Modelação de Processos de Dinâmica Sedimentar na Plataforma Continental portuguesa

June 27, 2017 | Autor: João Dias | Categoria: Computational Modelling, Continental shelf, Sedimentary Dynamics
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A INFORMÁTICA NA GEOLOGIA Taborda, Rui; Dias, J.M. Alveirinho (1992) - Modelação de Processos de Dinâmica Sedimentar na Plataforma Continental portuguesa. Geonovas, Nº Especial 3 "A Informática na Geologia", p.117-139, Lisboa, Portugal. ISSN: 0870-7375.

Modelação de Processos da Dinâmica Sedimentar na Plataforma Continental Portuguesa *

Rui Taborda·· & João Alveirinho Dias···

Resumo

o presente artigo descreve um modelo çl'e transporte sedimentar, para sedimentos não coesivos, na plataforma continental , que se encontra presentemente em desenvolvimento, São descritos alguns dos módulos que constituem o modelo e exemplo de aplicação a diferentes:' áreas ela plataforma continental portuguesa,

Introdução

Durante os últimos 5 anos o conhecimento sq.bre a dinâmica sedimentar da plataforma continental portuguesa sofreu um notável incremento. De facto, nestes últimos anos, efectuou-se um número considerável de estudos sobre os principais mecanismos forçadores da' dinâmica sedimentar da plataforma portuguesa, bem como sobre os próprios sedimentos aí existentes. A título exemplificativo referem-se os trabalhos sobre co'rrentes (p. ex. Vitorino, 1989; Haynes & Barton ,1990; Silva 1991), sobre o clima de agitação marítima (p. ex. Pires & Rodrigues, 1988; Pires el al., 1989; programa PoWaves), sobre o padrão de distribuição de sedimentos e a sua composição (p. ex. Dias, 19S7; Magalhães ct al.,no prelo), sobre as taxas de acumulação na plataforma (Carvalho & Ramos, 1990), sobre os minerais pesados na plataforma (p. ex, Cascalho & Calvalho, no prelo), sobre o "upwelling" em Portugal (p. ex. Abrantes, 1991), sobre as plumas túrbidas associadas aos rios (p . ex. Oliveira el al. , 1991) e sobre a resuspensão de sedimentos na plataforma externa confirmada através da observação directa com o ROV (Remoted Operated Vehicle) (Dias e/'al. 1991). No entanto os estudos quantitativos sobre o transporte sedimentar na plataforma portdguesa, à excepção da deriva litoral, são ainda muito reduzid,os, encontrando-se numa fase embrionária .

• Contribuição nO A25 do Grupo Disepla,

DISEPLA II (]NICT 692/90) c Projecto PROCOST (JNICT 714/90)

•• Deparlalllento de Geologia da FCUL, Bloco C2, Campo Grande, 1700 LISBOA. ••• Instituto Hiclrogrítfico, 111;J da Trinas, 49, 1296 LISBOA CODEX.

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Este facto deve-se essencialmente a três factores: a) à .complexidade dos,fenómenos ,envqlvidos, quer,na parte p,a1te .ligada à dinâmica sedimentar, ,. {. b) à impossibilidade actual de desenvolver modelos numéricos abranjentes que contemplem a complexidade dos fenómenos envolvidos, c) à dificuldade prática que existe em obter dados de campo fiáveis que permitam caracterizar devidamente a aludida complexidade e, simultaneamente, que viabilizem a correcta calibração dos modelos existentes. Na realidade, como o transporte sedimentar é altamente não lincar no que respeita à velocidade da correl1te e à das ondas, são os episódios ocasionais, provocados pela combinação da devida às tempestades e ondils de grande período, que !Tiais maJ'cam o registo estatigráfico de uma plataforma continental. Muitas vezes, a ocorrência destes episódios menos frequentes apaga mesmo os efeitos acumulados de várias tcmpestades mais pequenas que ocorreram nos períodos intermédios. Efectivamente, grande parte do transporte sedimentar na plataforma ocorre em condições · pouco frequentes e muito energéticas, sendo a medição dos diferentes parâmetros extraordinariamente dificil. com as técnicas e equipamento actualmente disponíveis.Assim, na impossibilidade actual de medir, um dos meios mais úteis para prevêr as características do transporte nestas ocasiões é sem dúvida a modelação. .' Além disso, o sistema em consideração é extremamente complexo devido a múltiplas interacções, nomeadamente as que se relacionam com as camadas limites das ondas e das correntes, à estratiticação eventual da coluna de água induzida por contrastes de salinidade, de temperatura e de matéria em suspensão, à composição do fundo, e às formas sedimentares que o afectam. Face à complexidade inerente à fenomenologia associada ao transporte sedimentar, existe uma impossibilidade prática de estudar, na natureza, os múltiplos processos envolvidos. Acresce ainda que, frequentemente, o próprio acto de "medir" altera a grandeza que se pretende medir. Assim, é necessário simplificar para cpmpreender e para, posteriormente, poder previsões. Neste contexto, a modelação surge como uma "ferramenta" essencial para o estudo processos da dinâmica sedimentar, porquanto permite "isolar" processos "individuais" utilizando a determinação teórica dé,l contribuição específica de cada um destes COml)lexos sistemas. •

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o modelo como aproximação à realidade Um modelo é lima esquematização da realidade, a qual introduz, devido às simplificações inerentes à sua concepção, aspectos adulterantes na descrição dessa mesma realidade. portanto, aproximação aos fenómenos reais e, como tal, concepção idealizada dos processos e nlecanismos ocorrentes na natureza. É, por consequência, hipotético, sendo tanto mais aproximativo quanto melhor for o conhecimento da realidade que pretende descrever. Os modelos revelam-se, no

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entanto, bastante úteis porque constituem forma racional de visualizar a realidade, método lógico de compreender e sistematizar os vários processos envolvidos e respectivas interacções, e relato legível do funcionamento da natureza. Assim, um modelo deve tentar ser, o mais possível, racional, lógico e legível sem, no entanto, recorrer a simplificações excessivas. Por outro lado, um modelo numérico é a expressão quantitativa de um modelo conceptual que, obrigatoriamente, lhe está subjacente. A sua qualidade intrínseca está dependente, entre outros aspectos, da qualidade (nível de aproximação·à realidade) do modelo conceptual em que se baseia e, obviamente, da qualidade da formulação matemática utilizada (nível de precisão da quantificação da realidade). Quando o conhecimento científico da realidade é elevado, e quando as leis fisicas descritoras dessa realidade estão bem estabelecidas, é possível desenvolver modelos numéricos teóricos de alta qualidade. Não é, todavia, o que se verifica, em geral, no campo da dinâmica sedimentar. Com efeito, a plataforma continental é uma zona bastante complexa do ponto de vista dinâmico, onde os processos oceanográficos actuantes são múltiplos e interpcnetrativos, e onde as partículas sedimentares envolvidas têm géneses, proveniências e características muito diversificadas. O conhecimento científico da fenomenologia aí existente não é, de forma alguma, elevado, recorrendo-se, com frequência, a princípios teóricos-empíricos, ou apenas empíricos, no estabelecimento das formulações descritoras dos processos. ·Assim, os modelos numéricos susceptíveis de serem desenvolvidos são, por via de regra, teóricoempíricos. Constituem ainda, consequentemente, modelos de baixa qualidade, na medida em que a descrição teórica da realidade que eles viabilizam não é ele'vada. Todavia, o desenvolvimento, validação e aplicação dos modelos numéricos aludidos constituem passos fundamentais propiciadores de um melhor conhecimento da realidade factual. A ampliação de conhecimentos assim conseguida conduzirá ao desenvolvimento de melhores modelos conceptuais, os quais, no futuro, estarão na base d.e modelos numéricos de alta qualidade. Modelo global de dinâmica sedimentar

As condições de fornecimento, deposição, remobilização, transporte e acumulação das partículas (isto é, da dinâmica sedimentar), são extraordinariamente complexas e apresentam variabilidade muito elevada. Dependem de factores intrínsecos (sobreposição e interacção de processos hidrodinâmicos como ondas e correntes; interação entre partículas sedimentares; influência do micro-relêvo sedimentar; etc.) e de factores extrínsecos (actividade biológica; películas orgânica; condições químicas; etc.). A figura 1 representa, de forma esquemática e simplificada, os principais processos que afectam a dinâmica sedimentar numa plataforma continental típica, estando aí representados os vários níveis do escoamento, o seu significado relativo na movimentação ele partículas e a região onde esse escoamento é afectado significativamente pelo funelo (camada limite).

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\V+ FORMAS DE FUNDO RELACIONADAS COMAS ONDAS

FORMAS DE FUNDO RElACIONADAS COM A ACTMDADE ISIOlÓGICA

FORMAS DE FUNDO RElACIONADAS COM AS CORRENTES

Fig. 1 - Esquema, simplificado, ilustrativo dos processos que influenciam a dinâmica sedimentar na plalnfonua (sem escala). Adaptado de Grant & Madsen (1986) e Weggcl (1972).

Acresce ainda que, modernamente, as actividades antrópicas surgem como factor que pode ser profundamente perturbador dos sistemas, nomeadamente devido aos impactes induzidos, entre outros, pelas múltiplas actividades com reflexo no fornecimento de pal1Ículas ao depositário da plataforma, pelas estruturas de protecção costeira e portuária, pelas dragagens e deposição de dragados ao largo, pelas modificações químicas e fisicas do meio devidas à poluição e pelas operações de pesca por arraste_ Como é óbvio, a construção de um modelo compreensivo e global da dinâmica sedimentar da plataforma continental que envolva, em simultâneo, a complexidade dos factores aludidos, não é praticamente exequível como um todo, mesmo se não se considerarem as perturbações induzidas nos sistemas pelas actividades antrópicas_ O próprio modelo conceptual que permitiria o desenvolvimento do modelo numérico é de construção extraordinariamente dificil quando se tentam abarcar todos os aspectos. Definição do problema específico

Devido à dificuldade que existe em descrever simultaneamente todos os envolvidos na dinâmica sedimentar da plataforma, no desenvolvimento do modelo aqui apresentado teve-se presente

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que seria melhor começar por modelos simples, que simulariam processos específicos e que fossem sendo posteriormente incorporados num modelo global. De acordo com este principio, numa primeira fase foi abordado o efeito da ondulação sobre o fundo . Apesar dos efeitos da ondulação serem muito mais intensos pe110 do litoral, nomeadamente na zona de rebentação, onde são responsáveis pela deriva litoral, não podem ser de forma alguma desprezados em nenhum lugar da plataforma, pois a sua influência, ainda que mais esporádica, se faz sentir mesmo até ao boi"do da plataforma (Draper 1967, Komar 1976, Butman et aI. 1979, Dias 1987). Numa primeira aproximação pode considerar-se que o efeito das ondas se faz sentir no fundo (ainda que de uma forma incipiente) quando a profundidade é igual a metade do comprimento de onda (nível de base da onda). Tendo em conta que, segundo a teoria de Airy, em águas profundas o comprimento de onda (L) está relacionado com o perído (T) através da expressão: L", =

a

2n

,ou seja, L",

=1.56T2 ,

' (1)

pode calcular-se a profundidade máxima em que a onda interage com o fundo . Assim, por exemplo, uma onda com 8s de período deixa de fazer sentir a sua influência aos 50m de profi.ll1didade, enquanto que uma' onda com 15s fará sentir a sua influência no fundo até uma profundidade de 175m. Verifica-se, assim, que a plataforma interna é influenciada pela ondulação durante a maior pm1e do ano, enquanto que a plataforma externa só o é ocasionalmente, quando ocorrem ondas de grande período. É óbvio que . este tipo de análise é bastante grosseira, de carácter essencialmente qualitativo, não respondendo a perguntas como : Até que dimensões são as partículas remobilizadas?; Será que existem formas no fundo, e se sim qual a sua altura e comprimento de onda?; Qual é a concentração, e distribuição na coluna ele água elo sedimento em suspensão? A elaboração do modelo aqui apresentado teve como principal objectivo a resposta a estas questões. Elaboração e aplicação do modelo

O modelo desenvolvido (ou melhor, em desenvolvimento), está escrito em linguagem C, e assenta essencialmente num conceito modular, em que cada módulo representa um processo físico particular. A estrutwa do modelo, na forma de diagrama fluxogramático simplificado é dado na fig. 2. O primeiro passo consiste no cálculo das características dos processos que estão na base da movimentação das partículas (neste caso as ondas) sobre toda a plataforma. Em seguida é necessário prever se as condições energéticas junto ao fundo são suficientemente intensas para provocar o transporte do sedimento. Se isto se verificar, então 'o modelo calcula as formas de fundo presentes e o perfil de concentração média.

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Fig. 2. ESIJ1lIUm do mOO.:lo. II sombreado repr.:s.:nlam-s.: os módulos jú d.:s.:n\'ol\'idos.

A - Mecanismos forçadores,

No actual estado de desenvolvimento, o único mecanismo forçador considerado foi o constítuido pelas ondas superficiais gravíticas. Num estádio posterior será comtemplada a actuação das correntes. Modelo de propagação de ondas lineares (MPO),

No sentido de determinar as características da ondulação sobre a plataforma foi antes de tudo necessário proceder à elaboração de um modelo de propagação de ondas. Como o fenómeno da propagação das ondas do largo para a costa é extremamente complexo, e na impossibilidade de descrever matematicamente todos os processos fisicos intervenientes, principalmente em estudos cuja escala espacial se pretendia da ordem das dezenas quilómetros, optou-se por selecionar unicamente os efeitos da refracção e difi·acção. Neste sentido, foi adaptado um modelo matemático de refracçãodifracção de ondas lineares, monocromáticas, baseado no modelo apresentado por Ebersole et a/. (1986), genericamente designado por RCPW AVE. A adaptação deste programa, desenvolvido originalmente no Coastal Enginncring Research Center (CERC), teve como principal objectivo a descrição do campo de ondas nas diversas zonas a estudar, tendo sido objectivos fundamcntais na sua adaptação a interligação com os outros modulas do modelo e a sua fácil utilização. Nos dados de entrada incluem-se a batimetria, o período e a altura da ondulação, bem como a direcção de propagação em águas profundas. Como resultados do programa obtêm-se os parâmctros da

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ondulação relevantes para o cálculo do transporte sedimentar, nomeadamente altura, ângulo de propagação, velocidade de fase e velocidade de grupo, numa malha com formato idêntico ao da batimetria introduzida. Um exemplo de aplicação deste modelo à plataforma minhota é dado na figura 3. A comparação dos resultados obtidos utilizando ondas com diferentes períodos, permite verificar que, . nas ondas de grande período (18s) , os efeitos da refração começam a fazer-se sentir logo próximo do bordo da plataforma, contrariaplente ao que acontece nas ondas de menor período (8s) as quais só são refractadas já muito perto do litoral.

Fig. 3. Exemplo de aplicaçiio do modelo de propagação de ondas lineares (i plntafoJ111a continental no largo de Aveiro.

8 - Transporte de sedimentos. Num escoamento unidirecional, as partículas, uma vez iniciado o movimento, são transportadas

segundo a direcção do escoamento. Num escoamento oscilatório existe uma complicação adicional, pois que o escoamento sobre o fund o muda periodicamente de sentido, o mesmo se verificando com o transporte sedimentar. Numa análise preliminar pode considerar-se que o fundo é planar, horizontal e homogéneo, e que a velocidade do fluido junto ao fundo pode ser descrita pela teoria linear das ondas como um movimento puramente oscilatório. Assim, se o valor crítico da tensão de corte junto ao fundo é excedido durante certo período, a quantidade de sedimento transportado para a frente (na direcção de

propagação da onda) durante meio ciclo será igual à quantidade transportada na direcção oposta durante a outra metade do ciclo, devido à simet ria do movimento. Isto significa, numa primeira aproximação, que a resultante do transporte associado às ondas é nulo, isto é, que as partículas apenas se deslocam num movimento de vai-e-vem em torno de uma posição média.

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Todavia, apesar do movimento deduzido para as ondas lineares, num fundo plano, ser conservativo, isto é, não provocar uma resultante de transporte, o facto das partículas serem remobilizadas tem grande importância, pois assi'rn ficam disponíveis para serem transportadas por uma corrente, mesmo que fi'aca e que nem sequer exceda, por sí só, a velocidade crítica para o início do movimento das partículas. Além disso, e como se demonstrará a seguir, a componente oscilatória pode também ter um papel de relevância no transporte sedimentar resultante, havendo mesmo casos em que a direcção do transporte é oposta à da corrente. A taxa de transporte sedimentar instantânea pode ser calculada a partir do conhecimento das distribuições verticais instantâneas da velocidade (u(z,t» e da concentração do sedimento (c(z,t»): h

qt(t)= fu(z,t)c(z,t)dz

(2)

I)

o transporte médio

no tempo, geralmente calculado durante vários períodos de onda, é dado

pela equação : h

Clt = J-u(-z-,t-)c-(-z,-t) dz(3) o

Por seu lado, a velocidade, u(z,t), pode ser decomposta numa velocidade média u(z) e numa oscilação em torno da média u(z,t): u(z, t) = u(z) + ü(z, t) Analogamente, a concentração pode ser decomposta em: c(z, t) = c(z) + c(z, t) Assim : c(z, t) u(z, t) = (c(z) + c(z, t))(u(z) + ü(z, t))= c(z)u(z) -I- c(z)u(z, t) -I- c(z, t)u(z) + c(z, t)u(z, t)= c(z)u(z) + c(z, t)ü(z, t) e finalmente : h

h

CÍt =c1c +c!-v = Jc(z)u(z)+ J-c("-z,-t)-ü"""(z-,-t) o

(4)

I)

o primeiro termo, cÍc , geralmente designado por transporte relacionado com as correntes, é aquele que mais frequentemente tem sido utilizado na quantificação do transporte sedimentar. Assim, no passado, e em certa medida ainda actualmente, pois em termos práticos é muito dificil quantificar o segundo termo, tem-se assumido que o transporte sedimentar na plataforma é predominantemente efectuado por correntes unidirecionais (correntes estas que são influenciadas pela presença da

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ondulação, com diminuição da magnitude e aumento da rugosidade aparente) depois do sedimento ter sido remobilizado pelas ondas. Em resumo, as ondas seriam maioritariamente responsáveis pela remobilização e pelo perfil de concentração de sedimento em suspensão (c( z», enquanto que as correntes seriam responsáveis pelo transporte resultante (como é referido por exemplo . nos trabalhos pioneiros de Inman & Bagnold (1963» . O segundo termo, qw ' resultante da contribuição das componentes oscilatórias do escoamento, tem sido muito menos estudado, pois que a sua contribuição era supostamente modesta. Contudo, nem sempre isto corresponde à realidade. Já na década de 60 Inman & Bagnold (1963) tinham verificado que a resultante do transporte sedimentar num movimento combinado pode ter direcção oposta à da corrente. Mais recentemente, Nielsen (1988) verificou também que, mesmo sob o efeito de uma corrente relativamente forte, o transporte sedimentar tendia a ser dOl'ninado por êfw ' Segundo Davies (1991) e Huntley & Hanes (1987), referidos em Soulsby (1991), a razãoêfw ICfc pode mesmo variar entre +5 e -2. Neste termo podem-se incluir os efeitos da assimetria das ondas, por exemplo os que são descritos pelas teorias das ondas de Stokes, Cnoidais, Solitárias, etc, que muitas vezes constituem uma melhor representação da realidade do que as ondas de Airy (lineares), principalmente quando as pr9fundidades são pequenas. Pode tam bém inclu ir-se ai o desfasamento que existe entre a velocidade do fluido e a resposta do sedi mento (principalmente em fundos com "ripples"), assim como a existência de ondas de grande períod o, resul tado do "agrupamento" que existe na propagação das ondas reais. 1) Limiar de entrada em movimento de partículas. Módulo MRP.

As condições críticas para o limiar de entrada em movimento de partículas sob aCção de correntes unidireccionais são razoavelmente bem conhecidas e, em principio, é de esperar que o aparecimento de mais dados não conduza a modificações substanciais das fórmulas já estabelecidas (Komar, 1976). No entanto, o mesmo já não se passa para escoamentos oscilatórios nos quais a intensidade e direção do fluxo são função do tempo . Devido à complexidade do problema houve muito menos estudos neste campo, não existindo consenso nesta matéria. Prova disso são as sínteses efectuadas em 1975 pelo Laboratoire Central d'Hidraulic de France e, em 1985, por Losada & Desiré onde são apresent.adas, respectivamente 12 e 15 equações diferentes para descrever a condição crítica de entrada em movimento. Após análise cuidada do assunto, optou-se pela ut-ilização das equações propostas por Komar e Miller (1973, 1975) . Segundo estes autores limiar da entrada em movimento, para partículas de diâmetro inferior a 0.5ml11, é dado pela equação :

o

\11

= 0.2 1 (

d

)Jn

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(5)

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. onde do é o cliametro orbital junto ao fundo, D a dimensão da partícula e definido por pUm 2 / (P s - p) g D, onde p, Ps são,

\11

é o número de mobilidade

a densidade do fluído e das partículas,

g é a aceleração da gravidade e um a velocidade orbital máxima junto ao fundo. Para partículas de dimensão superior a 0.5mm estes autores propõem a seguinte relação: \11

= 0.4671: (

d

)"4

(6)

Segundo Komar (I976) a equação (5) pode ser utilizada para avaliar o limiar da entrada em moviÍnento de partículas até à dimensão do silte fino, ou seja quando os efeitos coesivos fazem com que hajam desvios em relação ao estabelecido, enquanto a equação (6) dá bons resultados para partículas maiores que 0.5mm e, pelo menos, até aos 5cm (que corresponde ao material mais grosseiro estudado). Estas equações revelam que a tensão de corte no fundo (1:) para uma clada corrente gerada por ondas aumenta à medida que a frequência aumenta. Por exemplo, uma onda com um período de 15s e uma velocidade orbital máxima de 30cm.s- 1 é capaz de inover uma pa11ícula de quartzo até 0.5mm, enquanto uma onda com um período de 1s com a mesma velocidade orbital máxima é capaz de mover uma partícula de 1. 5mm de diâmetro . No caso limite, ou seja, considerando uma corrente unidireccional (cuja frequência é, teoricamente, O) de 30Cll1.çl (a um metro do fundo) constata-se que esta só é capaz de mover particulas de quartzo até 0.08mm. Verifica-se, assim, que a ondulação é um mecanismo muito mais eficaz na mobilização de areia e na formação de formas de fundo que as correntes unidirecionais

(p. ex: Grant & Madsen 1979). Este facto é explicado devido à menor dimensão da camada limite no caso de um escoamento oscilatório (ela ordem cios 3 a 5 cm em condições de ondulação suave e 10 a 30 cm quando ocorrem grandes anelas, Grant & Madsen, 1986) em relação a um escoamento unidireccional (de ordem decamétrica), o que leva a um aumento do gradiente da velocidade e consequente aumento ela tensão de corte. Assim, em ocasiões em que as ondas são capazes de movimentar quantidades significativas de sedimento, uma corrente de magnitude idêntica pode ser demasiado fraca para provocar o início do movimento. O critério do limiar de entrada em mOVime!lto proposto por Komar & Miller tem sido testado com sucesso em diversas situações (p. ex: Rigler & Collins, 1983) e utilizado por diversos autores na previsão da remobilização de sedimentos superficiais em diversas plataformas continentais (p. ex: Komar 1976, Dias 1987, Taborda & et aI. 1991, Horn, 1991). No entanto, o recurso a expressões deste tipo para prever o início do movimento de partículas, e apesar da sua facilidade de cálculo, está sujeito a algumas limitações, pois que considera a acção da ondulação em condições ideais, isto é, escoamento oscilatório puro actuando sobre Ulll fundo planar, horizontal e homogéneo. Durante muito tempo pensou-se que as acelerações existentes num escoamento oscilatório invalidariam a utilização da curva de Shields na previsão do limiar de entrada em movimento de partículas. Contudo, resultados obtidos independentemente por Komar & Miller (1975) e Madsen &

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Grant (19'/5) mostraram que as forças de inércia que actuam na superficie dos grãos neste tipo de escoamento não são importantes, e que o início do movimento é adequadamente representado unicamente pela tensão de corte no fundo. Consequentemente, o critério de Shields também é aplicável neste caso. O parâmetro de Shields 8 é dado por: 1 l' &'=-f\V\IJ=( ) 2 Ps -p gD

(7)

onde 't' é a tensão de corte no fundo sem incluir a resistência da forma (form drag), isto é, a resistência induzida pela microtopografia do fundo ('t'

= 1/2 fw pUm 2) e

fw é o factor de atrito de onda proposto

por Jonsson (1966) calculado utilizando unicamente a rugosidade dos grãos. Para fluxo completamente turbulento (rough turbulent) este pode ser determinado por: fw onde

= exp ( 5.213 (

ª é o raio orbital (a

=

:s )0.194 -5.977)

I

(8)

do /2) . Segundo Nielsen (1985) a rugosidade provocada pelos grãos pocie

ser calculada através da expressão : k. = 2.5D

(9)

Assim, e desde que a tensão de corte na camada "Iimite seja devidamente avaliada, a curva de Shields surge como um critério universal para a determinação do limiar de entrada em movimento de partículas sob acção de escoamentos unidireccionais e/ou oscilatórios (Lee-Young & Sleath, 1988) . No entanto a expressão (7) só é válida para fundos planos, e não entra em consideração com ripples pré-existente, cuja presença na plataforma é bastante muito frequente. Neste caso, é de esperar que o limiar da entrada em movimento de partículas ocorra em valores de 8' inferiores, devido à contração do fluxo relio da crista das ripples, como foi observado por Du Toit e Sleath (1981). Deste modo, e tendo em conta as medições efectuadas por estes autores, Nielsen (1986) propõe que, para escoamento completamente turbulento, o parâmetro de Shields passe a tomar o valor: 8'

8 =------=r (1 - 1t11 / À) 2

(lO)

onde 11 é a altura da ripple e À o comprimento. A utilização do critério de Shields p'ode resumir-se nos seguintes passos: 1° cálculo da rugosidade relacionada com a dimensão das partículas, equação 9; 2° cálculo do factor de fricção de acordo com 1011SS011 (1966), equação 8; 3° cálculo do parâmetro de Shields, equação 7.

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4° comparação do parâmetro de Shields calculado com o valor crítico obtido utilizando a curva de Shields parameterizada por Van Rijn (1989). Na figura 4 apresenta-se um resultado da aplicaçãO do módulo MRP à plataforma continental minhota, utilizando os critérios de Komar & Miller (1973, 1975), a qual permite confirmar que os sedimentos relíquia aí existentes só são remobilizados (embora tal não signifique transporte efectivo) em condições de temporal excepcional, o que tem permitido a sua preservação, enquanto sob condições de agitação marítima mais frequente e menos energéticas as partículas de areia apenas são remobilizadas na plataforma interna (Magalhães et aI., 1991).

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T - IS,· H - 4m

T - 12. H - 2m

W2O"S

W3O'N

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......

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Fig. 4. Exemplo de aplicação do módulo MRP à plataronlla entre o Douro e o Cávado. A traço contínuo representam-se as isolinhas teóricas de remobilização de partículas com os diâmetros equivalentes representados na escala 0 .

2) Formas de fundo. Módulo MFF. Logo que o valor da tensão de corte' no fundo é supenor às condições para o início do movimento, começam a formar-se ripples. O conhecimento das suas características é de importância fundamental pois estas contribuem para a maior parte da rugosidade hidráulica e determinam, por isso, a escala vertical dos pedis de concentração. Apesar dos mecanismos que controlam a formação das formas de fundo serem mal conhecidos (Grant & Madsen, 1982), é sabido desde os trabalhos de Bagnold (1946 in Dyer J986), que existem dois domínios de existência das ripples. No primeiro, que é denominado domínio de equilibrio, o comprimento de onda da rípple é directamente proporcional ao diâmetro orbital (À = 0:65d o, Miller & Komar, 1980) e a declividade (11/1.) é igual a um máximo. O segundo domínio é consequência do comprimento de onda não aumentar indefinidamente à medida que aumenta o diâmetro orbital junto ao fundo . A partir de certo ponto (chamado "breakoff point") o

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comprimento de onela mantem-se constante ou sofre uma ligeira diminuição, e a declividade começa a diminuir (p. ex: Miller & Komar, 1980, Nielsen 1981, Grant & Madsen, 1982, Dyer 1986). O comprimento de onda no "breakoff point", segundo Miller & Komar (1980), pode ser

representado por: À

com

À

= 14700D

L68

(11)

e D em cm. No entanto, segundo Raukiviki (1990) este valor tende a ser subestimado. Por outro lado Grant

& Madsen (1982) pl'opuseram que este .ponto pode ser predicto através da expressão:

8e

=

(12)

onde 8 e é o valor crítico cio parâmetro de Shields e S. é um parâmetro adimensional do sedimento dado por:

Segundo estes autores o parâmetro 8' 18, é muito útil na caracterização quer do comportamento da ripples, quer do transporte sedimentar subsequente. No domínio de equilibrio, a declividade e comprimento de onda das ripples são praticamente indepel}dentes da razão 8' 18
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