.inmet.gov.br/

e

http://www.mar.mil.br/dhn/chm/tabuas/).

4.5 Determinação da concentração de Material Particulado em Suspensão

A concentração de material particulado em suspensão (MPS) foi determinada por meio do método gravimétrico conforme descrito em McCave (1979). As amostras, de aproximadamente 500 mL, foram homogeneizadas e filtradas com auxílio de uma bomba à vácuo através de filtros de acetato de celulose com poro de 0,45 µm e diâmetro de 47 mm previamente pesados. Após a filtração, os filtros foram lavados com água destilada para remoção dos sais. Em seguida os filtros foram levados à estufa e mantidos sob temperatura de 50°C por 72 horas, mantidos em um dessecados por 1 hora e então foi realizada a primeira pesagem. As pesagens seguintes foram realizadas a cada 24 horas, sempre mantendo os filtros por 1 hora no dessecados antes de cada pesagem. Foi considerado peso constante quando, ao menos duas pesagens apresentaram diferença de no máximo 0,0004 g e então o peso considerado foi a média dos dois valores mais próximos. Dos valores de peso seco obtidos foram subtraídos os valores de peso inicial de cada filtro e, de acordo com o volume filtrado, foi calculada a concentração em mg·L−1 de MPS em cada amostra coletada segundo a Equação 1.

10

Equação 1

onde: – concentração de material particulado em suspensão, em mg·L-¹; – peso seco após filtração, em g; – peso inicial do filtro, em g; – volume filtrado, em mL.

As concentrações determinadas de MPS também foram utilizadas nos testes de conversão dos valores obtidos pelos sensores ópticos e acústicos utilizados durante as campanhas em concentrações estimadas de MPS.

42

4.6 Análise Granulométrica

As amostras de sedimento de fundo coletadas nas estações Guaratiba e Sepetiba, e ao longo dos transectos da campanha de dezembro/2013 foram processadas e analisadas no Laboratório de Oceanografia Geológica da Faculdade de Oceanografia (FAOC) da Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ). As análises foram baseadas na metodologia proposta por Krumbein e Pettijohn (1938) e os parâmetros estatísticos foram obtidos por meio do software GRADISTAT 8.0 (http://www.kpal.co.uk/gradistat.html), baseando-se em Folk e Ward (1957).

4.7 Tratamento e Análise dos Dados

4.7.1 Parâmetros Físico-químicos e Ópticos da Água

Os dados coletados pelo CTD 19 Plus V2 são fornecidos em formato hexadecimal e é necessário utilizar o pacote de programas SBE Data Processing, disponibilizados pelo fabricante, para que sejam obtidos os dados propriamente ditos, em formato decimal e nas unidades científicas desejadas. Após a conversão inicial dos dados, esse mesmo pacote permite “alinhar” os dados de temperatura e oxigênio dissolvido, eliminando o efeito da bomba e o atraso devido à circulação da água no equipamento, permitindo que sejam comparáveis as mesmas parcelas de água em que foram medidas as demais propriedades. Em seguida os dados foram filtrados a cada 0,2 metros, para eliminação de dados espúrios, e eliminados os dados de subida do CTD que não foram utilizados. No caso do CTD 37-SM , os dados já são fornecidos em formato decimal e não é preciso fazer nenhum tipo de conversão, tendo sido calculados os valores médios a cada 0,2 metros, seguindo o mesmo procedimento adotado em relação aos dados do CTD 19 Plus V2. O dados de condutividade obtidos pelo CTD 37-SM foram convertidos, por meio do programa MATLAB, em valores de salinidade a partir do pacote de rotinas Seawater 3.0 desenvolvidas pela Commomwealth Scientific and Industrial

Research

Organization

(CSIRO)

e

disponibilizado

(http://www.cmar.csiro.au/datacentre/ext_docs/seawater.htm).

no

website

43

Em ambos os casos, as profundidades de amostragem foram transformadas em profundidade adimensional, visando eliminar o efeito do estiramento e contração da coluna d’água devido às variações da maré. Segundo Kjerfve (1979) e Miranda et al. (2002) esse efeito não é significativo quando a altura da maré é pequena em relação à profundidade local, o que não é o caso nas estações amostrais. Essa conversão consiste em calcular a razão entre a profundidade de amostragem ( ) e a profundidade máxima em cada perfil (h), segundo a Equação 2. Dessa forma, !=0 indica a superfície livre e !=1 corresponde ao fundo.

!

"

Equação 2

As variáveis físico-químicas e ópticas – temperatura, salinidade, densidade, transmissividade, atenuação, turbidez, fluorescência e oxigênio dissolvido – foram interpoladas por meio do método krigging do programa Surfer 9 (Golden Software) para a obtenção de séries temporais completas ao longo do período dos fundeios, bem como ao longo dos transectos amostrados.

4.7.2 Correntometria

Os dados correntométricos foram corrigidos quanto à declinação magnética local que, segundo as informações publicadas na carta náutica n° 1607 da DHN, é atualmente de cerca de 22° O. Para isso utilizou-se a rotina vrotate, do pacote Mooring Designs and Dynamics disponível no sítio do programa MATLAB e elaborado por Richard Dewey (http://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/1629-mooring-design-anddynamics). Após essa correção, foram calculados os valores de intensidade e direção das correntes a partir das componentes corrigidas por meio da rotina uv2polar do pacote ADCPTools disponibilizado pelo Serviço Geológico dos Estados Unidos (USGS) em seu sítio (http://woodshole.er.usgs.gov/operations/stg/pubs/ADCPtools). Em seguida, foram gerados histogramas e rosas-dos-ventos para determinação dos ângulos que correspondem à direção preferencial das correntes em cada estação. Tais ângulos foram aplicados com a rotina vrotate para rotacionar o sistema de referência dos vetores de forma que estivessem alinhados segundo a direção preferencial das correntes.

44

4.7.3 Correção do Sinal de Intensidade do Eco (SIE)

Devido às perdas causadas pelo espalhamento e atenuação do sinal acústico, bem como pela absorção do som na água do mar, é necessário corrigir o sinal de intensidade do eco (SIEmed) obtido por meio do Aquadopp HR. Essas correções do SIEmed levam à obtenção do sinal de intensidade do eco corrigido (SIEcorr), que pode ser definido pela Equação 3. #$%&''

#$()* + , + -

Equação 3

Onde, , - perdas devido ao espalhamento do sinal acústico, em dB; - - perdas devido à absorção do som na água do mar, em dB. Mais detalhes a respeito das equações utilizadas no cálculo das perdas devido ao espalhamento e atenuação do sinal acústico bem como pela absorção do som na água do mar podem ser encontrados nos trabalhos de Deines (1999) e Gartner (2004). Após essas correções, os dados de retroespalhamento obtidos pelo equipamento acústico constituem séries temporais que permitem a caracterização qualitativa das variações da concentração de material particulado em suspensão ao longo de todo o período investigado.

45

5 RESULTADOS

5.1 Fundeio Outubro/2013

Durante a campanha realizada em outubro/2013 ocorreram diversos problemas que comprometeram o sucesso da aquisição de dados. O planejamento inicial contava com dois pontos de fundeio (estações Sepetiba e Guaratiba), porém só foi possível realizar o fundeio na estação Guaratiba, onde não há necessidade de embarcação de apoio para a coleta de dados. Na estação Sepetiba, devido às péssimas condições meteorológicas – entrada de frente fria e ventos intensos – não foi possível realizar nenhum dos procedimentos de amostragem. Na estação Guaratiba a campanha amostral iniciou-se às 13:30h do dia 4 de outubro de 2013. Nota-se a passagem de um sistema frontal por meio da brusca elevação da pressão atmosférica, que coincide com o período em que os ventos se intensificaram, passaram a soprar de SO (Figura 8), chegando a rajadas de mais de 15 m·s−1 durante o período da manhã do dia 05/10/2013, quando a equipe da estação Sepetiba tentava colocar os equipamentos na água. No entanto, os fortes ventos tornaram inviável a permanência da equipe na embarcação na estação Sepetiba, e a coleta de dados nesta estação foi cancelada. Apesar de o período imediatamente antes da realização da campanha amostral ter apresentado considerável pluviosidade, a estação meteorológica automática do INMET não registrou nenhum dado no sítio eletrônico do instituto. O período também foi marcado por um decréscimo na umidade relativa e na temperatura do ar.

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Figura 8 - Série temporal das condições meteorológicas durante a campanha de outubro/2013. (a) Pressão atmosférica, (b) Umidade relativa do ar, (c) Temperatura do ar e (d) Direção e intensidade dos ventos e rajadas. (Fonte: INMET)

A escala de cinza corresponde ao período anterior ao fundeio.

O grande volume de água disponibilizado para a região do canal de Barra de Guaratiba por meio da drenagem fluvial que deságua na área (Figura 4), devido à alta pluviosidade do período, parece ter contribuído para a intensificação das correntes que ocorrem na desembocadura do canal, local onde foi fundeado a estrutura metálica (tripé) com o Aquadopp HR (Figura 7). Essas fortes correntes desestabilizaram a estrutura e fizeram com que ela tombasse duas vezes durante as 50 horas de amostragem, inviabilizando a utilização dos dados obtidos. De acordo com os dados de heading, pitch e roll armazenados pelo equipamento, e que permitem conhecer a estabilidade e orientação do equipamento, a estrutura tombou logo após sua colocação na água. Na manhã do dia seguinte, durante a preparação para o início das medições simultâneas com a estação Sepetiba, a estrutura foi recolocada na posição ideal após a constatação, por meio de mergulho autônomo, que havia tombado. Dentre todo o período amostral, apenas cerca de 5 horas de dados puderam ser aproveitados; a velocidade das correntes chegou a 1,8 m·s−1 momentos antes de a estrutura tombar pela segunda vez, ainda na manhã do dia 5/outubro/2013.

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Embora os incidentes mencionados tenham comprometido a campanha amostral, as elevadas velocidades alcançadas pelas correntes, que causaram o tombamento da estrutura, são uma evidência do alto dinamismo do canal, que tende a ser intensificado em períodos de entrada de sistemas frontais e alta pluviosidade.

5.1.1 Nível da Água

Durante o período de 50 horas de fundeio foi possível medir quatro preamares e baixamares, cujas amplitudes variaram de -0,60 m (BM3) a 0,68 m (PM4), sendo a profundidade média de 3 metros. O nível apresentado na Figura 9 contém alguns intervalos interpolados, devido ao fato de que durante períodos de instabilidade do tripé metálico, as medições de pressão não puderam ser utilizadas.

Figura 9 - Nível da água na estação Guaratiba em outubro/2013 durante uma sizígia.

5.1.2 Propriedades da Água

Na estação Guaratiba foi possível realizar os demais procedimentos amostrais planejados, como os perfis de CTD, cujos resultados interpolados são apresentados na Figura 10. As temperaturas mínima e máxima registradas foram, respectivamente, 17,9°C (BM4) e 25,8°C (E5), ambas registradas próximo à superfície. Observou-se que as maiores

48

temperaturas sempre estiveram associadas às preamares, diminuindo gradativamente ao longo das vazantes. Durante o último ciclo medido, já no dia 6, as temperaturas foram, em geral, menores que as observadas no dia anterior. Tal resfriamento provavelmente ocorreu devido à ação dos ventos de SO que podem ter favorecido a entrada de águas oceânicas na desembocadura do canal, além de ocasionar mistura da água mais quente que costuma passar pelo canal durante as preamares e vazantes.

Figura 10 - Série temporal das propriedades físico-químicas na estação Guaratiba em outubro/2013: (a) temperatura, (b) salinidade e (c) densidade.

A salinidade média observada foi de 30,3 UPS, variando entre os extremos de 0,3 UPS (V4) durante o início da última vazante medida, e 34,1 UPS (E5) durante a enchente. Essas baixas salinidades observadas, sem dúvida estiveram relacionadas à alta pluviosidade dos dias

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anteriores e mesmo durante o período de fundeio. A variação da densidade acompanhou o padrão registrado por meio da salinidade, sendo o valor mínimo de 998,3 kg·m-³ (V4) e o valor máximo 1023,43 kg·m-³ (E5).

5.1.3 Material Particulado em Suspensão

A coleta de amostras de água para determinação da concentração de MPS também pode ser conduzida a partir da ponte de acesso ao CAEx a intervalos de 1 hora. As concentrações obtidas são mostradas nas Figuras 11 e 12; os períodos de enchente e vazante foram definidos de acordo com a variação local do nível da água. Em média as concentrações em superfície foram superiores às de fundo com valores de 48,1 mg·L−1 e 36,5 mg·L−1, respectivamente, embora as maiores concentrações tenham sido registradas junto ao fundo (Figura 12).

Figura 11 – Correlação entre as concentrações medidas de material particulado em suspensão (MPS) na estação Guaratiba em outubro/2013.

Em superfície as concentrações de MPS variaram de 3,75 mg·L−1 (E3) a 159,5 mg·L−1 (V3). Junto ao fundo a variação foi maior, indo de 3,0 mg·L−1 (E2) a 181,0 mg·L−1 (PM4). Os resultados mostram que as maiores concentrações ocorreram principalmente durante o início das vazantes, sendo este o período onde se observam as maiores concentrações junto ao fundo, que chegam a ser aproximadamente 20 mg·L−1 maiores que em superfície.

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Figura 12 - Série temporal de concentração de material particulado em suspensão (MPS) em superfície e próximo ao fundo na estação Guaratiba em outubro/2013.

5.2 Fundeio Fevereiro/2014

5.2.1 Condições Meteorológicas

A Figura 13 apresenta as condições meteorológicas registradas durante o fundeio, de acordo com os dados obtidos junto à estação automática Marambaia (A602) do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET). Quantos aos ventos, foi observado um período inicial com ventos fortes vindos do quadrante N-E com rajadas de até 12,7 m·s−1. A partir das 21 h do dia 13, houve diminuição da intensidade dos ventos, os quais chegaram a apresentar rajadas de no máximo 5,4 m·s−1. Estes ventos mais fracos, provenientes do quadrante N-O e S-O, foram observados a partir das 7 h do dia 14. A temperatura do ar apresentou uma tendência geral de resfriamento ao longo do fundeio. Temperaturas maiores que 30 ºC foram observadas apenas durante as primeiras horas. Na maior parte do período as temperaturas foram menores que 30 ºC, e não apresentaram variação significativa entre períodos diurnos e noturnos. A umidade relativa do ar foi inversamente proporcional à temperatura do ar, apresentando uma tendência de aumento ao longo do fundeio.

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De acordo com a estação automática do INMET, não houve chuvas durante o período de fundeio, nem mesmo durante os dias que antecederam a amostragem, desde meados do mês de janeiro/2014.

Figura 13 - Série temporal das condições meteorológicas na campanha de fevereiro/2014. (A) Pressão atmosférica, (B) Umidade relativa do ar, (C) Temperatura do ar e (D) Direção e intensidade dos ventos e rajadas. (Fonte: INMET)

A escala de cinza corresponde ao período anterior ao fundeio.

5.2.2 Estação Sepetiba

As medições na estação Sepetiba foram realizadas com auxílio de um ADCP 600 kHz Monitor (Teledyne-RDI), que não possui sensor de pressão; sendo assim, as informações de nível apresentadas nas figuras são estimativas com base no número de células medidas pelo ADCP ao longo da coluna d’água.

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5.2.2.1 Correntes

A intensidade média das correntes foi de 0,15 m·s−1, com picos de velocidade no início de cada enchente de 0,27 m·s−1 (E1) e 0,32 m·s−1 (E2) (Figura 14). Em geral, as correntes estiveram abaixo dos 0,2 m·s−1, o que é de se esperar em vista de ser uma área abrigada. As maiores velocidades foram registradas em superfície e em momentos como no início da E2 atingiram toda a coluna d’água.

Figura 14 - Intensidade das correntes na estação Sepetiba em fevereiro/2014: (a) perfil médio, (b) série temporal e (c) série média.

As correntes apresentaram direção preferencial SE-NO (Figura 15). No sentido SE encontra-se a entrada do canal que deságua em Barra de Guaratiba, enquanto a direção NO leva ao interior da baía de Sepetiba, seguindo a orientação da linha de costa e a isóbata de 5 metros (ver Figura 1).

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Figura 15 - Diagrama de distribuição da intensidade e direção das correntes ao longo da coluna d’água na estação Sepetiba em fevereiro/2014

Nos valores obtidos por meio da componente longitudinal (SE-NO), observou-se velocidades de até 0,35 m·s-1 (E2) em direção a NO, ou seja, para o interior da baía (Figura 16). Em poucos momentos o fluxo ocorreu em direção à entrada do canal que deságua em Barra de Guaratiba, quando o valor máximo registrado foi de apenas 0,13 m·s-1. O perfil vertical médio mostra que a velocidade resultante se dirige para dentro da baía (Figura 16), e a série temporal média da velocidade integrada ao longo da coluna d’água (Figura 16) mostra que esse comportamento é predominante durante quase todo o período de fundeio. A componente transversal (NE-SO) apresentou distribuição mais semelhante entre os dois sentidos (Figura 17), ocorrendo velocidades de -0,22 m·s-1 (SO) a 0,26 m·s-1 (NE). O perfil vertical médio mostra que a velocidade resultante é quase nula ao longo da coluna d’água.

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Figura 16 - Componente longitudinal da velocidade das correntes (NO-SE) na estação Sepetiba em fevereiro/2014: (a) perfil médio, (b) série temporal e (c) série média.

Figura 17 - Componente transversal da velocidade das correntes (NE-SO) na estação Sepetiba em fevereiro/2014: (a) perfil médio, (b) série temporal e (c) série média.

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5.2.2.2 Propriedades Físico-Químicas

O CTD utilizado na estação Sepetiba estava com o sensor de condutividade danificado e, por essa razão, não serão apresentados dados de salinidade e densidade. As demais propriedades medidas com o CTD são apresentadas a seguir. A temperatura da água apresentou variação de apenas 2,5°C ao longo do período amostral. O valor mínimo foi de 26,3°C (V1) e o máximo de 28,8°C (E2). A temperatura média foi de 27,2°C (Figura 18). Observou-se uma diferença entre os dois ciclos de maré medidos, ocorrendo águas mais quentes durante a primeira preamar e águas mais frias durante a segunda preamar. Tal observação pode ser explicada pelo fato de que a segunda preamar ocorreu durante o período noturno ao contrário da primeira preamar, quando provavelmente houve um aumento na temperatura devido à incidência solar.

Figura 18 - Série temporal de temperatura na estação Sepetiba em fevereiro/2014. A linha branca representa a variação local do nível da água.

As propriedades ópticas da coluna d’água são apresentadas na Figura 19. A transmissividade variou de 14,7 % (V1) a 51,3 % (PM2) sendo o valor médio 36,2 %. A atenuação apresentou a mesma distribuição, variando de 2,6 m-1 (V1) a 7,7 m-1 (PM2) com valor médio de 4,1 m-1. Em geral, durante o período de fundeio, as camadas de água mais próximas ao fundo apresentaram menor transmissividade (e consequentemente maior atenuação). Além disso, o segundo ciclo de maré amostrado caracterizou-se por águas com maior transmissividade e menor atenuação.

56

Figura 19 - Série temporal das propriedades ópticas na estação Sepetiba em fevereiro/2014: (a) transmissividade e (b) atenuação. A linha branca representa a variação local do nível da água.

A fluorescência variou entre 5,2 mg·m-3 (E3) e 31,1 mg·m-3 (V1). O valor médio foi de 12,4 mg·m-3 (Figura 20). É interessante notar que não houve variação significativa entre os períodos diurno e noturno, sendo a distribuição dessa propriedade bastante similar entre os perfis realizados em cada período. Observa-se que ao longo da coluna d’água ocorre o aumento da fluorescência, principalmente durante a estofa de vazante. Visto que esse aumento ocorre durante o período noturno, é provável que a clorofila medida tenha sido transportada de outras partes da baía, além do fato de que a decantação dos organismos produtores primários poderia favorecer as maiores concentrações de clorofila junto ao fundo. De qualquer forma, observa-se também que os períodos de maior concentração de clorofila correspondem, em parte, às variações observadas nas séries de propriedades ópticas medidas na estação. A concentração de oxigênio dissolvido (Figura 20) apresentou variação de 3,1 mg·L−1 (V1) a 7,2 mg·L−1 (PM1) com valor médio de 5,0 mg·L−1. As maiores concentrações ocorreram durante as preamares, talvez devido à passagem de águas mais oxigenadas que adentram a baía de Sepetiba pela estação amostral. Já durante a estofa de vazante, ocorreram

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as menores concentrações de oxigênio dissolvido. Tal observação está de acordo com o fato de terem sido observadas também as maiores concentrações de clorofila nesse período, levando a crer que os produtores primários tenham sido os responsáveis pelo consumo de oxigênio nesse período.

Figura 20 - Série temporal de propriedades físico-químicas na estação Sepetiba em fevereiro/2014: (a) fluorescência e (b) oxigênio dissolvido. A linha branca representa a variação local do nível da água.

5.2.2.3 Material Particulado em Suspensão (MPS)

Em superfície as concentrações de MPS variaram de 17,9 mg·L−1 (E1) a 33,1 mg·L−1 (E2), com valor médio de 23,6 mg·L−1 (Figura 21). Junto ao fundo a variação foi maior, de 19,4 mg·L−1 (E1) a 40,5 mg·L−1 (E2), e o valor médio foi de 29,0 mg·L−1. Não houve diferença significativa entre as concentrações medidas durante os períodos de maré enchente e vazante pois, em geral, as concentrações mostraram-se muito próximas.

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Figura 21 - Série temporal da concentração de material particulado em suspensão (MPS) na estação Sepetiba em fevereiro/2014. Valores obtidos a partir da filtração de amostras de água.

Visto que as concentrações não variaram muito, não foi possível estabelecer uma relação entre as concentrações medidas próximo à superfície e junto ao fundo em nenhum dos períodos de enchente ou vazante, definidos de acordo com a variação do nível da água (Figura 22).

Figura 22 - Correlação entre as concentrações de MPS em superfície e fundo na estação Sepetiba em fevereiro/2014.

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5.2.2.4 Sedimentos de Fundo

A análise dos sedimentos de fundo na estação Sepetiba indicou que são predominantemente finos, com a fração 0,20 m·s-1, evidência do alto hidrodinamismo da região. As maiores velocidades foram observadas em superfície, diminuindo ao longo da coluna d’água. Quanto à direção, as correntes apresentaram-se orientadas ao longo do eixo NE-SO, sendo as correntes dirigidas para SO (vazante) mais intensas e frequentes (Figura 26).

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Figura 25 - Intensidade das correntes na estação Guaratiba em fevereiro/2014: (a) perfil médio do período amostral, (b) série temporal e (c) série média integrada ao longo da coluna d’água.

Em relação à componente longitudinal da velocidade das correntes (NE-SO), que é a principal contribuinte para a velocidade resultante, os valores máximos observados durante as enchentes alcançaram 0,8 m·s-1 (E1) e 1,12 m·s-1 (E2) (Figura 27). Durante as vazantes foram medidas velocidades ainda maiores, de -1,1 m·s-1 durante a primeira vazante (V1) e -1,35 m·s-1 durante a segunda (V2). O perfil médio da componente longitudinal indica que as velocidades mais intensas durante as vazantes levam a um movimento resultante para fora do canal em toda a coluna d’água (Figura 27). A série média da intensidade das correntes, bem como da componente longitudinal, mostram que as maiores velocidades são observadas durante os períodos de inicio das vazantes.

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Figura 26 - Diagrama de distribuição da intensidade e direção das correntes ao longo da coluna d’água na estação Guaratiba em fevereiro/2014.

Figura 27 - Componente longitudinal da velocidade das correntes na estação Guaratiba em fevereiro/2014: (a) perfil médio ao longo da coluna d’água, (b) série temporal e (c) série média integrada ao longo da coluna d’água.

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A componente transversal das correntes (NO-SE) não apresentou contribuição significativa para a velocidade resultante, sendo os valores medidos muito próximos de zero (Figura 28).

Figura 28 - Componente transversal da velocidade na estação Guaratiba em fevereiro/2014: (a) perfil médio ao longo do período amostral, (b) série temporal e (c) série média ao longo da coluna d’água.

5.2.3.3 Propriedades Físico-Químicas

As séries temporais de temperatura, salinidade e densidade ao longo da coluna d’água durante todo o período de fundeio são apresentadas na Figura 29. A temperatura da água variou de 14,5 ºC (E2) a 30,4 ºC (V1), apresentando valor médio de 21,3 ºC. As menores temperaturas médias foram observadas durante as enchentes, sendo a mínima 17,1 ºC e as maiores temperaturas médias durante as vazantes chegando a atingir 24,2 ºC. A salinidade variou de 29,2 UPS (V1) a 36,2 UPS (V2), com valor médio de 34,6 UPS para todo o período amostral. Durante as vazantes, a salinidade média ao longo da coluna d’água foi de 34,1 UPS, valor menor que o calculado para o período de enchente (35,3 UPS).

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A densidade apresentou comportamento bastante similar a ambas as propriedades, variando de 1017,6 kg·m-³ (V1) a 1026,3 kg·m-³ (E2). Tal como a salinidade, os menores valores médios foram medidos durante as vazantes, com mínimo de 1022,8 kg·m-³ e os maiores durante as enchentes, com máximo de 1025,6 kg·m-³. Os perfis médios apresentados na Figura 30 mostram claramente a diferença entre os valores medidos para todas as propriedades durante os diferentes períodos de maré.

Figura 29 - Série temporal de distribuição das propriedades físico-químicas na estação Guaratiba em fevereiro/2014: (a) temperatura, (b) salinidade e (c) densidade. A linha branca representa a variação local do nível da água.

Nota-se a grande diferença de temperatura entre as águas que adentram o canal durante as enchentes e as águas que saem do canal, mesmo durante a preamar (nível máximo).

65

Essas diferenças são observadas também nas variações de salinidade e consequentemente de densidade, ocorrendo águas menos densas durante as preamares e mais densas durante as enchentes.

Figura 30 - Perfis médios das propriedades físico-químicas na coluna d’água na estação Guaratiba em fevereiro/2014: (a) temperatura, (b) salinidade e (c) densidade.

5.2.3.4 Material Particulado em Suspensão (MPS)

Os valores de concentração do MPS obtidos a partir da filtração das amostras de água, em superfície e fundo, são mostrados na Figura 31. Observa-se que as maiores concentrações ocorreram em superfície, atingindo valores de 180,6 mg·L−1 (V1) e 303,0 mg·L−1 (PM2). Junto ao fundo, as concentrações máximas foram de 159,7 mg·L−1 (V1) e 199,3 mg·L−1 (V2) (Figura 32). Em ambas as profundidades, as maiores concentrações foram observadas nos primeiros momentos da vazante.

66

Figura 31 - Série temporal da concentração de material particulado em suspensão (MPS) na estação Guaratiba em fevereiro/2014. Valores obtidos a partir da filtração de amostras de água.

Figura 32 - Correlação entre as concentrações de MPS em superfície e fundo na estação Guaratiba em fevereiro/2014. .

67

5.2.3.5 Sedimentos de Fundo

A análise dos sedimentos de fundo na estação Guaratiba indicou que os sedimentos são predominantemente grossos, com a fração > 62µm perfazendo 98 % da amostra em peso, apresentando ainda 2% de fragmentos de material carbonático em sua composição. Segundo a classificação granulométrica de Udden-Wentworth (1922) e os parâmetros estatísticos propostos por Folk & Ward (1957), a área é coberta por areias médias muito bem selecionadas (Figura 33). Figura 33 - Composição dos sedimentos de fundo na estação Guaratiba.

Guaratiba 2%

98%

MO

Carbonatos

Grossos

Finos

68

5.3 Transectos Dezembro/2013

5.3.1 Propriedades Físico-químicas e Ópticas

Os resultados das medições das propriedades físico-químicas e ópticas, realizadas ao longo dos transectos localizados na região costeira adjacente à desembocadura do canal (localização na Figura 4) estão sintetizados na Tabela 1 e são mostrados nas Figuras 34 a 40. Em vista da ausência de amostragens nos transectos VB (medições no período de vazante ao longo do transecto B) optou-se por mostrar os resultados deste transecto apenas sob a forma de perfis e, para facilitar a visualização dos demais transectos, são mostrados também os perfis nas Figuras 41 a 48.

Tabela 1 - Propriedades fisico-químicas e ópticas medidas ao longo dos transectos A B C Média * Ench. Vaz. Ench. Vaz. Ench. Vaz.* Mín 19,1 19,9 14,9 24,8 17,5 21,2 Temperatura Máx 24,9 25,1 24,8 25,0 24,8 25,0 23,7 (°C) Média 23,6 23,9 22,8 24,9 22,9 24,2 Mín 30,9 31,9 31,5 31,9 31,5 31,9 36,1 35,2 37,4 33,2 36,0 34,6 33,4 Salinidade (UPS) Máx Média 33,5 33,4 33,7 33,0 33,7 33,3 Mín 1020,3 1021,1 1020,8 1021,1 1020,8 1021,1 Densidade Máx 1025,8 1024,9 1027,9 1022,0 1026,2 1024,1 1022,5 (kg·m-³) Média 1022,6 1022,5 1023,0 1021,8 1022,9 1022,3 Mín 19,9 33,4 19,9 39,0 19,9 30,8 Transmissividade Máx 59,9 60,4 67,0 43,2 59,7 50,0 48,6 (%) Média 49,7 51,0 53,6 41,9 51,4 43,9 Mín 2,0 2,0 1,6 3,3 2,0 2,7 -1 6,4 4,3 6,4 3,8 6,4 4,7 2,9 Atenuação (m ) Máx Média 2,9 2,7 2,5 3,5 2,7 3,3 Mín 2,6 3,3 2,3 3,2 3,6 2,5 Fluorescência Máx 13,0 9,7 11,3 7,2 12,0 8,9 6,7 (mg·m-³) Média 6,6 6,7 6,9 6,2 6,9 7,0 Mín 4,9 5,7 4,4 6,6 4,9 6,4 Oxigênio Dissolvido Máx 8,6 8,8 8,8 8,8 8,9 8,8 7,8 −1 (mg·L ) Média 7,7 8,0 7,4 8,0 7,7 8,1

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Figura 34 - Distribuição de temperatura ao longo dos transectos amostrados. E= enchente, V= vazante.

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Figura 35 - Distribuição de salinidade ao longo dos transectos. E= enchente, V= vazante.

71

Figura 36 - Distribuição de densidade ao longo dos transectos. E= enchente, V= vazante.

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Figura 37 - Distribuição de transmissividade ao longo dos transectos. E= enchente, V= vazante.

73

Figura 38 - Distribuição de atenuação ao longo dos transectos. E= enchente, V= vazante.

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Figura 39 - Distribuição de fluorescência ao longo dos transectos. E= enchente, V= vazante.

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Figura 40 - Distribuição de oxigênio dissolvido ao longo dos transectos. E= enchente, V= vazante.

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A temperatura da água variou de 14,97°C (EB#4) a 25,11°C (VA#2) com valor médio de 23,77°C (Figura 34). Durante a enchente, o transecto A apresentou maior temperatura média, seguido dos transectos C e B. Durante a vazante, a maior temperatura média foi registrada no transecto B, seguido dos transectos C e A. As temperaturas médias durante a enchente foram mais baixas em relação à vazante, sendo o transecto B o que apresentou maior variação - cerca de 2,0 ºC. Nos três transectos foi observada a diminuição da temperatura por volta dos 5 metros de profundidade principalmente nas estações #3 e #4, durante o período de enchente (Figura 41). Durante a vazante a diminuição da temperatura foi observada em uma profundidade maior, como pode ser observado no transecto VA (Figura 34). Infelizmente, como durante o período de vazante não foram realizadas medições em todas as estações dos transectos B e C, não é possível afirmar se o mesmo padrão ocorre nestes transectos.

Figura 41 - Perfis de temperatura medidos ao longo dos transectos. E= enchente, V= vazante.

Os valores entre parenteses indicam a distãncia ao ponto inicial de medições (#PT)

A salinidade variou de 30,9 UPS (EA#1) a 37,4 UPS (EB#4) com valor médio de 33,4 UPS (Figura 35). Durante o período de enchente, o transecto B apresentou a maior salinidade média, seguido dos transectos C e A. Durante a vazante, a maior salinidade média foi observada no transecto A, seguido dos transectos C e B. Durante o período de enchente, as salinidades médias foram maiores que durante a vazante.

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Avariação da salinidade em profundidade apresentou o mesmo padrão observado na temperatura, ocorrendo a partir dos 5 metros de profundidade durante a enchente nas estações #3 e #4 e se aprofundando a cerca de 7 metros durante a vazante (Figura 42).

Figura 42 - Perfis de salinidade medidos ao longo dos transectos. E= enchente, V= vazante.

Os valores entre parenteses indicam a distãncia ao ponto inicial de medições (#PT) A densidade variou de 1020,3 kg·m-³ (EA#1) a 1027,9 kg·m-³ (EB#4) com valor médio de 1022,5 kg·m-³ (Figura 36). Durante a enchente, o transecto B apresentou a maior densidade média, seguido pelos transectos C e A. No período de vazante, a maior densidade média foi observada no transecto A, seguido pelos transectos C e B. As águas mais densas ocorreram durante a enchente, tal como no caso da salinidade, tendo em vista que na área de estudo a densidade é regida principalmente pela salinidade (Figura 43).

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Figura 43 - Correlação entre os valores de temperatura e salinidade com a densidade. 1028 R² = 0,9802

1024

1020

Densidade (kg·m-³)

Densidade (kg·m-³)

1028

1024

R² = 0,9705 1020

30

34 38 Salinidade (UPS)

14

18 22 26 Temperatura (°C)

Sendo assim, o aumento da densidade também foi observado por volta dos 5 metros na enchente, nas estações #3 e #4, ocorrendo a cerca de 7 metros durante a vazante (Figura 44).

Figura 44 - Perfis de densidade medidos ao longo dos transectos. E= enchente, V= vazante.

Os valores entre parenteses indicam a distãncia ao ponto inicial de medições (#PT)

A transmissividade apresentou valor mínimo de 19,9 % (EB#PT) e valor máximo de 67,0 % (EB#4) (Figura 37). O valor médio foi de 48,6 %. Os maiores valores médios de transmissividade foram medidos durante a enchente, sendo maior no transecto B. Durante a vazante, o menor valor de transmissividade foi também registrado no transecto B. Por meio dos perfis, observa-se que a transmissividade é mais variável nas estações #PT, #1 e #2 (Figura 45). Na estação #PT foram registrados os menores valores de transmissividade. Na

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estação #2 é possível verificar a variabilidade entre os períodos de enchente e vazante, principalmente no transecto A (losangos vermelhos). Nas demais estações, #3 e #4, a transmissividade foi moderada (> 50 %) em todos os perfis amostrados, aumentando em direção ao fundo, onde alcança cerca de 67 %. Os valores de atenuação são obtidos pelo mesmo sensor que realiza as medições de transmissividade, sendo assim essas duas variáveis costumam apresentar o mesmo padrão de distribuição. A atenuação também apresentou ambos os extremos no transecto EB, sendo o mínimo de 1,6 m-1 na estação #4 e o máximo de 6,4 m-1 na estação #PT (Figura 38). Tal como nos perfis de transmissividade, as maiores variações da atenuação são observadas nas três estações mais próximas à costa, enquanto que as duas últimas, mais profundas e afastadas do canal, apresentaram menor atenuação do feixe de luz (Figura 46).

Figura 45 - Perfis de transmissividade medidos ao longo dos transectos. E= enchente, V= vazante.

Os valores entre parenteses indicam a distãncia ao ponto inicial de medições (#PT)

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Figura 46 - Perfis de atenuação medidos ao longo dos transectos. E= enchente, V= vazante.

Os valores entre parenteses indicam a distãncia ao ponto inicial de medições (#PT) Quanto à fluorescência, foram registrados valores de 2,3 mg·m-³ (EB#4) a 13,0 mg·m-³ (EA#1) (Figura 39). O valor médio foi de 6,7 mg·m-³. Os transectos A e C apresentaram maior concentração de clorofila durante a vazante enquanto no transecto B observou-se um comportamento contrário. Em geral, a fluorescência é menor em superfície e tende a aumentar com a profundidade. Nas estações #3 e #4 são observados picos de fluorescência a cerca de 9 metros de profundidade durante a enchente e picos um pouco mais rasos, a aproximadamente 8 metros, nos perfis de vazante realizados no transecto A (Figura 47).

Figura 47 - Perfis de fluorescência medidos ao longo dos transectos. E= enchente, V= vazante.

Os valores entre parenteses indicam a distãncia ao ponto inicial de medições (#PT)

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As concentrações de oxigênio dissolvido variaram de 4,4 mg·L−1 (EB#4) a 8,9 mg·L−1 (EC#3), sendo o valor médio de 7,8 mg·L−1 (Figura 40). Em todos os transectos, as concentrações foram maiores durante a vazante, sendo o transecto B o que apresentou as menores concentrações em ambos os períodos de maré. Em geral, as maiores concentrações estiveram junto ao fundo nas estações #PT, #1 e #2, enquanto o inverso foi observado nas estações #3 e #4, ou seja, com menores concentrações junto ao fundo. Uma rápida variação nas concentraçõe de oxigênio dissolvido foi observada em subsuperfície em todos os perfis. Porém nas duas últimas estações, mais profundas, outra faixa de variação foi observada a cerca de 8 metros de profundidade, a partir de onde as concentrações diminuem (Figura 48).

Figura 48 - Perfis de oxigênio dissolvido medidos ao longo dos transectos. E= enchente, V= vazante.

As concentrações de MPS ao longo dos transectos, durante o período de enchente, são mostradas a seguir nas Figuras 49 e 50. Em superfície as concentrações foram menores do que próximo ao fundo e variaram de 5,5 mg·L−1 (#A3) até 52,5 mg·L−1 (#B4), sendo o valor médio de 15,6 mg·L−1. O padrão de distribuição parece acompanhar o eixo principal do canal, com as maiores concentrações sendo registradas ao longo do transecto B onde as concentrações foram, em média, duas vezes mais altas que as determinadas nos transectos A e C, sendo este último o que apresentou as menores concentrações em superfície (Figura 49). Quanto às concentrações junto ao fundo, foram observadas as mesmas diferenças entre os transectos. A menor concentração, de 10,3 mg·L−1 foi encontrada na estação #C1 e a maior, na estação #B3 (144,4 mg·L−1). O valor médio foi de 53,8 mg·L−1, sendo este maior que a concentração mais elevada encontrada durante a enchente. Mais uma vez o transecto B

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apresentou as maiores concentrações e o transecto C as menores. Ao longo do transecto B, em ambos os períodos de maré, ocorreu aumento das concentrações, sendo as mais elevadas registradas nas estações mais distantes da costa (#B3 e #B4).

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Figura 49 - Concentração de material particulado em suspensão, em superfície, durante a enchente.

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Figura 50 - Concentração de material particulado em suspensão, junto ao fundo, durante a enchente.

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5.3.1.1 Síntese dos resultados das propriedades medidas nos transectos

De acordo com as médias obtidas em cada transecto, observou-se que durante a vazante as águas são mais quentes, menos salinas e, consequentemente, menos densas. São também águas mais turvas, com menor produtividade primária e maior concentração de oxigênio dissolvido. Por outro lado, durante a maré enchente as águas foram caracterizadas como frias, mais salinas e mais densas. Além disso, apresentaram-se menos turvas, com maior concentração de clorofila a e com menor teor de oxigênio dissolvido. Dentre as propriedades amostradas, a fluorescência foi a que apresentou menos diferenças significativas tanto entre cada transecto quanto entre períodos de maré enchente / vazante não sendo possível observar qualquer relação entre a variação da concentração de clorofila a e as condições amostrais. Por outro lado, as demais propriedades seguiram o mesmo padrão entre transectos e entre períodos de maré. Os valores extremos em cada período foram sempre registrados nos transectos A e B. Além disso, as variações entre cada fase foram sempre menores no transecto A e maiores no transecto B. A mesma diferença entre transectos foi observada quanto às concentrações de material particulado em suspensão, sendo as maiores diferenças registradas no transecto B, tanto entre cada transecto quanto entre os períodos de maré. Além disso, durante a vazante as concentrações foram, em média, 41,7 mg·L−1 maiores que durante a enchente, atestando que o canal disponibiliza uma considerável quantidade de material particulado em suspensão para a zona costeira. Sendo assim, as medições de propriedades físico-químicas e ópticas na região adjacente à desembocadura do canal de Barra de Guaratiba mostra a clara influência do canal sobre o ambiente costeiro. Em quase todas as propriedades medidas foram registradas as maiores variações entre enchente e vazante no transecto B, cuja localização está alinhada ao eixo do canal, sendo portanto a principal via de escoamento da água tanto para o interior do canal durante as enchentes, quanto para o oceano durante as vazantes. O padrão oposto foi registrado para o transecto A, cujas variações foram menores em quase todas as propriedades (exceto atenuação e fluorescência), mostrando que a influência do canal é mais restrita aos transectos B e C, não sendo tão importante para a distribuição das propriedades medidas no transecto A, embora esteja localizado próximo aos demais. De maneira geral, as propriedades atestam que durante a enchente a influência marinha é predominante, enquanto que durante a vazante o ambiente adquire características mais semelhantes às condições estuarinas do interior da baía.

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5.3.2. Sedimentos de Fundo

Os sedimentos de fundo coletados ao longo dos transectos realizados em dezembro/2013 foram analisados e os resultados são mostrados nos mapas de distribuição de parâmetros nas Figuras 51 a 56. As classificações granulométricas e os parâmetros estatísticos seguem as definições descritas em Folk e Ward (1957). Na distribuição granulométrica observa-se que em todas as estações amostradas há predominância de areias, dividindo-se entre areias finas e médias (Figura 51). Os grãos de maior tamanho se distribuem na região da desembocadura do canal nas estações #G (ponto de realização dos fundeios), #PT, #A1 e #C1. Outra área de deposição de areias médias está localizada entre as estações #B3 e #B4, formando um pool de sedimentos mais grossos a cerca de 500 metros da desembocadura do canal, na direção do eixo principal do canal, enquanto que nas demais estações predominam areias finas. O grau de seleção está relacionado ao desvio padrão da amostra, que descreve a dispersão em relação à média - quanto menor o desvio padrão da amostra, melhor será o seu selecionamento (TAVARES et. al., 2010). O grau de seleção variou de muito bem selecionado a moderadamente selecionado, como mostrado na Figura 52. As estações #B3 e #C3 foram classificadas como moderadamente selecionadas, a estação #A2 como moderadamente bem selecionada, a #C4 como muito bem selecionado e as demais como bem selecionadas. A assimetria mostra o quanto os sedimentos daquela amostra estão sendo enriquecidos com outras frações que não compõem a média. Se a assimetria é positiva, há enriquecimento de partículas finas, enquanto que a assimetria negativa indica enriquecimento de partículas mais grossas em relação à média (TAVARES et. al, 2010). A maioria das estações (#G, #PT, #C1, #C4, #A3, #A4) foi caracterizada como simétricas. As amostras #A1, #A2, #B1, #B2 e #B4 apresentaram assimetria negativa (ocorrência de frações grossas). Já as demais amostras apresentaram assimetria positiva, no caso da amostra #C2, e muito positiva para as amostras #B3 e #C3, indicando enriquecimentos por frações granulométricas de menor tamanho (Figura 53). A curtose quantifica a angulosidade da curva de distribuição das classes granulométricas, estabelecendo uma relação entre as dispersões nas caudas e na parte central das curvas. Uma curva leptocúrtica apresenta um pico elevado, enquanto que uma platicúrtica possui o pico achatado e, por fim, uma curva mesocúrtica possui características

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intermediárias. Baixos valores de curtose designam uma curva platicúrtica e pode indicar a mistura de populações e a presença de sedimentos polimodais (TAVARES, 2010). Tal característica foi observada nas estações #A1, #B3, #B4 e #C2. As estações #G, #PT e #A2 foram designadas como mesocúrticas, não sendo possível inferir alguma informação acerca do ambiente deposicional. As demais estações apresentaram valores altos de curtose, sendo as estações #A3, #A4, #B1, #B2 e #C2 caracterizadas como leptocúrticas e as demais (#C3 e #C4) como muito leptocúrticas, podendo indicar nesses casos a remoção de determinadas frações devido à ação combinada de ondas e correntes (Figura 54). Os teores de matéria orgânica foram baixos, como mostrado na Figura 55. A estação com maior teor foi a #C3 com cerca de 1,2 % de matéria orgânica em sua composição. Todas as demais estações apresentaram valores bem menores, sendo em média 0,3 % o teor de matéria orgânica nos pontos amostrados. Em geral, as amostras localizadas mais próximas à desembocadura do canal apresentaram os menores teores. Ao longo de cada transecto foi observado um aumento do teor de matéria orgânica, seguido de uma redução na última estação. O transecto C apresentou os maiores teores de matéria orgânica, e o A os menores teores. Quanto ao teor de carbonato de cálcio (Figura 56), os valores encontrados também foram baixos e estiveram em torno da média de 0,88 %, exceto para a estação #PT, próxima à desembocadura do canal, que apresentou o maior teor de carbonato (8,38 %). Tal como a matéria orgânica, o transecto C foi o que apresentou os maiores teores de carbonatos e o A os menores teores.

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Figura 51 - Classificação textural dos sedimentos coletados na região adjacente à desembocadura do canal de Barra de Guaratiba.

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Figura 52 - Grau de seleção dos sedimentos coletados na região adjacente à desembocadura do canal de Barra de Guaratiba.

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Figura 53 - Assimetria dos sedimentos coletados na região adjacente à desembocadura do canal de Barra de Guaratiba.

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Figura 54 - Curtose dos sedimentos coletados na região adjacente à desembocadura do canal de Barra de Guaratiba.

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Figura 55 - Teor de matéria orgânica encontrado nos sedimentos coletados na região adjacente à desembocadura do canal de Barra de Guaratiba.

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Figura 56 - Teor de carbonatos encontrado nos sedimentos coletados na região adjacente à desembocadura do canal de Barra de Guaratiba.

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Nas Figuras 57 a 59 é mostrada a distribuição granulométrica de todas as amostras coletadas em termos de diâmetro das partículas, classes e sub-classes granulométricas. Em geral, ao longo dos transectos, há uma tendência de diminuição do tamanho dos sedimentos em direção ao oceano. Tal tendência é mais clara no transecto C e, principalmente, no transecto A. No transecto A o tamanho médio varia de areias médias na estação #A1 até areias finas e com presença de areias muito finas nas estações #A3 e #A4, com gradual diminuição da ocorrência de areias médias nessas estações. A mesma tendência é observada no transecto C, onde ocorrem areias muito grossas na estação #C1, provavelmente devido à proximidade do costão rochoso. Nas demais estações deste transecto as areias finas predominam, ocorrendo também areias muito finas. As maiores variações, quanto ao tamanho dos grãos, são observadas no transecto B onde na estação #B1 são observadas desde areias muito grossas a areias finas, com predominância de areias médias. Porém, ao longo do transecto, já a partir da estação #B2, predominam as areias finas. Na estação #B3 ocorrem três sub-classes de areias: finas, médias e grossas, sendo esta a estação que apresentou pior selecionamento na área de estudo. Por fim, na estação #B4, ocorre diminuição da fração de areias grossas e predomínio das areias médias. Os resultados obtidos mostram que os sedimentos mais finos (siltes e argilas) que são trazidos em suspensão não são retidos na área amostrada. Isto está possivelmente relacionado ao papel desempenhado pelas ondas que mantém o material mais fino em suspensão e o disponibiliza para ser transportado pelas correntes litorâneas e de maré.

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Figura 57 - Histograma do diâmetro das partículas das amostras de sedimento de fundo.

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Figura 58 - Histograma de sub-classes das amostras de sedimento de fundo.

CF - cascalho fino; CMF - cascalho muito fino; AMG - areia muito grossa; AG - areia grossa; AM - areia média; AF - areia fina; AMF - areia muito fina; SMG - silte muito grosso; SG - silte grosso; SM - silte médio; SF - silte fino; SMF - silte muito fino; Arg argila.

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Figura 59 - Histograma de classes das amostras de sedimento de fundo.

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5.3.2.1 Síntese dos Resultados das Análises de Sedimentos de Fundo

As análises granulométricas indicam a possível região de influência do canal sobre a zona costeira adjacente, principalmente por meio da distribuição dos sedimentos siliciclásticos. No transecto B é possível notar claramente uma região de deposição preferencial para areias médias que não está conectada diretamente à desembocadura do canal. Por isso, é possível afirmar que as correntes que ali ocorrem são intensas o bastante para levar essa fração mais grossa a cerca de 500 metros a jusante do canal, onde então é depositada. O baixo grau de selecionamento nessa região, bem como a assimetria negativa e as curvas de distribuição platicúrticas, são evidências de que deve ocorrer uma brusca diminuição da intensidade das correntes, levando diferentes classes granulométricas a sedimentarem nas proximidades das estações #B3 e #B4, que formam parte de um delta de maré vazante. O bom selecionamento das amostras na maioria das estações, em especial próximo à desembocadura do canal, provavelmente se deve à ação constante das ondas, principalmente quando a região está submetida às ondulações vindas de S/SO. Vale ressaltar que nessa região, nas proximidades das estações #A1, #B1 e #C1, observa-se também uma feição que sugere a presença de um delta de maré vazante conforme indicado pela profundidade local medida por meio dos perfis realizados com o CTD. A ocorrência dessa feição e a diminuição da profundidade possibilitam uma maior ação das ondas sobre os sedimentos de fundo, podendo remobilizá-los, o que facilita seu transporte para o interior do canal durante períodos de maré enchente devido à ação combinada de fortes correntes para o interior do canal, o que leva à formação de um delta de maré enchente (Figura 67). Os resultados, referentes aos percentuais em peso, de matéria orgânica e carbonato de cálcio, não possibilitaram fazer nenhum tipo de observação conclusiva, visto que os valores obtidos foram bastante homogêneos na região amostrada. Entretanto, o fato de que os maiores teores de ambas as propriedades tenham sido registradas no transecto C, podem refletir a proximidade deste com o costão rochoso, que poderia ser a origem dos carbonatos observados em forma de restos de moluscos ou outros bioclastos. Além disso, a proximidade com a área urbana poderia também ser a fonte da matéria orgânica presente nas amostras, em especial da estação #C3.

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6 DISCUSSÃO

6.1 Circulação e dinâmica do MPS

O canal de Barra de Guaratiba, em vista da sua proximidade e conexão direta com o oceano, é fortemente influenciado pelas marés. Além disso, a localização da outra extremidade do sistema de canais, no interior da baía de Sepetiba, contribui para que a maré influencie ainda mais o ambiente. Mesmo na campanha de outubro/2013, onde não foi possível obter dados de correntometria, verificou-se uma primeira evidência da inversão das correntes nas proximidades de cada preamar. Em todos os ciclos medidos, houve um incremento da temperatura nas preamares, persistindo durante os momentos iniciais da vazante. Adicionalmente verificou-se que as menores salinidades também ocorriam nesse período (Figura 10). A ocorrência de águas mais quentes e menos salinas durante as preamares e vazantes indica a presença de águas com características distintas das observadas ao longo das enchentes, nas quais as águas são mais frias e salinas, refletindo sua origem oceânica. Posteriormente, no fundeio de fevereiro/2014, foi possível elucidar essa questão com os dados disponíveis de correntometria. Como mostrado na Figura 27, da componente longitudinal das correntes em Barra de Guaratiba, ocorre uma inversão das correntes durante as enchentes, sendo a partir desse momento que as correntes escoam para fora do canal embora o nível da água continue a subir. Em ambas as enchentes, essa inversão foi brusca e ocorreu cerca de 1:45 h antes de cada preamar (Figura 27). Mesmo antes de o nível começar a baixar, as velocidades já eram maiores que 1 m·s−1. Mais uma vez, observou-se que em cada preamar houve um aumento considerável da temperatura e diminuição da salinidade. Com isso, é possível afirmar que as águas que passam pelo canal nesses momentos são oriundas do interior da baía de Sepetiba, o que é reforçado pelas medições concomitantes de temperatura realizadas na estação Sepetiba, as quais mostram que a temperatura na região próxima à outra extremidade do sistema de canais está em torno de 27,2 ºC, sendo esta a mesma faixa de temperatura encontrada em Barra de Guaratiba durante os períodos em questão (Figuras 18 e 29). Tal inversão já havia sido sugerida por Hamacher (2001) que documentou pulsos de vazão elevada, principalmente associados às preamares, e relacionou esse padrão à maior

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pressao hidrostática no contato do sistema de canais com a baía de Sepetiba, em função da prória circulação da baía. Esta inversão também foi confirmada por Cortez et al. (submetido) em medições realizadas durante uma sizígia nas extremidades do sistema de canais, em maio/2012. Estes autores observaram que as correntes na estação Sepetiba apresentaram um padrão bidirecional (em direção à baía de Sepetiba e ao sistema de canais de maré) com correntes de intensidade similar em ambas as direções, indicando condições de enchente e vazante (CORTEZ et al., submetido; HAMACHER, 2001). Entretanto, conforme observado por meio das medições na estação Sepetiba, a resultante das correntes nesta estação indica um fluxo para dentro da baía, acompanhado a orientação da linha de costa e a isóbata de 5 metros (ver Figuras 1 e 15). Sendo assim, durante a campanha de fevereiro/2014, não foi possível observar a influência dos fluxos na estação Sepetiba sobre a inversão do sentido das correntes, que ocorre na estação de Barra de Guaratiba. Tampouco foi possível documentar bidirecionalidade no padrão das correntes na estação Sepetiba (Figura 15), não estando de acordo com os resultados de Guerra (1999) que já havia descrito, por meio de modelagem, que deveriam ocorrer correntes em sentidos opostos em cada extremidade do canal. Na Tabela 2 são comparados os valores máximos da velocidade das correntes medidos neste estudo e em trabalhos realizados anteriormente. Em ambas as estações as correntes apresentaram valores coerentes com os demais trabalhos, chegando a ser mais intensas na estação Sepetiba. Nota-se que as correntes mais intensas são sempre observadas durante os períodos de vazante, exceto no caso das medições realizadas em fevereiro/2014 na estação Sepetiba, que foram mais intensas durante a enchente.

Tabela 2 - Comparação entre velocidades máximas registradas durante a campanha realizada em fevereiro/2014 e em estudos anteriores. Velocidades máximas (m·s-1) Estação

Fevereiro Guerra Hamacher Cortez et al. 2014 (1999) * (2001) # (submetido) 0,22 (V) Δ Sepetiba 0,35 (E) 0,19 (V) Guaratiba 1,42 (V) 1,11 (V) 1,55 (V) 0,53 (V) ◊ E - enchente, V - vazante. Medições realizadas a (*) ½ profundidade, (#) 0,5 m, (∆) 1,5 m e (◊)1,5-3,8 m de profundidade.

Como é possível verificar, por meio da Tabela 3, a estação Guaratiba sempre apresenta temperaturas mais baixas que a estação Sepetiba, o que pode ser explicado pela

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maior influência do ambiente marinho sobre a estação, que se caracteriza por apresentar águas mais frias, conforme foi observado também pelos resultados obtidos com a campanha de dezembro/2013 onde foram realizadas medições de temperatura na zona costeira adjacente (Figura 4). Além disso, Cortez et al. (submetido) observaram que as altas temperaturas observadas próximo à estação Sepetiba podem estar relacionadas à proximidade da estação ao manguezal que disponibiliza águas mais quentes e salinas para a baía, especialmente durante a vazante, conforme pode ser observado na Figura 18, onde as maiores temperaturas foram verificadas não só devido à insolação como também à vazante e à estofa de vazante, onde as temperaturas foram maiores mesmo durante o início do período noturno. Ainda que não ocorram fluxos de entrada de águas da baía para o sistema de canais, outro fator que poderia explicar o aumento das temperaturas é o fato de que em áreas de manguezais é comum que certo volume de água fique aprisionado na planície de maré durante períodos de nível mais baixo, favorecendo o aquecimento dessa água que posteriormente irá se misturar novamente com as águas dos canais. Tal padrão já foi observado também em outros estuários e canais de maré (GARONCE & QUARESMA, 2014; WARNER et al., 2003).

Tabela 3 - Compração entre temperaturas médias (°C) registradas durante a campanha de fevereiro/ 2014 e em estudos anteriores. Temperatura (°C) Estação

Fevereiro 2014

Hamacher (2001) #

Cortez et al. (submetido)

Sepetiba 27,2 30,1 23,1 ∆ Guaratiba 21,3 29,0 21,0 ◊ Medições realizadas a (#) 0,5 m (∆) 1,5 m e (◊)1,5-3,8 m de profundidade.

Infelizmente, em fevereiro de 2014 não foi possível obter medições de salinidade na estação Sepetiba. Em relação à salinidade na estação Guaratiba, esta apresentou-se alta (> 35 UPS) durante a maior parte do tempo, ocorrendo diminuição apenas durante os períodos de inversão das correntes, onde há fluxo em direção ao oceano mesmo antes de a maré atingir o nível máximo. De acordo com Cortez et al. (submetido) e Hamacher (2001), cujos estudos abrangeram medições de salinidade na estação Sepetiba, as menores salinidades na estação Guaratiba são observadas, possivelmente, em decorrência da advecção de águas do interior da baía para o sistema de canais. Esse fato também poderia explicar as menores salinidades registradas na estação Guaratiba; no entanto, de acordo com as medições de correntometria na

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estação Sepetiba, não houve considerável fluxo de água em direção aos canais durante a campanha de fevereiro/2014. Outra hipótese seria a de que a descarga fluvial fornecida pelos demais canais menores que existem na região poderia se misturar com a água oceânica que entra no sistema de canais, reduzindo a salinidade da coluna d'água. Isso foi especialmente observado durante a campanha de outubro/2013 onde, devido à alta pluviosidade, a salinidade chegou a quase zero. As

demais

propriedades

físico-químicas

amostradas

na

estação

Sepetiba

(transmissividade, fluorescência e oxigênio dissolvido) juntamente com a temperatura, reforçam a influência das áreas de manguezal adjacentes à estação. Por meio das Figuras 18 e 19, é possível notar que a partir das 16 hs do dia 13 de fevereiro as águas junto ao fundo se tornam mais turvas e, embora não estejam disponíveis dados de salinidade, é possível que essas águas mais turvas sejam oriundas das planícies de maré e áreas de manguezal adjacentes que disponibilizam águas com maior turbidez, mais salinas e quentes à baía de Sepetiba durante os períodos de vazante, conforme observado também por Cortez et al. (submetido) em maio/2012. Os valores das propriedades ópticas medidas são similares aos registrados por Gutierrez (2012), entre 4,02-74,08 %, em estações no setor norte da baía de Sepetiba, enquanto que nas estações mais externas (próximas ao canal de navegação - ver Figura 1) a transmissividade é alta. Em geral, as propriedades ópticas em estuários são bastante variáveis pois dependem de uma série de fatores como a proximidade de rios, advecção de MPS, ressuspensão, entre outros (ALTHAUSEN & KJERFVE, 1992; EPA, 2006; SHIDELER & STELTING, 1983). A maiores concentrações de clorofila a associadas às menores concentrações de oxigênio dissolvido durante a estofa de vazante, indicam ainda que as menores velocidades contribuem para a decantação não somente de sedimentos como também de organismos planctônicos que favorecem a presença de organismos consumidores que são os responsáveis pela diminuição do oxigênio junto ao fundo (ROMAN et al., 1993; WELCH, 1969). As concentrações de clorofila foram maiores do que as registradas por Gutierrez (2012), em medições realizadas ao longo do canal de navegação da baía de Sepetiba até as poximidades do canal de São Francisco e rio Guandú. Já Hamacher (2001) encontrou valores similares, variando de 1,7-16,8 mg·m−3, sendo estes valores correspondentes às áreas próximas a manguezais. Segundo Rodrigues et al. (2009), a baía de Sepetiba caracteriza-se como um ambiente mesotrófico, não havendo limitação de nutrientes, sendo a incidência solar o principal fator de controle para a produtividade primária.

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As medições das propriedades de temperatura e salinidade na estação Guaratiba permitiram verificar também a estrutura de estratificação do canal, que ocorre principalmente por meio da salinidade, conforme indicado pela correlação na Figura 60, embora a influência da temperatura sobre a estratificação de densidade seja igualmente alta (R² = 0,8). Isso ocorre porque, segundo Dyer (1997), a variabilidade de salinidade em ambientes costeiros e estuarinos é geralmente maior que a da temperatura, resultando na maior influência da salinidade sobre a densidade. Os momentos em que foram observadas os maiores índices de estratificação de densidade corresponderam ao início das vazantes, visto que a água proveniente do interior da baía e dos canais tende a ter uma densidade menor. Além disso, vale ressaltar que os índices de estratificação de temperatura e salinidade apresentaram, como esperado, comportamento inverso (Figura 60)

Figura 60 - Correlação entre estratificação de temperatura/salinidade e densidade.

Ainda segundo Dyer (1997) as características de estabilidade da coluna d'água podem ser avaliadas por meio do número de Richardson por camada (RiL), sendo este um valor adimensional que é calculado pela Equação 4:

./0

" 34 12 45

Equação 4

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Onde: g - aceleração da gravidade, em m·s-2; h - profundidade local, em m; 1 - velocidade média ao longo da coluna d'água, em m·s−1; 34 - diferença entre densidade do fundo e de superfície, em kg·m−3; 45 - densidade média da coluna d'água, em kg·m−3. Dyer (1997) propõe que as características de estabilidade caracterizadas pelo número de Richardson podem se dividir em: RiL < 2 - instabilidade; 2 < RiL < 20 - fraca estabilidade; RiL > 20 - alta estabilidade. De acordo com o gráfico mostrado na Figura 61, durante a maior parte do tempo (> 80 %) a coluna d'água esteve sob condições de instabilidade, proporcionando mistura da coluna d'água. Apenas nos períodos próximos às mudanças de maré vazante para enchente (baixamar) é que ocorreram condições de fraca estabilidade ou estabilidade, devido às baixas velocidades que foram documentadas durante esse período, que propiciam o aumento do grau de estratificação uma vez que não geram turbulência suficiente para desenvolver a mistura da coluna d'água. Garonce e Quaresma (2014) observaram que, na baía de Vitória, tais condições ocorrerram também durante a maré baixa, porém sob condições de quadratura, não sendo observada qualquer estratificação sob sizígia, sugerindo que nesse caso a descarga fluvial tenha sido mais importante em criar condições de estabilidade devido à presença de águas menos salinas em superfície. Infelizmente não há monitoramento de descarga fluvial nos canais que existem próximo à área de estudo. Entretanto, o padrão registrado por Garonce e Quaresma (2014) não parece explicar o observado na estação Guaratiba visto que a estratificação de densidade não é alta durante a baixamar. Por outro lado, Siegle et al. (2009) afirmam que mesmo em um ambiente de micromaré, caso este seja raso, a energia da maré pode tornar a coluna d'água completamente homogênea. Visto que as correntes menos intensas foram registradas durante a baixamar, essa parece ser a melhor explicação para as observações realizadas na estação Guaratiba. Essa mesma relação entre menores velocidades e RiL > 20, resultando em estratificação da coluna d'água, também foi observada por Zem (2008) na baía de Paranaguá e Brennan et al. (2002) na baía de São Francisco.

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Figura 61 - Número de Richardson por camada. As linhas pontilhadas cinzas indicam os limites entre Ri = 2 e 20.

A caracterização da coluna d'água na desembocadura do canal como instável é então esperada, visto que se trata de uma área com pouca profundidade e submetida a correntes intensas (SIEGLE et al., 2009). O cálculo da tensão cisalhante (τ) por meio do método Turbulent Kinectic Energy (TKE), foi realizado de forma a estimar os momentos em que as correntes causam uma maior turbulência, sendo esta responsável não só pelo desenvolvimento da mistura da coluna d'água como pela ressuspensão de sedimentos de fundo. A tensão cisalhante (τ) é obtida por meio de uma relação entre a energia cinética turbulenta (TKE), que é calculada com base nas três componentes ortogonais da velocidade, e uma constante empírica (BIRON et al., 2004; KIM et al., 2000; POPE et al.,2006; SOULSBY, 1983). A fórmula é dada pela Equação 5:

6

7

4 2 2 2 9: 1; < +: = ; < +: > ;