O Uso de Fotografias de Longa Exposição como Nova Técnica para Determinação do Estado Morfodinâmico Praial no Momento da Observação

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1 ISSN Dezembro Nº Porto Alegre O Uso de Fotografias de Longa Exposição como Nova Técnica para Determinação do Estado Morfodinâmico Praial no Momento da Observação Lins-de-Barros F.M. 1 1 Doutoranda de Geografia PPGG / UFRJ; Laboratório de Geografia Marinha - Dep. de Geografia da UFRJ (flaviamlb@br.inter.net). RESUMO O objetivo do presente trabalho é apresentar um método de identificação do estado morfodinâmico de praia como suporte à observação visual e à determinação estatística. A técnica, de baixo custo e de fácil aplicação, consiste na utilização de uma câmera fotográfica com abertura do diafragma muito pequena permitindo assim uma longa exposição. Câmeras sem lentes (Pin Hole) ou com lentes podem ser usadas. Para tanto, uma tampa plástica opaca com um furo muito pequeno (aproximadamente 0,03 cm) é fixado na frente da lente objetiva ou diretamente na câmera. O furo é mais do que seis vezes menor do que a menor abertura de um diafragma comum (f:16) o que permite exposições de vários minutos. Esta técnica registra a posição de bancos de areia submersos onde a arrebentação da onda ocorre e, portanto, o estado morfodinâmico da zona de surfe. A técnica foi testada em diferentes praias do estado do Rio de Janeiro e o resultado demonstrou sua eficiência para identificação de feições morfodinâmicas da zona de surfe. ABSTRACT The aim of the present paper is to present a method for the identification of the morphodynamic state as a complement to the visual observation and quantitative determination. The technique, inexpensive and of easy application, consist in the utilization of a photographic camera with a fixed and very small aperture in order to allow long time exposures. Cameras with and without lens (Pin Hole) can be used. For this purpose a plastic cap with a very small hole (about 0.03 cm) is fixed in front of the objective or directly to the camera. The hole is more than six times smaller than the smallest aperture of a common diaphragm (f:16) in order to allow expositions for several minutes. This technique registers the position of the bars where the wave breaking occurs and therefore the identification of the morphodynamic state of the breaker zone. The technique was tested at several beaches of Rio de Janeiro and the results proved its efficacy for the identification of surf zone's morphological features. Palavras chave: morfodinâmica praial, bancos de areia, zona de surfe.

2 104 O Uso de Fotografias de Longa Exposição como Nova Técnica para Determinação do Estado Morfodinâmico Praial no Momento da Observação INTRODUÇÃO O perfil topográfico de uma praia apresenta variabilidade complexa em função principalmente do clima de ondas e das características granulométricas. Embora muitos estudos vêem sendo realizados na tentativa de compreender esta dinâmica, a resposta morfológica de uma praia às condições oceanográficas ainda não é completamente conhecida. Dentre os diversos modelos de classificação e previsão do estado morfodinâmico das praias o mais aceito e conhecido internacionalmente foi elaborado por Wright & Short (1984) para praias com regime de micro-maré (até 2 m). Tal classificação identifica seis estados morfodinâmicos e propõe um parâmetro para previsão do estado modal, isto é, o estado mais recorrente em uma determinada praia. Outros estudos mais recentes apresentam novas técnicas e parâmetros visando, ao invés da previsão do estado modal, a classificação morfodinâmica das praias no momento da observação (Lippmann & Holman, 1990; Muehe, 1998). Tais estudos refletem a necessidade de maior precisão na determinação do estado morfodinâmico, seja através da melhor compreensão da relação entre a morfodinâmica e os diversos parâmetros envolvidos (clima de ondas, sedimentos, topografi ou de novas técnicas de observação das feições submersas. Neste último caso, com o objetivo de melhor identificar a morfologia e localização dos bancos de areia submersos próximos à zona de arrebentação Lippmann & Holman (1990) sugerem uma metodologia de obtenção de imagens por sensoriamento remoto. A partir deste trabalho pioneiro, novas tecnologias foram desenvolvidas nos EUA e atualmente diversas praias no mundo são monitoradas por uma estação computacional de processamento de imagens denominada ARGUS 1. Na praia do Cassino, Rio Grande do Sul, tal estação de monitoramento foi instalada e vem sendo controlada pelo grupo de pesquisa em oceanografia da Fundação da Universidade do Rio Grande (FURG). No entanto, tais tecnologias demandam um elevado custo de instalação e manutenção, o que dificulta sua aplicação por outros centros de pesquisa ou 1 Para maiores informações ver o site (acessado em 03/11/06). estudantes interessados. O presente trabalho tem como objetivo apresentar uma técnica de observação do estado morfodinâmico, complementar a observação visual e aos parâmetros matemáticos que, ao contrário daquela apresentada por Lippmann & Holman (1990) e pelo sistema ARGUS, apresenta baixo custo e fácil aplicação. Acredita-se que esta nova técnica possa contribuir para os estudos em geomorfologia costeira através da determinação do estado morfodinâmico das praias no momento da observação e da identificação e compreensão dos dinâmicos processos morfológicos da zona de surfe. MODELOS DE PREVISÃO E CLASSIFICAÇÃO DE ESTADOS MORFODINÂMICOS DE PRAIAS O modelo proposto por Wright & Short (1984) reconhece seis estados morfodinâmicos: dois extremos (refletivo e dissipativo) e quatro intermediários (Fig. 1). Resumidamente, o estado dissipativo é caracterizado por sedimentos finos, gradiente topográfico da face da praia baixo e zona de surfe larga. O estado refletivo, ao contrário, apresenta geralmente sedimentos com maior diâmetro, alto gradiente e ausência de zona de surfe. A passagem do estágio dissipativo para o refletivo ocorre pela migração do banco de areia em direção à costa, formando quatro estágios intermediários. O estado seguinte ao dissipativo é chamado de banco longitudinal e se caracteriza pela presença de um banco de areia paralelo à costa marcando o início da zona de arrebentação. Entre a costa e o banco encontra-se uma calha. A zona de surfe neste estado é menor do que no anterior. O terceiro estado, nomeado de banco e calha, se caracteriza pela presença de cúspides na face da praia e no banco de areia que se encontra separado da praia por um canal, ora largo, ora mais estreito. No estado bancos transversais o banco de areia se conecta à praia em alguns trechos, formando bancos transversais à costa. Entre um banco e outro se formam fortes correntes de retorno que atravessam a zona de surfe, espraiando-se após esta. O estado de terraços de baixa mar se aproxima das características refletivas. O banco de areia na maré baixa encontra-se exposto formando um terraço separado da face da praia por um pequeno canal. O gradiente topográfico é bem

3 Lins-de-Barros 105 maior se comparado aos outros estágios intermediários. Wright & Short (1984) determinam ainda que uma praia tende a apresentar um estado modal que depende do ambiente. Os autores afirmam que o estado da praia é função da altura e período da onda e do tamanho do sedimento. A partir desta afirmação os seis estados foram relacionados ao parâmetro Ω de Dean, que incorpora as características da onda (altura na arrebentação) e dos sedimentos (velocidade de decantação). Figura 1. Estados morfodinâmicos. Wright & Short (1984) adaptado por Muehe (2001).

4 106 O Uso de Fotografias de Longa Exposição como Nova Técnica para Determinação do Estado Morfodinâmico Praial no Momento da Observação Muehe (1998), em contrapartida, através do acompanhamento de medições oceanográficas e sedimentológicas em diversas praias do estado do Rio de Janeiro, constatou pequena correspondência entre o estado morfodinâmico no momento da observação e aquele determinado pelo parâmetro de Dean. Dessa forma, Muehe (1998) demonstra haver pouca correlação entre a velocidade de decantação dos sedimentos e os parâmetros de ondas no caso das praias dissipativas e intermediárias e formula a hipótese de que a comparação dos parâmetros de onda na zona de espraiamento e os parâmetros de ondas na zona de arrebentação representa uma abordagem mais diagnóstica do estado morfodinâmico no momento da observação do que o parâmetro de Dean. Desta forma, um novo parâmetro denominado delta ( ) é sugerido pelo autor para determinação do estado morfodinâmico no momento da observação, no qual são associados o coeficiente de dissipação, isto é, a perda de energia da onda durante seu deslocamento e o coeficiente de regime de fluxo dado pela relação entre o período da onda (T) e o período do espraiamento na face da praia (Tespr). Buscando uma nova classificação morfológica das praias, Lippmann & Holman (1990) desenvolveram uma técnica de sensoriamento remoto - time average imaging of incident wave breaking - com a qual é possível estimar a localização das cristas dos bancos submersos. A partir da interpretação de imagens de longa exposição (10 min) da zona de surfe, obtidas por filmagem de vídeo e passando posteriormente por um sistema de processador de imagem, Lippmann & Holman (1990) sugerem alterações no modelo apresentado por Wright & Short (1984) identificando oito estados morfodinâmicos. Imagens processadas por vídeos são também utilizadas pelo sistema de monitoramento ARGUS. Este foi criado pelos pesquisadores do laboratório de imagem costeira (Coastal Imaging Laboratory) da Universidade Estadual do Oregon e atualmente vem sendo desenvolvido pelo U.S. Army Corps of Engineers, U.S. Geological Survey e outros laboratórios e universidades. O sistema é composto por uma ou mais câmeras de vídeo de alta resolução posicionadas obliquamente ao longo da praia e por um programa de sistema de informação geográfica onde posteriormente o processamento (fotogrametria e retificação da imagem) é realizado. O custo desta tecnologia é de aproximadamente R$ 40 mil, excluindo os gastos com a manutenção. Assim como a metodologia proposta por Lippmann & Holman (1990) o ARGUS fornece como resultado uma imagem em que cada pixel representa a média da intensidade de luz de um período de 10 min de filmagem. A vantagem do sistema ARGUS é que, em função da retificação, é possível calcular o tamanho das feições morfológicas, assim como as taxas de mudanças. METODOLOGIA A técnica proposta no presente trabalho consiste na utilização de uma câmera fotográfica manual, um filme com velocidade baixa (ASA 100), uma tampa opaca com um orifício no centro de aproximadamente 0,03 cm, um disparador automático e um tripé. Duas diferentes formas de utilização da câmera fotográfica foram testadas: utilizando uma lente normal de 55 mm e incorporando a esta a tampa opaca; utilizando o aparato opaco no lugar da lente (este tipo de câmera sem lente é denominado na língua inglesa de Pin Hole). Nas duas formas a passagem de luz deverá ocorrer apenas através do pequeno orifício. Desta forma, a entrada de luz na câmera será muito reduzida o que permite empregar um tempo de exposição maior do que uma câmera fotográfica usual. A menor abertura do diafragma de uma lente normal (f:16) possui aproximadamente 0,2 cm. A redução deste valor para 0,03 cm permite o aumento do tempo de exposição em mais de seis vezes. Portanto, em um dia de sol em que é preciso com a lente normal e o filme ASA 100 aplicar, por exemplo, uma velocidade de 1/125 segundos e abertura do diafragma f:16, na lente com o orifício de apenas 0,03 cm será possível expor a câmera por aproximadamente 0,5 segundo para obter uma fotografia com a mesma qualidade. Tendo em vista que para o alcance dos objetivos não é exigida uma qualidade em termos de cor e nitidez muito elevada, e dependendo da claridade do dia e do local a ser fotografado, é possível empregar um tempo de exposição de vários minutos (foram empregados até 4 min).

5 Lins-de-Barros 107 Para que a câmera fotográfica permaneça sem movimento é necessária a utilização do tripé e do disparador automático. A revelação das fotografias foi realizada em meio comercial comum. Após a revelação as fotografias foram escaneadas e através do programa Photoshop 6.0 da Adobe foram transformadas em preto e branco e ajustadas quanto ao brilho e contraste. O objetivo do emprego da longa exposição é registrar em uma mesma fotografia a arrebentação de uma série de ondas (o número de ondas dependerá do período destas e do tempo de exposição). Com isso, será registrado também o contraste da intensidade de luz entre o local mais recorrente da arrebentação das ondas e o de não-arrebentação permitindo, então, identificar o padrão espacial da arrebentação das ondas. Como fora constatado por Lippmann & Holman (1989) o local de arrebentação corresponde, aproximadamente, à posição do banco de areia o que, por sua vez, está diretamente relacionado ao estado morfodinâmico das praias. As fotografias de longa exposição foram realizadas nas praias do Foguete, localizada na cidade de Cabo Frio, Massambaba, em Arraial do Cabo, Recreio e Barra da Tijuca, ambas na cidade do Rio de Janeiro. As duas primeiras praias vêem sendo monitoradas através de perfis transversais desde 1995 pelo grupo de Geografia Marinha da UFRJ (Muehe et al., 2001). RESULTADOS No momento da fotografia foram observadas na praia do Foguete ondas de 1,2 m de altura e período de 7 segundos. Na fotografia com 2 min de exposição (Foto 1 observa-se uma quase contínua mancha clara indicando uma zona de surfe larga com várias arrebentações, características estas típicas do estado denominado por Wright & Short (1984) como dissipativo. Nota-se que a fotografia com longa exposição revela informações sobre o padrão de arrebentação das ondas diferentes da fotografia tirada instantaneamente (câmera normal) (Foto 1. Foto 1a. Praia do Foguete, Cabo Frio RJ. Exposição de 2 min utilizando uma câmera Pin Hole. Foto 1b. Praia do Foguete, Cabo Frio RJ. Utilizando-se uma câmera normal. Na praia da Massambaba foram observadas no momento da fotografia ondas com 1,5 m de altura e período de 6 segundos. A fotografia desta praia com exposição de 2 min revela o padrão de arrebentação que indica a presença de banco longitudinal e banco transversal (Foto 2 sugerindo uma praia no estado de Banco Transversal segundo a classificação de Wright & Short (1984).

6 108 O Uso de Fotografias de Longa Exposição como Nova Técnica para Determinação do Estado Morfodinâmico Praial no Momento da Observação banco transversal banco longitudinal Foto 2a. Praia da Massambaba, Arraial do Cabo - RJ. Exposição de 2 min utilizando uma câmera Pin Hole. Foto 2b. Praia do Foguete, Cabo Frio RJ. Utilizando-se uma câmera normal. A fotografia retirada na praia do Recreio com 1 min de exposição (Foto 3 revela a presença de um banco longitudinal. Observa-se ainda uma interrupção neste banco o que pode estar relacionado às correntes de retorno. Foram observadas no momento ondas de 0,5 m de altura e período de 12 segundos. Foto 3a. Praia do Recreio - Rio de Janeiro. Exposição de 1min utilizando uma câmera com lente normal e a tampa opaca. Foto 3b. Praia do Recreio - Rio de Janeiro. Utilizando-se uma câmera normal. Finalmente, na praia da Barra da Tijuca, a fotografia com 2 min de exposição (Foto 4 revela a presença de bancos transversais intercalados por canais onde as ondas não arrebentam. Porém, como é possível observar na fotografia, os bancos transversais não estão conectados ao pós-praia, o que pode indicar o início do processo de transição para o estado de banco e praia de cúspides. Foto 4a. Praia da Barra da Tijuca Rio de Janeiro. Exposição de 2 min utilizando uma câmera Pin Hole. Foto 4b. Praia da Barra da Tijuca Rio de Janeiro. Utilizando-se uma câmera normal.

7 Lins-de-Barros 109 CONCLUSÕES Os primeiro resultados do uso de fotografias de longa exposição mostraram a eficácia desta técnica para a identificação das feições morfológicas da zona de surfe. O fato de o filme permanecer exposto à luz por um tempo longo torna possível registrar o padrão de arrebentação de uma série de ondas, o que não ocorre em uma fotografia instantânea. Desta forma, acredita-se que a técnica sugerida neste artigo pode auxiliar as pesquisas que visem compreender melhor a morfologia das praias, sua dinâmica e a variabilidade diante as mudanças das condições oceanográficas. No entanto algumas limitações, também encontradas na técnica apresentada por Lippmann & Holman (1990), devem ser listadas. Em primeiro lugar a técnica só pode ser realizada quando a ondulação é forte o suficiente para formar uma zona de arrebentação gerando um contraste de luz na fotografia. Pelo mesmo motivo nos dias muito nublados ou com chuva não é possível obter fotografias com boa qualidade. Além disso, nem todas as praias apresentam locais elevados e com bom ângulo para posicionar a câmera de forma adequada para a fotografia. Por fim, as praias refletivas não são bem representadas nas fotografias tendo em vista a ausência de zona de arrebentação característica deste estado. Comparada ao sistema ARGUS levanta-se uma desvantagem da técnica aqui proposta em relação à nitidez da fotografia. No entanto, tal nitidez não é prioridade, pois a informação necessária a ser extraída (a intensidade de luz na zona de arrebentação) apresenta nas duas técnicas uma qualidade semelhante. É importante novamente frisar que a técnica sugerida neste trabalho apresenta custo muito baixo, diferentemente daquela apresentada por Lippmann & Holman (1990) e pelo sistema ARGUS que exigem a utilização de uma câmara de vídeo e um programa de computador sofisticado para o processamento das imagens. Em trabalhos futuros, outras experiências serão realizadas visando melhorar a técnica apresentada. A tentativa de retificação das fotografias através do conhecimento da altura e do ângulo da câmera fotográfica no momento da fotografia poderá ser um avanço importante que permitirá a realização de análises quantitativas. Pretende-se ainda incorporar a fotografia de longa exposição ao monitoramento de diversas praias do estado do Rio de Janeiro que já vem sendo realizado pelo laboratório de Geografia Marinha da UFRJ a partir do levantamento de perfis topográficos. AGRADECIMENTOS Este trabalho foi realizado no âmbito do projeto Geomorfologia e processos morfodinâmicos da plataforma continental interna e ante-praia no estado do Rio de Janeiro. Desenvolvido pelo laboratório de Geografia Marinha da UFRJ, aprovado e financiado pelo CNPq (processo nº /05). REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS LIPPMANN, T.C. & HOLMAN, R.A Quantification of sand bar morphology: a video technique based on wave dissipation. Journal of Geophysical Research, vol. 94: LIPPMANN, T.C. & HOLMAN, R.A The spatial and Temporal Variability of Sand Bar Morphology. Journal of Geophysical Research, vol. 95 NO. C7: MUEHE, D Estado Morfodinâmico praial no instante da observação: uma alternativa de identificação. Revista Brasileira de Oceanografia, 46 (2): p MUEHE, D Geomorfologia Costeira. In: GUERRA, A.T. & CUNHA, S.B. (org.). Geomorfologia: Uma atualização de bases e conceitos. Rio de Janeiro, Bertrand Brasil (4ª Edição). p MUEHE, D.; FERNANDES, G.B. & SAVI, D.C Resposta Morfodinâmica de um Sistema praia-antepraia a oeste de cabo Frio exposto às tempestades de In: VIII CONGRESSO DA ABEQUA. Boletim de Resumos do VIII Congresso da ABEQUA. Mariluz, Imbé, RS, 2001, p WRIGHT, L. & SHORT, A.D Morphodynamic Variability of Surf Zones and Beaches: A Synthesis. Marine Geology, 56: p