RESPOSTA MORFOLÓGICA DAS PRAIAS DO LITORAL SUDESTE DO RIO DE JANEIRO EM RELAÇÃO À TEMPESTADE DE MAIO DE 2001

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1 RESPOSTA MORFOLÓGICA DAS PRAIAS DO LITORAL SUDESTE DO RIO DE JANEIRO EM RELAÇÃO À TEMPESTADE DE MAIO DE 2001 LEONARDO KLUMB-OLIVEIRA 1 Resumo: Este trabalho buscou avaliar a resposta morfológica de seis perfis de praia distribuídos sob diferentes graus de exposição no litoral fluminense em relação ao comportamento de ondas da tempestade de maio de 2001, predominantemente proveniente dos quadrantes sul. Para tanto, fez-se uma simulação do cenário mais energético de ondas no período, utilizando-se os modelos Wavewatch III e Delft 3D. O comportamento das ondas foi comparado às variações de perfis topográficos levantados em momentos antes e após a tempestade. Os resultados mostraram que, sobre as praias expostas para sul, incidiram ondas com ângulos normais à linha de praia, com alturas entre 2,5 e 3,5m, enquanto os perfis apresentaram perda de 45% de seu volume. Já no alinhamento leste do litoral, maior dissipação de energia foi percebida, com menor impacto erosivo e menor energia de ondas. Palavras-chave: Wavewatch III; Delft 3D, ondas tipo swell Abstract: The morphological response of six beach profiles to an exceptional intense storm on the east coast of Rio de Janeiro is evaluated considering the different orientation of the beaches in relation to the wave incidence. A simulation of the most energetic wave scenario was made using the models Wavewatch and Delft III 3D. The wave characteristics were compared to variations in the topographic profiles surveyed before and after the storm. The results indicated that on the beaches exposed to the south, convergent waves with normal angles to the shoreline and heights from 2.5 to 3.5m focused the coast, with profile sediment loss of 45% of its volume. In contrast the eastward exposed coastal segment due to a higher wave energy dissipation suffered a lesser erosive impact due to the lower energy of the incident waves. Key-words: Wavewatch III; Delft 3D, swell waves 1 Introdução No estado do Rio de Janeiro a inflexão do litoral em Arraial do Cabo e Armação dos Búzios segmenta a costa quanto ao grau de exposição às ondas em dois grandes domínios principais: o litoral sul (S), no alinhamento aproximadamente oeste (W) - leste (E), de Angra dos Reis à Cabo Frio, e o litoral leste ou da Bacia de Campos, no alinhamento aproximadamente sudoeste (SW) - nordeste (NE), do norte de Cabo Frio à Barra do Itabapoana. O litoral sul é mais exposto a ondulações dos quadrantes sul, que representam grande proporção da energia de ondas de mau tempo. O litoral leste, apesar de também estar 1 - Doutorando do Programa de Pós-Graduação em Geografia da Universidade Federal do Rio de Janeiro. de contato: leoklumb@gmail.com 8146

2 submetido às alternâncias entre as ondas de tempo bom e de tempestade, apresenta trechos protegidos da ação direta das ondas de tempestade de sul, como nos embaiamentos a norte da Ilha de Cabo Frio e do Cabo Búzios. Segundo Muehe et al. (submetido), o litoral do Rio de Janeiro foi atingido, nos últimos 15 anos, por duas tempestades excepcionais. A primeira em maio de 2001 e a segunda em abril de A primeira provocou erosão pronunciada na orla costeira voltada para sul, isto é, entre o Cabo Frio e a Massambaba, enquanto a segunda teve esse efeito no litoral leste do estado devido à direção de incidência das ondas, que ao invés de SSW foi predominantemente proveniente de SE. A tempestade de 2001 representou o somatório de dois eventos de ciclones extratropicais que se formaram na costa da Argentina e na costa de São Paulo, provenientes aproximadamente da mesma direção, isto é, SSW (Innocentini et al. 2003). A agitação marítima gerada pelo primeiro evento, associada aos fortes ventos gerados pelo segundo e à maré de sizígia resultaram em um cenário de tempestade de alta magnitude para os padrões da costa brasileira. Na orla de Maricá (RJ) e Saquarema (RJ) foram estimados prejuízos da ordem de milhões de reais devido aos danos causados pela tempestade (Lins-de- Barros, 2005). Neste sentido, este trabalho objetivou avaliar o impacto da tempestade de 2001 em praias com diferentes graus de orientação, a partir da reconstituição do cenário hidrodinâmico e a análise da variação da morfologia das praias nos segmentos sul e leste do litoral fluminense. 2 Metodologia 2.1 Área de Estudo A área de estudo compreende o litoral SE da costa fluminense, no ponto de inflexão da costa nos cabos de Arraial do Cabo e Armação dos Búzios, onde o alinhamento litorâneo passa de aproximadamente W - E para N - S (Figura 1). A análise da morfologia das praias se deu a partir de perfis topográficos localizados nas praias (pontos) de Vilatur (município de Saquarema), Massambaba leste (Arraial do Cabo), Barra de São João, Foguete e Cabo Frio 8147

3 (Cabo Frio) e Lagomar (Macaé). As características morfodinâmicas destas praias estão sintetizadas na Tabela 1.. Figura 1: Localização dos perfis de praia na costa do RJ e do ponto de saída de dados do modelo WW3. Tabela 1: Síntese das características morfodinâmicas das praias em estudo. Adaptado de Muehe & Carvalho, 1993; Muehe (1998, 2011). Praia Tipologia Predominante Granulometria Vilatur Refletiva Grossa Massambaba Leste Intermediário/dissipativo Fina/muito fina Cabo Frio Intermediária Média/fina Foguete Intermediária/Dissipativa Fina Barra de São João Intermediária Média Lagomar Refletiva Grossa A antepraia e plataforma interna da região apresentam gradiente topográfico mais acentuado no litoral sul e mais suave ao norte do Cabo Búzios, no litoral leste (Figura 1). Segundo Muehe & Carvalho (1993) o segmento sul apresenta na antepraia e plataforma interna predomínio de areias grossas, enquanto o segmento leste é em maior grau composto por areias finas na plataforma interna e grossas na antepraia. O clima de ondas na região é predominantemente de ondas baixas, com altas frequências provenientes de ENE e ESE, alturas entre 0.5 e 1.5m e curtos períodos, destacadamente nos meses de verão e primavera. Ciclogêneses 8148

4 extratropicais e frentes frias provenientes de SSW e SSE geram ondas do tipo swell, que chegam ao litoral com alturas acima de 4.0m e períodos entre 8 e 17s, predominantemente entre os meses de outono, inverno e primavera (Parente et al.,2014). Bulhões et al. (2014) sugerem a temporada de tempestades na região para os meses entre abril e setembro. Pereira & Klumb-Oliveira (no prelo) analisaram o espectro de ondas em escala regional (Bacia de Campos e Santos) para um intervalo de 34 anos ( ). Os autores encontraram um valor médio de altura significativa de ondas de 1.8 ± 0.5m, com períodos de pico médios de 9.8 ± 2.2s e direção de pico de ± 43. De acordo com a Diretoria de Hidrografia e Navegação (DHN) o litoral do Rio de Janeiro se enquadra no regime de micromarés. 2.2 Dados e Métodos Comportamento das ondas em águas profundas Utilizou-se dados de simulação (tipo hindcast) do modelo numérico de terceira geração Wavewatch III (WW3) (Tolman, 2009) com dados de entrada da reanálise de ventos do Forecast System Reanalysis Reforecast da National Oceano Atmosferic Administration (CFSRR/NOAA-NCEP), disponibilizados no endereço eletrônico ftp://nopp.ncep.noaa.gov/pub/cfsr_wavehind_ph1/. Posteriormente, após a descompactação e conversão dos dados para extensão netcdf, realizou-se tratamento estatístico em software específico. Foram extraídos os dados de altura significativa de onda Hs (m), período de pico Tp (s), e direção de pico Dp ( ) (variando de 0 a 360, com 0 correspondendo a ondas propagando de norte), referentes ao regime de ondas significativas de swell e ondas geradas por vento local, para os dias de 01/05/2001 a 19/05/2001. Os dados apresentam resolução temporal de 3h e espacial de 0.5/0.5. Os dados foram reduzidos a médias diárias para facilitar o tratamento e interpretação Propagação das ondas em águas rasas Para propagar o comportamento de ondas detectado pelo WW3 para águas rasas utilizou-se o modelo Delft3d Deltares, no módulo "WAVE". Para tanto, utilizou-se batimetria SRTM15. Para melhorar a resolução, nas áreas mais rasas foram utilizados dados batimétricos extraídos de cartas náuticas. 8149

5 Foram elaboradas diferentes malhas, sendo as de maior refinamento as que continham dados batimétricos locais, utilizando-se para isto a metodologia de Nesting do modelo Delft 3d. O modelo foi configurado para considerar difração, refração, whitecapping e fricção com o fundo (Jonswap). Uma vez conhecido os dados de onda no ponto de saída do WW3, foi possível utilizá-los como input para o modelo de águas rasas. Desse modo, a propagação de ondas para águas rasas seguiu o cenário mais energético entre os dias amostrados, com os seguintes parâmetros: Hs: 4.1m; Tp: 11.7s; Dp: Topografia das Praias A resposta morfológica das praias em relação ao evento de tempestade foi avaliada a partir da análise da variação de volume de perfis topográficos, obtidos em momento anterior e posterior ao evento. Os perfis foram levantados em campo pelo Laboratório de Geografia Marinha da Universidade Federal do Rio de Janeiro nos dias 1 e 2/05/01, representando o pré-evento, e entre os dias 8-10/05/01, como representação do pós-evento de tempestade. Para o levantamento dos perfis foram utilizados equipamentos do tipo nível de precisão, trena e mira graduada e ocasionalmente Balizas de Emery. O nível do mar no momento da medição foi ajustado a partir do nível médio da maré no local, fornecido pela Diretoria de Hidrografia e Navegação (DHN). 3 Resultados 3.1 Comportamento de Ondas Os resultados obtidos pelo modelo WW3 para o ponto de saída de dados, a partir do dia 01 de maio de 2001, são demonstrados na Figura 2. Nota-se que a partir do dia 03 ocorre um aumento progressivo da altura significativa das ondas, que passa de aproximadamente 2 m para mais de 4m, com ápice no dia 7. A partir de então, ocorre uma queda gradativa da altura, que alcança 2m no dia 13, voltando a subir e alcançar 2.7m no dia 16, quando ocorre uma nova queda. Na mesma medida, a partir do dia 2 nota-se um aumento do período de ondas, que 8150

6 passa de 11 para 14 segundos no dia 4, caindo novamente para 10 no dia 06 e mantendo-se basicamente constante em 11s até o dia 12. A direção de pico, que já apresentava proveniência de SW desde o dia 1, inverte progressivamente para SE, a partir do dia 4 até o dia 11. A partir do dia 11 ocorre uma nova inflexão para SW até o dia 15, quando novamente retorna para incidência de SE. Figura 2: Comportamento de ondas em águas profundas para o período da tempestade ocorrida em maio de No eixo horizontal, os dias do mês de maio, de 1 a 19. No que se refere à propagação das ondas para águas rasas (Figura 3), os resultados demonstraram incidência praticamente ortogonal do trem de ondas sob as praias do litoral sul, isto é, nos perfis Vilatur (Saquarema) e Massambaba leste (Arraial do Cabo), com altura de ondas na costa de aproximadamente 2.5 a 3m, apresentando menor dissipação de energia na antepraia e plataforma interna. Já os perfis de Foguete e Cabo Frio apresentaram menores alturas de onda, com valores médios de 1 a 1.5m e ângulo de incidência entre 135 e 90 e consequentemente maior dissipação. Os perfis de Barra de São João (Cabo Frio) e Lagomar (Macaé) também apresentaram menores alturas de onda na simulação, com valores entre 1.5 e 2m e ângulos de incidência de aproximadamente

7 Figura 3: Altura (Hs) e direção vetorial de incidência das ondas em águas rasas em simulação da tempestade de maio de 2001.a) Região do perfil Barra de São João; b) região do perfil Lagomar (Macaé); c) região do perfil Vilatur (Saquarema) e d) região comparativa entre Massambaba leste, Foguete e Cabo Frio (Cabo Frio). A análise dos perfis topográficos demonstrou significativa perda de volume após a tempestade para as praias do litoral sul (Figura 4), Vilatur (44.5%) e Massambaba leste (45%) e ainda no perfil de Barra de São João (10.5%), enquanto as demais praias apresentaram perda pouco significativa, como no perfil Cabo Frio (3%), Foguete (0.4%) e Lagomar (2.5%). 8152

8 Figura 4: Variação do volume dos perfis de praia para momentos antes e depois da tempestade de maio de Discussão Em uma primeira análise os valores associados ao espectro de onda (Hs, Tp, Dp) obtidos através do modelo WW3 apresentaram-se coerentes com as simulações realizadas por Innocentini et al. (2003) para o mesmo evento de tempestade e por Pereira & Klumb-Oliveira (no prelo) que obtiveram bons resultados ao compararem dados de saída do WW3 com boia oceanográfica para a região de Arraial do Cabo (RJ), encontrando correlação linear de mais de 70% para os parâmetros Hs e Tp. Os dados também representaram bem a variação na direção das ondas de SSW para SSE e depois novamente para SSW, conforme também detectado por Innocentini (op.cit). Tal como esperado, a propagação das ondas em águas rasas demonstrou que o litoral sul foi o mais afetado pela ação da tempestade, com ondulação se aproximando em ângulos normais a linha de praia, alturas entre 2 e 3.5m e períodos de aproximadamente 11s. O impacto das ondas associado à maré de sizígia resultou em erosão pronunciada da praia e pós-praia, resultando em erosão da base da escarpa do pós-praia (Figura 5a) e transposição (overwash) do 8153

9 cordão litorâneo na orla de Saquarema (Figura 5b), apresentando perdas de aproximadamente 45% de todo o volume do perfil praial dos pontos Vilatur e Massambaba leste, em um intervalo de aproximadamente 7 dias (Figura 4). A erosão praticamente homogênea entre os dois perfis do litoral sul, em uma análise preliminar, não sugere um transporte sedimentar por deriva para leste, conforme proposto por Muehe & Carvalho (1993). No entanto, o ângulo de incidência das ondas normal à linha de praia provavelmente favoreceu o transporte transversal de areia para a antepraia. Fuccela & Dolan (1996) também encontraram perda de até 50% do volume de perfis de praias intermediárias em um único episódio de tempestade no Atlântico norte. Os autores apontam que a maior erosão ocorreu nas primeiras 6h após o incio do evento, ao passo que nas primeiras 12 horas após o rebaixamento da energia das ondas as praias recuperaram seu volume inicial. Figura 5: Imagens da orla de Saquarema após a tempestade de maio de a) Erosão pronunciada na base da escarpa do pós-praia. b) Transposição do cordão litorâneo pelas ondas no dia 07/05/2001. Fonte: a) Foto Dieter Muehe, b) O comportamento das ondas em águas rasas destacou a significativa contribuição do promontório rochoso da Ilha do Cabo Frio (Arraial do Cabo) e da inflexão do litoral para dissipação de energia das ondas provenientes de sul (Figura 3d), que chegam ao litoral leste com Hs entre 1.5 e 2m, sobretudo a partir de processos de refração e difração. Ao mesmo tempo, a refração das ondas no promontório canalizou o fluxo para o flanco norte do arco Foguete - Cabo Frio (Figura 6). Neste sentido, o perfil praial do ponto Cabo Frio apresentou perda de 3% do volume, enquanto o perfil Foguete apresentou perda de 1.4%. Ao mesmo 8154

10 tempo, este último demonstrou uma recuperação de volume na base da duna frontal por conta da tempestade (Figura 3). Muehe & Klumb-Oliveira (2014) encontraram recuperação semelhante na base da duna frontal na praia do Peró (Cabo Frio, RJ). Uma análise simplista permite sugerir a formação de uma célula rotacional sentido anti-horário, isto é, sentido sul, ocasionado pelo direcionamento de ondas no flanco norte do arco, resultando em maior erosão no setor e deposição no flanco sul. No entanto, as variações do volume foram, de fato, pouco significativas para uma melhor avaliação. Bulhões et al. (2014) também encontraram convergência de ondas e maior erosão no setor centro-norte do arco Foguete - Cabo Frio em simulações de tempestades de sul, com alturas entre 1.5 e 2m. Figura 6: Convergência do trem de ondas no setor norte do arco praial entre Foguete e Cabo Frio. Escala de cores na Figura 3. O perfil da Barra de São João (Figura 3a) apareceu abrigado em relação às tempestades de sul simuladas pelo modelo, no entanto, apresentou perda de aproximadamente 10% de seu volume, o que pode estar relacionado a uma convergência do trem de ondas mais a norte e o empilhamento de água na costa por conta da tempestade e maré. Já o perfil Lagomar apresentou pouca perda de volume de sedimento, provavelmente por influência do afloramento rochoso na região da antepraia, embora o ponto tenha apresentado convergência de ondas com alturas superiores a 2m (Figura 3b). Com respeito ao perfil Lagomar, Klumb- Oliveira et al. (2015) analisaram 09 anos de variações morfológicas no perfil em relação a Hs, e apontam que embora o perfil tenha perdido pouco volume de areia 8155

11 durante o evento de 2001, esta tempestade provavelmente originou um processo erosivo mais contínuo, uma vez que três meses após a tempestade o perfil apresentou erosão de 50% de seu volume em relação ao volume imediatamente pós-tempestade. A tendência erosiva praial de longo prazo após um episódio de tempestade também foi verificado e discutido por Muehe (2011). 5 Conclusão A análise da variação morfológica realizada neste trabalho teve por base o grau de exposição das praias quanto ao ângulo de incidência de ondas de tempestade vindas de sul, a partir da reconstituição da tempestade de 2001, como critério de análise. Na propagação das ondas para águas rasas não foram considerados parâmetros como maré ou vento, sob a premissa de avaliar a dissipação das ondas basicamente sob o ponto de vista do espectro direcional. Do mesmo modo, uma discussão da variação da morfologia das praias sob o ponto de vista da tipologia e granulometria seria complementar. Os resultados encontrados foram, em certa medida, coerentes com o esperado, isto é, maiores alturas de onda e erosão nos segmentos diretamente expostos à direção das ondas e maior dissipação de energia e menor impacto no litoral protegido pelo sombreamento do promontório da Ilha de Cabo Frio e Armação dos Búzios, o que salienta a importância da consideração do grau de exposição da costa nas medidas de gestão costeira. Referências Bibliográficas BULHÕES, E.M.R; FERNANDEZ, G.B; FILHO, S.R.O; PEREIRA, T.G; ROCHA, T.B. Impactos costeiros induzidos por ondas de tempestade entre o Cabo Frio e o Cabo Búzios, Rio de Janeiro, Brasil. Quaternary and Environmental Geosciences 05(2): , FUCELLA,J.E.; DOLAN, R. Magnitude of subaerial beach disturbance during northeast storms. Journal of Coastal Research, 12(2), , INNOCENTINI, F.A.O; PRADO,S.C. Modelo de ondas aplicado ao caso 5-8 de maio de Revista Brasileira de Meteorologia. v.18, n.1, , KLUMB-OLIVEIRA, L.A; PEREIRA, N.E.S; LEÃO, R.R. Morfodinâmica multitemporal em praia refletiva no litoral Centro-Norte do RJ, em resposta ao Clima de ondas Regional. Revista Brasileira de Geomorfologia, v (16),

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