CLIMA DE ONDAS ATUANTE EM PRAIAS URBANAS DA CIDADE DE NATAL/RN

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1 CLIMA DE ONDAS ATUANTE EM PRAIAS URBANAS DA CIDADE DE NATAL/RN David Jefferson Cardoso Araújo 1* ; Ada Cristina Scudelari 2 ; Venerando Eustáquio Amaro 3 RESUMO Informações confiáveis e de longo prazo sobre dinâmica marinha, em especial as que dizem respeito ao clima de ondas, compreendem subsídios essenciais para atividades no escopo do planejamento costeiro. Este trabalho teve como objetivo caracterizar o clima de ondas de quatro praias urbanas do litoral sul de Natal/RN, fazendo uso do banco de dados de ondas disponibilizado no software Sistema de Modelagem Costeira do Brasil (SMC-Brasil). Tais informações resultam de processo denominado downscaling e se encontram distribuídas em forma de pontos por todo o litoral brasileiro, em zonas de águas profundas e intermediárias. Por meio de análises baseadas em técnicas de estatística descritiva e levando em consideração aspectos limitantes do modelo numérico aplicado a escala de trabalho, foi definido como mais representativo o ponto de coordenadas latitude -5,877, longitude -35,05. Dentre as informações obtidas, verificou-se a ocorrência de ondas incidentes principalmente do quadrante sudeste, com altura significativa e período de pico, respectivamente, em torno de 1,5 m e 7 s. Em condições extremas foram verificados valores de altura significativa de até 2,34 m, com período de pico associado de 11,88 s. Palavras chave: clima de ondas; zonas costeiras; modelagem numérica. ABSTRACT WAVE CLIMATE ACTING ON URBAN BEACHES FROM NATAL/RN CITY Reliable and long-term information on marine dynamics, in particular those relating to the wave climate, comprise essential subsidies for activities within the scope of coastal planning. This study aims to characterize the wave climate of four urban beaches from the south coast of Natal, using the waves database available on the SMC-Brazil software. The database s information resulting from process called downscaling and are distributed in the form of points throughout the Brazilian coast, in deep and intermediate water zones. Through analysis based on descriptive statistics and considering limiting aspects of the numerical model applied to work scale, was defined as more representative the point with coordinates latitude , longitude Among the obtained information, it was found the occurrence of incident waves mainly from the southeast quadrant with significant wave height and peak period, respectively, around 1.5 m and 7 s. Under extreme conditions were found values of significant wave height up to 2.34 m with peak period associated of s. Key words: wave climate; coastal areas; numerical modeling. 1* PPGES, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, david_bct@hotmail.com 2 PPGES, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, ada@ct.ufrn.com 3 PPGG, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, amaro@geologia.ufrn.com XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 1

2 INTRODUÇÃO Dentre as praias urbanas da cidade de Natal estão incluídas a praia de Ponta Negra (na qual, neste trabalho, também se inclui todo o trecho de praia defronte a Via Costeira), Areia Preta, dos Artistas, do Meio e do Forte (Figura 1). Atualmente, este trecho do litoral constitui-se como um dos principais corredores turísticos e de lazer da cidade. No entanto, em todas essas praias são verificados agravos à costa provenientes de eventos erosivos, que também podem ser constatados pela presença de estruturas de defesa à agitação marítima. Nesse aspecto, vale-se ressaltar a situação da Praia de Ponta Negra, a qual, durante os últimos quatro anos, vem sofrendo sérios danos, principalmente em suas imediações mais urbanizadas, respaldada, entre outros fatores, pela ocupação desordenada do ambiente costeiro sem considerar sua dinâmica natural (AMARO et al., 2014). A construção de estruturas de proteção ou a elaboração de planos de gerenciamento costeiro se apresentam como possíveis medidas mitigadoras de impactos decorrentes em zonas costeiras. Contudo, as tomadas de decisão para a adoção de tais medidas devem ser embasadas em informações confiáveis e de longo prazo sobre o comportamento da dinâmica litorânea, em especial sobre o clima e ondas (baseado na documentação de ondas constatadas durante décadas passadas), principal propulsor de mudanças em zonas costeiras (KOMAR et al., 2010). Simulações numéricas de longo prazo do clima de ondas, utilizando como dados de entrada os ventos sobre a superfície do oceano, constituem um Banco de Dados confiável de Reanálises de Onda, possibilitando a obtenção de informações particularmente importante para regiões com escassez desse tipo de registro, podendo ser utilizadas, sobretudo, como dados de entrada em modelos capazes de transferir essas informações até a costa. Uma base de dados de reanálise de ondas em águas profundas e intermediárias se encontra disponibilizada no software Sistema de Modelagem Costeira do Brasil (SMC-Brasil), o qual, além disso, integra uma série de modelos numéricos para a implementação de uma metodologia de pesquisa ou projetos em zonas costeiras (IH-CANTABRIA, 2013). Tais informações de ondas estão distribuídas por todo o litoral brasileiro, e podem ser obtidos através da seleção de pontos específicos que compõem o banco de dados DOW (Downscaled ocean waves) do SMC-Brasil. Em estudos que se deseja realizar a propagação de ondas até uma praia específica, a escolha do ponto DOW representa uma etapa fundamental, uma vez que, a partir deles são geradas as informações de entrada necessárias para aplicação do modelo. Esse trabalho tem como objetivo avaliar qual ponto DOW, de profundidade intermediária, melhor caracteriza o clima de ondas das quatro praias urbanas citadas anteriormente, e, a partir deste, caracterizar o clima de ondas dessa região, utilizando como ferramenta numérica o SMC- Brasil. MATERIAIS E MÉTODOS Metodologia para obtenção da série de pontos DOW no SMC-Brasil Como já citado, a caracterização do clima de ondas da região de estudo foi realizada a partir da base de dados incorporada ao SMC-Brasil. Ao SMC se encontra integrado uma série de modelos numéricos, estruturados e especificamente organizados de acordo com as escalas espaciais e temporais dos processos a serem modelados. As séries de onda denominadas (DOW) apresentam características regionais de ondas em profundidades intermediárias (zonas em que a relação profundidade/comprimento de onda é XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 2

3 aproximadamente menor que 0,5 e maior que 0,04) e constituem-se, basicamente, da reconstrução de uma série global denominada Global Ocean Waves, resultante de uma reanálise global equivalente a um período de 60 anos, utilizando como modelo numérico o Wave Watch III versão 2.22 (TOLMAN, 2002). A obtenção da série DOW resulta da aplicação de um downscaling, sendo utilizado o modelo numérico SWAM. Este é capaz de propagar ondas de qualquer direção e incorpora fenômenos exclusivos de profundidades rasas como a quebra das ondas e interações não lineares. No entanto, ele não tem a capacidade de resolver adequadamente os efeitos de difração sofridos pelas ondas, recorrentes, principalmente, em regiões de menor profundidade. Dentre os parâmetros fornecidos nessa série de dados estão altura de onda significativa (Hs), período de pico (Tp) e direção média das ondas (θm). Seleção do ponto DOW e caracterização do clima de onda A caracterização do clima de ondas de profundidade intermediária na plataforma continental adjacente aos setores praias de interesse foi realizada através da análise de uma série de pontos DOW. Ao todo foram escolhidos onze pontos (Figura 1), e a partir da análise das tabelas e gráficos dos seus respectivos parâmetros estatísticos de onda, somente um foi selecionado para caracterizar o clima de ondas. Os critérios de seleção para escolha do ponto DOW levou em consideração sua localização e distância em relação à linha de costa, sua cota batimétrica (de profundidade superior a 15 metros devido às limitações do modelo SWAN), bem como a semelhança dos seus parâmetros estatísticos com relação aos dos outros pontos analisados. Como resultado, foram obtidos gráficos e tabelas, apresentados através de uma abordagem estatística de curto (estatística descritiva), dos respectivos parâmetros, a saber: altura significativa de onda (Hs), período de pico (Tp) e direção média de onda (θm) sob condições médias (índice 50%" ou apenas "50"), ou ainda, em estados de mar superados apenas 12 horas ao ano (índice "12"), que refletem condições extremas de agitação marítima. Figura 1 - Localização da área de estudo e pontos DOW selecionados para caracterização do clima de ondas. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 3

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO Seleção do ponto DOW Através da análise da probabilidade de incidência (Figura 2), foi possível observar que para a região de estudo as ondas incidem, predominantemente, das direções Nordeste (NE), Leste- Nordeste (ENE) e Leste (E), Leste-Sudeste (ESE) e Sudeste (SE). A análise dos histogramas de Hs por direção de incidência (Figuras 3a e 3b) demonstra que o ponto P1 apresenta alguns dos valores mais elevados desse parâmetro, além de exibir valores semelhantes à média aritmética geral (Figuras 4a e 4b). Apesar de alguns outros pontos se mostrarem representativos para caracterizar o clima de ondas da região, aspectos limitantes do modelo numérico aplicado (SWAN), como a localização geográfica em relação à área de estudo, bem como as cotas batimétricas associadas, foram condicionantes fundamentais para a escolha do DOW P1, localizado a 16 km da praia de Ponta Negra, em cota batimétrica de aproximadamente 19 m e coordenadas latitude -5,877, longitude -35,05. Além disso, Almeida et al.(2014) observou que, nas proximidades do Cânion do Potengi, as ondas sofrem influencia devido a fenômenos de refração, fato este que restringiu a escolha de pontos mais próximos a essa feição. Figura 2 - Probabilidades de incidências das ondas verificadas para todos os pontos DOW selecionados (a (b Figura 3 - Histograma da altura significativa por direção de incidência em (a) condições regulares e (b) condições extremas. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 4

5 (a (b Figura 4 - Regressão linear entre as alturas significativas do ponto P1e a média aritmética geral dos pontos analisados em (a) condições regulares e (b) condições extremas Caracterização do clima de ondas ao largo da área de estudo De acordo com o ponto DOW P1, na área de estudo incidem ondas de direções Nordeste (NE), Leste-Nordeste (ENE), Leste (E), Leste-Sudeste (ESE) e Sudeste (SE). Dentre essas, as ondas mais frequentes são as de direção E, ESE e SE, representando 99,75 % dos estados do mar. Desse total, observa-se que 78,04 % são provenientes da direção ESE, 18,83 % da direção E e 2,88 % da direção SE. Além disso, verifica-se que em condições médias (ou valor de determinado parâmetro não superado em 50% do tempo) a altura significativa de onda (Hs50%) foi de 1.37 m para a direção E, 1,50 m para ESE e 1,52 para SE. Para a mesma condição, os valores de Tp50% nas direções E, ESE e SE foram, respectivamente, 7,99 s, 7,19 s e 6,52 s (tabela 1). Na ocorrência de eventos extremos capazes de fornecer mais energia ao clima de ondas, tais como tempestades, o parâmetro Hs é avaliado como a altura significativa de onda superada 12 horas ao ano (Hs12). Os valores de Hs12 para as direções E, ESE e SE foram 2,27 m, 2,34 m e 2,20 m, com respectivos períodos de pico (Tp12) de 17,78 s, 11,88 s e 9,11 s. Tabela 1 - Probabilidade de ocorrência de altura significativa de onda (Hs) e período de pico (Tp). Os termos 50% e 12 correspondem, respectivamente, ao valor de altura de onda não superado em 50% do tempo e a altura significativa de onda superada 12 horas ao ano. Direções Probabilidade de direções Hs 50% (m) Tp 50% (s) Hs 12 (m) Tp 12 (s) NE 0,0001 1,483 10,198 1,597 10,773 ENE 0,0024 1,159 8,648 1,803 19,519 E 0,1883 1,372 7,992 2,266 17,777 ESE 0,7804 1,503 7,192 2,342 11,883 SE 0,0288 1,522 6,521 2,206 9,113 Estatística descritiva de Hs A partir do histograma de Hs (Figura 5a) verifica-se uma amplitude de Hs que vai de 0,5 m a 2,7 m, com a frequência indicando uma maior ocorrência de Hs de aproximadamente 1,5 m. Além disso, a partir da função de distribuição (figura 5b), observa-se que 75% dos estados do mar apresentam ondas com alturas inferiores a 1,654 m. O histograma de Tp (Figura 5d) apresenta amplitude que vai de 2 a 16 segundos, predominando valores em torno de 7 s. Em 75% dos estados XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 5

6 do mar ocorrem ondas com períodos inferiores a 8,006 s. Somente na ocorrência de eventos extremos, com período de retorno superior a 10 anos, pôde ser verificada a ocorrência de Hs e Tp superiores a 2,5 m e 18 s (Figura 5g e 5h). Os resultados apresentados corroboram com estudos que contemplam a caracterização do clima de ondas no litoral de Natal, os quais indicam a predominância de propagação nas direções SE e E (AMARAL, 2000; ALMEIDA et al., 2015; ROSMAN e SCUDELARI, 2009). Cunha (2004), baseado nos registros de dois anos de medidas ( ) das alturas de ondas, realizadas pelo Instituto de Pesquisas Hidroviárias (INPH) e pela HIDROCONSULT S.A., a uma profundidade média de 14 m, relata ondas de curto período apresentando uma distribuição homogênea, caracterizada por uma função lognormal, com altura média de 1,14 m, com período mais frequente de 6,2 s e uma média de 6,4 s. Os registros foram obtidos com um ondógrafo de pressão nas coordenadas (5º46 05 S e 35º11 01 W). A partir da escala de cores dos diagramas de distribuição conjunta Hs-Dir e Tp-Dir (Figura 5c e 5f), é possível observar uma maior frequência de ocorrência das ondas vindas do range de direções entre 100 e 120, compreendidas no quadrante sudeste, com período de pico variando aproximadamente entre 6 s e 9 s, e altura de onda significativa variando entre 1,2 m e 2,0 m. A ocorrência de ondas provenientes principalmente do quadrante sudeste pode resultar em uma incidência oblíqua desse agente hidrodinâmico sobre a costa, favorecendo a geração de correntes longitudinais, a qual apresenta grande capacidade de transportar sedimentos, podendo contribuir significativamente para o processo de erosão costeira. Na praia de Ponta Negra já se tem conhecimento de processos erosivos associados a fenômenos de difração e refração de onda (DINIZ, 1988; VITAL, 2006). (a (b (c (d (e (f XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 6

7 (g (h Figura 5 - a) histograma de Hs, (b) função de distribuição de Hs; (c) distribuição conjunta entre a direção de incidência das ondas e Hs; (d) histograma de Tp; (e) função de distribuição de Tp; (f) distribuição conjunta entre a direção de incidência das ondas e Tp; Ajustes de valores extremos por máximos anuais e distribuição de valores extremos generalizados para (g) Hs e (h) Tp. O estado do mar em zonas profundas e intermediárias compreende uma combinação de ondas geradas localmente pelos ventos (ondas do tipo sea) e ondas originadas fora das imediações da área em que elas se propagam (ondas do tipo swell). Ondas do tipo swell, geralmente são caracterizadas por longos períodos (maiores que 8 s) e uma altura significativa mais acentuada (REEVE et al., 2004). De acordo com os dados provenientes da estatística descritiva, verifica-se que a grande maioria das ondas que ocorrem na área de trabalho são do tipo sea, o que coincide com o padrão de ventos da região, que provêm, predominantemente, do quadrante SE, e com estudos realizados por Cunha (2004), o qual, considerando a distribuição anual dos tipos de onda, observou um claro predomínio das ondas formadas por influência dos campos de vento local, apresentando uma frequência relativa de 70%, enquanto que as do tipo swell apresentaram frequência de 12%. Apesar da menor frequência de ocorrência, ao deslocarem-se por uma faixa de amplo fetch (distância horizontal sobre a qual os ventos percorrem), as ondas do tipo swell atingem a costa com amplo comprimento e período, provocando uma sobre-elevação do volume de água (set-up), além de desencadear a movimentação do sedimento de fundo e promover a transposição dos sedimentos da face de praia em direção ao mar. CONCLUSÃO A partir de análises de estatística descritiva, foi possível determinar que o ponto de coordenadas latitude -5,877, longitude -35,05, proveniente de metodologia de downscaling integrante da base de dados do software SMC-Brasil, melhor caracteriza o clima de ondas de quatro praias urbanas do litoral sul de Natal. A análise do clima de onda ao largo da região de estudo indicou o predomínio de ondas incidentes principalmente de leste, leste-sudeste e sudeste, sendo dominantes as ondulações de leste-sudeste, representando 78,04 % dos estados de mar, com alturas de onda e períodos de pico correspondentes a 1,5 m e 7,19 s, em situações médias de agitação marítima, e 2,34 m e 11,88 s em situações extremas. Somente na ocorrência de eventos extremos, com período de retorno superior a 10 anos, pôde ser verificada a ocorrência de Hs e Tp superiores a 2,5 m e 18 s. Além disso, foi verificado que a grande maioria das ondas que ocorrem na área de trabalho são do tipo sea, com altura significativa e período de pico equivalentes a 1,5 m e 7 s. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 7

8 REFERÊNCIAS ALMEIDA, L. R.; AMARO, V. E; SCUDELARI, A. C.; MARCELINO, A. M. T.. Avaliação do clima de ondas da praia de Ponta Negra (RN, Brasil) através do uso do SMC-Brasil e sua contribuição à gestão costeira. (2015). Revista de Gestão Costeira Integrada, v. 15. DOI: /rgci532 ALMEIDA, L. R.; SCUDELARI, A. C.; AMARO, V. E.; ARAÚJO, D. J. C. (2014). Clima Marítimo na Praia de Ponta Negra, baseado em dados de Reanálise do SMC-Brasil, In XXVI Congresso Latino Americano de Hidráulica (HIDROLATAM), Santiago, Agosto 2014, p.10. AMARAL, R.F. (2000). Contribuição ao Estudo da Evolução Morfodinâmica do Litoral Oriental Sul do Rio Grande do Norte, entre Ponta de Búzios e Baia Formosa (2000).Tese (Doutorado em Geociências). Instituto de Geociências, Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Porto Alegre, p AMARO, V. E.; GOMES, L. R. S.; LIMA, F. G. F.; SCUDELARI, A. C.; NEVES, C. F.; BUSMAN, D. V.; SANTOS, A. L. S. (2014). Multitemporal Analysis of Coast Erosion Based on Multisource Satellite Images, Ponta Negra Beach, Natal City, Northeastern Brazil. Mariny Geodesy [Published online: 19 jun 2014]. DOI: / CUNHA, E. M. S. Evolución actual del litoral de Natal RN (Brasil) y sus aplicaciones a la gestión integrada (2004). Tese (Doutorado em Ciências do Mar). Departamento de Estratigrafia e Paleontologia, Universidade de Barcelona. Barcelona, 128p. DINIZ, R.F. (1998). Erosão costeira e o desenvolvimento de costa com baías em forma de zeta no litoral oriental do Estado do Rio Grande do Norte. In 50ª Reunião Anual da SBPC, Natal-RN, Jul. 1998, p IH-CANTÁBRIA (2013). Sistema de Modelado Costeiro - Manual de Referência. Instituto de Hidráulica Ambiental da Universidade de Cantábria. Santander, p KOMAR, P.D.; ALLAN,J.C.; RUGGIERO, P. (2010). Ocean Wave Climates: Trends and Variations Due to Earth s Changing Climate. In Handbook of Coastal and Ocean Engineering. Org por KIM,Y.C., World Scientific, Singapore, pp REEVE, D.; CHADWICK, A.; FLEMING, C. (2004) Coastal Engineering: processes, theory and design practice. New York: Spon Press, 490 p. ROSMAN, P. C. C. e SCUDELARI, A, C. (2009). Análises complementares e prognósticos do funcionamento do emissário submarino de Ponta Negra em Natal-RN com efluentes tratados: Relatório sobre de avaliação de aspectos sedimentológicos e estruturais, p. 52. TOLMAN, H.L. (2002). User manual and system documentation of Wavewatch III, version 2.22, NOAA/NCEP, Washington, p VITAL, H. (2006). Erosão e progradação no litoral do Rio Grande do Norte. In Erosão e progradação no litoral brasileiro. Org. por MUEHE, D., MMA, Brasília, pp XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 8