MORFODINÂMICA DA BARRA NORTE DO RIO AMAZONAS SOB A ÓTICA DA SEGURANÇA DA NAVEGAÇÃO. Fernanda Mattos Pinheiro da Silva

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1 MORFODINÂMICA DA BARRA NORTE DO RIO AMAZONAS SOB A ÓTICA DA SEGURANÇA DA NAVEGAÇÃO Fernanda Mattos Pinheiro da Silva Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-graduação em Engenharia Oceânica, COPPE, da Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Mestre em Ciências em Engenharia Oceânica. Orientadora: Susana Beatriz Vinzon Rio de Janeiro Abril de 2013

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3 Pinheiro, Fernanda Mattos Morfodinâmica da Barra Norte do Rio Amazonas sob a Ótica da Segurança da Navegação / Fernanda Mattos Pinheiro da Silva. Rio de Janeiro: UFRJ/COPPE, XIII, 102 p.: il.; 29,7 cm. Orientadora: Susana Beatriz Vinzon Dissertação (mestrado) UFRJ / COPPE / Programa de Engenharia Oceânica, Referências Bibliográficas: p Geomorfologia. 2. Batimetria. 3. Redução das Sondagens 4. Navegação 3D. I. Vinzon, Susana Beatriz. II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE, Programa de Engenharia Oceânica. III. Título. iii

4 AGRADECIMENTOS Primeiramente é preciso agradecer a Deus, que criou a natureza, tão rica e dinâmica, e os homens, seres tão complexos que no espaço de tempo em que lhes é permitido viver, querem conquistar seu espaço, vivendo novas experiências, aumentando seu conhecimento e compartilhando informações. Agradeço a todas as oportunidades que me foram dadas, entre as quais, a de cursar esse mestrado sob orientação da amiga e Professora Susana Vinzon, que com entusiasmo e sempre aberta a novas ideias, permitiu que eu trouxesse minha experiência profissional para a academia me guiando no caminho dessa dissertação, que por sua vez, teve grande contribuição dos amigos do laboratório LDSC como o Professor Marcos Gallo, Iranilson, Carla Vilela, Luana Freire, Jesueliton Ribeiro, Laíssa Baltazar e Ernesto Molinas. Os amigos de turma também não poderiam deixar de ser citados, não é Mariana Oliveira?! Bruno Moraes, Rafael Leme, Thiago Leão, Tobias Ferreira... E claro, as secretárias Marise Santos e Cristina Coelho sempre cuidando de todos nós com tanta dedicação. Obrigada! Agradeço as valiosas contribuições dadas pelo Professor Arthur Ayres durante o desenvolvimento dessa dissertação e pela Professora Valéria Quaresma, que me indicou o caminho para a descrição dos furrows. Assim como ao Centro de Hidrografia da Marinha, na pessoa do CC Aluízio Oliveira, ao BNDO, e a equipe do SSN-4, CT Christopher Florentino e CT Diniz Coelho, que forneceram os dados aqui apresentados, viabilizaram a realização dos levantamentos e ainda incentivaram a discussão da navegação na região. Agradeço também a C&C Technologies e ao Sergio Faria pela oportunidade de conciliar o mestrado com o trabalho e de utilizar ferramentas específicas como o Caris e o Fledermaus, aos amigos das geociências na C&C e ao meu diretor, Nivaldo Junior, que entre C&C e E3, permitiu que eu continuasse me dedicando até a tão esperada fase final. Ao meu querido marido Luiz Cláudio Cosendey, que já trilhou esse caminho e sabe das dificuldades que temos que enfrentar para conciliar tudo. Obrigada pelo seu amor e apoio! E pela linda família que ganhei e que me ajudou a ter tempo pra me dedicar em Angra ou Cantagalo. Obrigada! Por fim, agradeço aos meus maravilhosos pais, que sempre souberam me dar o apoio necessário em cada momento de minha vida. Ao meu irmão, minha Vó e todos os meus familiares que eu amo tanto. Muitíssimo obrigada! iv

5 Resumo da Dissertação apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Mestre em Ciências (M.Sc.) MORFODINÂMICA DA BARRA NORTE DO RIO AMAZONAS SOB A ÓTICA DA SEGURANÇA DA NAVEGAÇÃO Fernanda Mattos Pinheiro da Silva Abril/2013 Orientadora: Susana Beatriz Vinzon Programa: Engenharia Oceânica A morfodinâmica recente da Barra Norte do Rio Amazonas foi investigada a partir de dados de diversos levantamentos batimétricos e amostras de sedimento superficial que possibilitaram descrever feições de micro e meso escalas, analisar a migração dos bancos arenosos do Canal do Curuá assim como o comportamento da lama fluida na região mais ao largo. A redução das sondagens considerando tanto a técnica de zoneamento discreto quanto dados de nível oriundos de modelos numéricos apresentou diferenças de profundidade de até 1 metro, onde a segunda técnica resultou em uma superfície batimétrica ligeiramente mais uniforme e linhas com um maior nível de concordância entre as sondagens. Foram identificados cinco tipos de fundo com distribuição variada, sendo: predominantemente liso; dunas pequenas a grandes; mega dunas com 3 a 4 metros de altura orientadas para vazante; lineamentos, classificados como Tipo 1C por possuírem formato variável e paredes muito íngremes; e transição (presença de dois ou mais tipos de fundo). Bolsões de lama fluida foram observados em trechos profundos do Canal do Curuá, porém sua deposição preferencial ocorreu na plataforma interna com espessuras de até 3,4 metros. Os principais bancos arenosos do Canal do Curuá apresentaram taxas de migração de até 1 km/ano e deslocamento para ENE. A diminuição das suas dimensões com o tempo caracteriza um processo de erosão recente dos bancos, onde a bifurcação da extremidade nordeste do Banco do Meio originou um alto batimétrico com profundidades inferiores a 10 metros, responsável pelo encalhe de dois navios no ano de Constata-se que técnicas de visualização 3D, conforme vídeo apresentado nesta dissertação, podem auxiliar a segurança da navegação ao facilitar a compreensão do cenário, tornando o processo de tomada de decisão mais rápido e intuitivo. v

6 Abstract of Dissertation presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science (M.Sc.) MORFODYNAMICS OF AMAZON S RIVER BARRA NORTE CHANNEL BY MEANS OF SAFETY OF NAVIGATION Fernanda Mattos Pinheiro da Silva April/2013 Advisor: Susana Beatriz Vinzon Department: Ocean Engineering The morfodynamics of Amazon s River Barra Norte Channel was investigated by means of several bathymetric surveys and sediment samples that allowed the description of micro and meso scale features, the analysis of sandbanks migration at Curuá Channel and fluid mud behavior an outer region of the Amazon River inner continental shelf. The comparison of soundings reduction by zoning techniques as well as numerical modeling of water level, resulted in differences that reached values up to 1 meter, where the latter technique lead to a slightly uniform bathymetric surface and better agreements between soundings of different lines. Five seabed types with nonuniform distribution were identified according to bedform occurrence: predominantly flat; small to large dunes; mega dunes with 3 to 4 meters height; furrows, classified as Type 1C due to its steep walls and varying format; and transitional (any two or more of the previous types). The presence of fluid mud was observed at the deepest areas of Curuá Channel, although the main depositional area remains the inner continental shelf with measured thickness that reached 3.4 meters. Curuá Channel main sandbanks migrated to ENE direction with rates that reached 1 km/year. A time decrease on its dimensions indicates recent erosion of the sandbanks, where morphological changes of Banco do Meio resulted in the development of a new bathymetric high on the navigational channel that caused the grounding of two vessels in the year of So, 3D visualization techniques as shown in the video presented as part of this dissertation, can improve safety of navigation, allowing an easier understanding of the scenario that makes decision processes faster and more intuitive. vi

7 Sumário 1. INTRODUÇÃO OBJETIVOS ÁREA DE ESTUDO LEVANTAMENTOS BATIMÉTRICOS SISTEMAS BATIMÉTRICOS INTRODUÇÃO AOS SISTEMAS BATIMÉTRICOS METODOLOGIA DE PROCESSAMENTO DE DADOS BATIMÉTRICOS Embarcação Batimetria Técnicas de Redução das Sondagens Superfícies batimétricas Retroespalhamento do sinal ANÁLISE DAS TÉCNICAS DE REDUÇÃO DAS SONDAGENS MORFODINÂMICA DA BARRA NORTE DO RIO AMAZONAS GEOMORFOLOGIA DO CANAL DE NAVEGAÇÃO Dunas Lineamentos ou Furrows Integração dos resultados geologia e hidrodinâmica INVESTIGAÇÃO DA CAMADA DE LAMA FLUIDA DINÂMICA DOS BANCOS ARENOSOS A SEGURANÇA DA NAVEGAÇÃO NA BARRA NORTE TÉCNICAS DE VISUALIZAÇÃO 3D Fledermaus CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEXO A - Especificações Técnicas dos Equipamentos APÊNDICE A - Procedimento para realização de Patch Test APÊNDICE B - Maregrafia no Caris HIPS and SIPS APÊNDICE C - Perfis Transversais APÊNDICE D - Metodologia para elaboração do cenário 3D vii

8 Índice de Figuras Figura 1: Imagens batimétricas visando comparar o antigo formato de apresentação dos resultados através de isóbatas e cotas batimétricas (i) com a imagem 3D em planta considerando sombras e iluminação artificial além das isóbatas (ii) Figura 2: Carta náutica da foz do Rio Amazonas (N⁰200 - Da Ilha de Maracá à Ilha do Machadinho) indicando os principais obstáculos à navegação na Barra Norte, sendo: (i) bancos arenosos e (ii) as pequenas profundidades ao largo Figura 3: Comparação entre dados de ecobatímetro monofeixe de alta (200 khz, a esquerda) e baixa frequencia (24 khz, a direita). Modificado de software.htm In: DE MOUSTIER (2009) Figura 4: Localização da área de estudo sobreposta a um mapa dos principais portos brasileiros Figura 5: Variabilidade anual dos ventos, da Corrente Norte do Brasil e dos aportes fluviais na região amazônica (Adaptado de NITTROUER e DEMASTER, 1996) Figura 6: Mapa de assimetria da maré com base em modelagem numérica (FERNANDES, 2006). A região em azul representa uma assimetria positiva (enchentes mais curtas) e, em vermelho, assimetria negativa (enchentes mais longas). Os pontos indicam áreas com registros maregráficos Figura 7: Mapa de distribuição de estruturas sedimentares nos depósitos de lama (A) e taxa de sedimentação (B) na plataforma continental interna amazônica. Fonte: KUEHL et al. (1982) Figura 8: Mapa faciológico da plataforma Amazônica (Fonte: PIATAM-OCEANO, 2008) Figura 9: Mapa de posicionamento dos levantamentos hidrográficos e localização das estações realizadas em 2008 no âmbito do Projeto Barra Norte Figura 10: Meteoceanografia regional indicando os períodos dos levantamentos realizados com multifeixe (Adaptado de NITTROUER e DEMASTER, 1996) Figura 11: Equipamentos e embarcações dos levantamentos hidrográficos analisados neste trabalho Figura 12: Comparação entre o sistema de batimetria monofeixe (à esquerda) e multifeixe (à direita) (Fonte: CLARKE, 2009) Figura 13: Ilustração do princípio de aquisição de dados por ecobatímetros, onde conhecendo-se a tempo de propagação do sinal e o ângulo do feixe (em verde) é possível determinar a profundidade e a distância transversal (em vermelho) em relação a embarcação. PR representa o ponto de referência da embarcação. Fonte: Modificado de CARIS, viii

9 Figura 14: Etapas de processamento batimétrico no Caris HIPS and SIPS Figura 15: Níveis de maré e nível de redução da carta náutica Figura 16: Técnicas de redução de sondagens, sendo: (i) única estação maregráfica; (ii) média móvel de múltiplas estações; e (iii) zoneamento discreto. Adaptado de CARIS (2011) Figura 17: Modos de determinação do peso de cada sondagem para elaboração da superfície por ângulo de varredura, sendo: (i) raio de influência variável; (ii) ângulo de incidência; e (iii) alcance Figura 18: Ilustração metodológica da ferramenta CUBE. Após gerar uma malha batimétrica regular, as profundidades de cada nó são geradas a partir da propagação das sondagens (valor medido) vizinhas e suas incertezas associadas. Fonte: OLIVEIRA JR. (2008) Figura 19: Modelos de curvas de resposta angular do retroespalhamento do sinal para um transdutor de 100 khz após estudos realizados pelo Applied Physics Laboratory da Universidade de Washington (APL-UW, 2004 in DE MOUSTIER, 2009) Figura 20: Telas da ferramenta Geocoder durante processamento do retroespalhamento do sinal no Caris. Na parte inferior temos o mosaico do fundo em tons de cinza e as varreduras de boreste (verde) e bombordo (encarnado). No gráfico superior apresenta-se o perfil de intensidade do retroespalhamento do sinal das regiões verde e encarnada. Atentar para a linha azul (modelo matemático) que tenta se ajustar aos valores medidos, para determinar o tipo de fundo Figura 21: Etapas de processamento do retroespalhamento do sinal no Caris Figura 22: Detalhamento do zoneamento discreto considerado na redução das sondagens na Barra Norte do Rio Amazonas, indicando a localização da estação maregráfica de Ponta do Céu, as 147 estações maregráficas representadas pelos nós do EFDC, aquelas utilizadas na redução das sondagens, além da área do levantamento de 2008 (polígono cinza) e das diferentes zonas de redução das sondagens consideradas pela MB (polígonos com diferentes cores) Figura 23: Modelo de Terreno Digital da batimetria realizada em 2008 do Canal do Curuá reduzida através das técnicas de modelagem numérica (i) e zoneamento discreto (ii) Figura 24: Mapa de diferença entre a batimetria obtida pelo método de modelagem numérica (Figura 23 i) e pelo zoneamento discreto (Figura 23 ii) Figura 25: Mapa de distribuição dos perfis transversais às linhas de navegação utilizados para verificar a concordância entre as linhas de multifeixe após a redução das sondagens Figura 26: Ilustração da metodologia de análise dos perfis transversais onde, após a redução das sondagens, determina-se o possível desnível entre as linhas, ix

10 indicadas pelas diferentes cores. Uma área plana é apresentada na imagem superior, e uma área com presença de dunas, na figura inferior Figura 27: Distribuição do desnível entre as linhas em função da maré aplicada na redução das sondagens para o Canal do Curuá considerando as duas técnicas analisadas, sendo zoneamento discreto em azul e modelagem numérica em vermelho Figura 28: Distribuição do desnível entre as linhas por valor de maré aplicado na redução das pela técnica de modelagem numérica para a Região ao Largo em verde, e Canal do Curuá em azul Figura 29: Série temporal de elevação do nível do mar para Ponta do Céu nos períodos do levantamento do Canal do Curuá (imagem superior) e da Região ao Largo (imagem inferior) Figura 30: Representação logarítmica (log-plot) da altura (H) por espaçamento (L) de 1491 dunas apresentada por FLEMMING (1988) apud ASHLEY (1990). As feições são agrupadas em dois domínios, indicados por uma ausência de feições entre 0,5 e 1,0 metros. O autor considerou o primeiro domínio como ripples e o segundo como dunas Figura 31: Perfil longitudinal do Canal do Curuá Figura 32: Ilustração das mega dunas localizadas no trecho inicial do Canal do Curuá Figura 33: Dunas tridimensionais presentes em uma seção de aproximadamente 500 metros, no trecho 4 do Canal do Curuá Figura 34: Ilustração das grandes dunas observadas no trecho 4 do Canal do Curuá, com a presença de pequenas dunas superpostas com orientação variada (indicadas pelas setas em laranja). O perfil 2D indica a assimetria das dunas, com orientação para vazante Figura 35: Ilustração da transição entre o trecho 16 (pequenas dunas) e o trecho 17 (grandes dunas), onde é possível verificar o aumento do tamanho das feições e do gradiente Figura 36: Ilustração da transição entre o trecho 2 (fundo liso) e o trecho 3 (lineamentos) Figura 37: Detalhamento dos lineamentos observados no trecho3 do Canal do Curuá. O retângulo cinza da imagem em planta superior indica a área da figura destacada em perspectiva no canto inferior direito Figura 38: Mapa de retroespalhamento do sinal (backscatter) do trecho final do Canal do Curuá destacando dois trechos com presença de lineamentos, referentes às áreas com sinal de alta intensidade Figura 39: Distribuição dos tipos de fundo no canal de navegação do Canal do Curuá Figura 40: Perfil longitudinal da Região ao Largo x

11 Figura 41: Distribuição dos tipos de fundo no canal de navegação da Região ao Largo Figura 42: Ilustração da transição do trecho 1 (pequenas dunas) para o trecho 2 (predominantemente liso) da Região ao Largo Figura 43: Pequenas ondulações observadas nos trechos inferiores a 12,5 metros da Região ao Largo Figura 44: Batimetria do Canal do Curuá Figura 45: Gradiente do Canal do Curuá Figura 46: Retroespalhamento do sinal (backscatter) do Canal do Curuá Figura 47: Batimetria, gradiente e backscatter da Região ao Largo Figura 48: Mapa de classificação do fundo conforme as feições identificadas nos levantamentos por multifeixe realizados em 2011 no Canal do Curuá e Região ao Largo Figura 49: Representação da morfologia das feições arenosas do Canal do Curuá em termos de altura da feição (H) por profundidade local (h) e altura da feição (H) por comprimento (L) Figura 50: Sobreposição da morfologia das dunas do Canal do Curuá em termos de altura da feição (H) por comprimento ou espaçamento (L) ao log-plot de 1491 dunas apresentado por FLEMMING (1988) apud ASHLEY (1990) Figura 51: Registros de lineamentos (i) indicando seu processo de inicialização e desenvolvimento, onde fragmentos mais grosseiros como conchas causam uma abrasão do fundo marinho (ii) e são carregados através de áreas de escoamento preferencial resultantes da convergência de correntes de fundo originadas por um padrão de circulação secundária helicoidal (iii). Períodos de correntes fracas causam sedimentação sobre o lineamento que diminui de tamanho, enquanto correntes intensas causam erosão, levando a um aprofundamento da vala e maior declividade das paredes (iv). Fonte: Modificado de FLOOD (1983) Figura 52: Mapa de distribuição dos lineamentos identificados nos levantamentos por multifeixe realizados em 2011 no Canal do Curuá, sobreposto ao mapa de classificação do fundo Figura 53: Detalhamentos dos lineamentos do canal de navegação (i), proximidades do Banco do Meio (ii) e proximidades do Banco do Meio Norte (iii) Figura 54: Diagrama de distribuição granulométrica das amostras de sedimento superficial coletadas na Barra Norte entre os anos de 2008 e 2012, apresentadas de montante para jusante Figura 55: Distribuição das amostras de fundo coletadas pelo LDSC sobre mapa faciológico da Barra Norte do Rio Amazonas Figura 56: Distribuição das correntes de fundo com base em modelagem numérica sobre mapa faciológico da Barra Norte do Rio Amazonas xi

12 Figura 57: Perfil batimétrico exemplificando os resultados dos dados de duplafrequencia (200 khz em verde e 38 khz em azul) do levantamento de novembro de A imagem do canto superior direito é um detalhe em um trecho da linha, onde se observa uma ondulação resultante do balanço da embarcação (heave), enquanto a imagem inferior é de uma linha que se inicia em um banco arenoso e segue em direção à área de concentração de lama Figura 58: Ecograma visualizado com auxílio do programa FMMidwater representando uma linha (L0006-D T raw) que se inicia nas proximidades de um banco arenoso e segue em direção à área de acúmulo de lama, definida através de um refletor contínuo, indicativo da base da camada de lama fluida. Outro refletor descontínuo também pode ser observado. Algumas seções são apresentadas na parte inferior da figura e acordo com programa de aquisição do EA Figura 59: Interpretação da espessura da camada de lama fluida estimada a partir dos ecogramas das linhas L0006 coletadas no dia 24/10/2011 pelo EA400, sobreposto ao mapa de localização das linhas analisadas nesta figura (indicada em laranja) e na Figura 58 (indicada em vermelho) Figura 60: Identificação de áreas com acúmulo de lama fluida nas regiões de maior profundidade do Canal do Curuá, atingindo espessuras de até 5 metros (linha L0038_D _T raw) Figura 61: Modelos de Terreno Digital (DTM) dos levantamentos batimétricos realizados nos últimos 10 anos no Canal do Curuá indicando a morfodinâmica dos bancos arenosos Figura 62: Integração de perfis de profundidade traçados sobre os DTMs da Figura 61, que apresentam o perfil B em todas as superfícies e os demais perfis, na superfície de Os perfis A e C estão aproximadamente 10 km ao sul e ao norte de B, respectivamente, e D corresponde à parte central do canal de navegação. MD e ME correspondem às margens direita e esquerda, respectivamente Figura 63: Migração dos bancos arenosos no Canal do Curuá. As áreas do levantamento batimétrico de 2011 com profundidades inferiores a 10 metros estão representadas pela superfície colorida, sobrepostas à carta náutica de 2012 (com transparência de 30%) e à carta náutica de 2010 (transparência de 70%) Figura 64: Migração dos Bancos do Meio e do Meio Norte entre os anos de 2004 e Figura 65: Deslocamento dos Bancos do Meio Norte e do Meio com base nos dados de 2008, representados pela carta náutica, e 2011, representados pela superfície batimétrica, destacando os pontos de encalhe de navios na Barra Norte do Rio Amazonas entre os anos de 2011 e Figura 66: Cenário da simulação tridimensional detalhando os objetos e janelas de visualização presentes na cena (carta náutica, modelo de terreno digital, balizamento do canal, embarcação, rotas de navegação, perfil 2D, além de dois pontos de vista, planta e perspectiva) xii

13 Índice de Tabelas Tabela 1: Movimentação de embarcações de longo curso (navegação entre portos de diferentes países) e cabotagem (navegação nacional) nos portos gerenciados pela Companhia Docas do Pará Tabela 2: Detalhamento dos Levantamentos Hidrográficos cujos dados brutos foram disponibilizados pelo CHM (NI = não-informado) Tabela 3: Fórmulas para o Cálculo do Nível de Redução (NR) segundo os critérios de COURTIER (1938) e BALAY (1952) apud ARENTZ (2009) Tabela 4: Classificação dos levantamentos de acordo com a Organização Hidrográfica Internacional (IHO, 2008) Tabela 5: Áreas de redução de sondagem definidas pela Marinha do Brasil para a Barra Norte. Diferença de amplitude a fase em relação a estação maregráfica da Ponta do Céu. Fonte: DHN Tabela 6: Etapas de processamento dos dados de nível oriundos do EFDC Tabela 7: Resultados obtidos nas seções transversais do Canal do Curuá após redução das sondagens pelas técnicas de zoneamento discreto e modelagem numérica (EFDC) Tabela 8: Resultados obtidos nas seções transversais da Região ao Largo após redução das sondagens pela técnica de modelagem numérica (EFDC) Tabela 9: Integração dos resultados dos perfis transversais realizados nos dados de multifeixe Tabela 10: Classificação das dunas proposta por ASHLEY (1990) Tabela 11: Descrição das feições encontradas em cada tipo de fundo observado no Canal do Curuá determinando o trecho inicial (KP), extensão, percentual da área levantada e classificação adotada Tabela 12: Descrição das feições encontradas na Região ao Largo determinando o trecho inicial (KP), extensão, percentual da área levantada e classificação adotada Tabela 13: Classificação dos lineamentos de acordo com FLOOD (1983) Tabela 14: Características dos lineamentos do Canal do Curuá (N.D. = nãodeterminado) Tabela 15: Características dos principais bancos arenosos do Canal do Curuá Tabela 16: Taxas de migração dos principais bancos arenosos do Canal do Curuá.. 88 Tabela 17: Detalhe dos encalhes que ocorreram na Foz do Rio Amazonas entre os anos de 2011 e Os localizados na Barra Norte estão marcados com um asterisco (*) xiii

14 1. INTRODUÇÃO As cartas náuticas são mapas desenhados especificamente para atender às exigências de navegação marítima visando à segurança da navegação e apresentando entre outras informações, profundidade, natureza do leito marítimo, elevações, configuração e características da costa, perigos e auxílios à navegação (IHO, 2010). Como complemento e/ou alternativa ao uso de cartas náuticas em papel, a Organização Marítima Internacional tem incentivado o uso do sistema de navegação eletrônico ECDIS (Electronic Chart Display and Information System). Este sistema apresenta as informações das cartas de navegação eletrônicas (ENC, do inglês Electronic Navigational Charts) e integra as informações de posicionamento fornecidas por sistemas GPS (Global Positioning Systems) e outros sensores de navegação, como radares ou sistemas AIS (Automatic Identification Systems). As informações de posicionamento, curso e velocidade da embarcação sobre cartas náuticas vetorizadas 1 facilitam a compreensão do cenário, porém observa-se uma demanda para melhor visualizar o que está abaixo da linha d água, até então representado por valores numéricos e isóbatas, ou linhas de mesma profundidade. Pesquisas indicam que 75 a 96% dos acidentes no mar são causados por erros humanos e estão relacionados à uma decisão errada, uma ação executada de forma imprópria ou até mesmo à falta de atenção (ROTHBLUM, 2006). As tripulações estão cada vez menores e os canais de navegação, que por vezes apresentam constantes modificações em sua morfologia, estão cada vez mais movimentados com embarcações maiores e mais velozes. Esse desenvolvimento deve ser acompanhado por tecnologias capazes de tornar as operações marítimas mais seguras e simples. Atualmente, ferramentas que permitem a visualização tridimensional de todo o cenário de navegação, têm se mostrado serem mais eficientes na compreensão de uma situação do que imagens e vídeos, já que existe um alto grau de imersão e envolvimento no cenário simulado, além de uma capacidade natural de processamento de dados em três dimensões do cérebro humano. Ainda, os mapas tridimensionais são facilmente compreendidos, permitindo uma melhor acurácia na tomada de decisões e reduzindo significantemente os erros humanos quando comparados com seus tradicionais equivalentes bidimensionais (GORALSKI, 2010). 1 Por carta vetorial entende-se aquela que possui uma base de dados digital de todos os objetos representados na carta (pontos, linhas, áreas, etc.) enquanto uma carta raster é uma imagem digitalizada e passiva de uma carta impressa em papel (IHO, 2010). 1

15 PORATHE (2008) destacou, através de experimentos realizados para analisar a tomada de decisões sobre diferentes modos de apresentação de mapas, que mapas 3D podem diminuir o tempo de resposta em 50% quando comparados com mapas em papel, reduzindo a taxa de acidentes em 80%, aproximadamente. A Figura 1 ilustra a comparação de uma carta tradicional para um modelo de terreno digital tridimensional, onde (i) apresenta uma área através de isóbatas e cotas batimétricos, e (ii) apresenta a mesma área através aplicação de sombras e iluminação artificial. Figura 1: Imagens batimétricas visando comparar o antigo formato de apresentação dos resultados através de isóbatas e cotas batimétricas (i) com a imagem 3D em planta considerando sombras e iluminação artificial além das isóbatas (ii). De acordo com EFOMM (2011), está em vias de implementação nos principais portos do Brasil, o sistema VTS (Vessel Traffic Service), um sistema de gerenciamento e monitoramento eletrônico capaz de fornecer mais subsídios para a autoridade marítima aferir se há ou não condições de navegabilidade. O sistema a ser adotado pelo Porto de Santos, por exemplo, será composto por quatro torres de monitoramento instaladas ao longo do estuário e uma central de processamento e supervisão dos dados transmitidos pelas torres. A central terá uma antena VHF para comunicação com os navios e também receberá informações de uma estação meteorológica e de um marégrafo. Assim, será possível estimar de forma mais precisa a profundidade no instante da atracação, por exemplo. Uma abordagem tridimensional já está sendo considerada para os sistemas de controle de tráfego de embarcações, onde o primeiro sistema VTS 3D foi lançado no mercado no início de 2011 (GORALSKI, 2010). 2

16 É importante salientar que, embora alguns sistemas aumentem a segurança da navegação de forma eficiente, as embarcações devem seguir as exigências estipuladas para sua classe pela SOLAS, Convenção Internacional para Salvaguarda da Vida Humana no Mar, que inclui uma exigência para que todos os navios tenham a bordo cartas náuticas e publicações atualizadas e, em muitos casos, impressas. A elaboração das cartas náuticas envolve a aquisição sistemática de dados batimétricos através de levantamentos hidrográficos (LH) e seu posterior processamento, onde uma etapa de grande importância está relacionada à redução do efeito da maré, já que as profundidades devem ser referenciadas a um nível em comum, conhecido como nível de redução (NR). O NR é definido, segundo a Organização Hidrográfica Internacional (IHO, do inglês International Hydrographic Organization), como "um plano tão baixo que a maré, em condições normais, não fique abaixo dele" (IHO, 2008). Nos casos onde o objetivo principal do levantamento batimétrico não esteja relacionado à segurança da navegação, os dados podem ser referenciados a outros níveis, como, por exemplo, o nível médio do mar. Além disso, o grande volume de dados adquiridos deve ser trabalhado de forma a minimizar as incertezas das sondagens, reduzir os ruídos, sincronizar os sistemas envolvidos na aquisição e criar superfícies que representem as profundidades de forma fidedigna. A atualização dos bancos de dados batimétricos e das cartas náuticas é uma atividade fundamental exercida pela Marinha do Brasil. Contudo, observa-se uma defasagem entre a aquisição dos dados e a disponibilização da informação para os interessados. Em áreas que oferecem risco à navegação, esforços locais têm sido observados para suprir essa lacuna, como é o caso da Praticagem dos Rios Ocidentais da Amazônia que possui, desde 2003, uma embarcação de sondagem dotada de ecobatímetro multifeixe que possibilita informar a sua equipe, em tempo quase real, a existência de possíveis obstáculos (PROA, 2011). Uma área que representa um grande desafio na realização de LHs para acompanhamento das mudanças geomorfológicas é a região da Barra Norte, a principal via de comunicação entre o Rio Amazonas e o Oceano Atlântico, uma área estratégica para o desenvolvimento econômico e social da região amazônica. A intensa dinâmica estuarina, regulada pela influência da maré e pela vazão do Rio Amazonas e seus afluentes, propicia a formação e migração de bancos arenosos que oferecem risco à navegação ao alcançar profundidades inferiores a 5 metros, embora a profundidade média do canal de navegação seja da ordem de 20 m, e leva ainda à formação de uma extensa área com profundidades inferiores a 10 metros que 3

17 restringe o calado das embarcações que navegam pela região (Figura 2). Desta forma, levantamentos batimétricos são essenciais para determinação das profundidades na região, visando a delimitação do canal de navegação assim como a determinação do calado máximo das embarcações que trafegam na Barra Norte. Figura 2: Carta náutica da foz do Rio Amazonas (N⁰200 - Da Ilha de Maracá à Ilha do Machadinho) indicando os principais obstáculos à navegação na Barra Norte, sendo: (i) bancos arenosos e (ii) as pequenas profundidades ao largo. 4

18 A direção de migração dos bancos arenosos é para nordeste, cruzando o canal da Barra Norte, e pode atingir taxas na ordem de 1 km/ano (FERNANDES, 2010), valor superior à taxa de 250 m/ano descrita anteriormente por OLIVEIRA e VINZON (2004). A área com profundidades inferiores a 10 metros na plataforma continental está associada a uma zona de máxima turbidez onde há um acúmulo preferencial de sedimentos finos, provenientes da forte descarga sedimentar do Amazonas. Segundo KINEKE et al. (1996), esta camada de lama fluida se forma na desembocadura do rio e se estende a noroeste da plataforma continental, apresentando de 1 a 2 m de espessura e distribuição variada, sendo mais extensa em períodos de maior descarga fluvial, onde espessuras de até 7,25 m foram observadas. As concentrações de sedimentos em suspensão são da ordem de 10 1 a 10 2 g/l. O interesse na investigação da camada de lama fluida está na possibilidade do uso desta camada para fins de navegação visando aumentar o calado máximo das embarcações, como é o caso do acesso aos portos de Rotterdam na Holanda (MCANALLY et al., 2007), Cayenne na Guiana Francesa e Bordeux na França (DELEFORTRIE et al., 2007). Levantamentos por ecobatímetros de dupla-frequencia permitem obter importantes informações sobre o comportamento da lama, já que em sistemas acústicos, quanto menor a frequencia, maior a penetração do sinal (FISH & CARR, 1990). A Figura 3 exemplifica essa característica onde a maior frequencia fornece informações referentes à menor profundidade da área, ou seja, o topo da camada de lama fluida quando esta estiver presente, e parte do sinal de baixa frequencia penetra no sedimento não compactado, permitindo delimitar a base desta camada. Ressalta-se que, para determinação da profundidade navegável em casos de presença de lama fluida, deve-se considerar medições com ecobatímetros de duplafrequencia, combinados com sondagens de densidade na coluna d água, análise da granulometria e reologia dos sedimentos de fundo (FERREIRA, 2013). Modelos hidrodinâmicos e sedimentológicos são capazes de prever a dinâmica destes ambientes, porém não substituem os tradicionais levantamentos batimétricos, que têm sido realizados sistematicamente na região. 5

19 Figura 3: Comparação entre dados de ecobatímetro monofeixe de alta (200 khz, a esquerda) e baixa frequencia (24 khz, a direita). Modificado de software.htm In: DE MOUSTIER (2009). Desta forma, esta dissertação foi viabilizada pela parceira entre a COPPE/UFRJ e o CHM (Centro de Hidrografia da Marinha) no projeto CANAL NORTE, cujo objetivo geral é contribuir com a segurança à navegação através de três objetivos específicos: melhorar a previsão do nível de maré para a redução das sondagens, contribuir para o conhecimento da dinâmica dos bancos arenosos para otimizar a frequencia e abrangência dos levantamentos e definir uma profundidade náutica na região da lama fluida. Nesse contexto, os dados brutos de diversos levantamentos hidrográficos que ocorreram na região de estudo entre os anos de 2008 e 2011 foram disponibilizados, além dos dados processados dos LHs de 2001 a As motivações deste trabalho são a contribuição para a ampliação do conhecimento sobre a geomorfologia e a dinâmica da Barra Norte do Rio Amazonas sob a ótica da segurança da navegação ao investigar as técnicas de redução das sondagens, migração dos bancos arenosos e a camada de lama fluida. E ainda, a possibilidade de apresentar um aplicativo tridimensional para auxiliar a navegação na região e a tomada de decisão em tempo real. 6

20 2. OBJETIVOS Os objetivos gerais deste trabalho são a contribuição para o conhecimento da morfodinâmica recente da Barra Norte do Rio Amazonas visando à segurança da navegação. Os objetivos específicos incluem: Investigar as técnicas de processamento de dados batimétricos no programa Caris HIPS and SIPS analisando as diferentes opções disponíveis para redução das sondagens; Testar e descrever a metodologia do uso de dados de nível oriundos de modelos numéricos na redução das sondagens, onde pela primeira vez será avaliada sua aplicabilidade aos dados de batimetria multifeixe na região; Mapear as feições geomorfológicas da Barra Norte do Rio Amazonas ao descrever a morfologia da parte central do canal de navegação indicando as principais formas de fundo, determinar a espessura vertical da camada de lama fluida e analisar a evolução e migração dos bancos arenosos nos últimos 10 anos; Avaliar a possível distribuição sedimentar a partir das informações do retroespalhamento do sinal (backscatter) e das feições de fundo identificadas pela batimetria em conjunto com a descrição das amostras de sedimento; Apresentar um aplicativo de auxílio à navegação baseado em um cenário tridimensional com perspectiva egocêntrica. Esta dissertação está estruturada da seguinte forma, após a devida introdução ao tema com descrição dos objetivos, da área de estudo e dos levantamentos hidrográficos (capítulos 1 a 4), são apresentados três capítulos centrais. O primeiro (capítulo 5) trata dos sistemas batimétricos ao descrever os ecobatímetros monofeixe e multifeixe, técnicas de processamento e de redução das sondagens, além de detalhar a metodologia utilizada pela Marinha do Brasil e apresentar uma abordagem que considera o uso dos resultados de modelos numéricos. O segundo (capítulo 6) é referente à morfodinâmica da Barra Norte do Rio Amazonas, apresentando a descrição das feições encontradas no canal de navegação principal, da camada de lama fluida e do comportamento dos principais bancos arenosos do Canal do Curuá ao longo da última década. Por fim, é apresentado um cenário tridimensional que permite visualizar a navegação no Canal do Curuá (capítulo 7). As conclusões gerais e recomendações são apresentadas no capítulo 8, seguido pelas referências bibliográficas. 7

21 3. ÁREA DE ESTUDO A Barra Norte do Rio Amazonas está geograficamente localizada na região norte do Brasil, na divisa dos estados do Amapá e Pará, entre as coordenadas 0,5 a 1,5 N e 48,5 a 50,5 W. Também conhecida como Canal Norte, é uma região estrategicamente importante por representar a principal via de acesso ao sistema fluvial da região amazônica, onde estão localizados portos de grande porte como o Porto de Santana (AP), Porto de Manaus (AM), Porto de Santarém (PA) e Porto Velho (RO) (Figura 4). Figura 4: Localização da área de estudo sobreposta a um mapa dos principais portos brasileiros. 8

22 A Tabela 1 apresenta a movimentação total de embarcações de longo curso e de cabotagem nos portos gerenciados pela Companhia Docas do Pará (CDP), onde a maior parte dos navios são cargueiros e graneleiros. Navios de turismo de classe internacional também são observados. A CDP ressalta que o acesso ao Porto de Santarém é limitado pela Barra Norte do Rio Amazonas, apresentando um calado máximo de 11,5 m (CDP, 2011). Tabela 1: Movimentação de embarcações de longo curso (navegação entre portos de diferentes países) e cabotagem (navegação nacional) nos portos gerenciados pela Companhia Docas do Pará. Ano Longo Curso Cabotagem % Movimentação de Grande Porte Nacional Estrangeira Nacional Estrangeira Total , , , ,0 Fonte: CDP (2011). O Porto de Santana (antigo Porto de Macapá) foi originalmente desenvolvido para atender à movimentação de mercadorias transportadas entre o Amapá e a Ilha de Marajó. Todavia, pela sua posição geográfica privilegiada, tornou-se uma das principais rotas marítimas de navegação, permitindo conexão com portos de outros continentes e servindo como porta de entrada e saída da região amazônica. Essa expansão pode ser observada pelo crescente número de navios recebidos pelo porto, sendo de 59 navios em 2008, 88 em 2009, 157 em 2010, 189 em 2011 e 231 navios em 2012 (CDSA, 2013). Visando compreender a dinâmica dos processos sedimentares atuantes na plataforma continental amazônica, uma detalhada caracterização das condições geológicas, físicas, químicas e biológicas da região foi realizada no âmbito do Projeto AmasSeds (em inglês, Amazon Shelf Sediment Study), onde podemos citar KUEHL et al. (1982), NITTROUER et al. (1983), GEYER et al. (1991), KINEKE et al. (1996) e NITTROUER e DEMASTER (1996), entre outros. Sob o ponto de vista meteoceanográfico, a região apresenta características bem peculiares, pois o Rio Amazonas possui a maior descarga fluvial do mundo, cerca de m 3 /s em períodos de cheia e m 3 /s durante a seca, valores uma ordem de grandeza superiores aos demais afluentes como os rios Tapajós, Xingú e Tocantins. Desta forma, a água salgada nunca atinge a boca do rio e os processos 9

23 estuarinos tridimensionais ocorrem sobre a plataforma em uma zona que pode se estender por mais do que 300 km (GEYER et al., 1996). O regime de ventos é influenciado pela zona de convergência intertropical (ZCIT) apresentando variabilidade anual, onde temos os alísios de NE entre dezembro e maio, e os alísios de SE nos meses de junho a novembro. Como resultado, verifica-se um transporte preferencial de sedimentos superficiais para noroeste ao longo de todo o ano. Ainda, a região oceânica está sob influência da Corrente Norte do Brasil (CNB), que flui para noroeste ao longo do talude, com velocidades entre 0,5 e 1,0 m/s, e valores de transporte estimados entre 10 e 30 Sv. NITTROUER e DEMASTER (1996) sintetizaram essas observações na Figura 5 que representa graficamente a variabilidade anual dos ventos, correntes, vazão fluvial e transporte de sedimentos na região amazônica. Figura 5: Variabilidade anual dos ventos, da Corrente Norte do Brasil e dos aportes fluviais na região amazônica (Adaptado de NITTROUER e DEMASTER, 1996). A maré atinge valores superiores a 4 metros de altura, o que caracteriza o estuário como de macromaré, com regime semidiurno, onde as componentes M 2 e S 2 são as principais forçantes astronômicas, representando 85% da amplitude de maré na plataforma (BEARDSLEY et al., 1995; GALLO, 2004). A forte influência da vazão fluvial sobre a propagação da maré ao longo do estuário causa uma assimetria da maré em toda a região, com variações no nível e nas velocidades. FERNANDES (2006) apresentou a variação espacial da maré através de modelagem numérica, mostrando uma assimetria positiva na porção mais interior do estuário, com tempos de enchente mais curtos, passando para uma assimetria negativa ao largo, tempos de 10

24 enchente mais longos (Figura 6). GALLO e VINZON (2005) observaram que, em estuários com forte influência fluvial como o Amazonas, a assimetria positiva não significa estuários dominados por enchente. Ou seja, as maiores velocidades continuam ocorrendo durante períodos de vazante. Figura 6: Mapa de assimetria da maré com base em modelagem numérica (FERNANDES, 2006). A região em azul representa uma assimetria positiva (enchentes mais curtas) e, em vermelho, assimetria negativa (enchentes mais longas). Os pontos indicam áreas com registros maregráficos. Para as correntes de maré, GEYER et al. (1996) registraram valores na ordem de 1,4 m/s na boca do estuário em períodos de sizígia e valores superiores a 2 m/s foram apresentados por VILELA (2011) para as estações P6 e P8 cuja localização será ilustrada no decorrer deste trabalho em diversas figuras. Estas estações correspondem a uma série de fundeios de 24 horas realizados entre 2006 e 2008 através de uma parceria entre a COPPE/UFRJ e o CHM, no âmbito do Projeto Barra Norte, onde alguns dos resultados foram abordados por FREIRE et al. (2010), VILELA (2011) e MOLINAS et al. (2013, submetido). 11

25 AYRES et al. (2009) realizaram uma compilação de dados geológicos e geofísicos da margem continental norte brasileira, descrevendo a região de seguinte forma: Fisiograficamente, a bacia da foz do Amazonas está dividida em plataforma continental, até a cota batimétrica de 200 m, e cone do Amazonas, que se estende até aproximadamente 4500 m. A plataforma continental se destaca como a mais larga dentre as plataformas da margem continental brasileira, com uma largura média que varia de 133 km, no extremo norte da área, a 330 km, em frente à foz do Amazonas. A planície deltaica do Amazonas estende-se da linha de costa até a isóbata de 40 m e possui estratos primariamente de sedimentos lamosos com intercamadas arenosas. Na sequência está a frente deltaica, entre as isóbatas de 40 e 60 m, que é a porção mais íngreme do delta submarino, com estratos convergindo em direção ao mar. O prodelta vai da base da frente deltaica até a plataforma externa, com uma superfície de baixo gradiente cujos estratos formam uma camada fina de lama recobrindo a superfície da camada transgressiva de areia. A distribuição superficial dos sedimentos, a noroeste da foz do rio Pará, é marcada pela presença de sedimentos terrígenos, compostos por lama na plataforma interna passando a areias na plataforma externa, onde três ambientes sedimentares distintos foram encontrados na plataforma interna por KUEHL e colaboradores em 1982 ao analisar testemunhos de 92 estações: (1) camadas intercaladas de lama e areia em um corredor que se estende da boca do rio até a plataforma; (2) lamas suavemente laminadas nos dois flancos do corredor; e (3) lamas bioturbadas (Figura 7, A). Ainda de acordo com KUEHL et al. (1982), altas taxas de sedimentação (> 2 cm/ano) foram verificadas na região de lama com intercamadas arenosas (1) e nas regiões lamosas (2). Na área de lamas bioturbadas (3), taxas de sedimentação relativamente baixas (0,1 a 2 cm/ano) foram observadas, demonstrando uma relação inversa entre taxa de sedimentação e taxa de bioturbação sedimentar pela fauna bêntica (Figura 7, B). O projeto Piatam-Oceano apresentou uma caracterização sedimentar da região amazônica a partir da consulta de 4509 registros de amostras de superfície e 215 descrições de testemunhos detalhando a presença das fácies lamosa, arenosa e areia lamosa na região da Barra Norte (Figura 8; PIATAM-OCEANO, 2008). 12

26 A B Figura 7: Mapa de distribuição de estruturas sedimentares nos depósitos de lama (A) e taxa de sedimentação (B) na plataforma continental interna amazônica. Fonte: KUEHL et al. (1982). Figura 8: Mapa faciológico da plataforma Amazônica (Fonte: PIATAM-OCEANO, 2008). 13

27 4. LEVANTAMENTOS BATIMÉTRICOS O Centro de Hidrografia da Marinha disponibilizou os dados brutos dos levantamentos hidrográficos realizados com ecobatímetros monofeixe e multifeixe nos anos de 2008 e 2011 descritos na Tabela 2 (totalizando 5529 km navegados na região de estudo; Figura 9). Os dados processados do LHs realizados no Canal do Curuá nos anos de 2001, 2003, 2004, 2006, 2007, 2008 e 2011 também foram disponibilizados. Tabela 2: Detalhamento dos Levantamentos Hidrográficos cujos dados brutos foram disponibilizados pelo CHM (NI = não-informado). LH Área Período Embarcação Equipamentos Geofísicos km LH 0012/08 Canal do Curuá 27/10 a 06/11/2008 NHo Sirius Monofeixe EA LH 0067/08 Região ao largo 04 a 19/11/2008 NHo Garnier Sampaio (H-37) Monofeixe EA NI Canal do Curuá 03 a 07/09/2011 NHo Garnier Sampaio (H-37) Monofeixe EA400 (dupla-frequencia) Multifeixe Simrad EM NI Região ao largo 24 e 25/10/2011 NHo Garnier Sampaio (H-37) Monofeixe EA400 (dupla-frequencia) Multifeixe Simrad EM

28 Figura 9: Mapa de posicionamento dos levantamentos hidrográficos e localização das estações realizadas em 2008 no âmbito do Projeto Barra Norte.

29 Os levantamentos por multifeixe foram utilizados para descrição das feições de fundo observadas ao longo do canal de navegação principal. Sendo assim, é importante ressaltar que esses LHs ocorreram entre setembro de outubro de 2011, período de seca no Amazonas, com baixa vazão fluvial e pequeno aporte sedimentar como indicado na Figura 10. Figura 10: Meteoceanografia regional indicando os períodos dos levantamentos realizados com multifeixe (Adaptado de NITTROUER e DEMASTER, 1996). As principais características dos equipamentos utilizados nos LHs, apresentados na Tabela 2, serão descritas a seguir. O ecobatímetro monofeixe EA 600 da Kongsberg foi utilizado nos levantamentos realizados em 2008, apresentando um único feixe com frequencia de 200kHz. Possui resolução e acurácia de 1cm considerando a menor largura de pulso, um correto ajuste da velocidade do som e da profundidade do transdutor. O ecobatímetro monofeixe dupla-frequencia utilizado nos levantamentos de 2011 foi o EA 400 da Kongsberg que trabalha com as frequencias de 38 e 200 khz, possuindo largura de feixe de 13 x 21 (transvesal x longitudinal) na baixa frequencia e de 7 x 7 na alta frequencia. O sistema é composto de dois transdutores e um sensor de temperatura combinados em uma única peça. 16

30 Nos caso dos dois sistemas monofeixe descritos anteriormente, os dados são digitalmente gravados em tempo real com auxilio do software Hypack resultando em dados brutos com informações das profundidades das sondagens e posicionamento, assim como ecogramas. Este último, só foi disponibilizado para os levantamentos de 2011, sendo similar ao registro em papel, apresentando o sinal recebido pelo transdutor de forma contínua. Para posicionamento foi utilizado o sistema de navegação inercial e GPS Seapath TM 200 da Kongsberg que além das coordenadas com acurácia de 0,7m RMS ou 1,5m (95% CEP), é capaz de fornecer o rumo (acurácia de 0,05 RMS com 4m de separação entre antenas) e o movimento da embarcação (acurácia de 0,02 para pitch e roll de até 5 e de 5cm ou 5% da amplitude para heave). Este equipamento foi utilizado como sensor de movimento para os levantamentos de multifeixe, que contaram com o DGPS C-Nav 2050 M para posicionamento. As correções diferencias do C-Nav, resultam em uma acurácia horizontal inferior a 10cm. Os levantamentos de 2011 contaram com o sistema de batimetria multifeixe Simrad EM3002 da Kongsberg desenvolvido para ter alta performance em águas rasas, por possuir frequencia de operação entre 293 e 307 khz além de 254 feixes com cobertura angular máxima de 130 e espaçamento ajustável (equidistante ou equiangular). O sistema apresenta taxa de amostragem máxima de 40 Hz, foco dinâmico e é estabilizado eletronicamente para pitch e roll. A largura do pulso de 150 µs confere ao sistema resolução de profundidade de 1 cm. Para cada feixe, o EM3002 também é capaz de gravar a intensidade do sinal que retorna ao transdutor, possibilitando o imageamento detalhado do fundo, que é denominado backscatter. O sistema possui resolução de intensidade de 0,5 db e é compensado pelo nível de transmissão e sensibilidade do receptor, assim como atenuação e espalhamento esférico da coluna d água. A Figura 11 apresenta ilustrações dos equipamentos descritos anteriormente e das embarcações utilizadas nestes LHs. 17

31 Monofeixe EA 400 Multifeixe EM3002 DGPS C-NAV 2050 M Seapath TM 200 NHo Sirius NHo Garnier Sampaio Figura 11: Equipamentos e embarcações dos levantamentos hidrográficos analisados neste trabalho. 18

32 5. SISTEMAS BATIMÉTRICOS 5.1. INTRODUÇÃO AOS SISTEMAS BATIMÉTRICOS A etimologia da palavra batimetria origina-se da língua inglesa Bathmeter (batho + meter) que significa medida de profundidade. Sendo assim, representa o estudo das profundidades dos oceanos, rios e lagos, visando a determinação do relevo do fundo e que pode ser realizada através de equipamentos monofeixes (informação pontual da área diretamente abaixo da embarcação) ou multifeixes (informação detalhada de uma área varrida no fundo que permite até 100% de cobertura do fundo marinho). A área varrida no fundo por cada sistema é exemplificada na Figura 12. Figura 12: Comparação entre o sistema de batimetria monofeixe (à esquerda) e multifeixe (à direita) (Fonte: CLARKE, 2009). O princípio de funcionamento de um ecobatímetro está na medição do tempo de propagação do feixe acústico (emissão e recepção do sinal) entre o transdutor e o fundo marinho, onde conhecendo-se a velocidade de propagação do som na água, pode-se determinar a profundidade de acordo com a Equação 1. Equação 1 onde θ representa o ângulo de lançamento do feixe em relação à vertical. 19

33 No caso de sistemas multifeixe, as profundidades são calculadas a partir da conformação do feixe acústico em diversas direções, o que permite ensonificar uma área que pode variar entre 2 e 14 vezes a profundidade local, recobrindo 100% do fundo. Informações do tempo de viagem do sinal são transformadas em alcance e distância transversal ao centro da varredura (nadir), para então determinar a profundidade ao aplicar o ângulo do feixe e perfis de velocidade do som aos dados. A Figura 13 apresenta o princípio de aquisição e sua relação com a plataforma de aquisição, onde o alcance de cada feixe é seguido a partir de um ponto conhecido, cujas coordenadas são determinadas por um sistema de posicionamento diferencial (DGPS). Um sensor de movimento, também conhecido por MRU (do inglês, motion reference unit), deve ser capaz de acompanhar mínimas mudanças da embarcação (heave, pitch, roll e yaw), para rotacionar as informações de profundidade e distâncias transversais obtidas em relação ao transdutor para um sistema de coordenadas geográficas. As distâncias (offsets) entre os sensores devem ser determinadas com precisão durante a instalação inicial dos componentes ou em caso de substituição de um sensor. As correções são normalmente aplicadas durante a aquisição ou processamento dos dados. Figura 13: Ilustração do princípio de aquisição de dados por ecobatímetros, onde conhecendo-se o tempo de propagação do sinal e o ângulo do feixe (em verde) é possível determinar a profundidade e a distância transversal (em vermelho) em relação à embarcação. PR representa o ponto de referência da embarcação. Fonte: Modificado de CARIS,

34 A sincronização e o alinhamento de todos esses sistemas é fundamental. Para isso, realiza-se a calibração dos sensores no campo, que é denominada Patch Test e baseia-se no princípio da repetibilidade, onde o fundo marinho deve parecer igual seja qual for o azimute, a velocidade e o movimento da embarcação durante a aquisição. Esta etapa é essencial para o sucesso da aquisição quando se deseja alcançar restritos padrões de acurácia definidos para o projeto, já que os dados dos feixes externos podem apresentar sua qualidade significativamente reduzida devido pequenos desvios no alinhamento dos sensores, a dinâmica do movimento da embarcação, além do efeito da refração que pode causar a curvatura dos feixes externos. O procedimento para verificar qualquer não-alinhamento no multifeixe é apresentado no Apêndice A, onde pares de linhas são realizadas para explicar cada uma das divergências isoladamente. SILVEIRA (2004) descreveu as transformações realizadas com os dados durante a integração dos diferentes sensores, analisando a propagação do erro com o aumento da profundidade e o distanciamento da parte central, e avaliando a acurácia obtida pelo Simrad EM1002 instalado a bordo do NHo Taurus da Marinha do Brasil METODOLOGIA DE PROCESSAMENTO DE DADOS BATIMÉTRICOS A utilização de programas de processamento de dados batimétricos é necessária em casos onde se deseja verificar a consistência dos dados, como no cálculo de volumes de dragagem (USACE, 2004) e para modificação de cartas náuticas, conforme solicitado pela Marinha do Brasil para empresas de levantamentos hidrográficos que realizam trabalhos na costa brasileira (FARIA, 2008) 2. Dentre os principais programas comerciais temos o Quinsy, o Hypack e o Caris HIPS and SIPS. As etapas de processamento são similares entre os diferentes programas, envolvendo a criação do arquivo de configuração da embarcação e de um projeto onde os dados brutos são importados e analisados. As correções de velocidade do som e maré são realizadas e por fim, uma superfície final é criada para elaboração de um modelo de terreno digital e apresentação dos resultados. O Caris HIPS and SIPS é utilizado pela Marinha do Brasil e servirá como base para a metodologia descrita a seguir, assim como para gerar os resultados apresentados ao longo deste trabalho. 2 FARIA, S.H.N. Projeto de Levantamento Geofísico da Baía de Guanabara realizado pela C&C Technologies do Brasil. Comunicação pessoal,

35 Embarcação A etapa preliminar consiste em criar o arquivo de configuração da embarcação (HVF, Hips Vessel File) que deve conter as informações necessárias para combinar os dados de todos os sensores. Neste arquivo, a localização de cada sensor é determinada em relação a um ponto central, conhecido como centro de referência da embarcação ou CRP. A esta distância é comum utilizar o nome offset. Deve-se atentar para o sistema de coordenadas utilizado pelo Caris, já que este pode ser diferente em relação a outros sistemas Batimetria A Figura 14 ilustra as etapas de processamento batimétrico, que podem ser aplicadas tanto para sistemas monofeixe quanto para multifeixe. O primeiro passo consiste em criar um novo projeto onde serão armazenadas todas as informações referentes ao conjunto de dados de interesse, para então importar os dados brutos para o formato do Caris. Em seguida deve-se verificar minuciosamente a navegação, a atitude e as sondagens de cada uma das linhas a fim de editar os dados, ou seja, classificá-los com válidos ou rejeitados. Filtros automáticos podem ser aplicados nessa etapa e os dados espúrios ou ruídos devem ser rejeitados para não serem considerados no cálculo de superfície final. A correção de velocidade do som permite transformar em profundidade o tempo de viagem do sinal, podendo ser aplicada a cada pulso acústico de 4 modos distintos: a última realizada, a mais próxima no tempo, a mais próxima em distância, além de uma combinação das 2 últimas considerando uma janela de tempo definida pelo usuário. Em alguns sistemas, como é o caso do Simrad EM3002, os dados brutos já vêm corrigidos pela velocidade do som e pela atitude de embarcação. Desta forma, a aquisição de dados deve ser feita com muita atenção quanto a qualidade dos dados. A próxima etapa consiste na correção de maré e implica em eliminar o efeito da variação das profundidades devido às constantes mudanças no nível da água durante a aquisição, conforme será discutido em detalhe no item Em seguida deve-se integrar as informações verticais e horizontais dos sensores e da embarcação para determinar a profundidade final e o posicionamento de cada sondagem (merge). O cálculo da incerteza total propagada (TPU; Total Propagated Uncertainty) consiste em estimar a incerteza horizontal (Hz TPU) e vertical (Dp TPU) de cada sondagem através de um algoritmo de propagação de incertezas que tem como base a acurácia de cada sensor e sua localização relativa na embarcação. Os resultados são gerados em uma área 22

36 específica definida pelo usuário através de seus parâmetros geodésicos (Field Sheet) visando criar uma superfície com espaçamento regular das profundidades, denominada superfície BASE (Batimetria Associada ao Erro Estatístico, do inglês, Bathymetry Associated with Statistical Error). Os três tipos de superfícies que podem ser criadas no Caris serão detalhadas no item Caso forem verificadas inconsistências na superfície final, deve-se retornar à fase de limpeza dos dados para remoção de ruídos, o que também pode ser realizado com a ferramenta de edição de subconjunto (Subset Editor), que permite realizar a análise por áreas de interesse. Em caso de processamento automático da batimetria multifeixe (método CUBE), as etapas de limpeza dos sensores auxiliares e das sondagens por linha não são executadas, e o procedimento segue até a criação da superfície. A eliminação dos ruídos será focada apenas nas áreas onde existirem discrepâncias na superfície final. (1) (2) (3) (4) Limpar Dados Criar um Novo Importar Dados dos Sensores Projeto Brutos auxiliares Limpar Sondagens (5) (6) (7) (8) Corrigir Integração dos Velocidade do Aplicar Maré Calcular TPU* sensores (Merge) Som (9) (10) (11) (12) Controle da Definir Nova Criar Exportar Qualidade dos Field Sheet BASE Surface resultados Dados * caso o arquivo da embarcação tenha valores TPU configurados Figura 14: Etapas de processamento batimétrico no Caris HIPS and SIPS Técnicas de Redução das Sondagens Uma das questões fundamentais em levantamentos batimétricos está na redução das sondagens já que todas as profundidades devem ser referenciadas a um nível vertical em comum, denominado Chart Datum. No Brasil, a Diretoria de Hidrografia e Navegação (DHN), órgão responsável pela realização de levantamentos hidrográficos, sinalização náutica e elaboração de cartas náuticas das águas jurisdicionais brasileiras, adota a terminologia Nível de Redução (NR) para o plano de 23

37 referência ao qual todas as profundidades cartografadas estão relacionadas. Por definição, NR representa "um plano tão baixo que a maré, em condições normais, não fique abaixo dele" (IHO, 2008). Os métodos de cálculo utilizados na determinação desses data verticais variam amplamente na literatura, porém estão sempre referenciados a um ponto fixo materializado no terreno, geralmente denominado referência de nível (RN), que por sua vez está relacionado à rede geodésica nacional (ARENTZ, 2009). A metodologia adotada pela DHN para cálculo do NR das estações maregráficas foi descrita por ARENTZ (2009) e será apresentada a seguir. i. Seleção de um período padrão : escolha de uma série temporal de observação do nível do mar com duração mínima de 30 dias (o recomendável é de que seja 1 ano) e, preferencialmente, recente; ii. Análise harmônica da série correspondente ao período padrão. As constantes harmônicas padrão e o nível médio obtidos nessa análise serão utilizados no cálculo do NR e das previsões divulgadas nas Tábuas das Marés; iii. A partir das constantes harmônicas classifica-se a maré conforme o número de forma (Tabela 3) (COURTIER, 1938 apud ARENTZ, 2009). iv. Dependendo da classificação do tipo de maré, calcula-se o somatório das amplitudes das principais componentes harmônicas (M 2, S 2, N 2, K 2, K 1, O 1, P 1 ), conforme as fórmulas dispostas na Tabela 3, segundo COURTIER (1938) e BALAY (1952)apud ARENTZ (2009). O resultado corresponderá à amplitude máxima a partir do nível médio do mar local (Z 0 ), ou seja, o Z 0 é a cota que situa o NR sob o nível médio local (NMM). v. É indispensável que ambos os níveis de referência (NR e NMM) sejam cotados ao zero da régua maregráfica (origem das observações do período padrão ) e desta forma permaneçam amarrados à rede de Referências de Nível (RN) da estação e com isso, estabilizados. vi. Uma vez validados, os NR são divulgados por meio das Fichas Descritivas de Estações Maregráficas (F-41). 24

38 Tabela 3: Fórmulas para o Cálculo do Nível de Redução (NR) segundo os critérios de COURTIER (1938) e BALAY (1952) apud ARENTZ (2009). Número de Forma (NF) H(K 1 )+H(O 1 )/H(M 2 )+H(S 2 ) Classificação Altura do NR sob o NMM (ZO) onde: 2k =G(M2) [G(O1) +G(K1)] 0 <NF <0,25 Semidiurna H(M2)+H(S2)+H(N2)+H(K2) 0,25 < NF < 1,50 Semidiurna com Desigualdades Diurnas 2K = 0º 2K = 180º 2K 180º e 0º H(M2)+H(S2)+H(N2) H(M2)+H(S2)+H(N2)+H(K1)+H(O1) H(M2)+H(S2)+H(K1)+H(O1)+H(P1) 1,50 < NF < 3,0 Mista H(M2)+H(S2)+H(K1)+H(O1) 3,0 < N Diurna H(M2)+H(S2)+H(K1)+H(O1) +H(P1) onde H é a amplitude e G a fase da componente harmônica. Fonte: ARENTZ (2009) Outro plano de referência utilizado pela IHO para fins de navegação é o datum internacional LAT (Lowest Astronomical Tide) que corresponde ao nível mais baixo da maré calculado sobre um período mínimo de 19 anos de previsão harmônica que tenha como base as constantes harmônicas derivadas de no mínimo um ano de observações (ARENTZ, 2009). Através da Resolução Técnica A2.5, a IHO sugere o uso do LAT sempre que a maré vier a causar um efeito considerável no variação do nível do mar, embora nenhum limite tenha sido especificado (ANTUNES, 2000). A Figura 15 apresenta a relação entre o NR, o LAT e outros planos de variação de marés, os quais os levantamentos podem estar referenciados. Ressalta-se que alturas das marés observadas em determinada estação refletem apenas as variações do nível do mar em sua região próxima, o que pode não ser representativo para toda a área onde se esteja realizando o levantamento. Neste caso, deve ser realizado um transporte do NR da estação maregráfica para a área de trabalho, ou então estabelecer novas estações maregráficas, de modo a permitir uma interpolação dos dados (RAMOS, 2007). 25

39 Figura 15: Níveis de maré e nível de redução da carta náutica. Fonte: RAMOS (2007) adaptado de INGHAM (1984). Para reduzir as sondagens no Caris, ao aplicar a correção de maré referenciada a um nível previamente estabelecido, diferentes técnicas podem ser utilizadas: uma única estação maregráfica; média ponderada de múltiplas estações; e zoneamento discreto (Figura 16). As duas últimas técnicas visam considerar a variação espacial da maré na área do levantamento. A primeira consiste na técnica mais comumente empregada em regiões costeiras, pois, em se tratando de um levantamento batimétrico local, a redução é feita a partir da série temporal de elevação de uma única estação maregráfica. A média ponderada consiste em utilizar múltiplas estações e aplicar um peso para o dado de elevação inversamente proporcional à distância da estação maregráfica. Já no caso do zoneamento discreto, a área de levantamento é dividida em subáreas e cada uma possui valores de correções de amplitude e fase em relação à estação maregráfica principal. Diversas estações também podem ser consideradas neste caso. 26

40 Figura 16: Técnicas de redução de sondagens, sendo: (i) única estação maregráfica; (ii) média móvel de múltiplas estações; e (iii) zoneamento discreto. Adaptado de CARIS (2011) Superfícies batimétricas Ao processar os dados de um ecobatímetro multifeixe, pode-se criar uma superfície TIN (do inglês, Triangulated Irregular Network), que aproveita todos os dados coletados ao conecta-los em uma malha triangular, ou realizar uma análise estatística de todas as sondagens visando a criação de superfícies batimétricas com malhas regulares, mais leves de serem analisadas, que são denominadas superfície BASE no Caris (do inglês, Bathymetry Associated with Statistical Error). Três tipos de superfície BASE podem ser elaboradas, sendo: Superfície por ângulo de varredura (Swath Angle Surface); Superfície baseada nas incertezas (Uncertainty Surface); e Superfície CUBE (Combined Uncertainty and Bathymetric Estimator, ou seja, Estimador de Batimetria e Incerteza Combinados). Esta última foi utilizada no processamento dos dados apresentados nesse trabalho por otimizar o tempo necessário para o tratamento dos mesmos. A superfície por ângulo de varredura considera a geometria do sonar na criação da superfície final ao definir diferentes pesos as sondagens em três modos distintos (Figura 17). No modo raio de influência variável (variable radius of influence), o peso de cada sondagem é calculado a partir da largura do feixe, e aumenta com a profundidade e o ângulo de incidência. No modo ângulo de incidência (grazing angle), 27

41 o peso de cada sondagem diminui com a distância do centro da varredura, já que a incerteza vertical aumenta de magnitude nos feixes externos devido às longas distâncias percorridas pelo sinal. Já no modo alcance (range) o peso de cada sondagem diminui com a distância do nó. Figura 17: Modos de determinação do peso de cada sondagem para elaboração da superfície por ângulo de varredura, sendo: (i) raio de influência variável; (ii) ângulo de incidência; e (iii) alcance. A superfície baseada nas incertezas foi a primeira a considerar os valores de incerteza horizontal (Hz TPU) e vertical (Dd TPU), onde o peso de cada sondagem é atribuído de acordo com a distância do nó e considera-se ainda, a classe do levantamento conforme estabelecido pela S-44 da IHO (Tabela 4, IHO, 2008). Quanto maior a distância da sondagem ao nó, menor o peso, e ainda, caso as incertezas considerem a sondagem como fora do limite estabelecido para a classe do levantamento, esta será desconsiderada no cálculo da profundidade daquele nó. A formulação utilizada no cálculo da incerteza vertical é apresentada na Equação 2, enquanto os coeficientes são detalhados na Tabela 4. Equação 2 onde: a representa a parcela da incerteza que não varia com a profundidade b x d representa a parcela da incerteza que varia com a profundidade d é a profundidade 28

42 Tabela 4: Classificação dos levantamentos de acordo com a Organização Hidrográfica Internacional (IHO, 2008). Classificação Ordem Especial Descrição da área Áreas com profundidades geralmente inferiores à 40m, onde a folga abaixo da quilha é crítica, tipo áreas de atracação, baías e áreas críticas à navegação em canais Valores usados para cálculo da Incerteza Vertical a = 0,25m b = 0,0075m Ordem 1a Ordem 1b Ordem 2 Áreas com profundidades geralmente inferiores a 100m, onde a folga abaixo da quilha é menos crítica, mas que podem existir feições relevantes à navegação Áreas com profundidades inferiores a 100m, onde a folga abaixo da quilha não é relevante para a navegação de superfície esperada para a região Áreas com profundidades superiores a 100 metros, onde uma descrição geral do leito marinho é considerada adequada a = 0, 5m b = 0,013m a = 0, 5m b = 0,013m a = 1,0m b = 0,023m A terceira superfície é gerada através do método de processamento automático CUBE que, baseado na determinação da incerteza total propagada (TPU), considera as incertezas das sondagens como referência para suas decisões. Esse método foi desenvolvido na Universidade de New Hampshire em 2000 (CALDER e WELLS, 2007) e seus algoritmos foram incorporados aos principais programas de processamento de dados multifeixe como o Caris HIPS and SIPS e o Hypack. Segundo OLIVEIRA JR. (2008), sua utilização para fins de processamento de dados multifeixe destinados à construção de cartas náuticas, quando associada à ferramenta de filtro de superfície, permitiu acelerar o tempo gasto no processamento em até 20 vezes quando comparado com o método tradicional. Para se realizar o processamento automático, uma malha batimétrica, com nós espaçados regularmente, é construída conforme apresentado na Figura 18. As sondagens e suas incertezas são propagadas para cada nó. Essas incertezas são degradadas à medida que se afastam de sua posição original em direção aos nós. Conforme cada nó recebe as sondagens de sua vizinhança, vai acumulando suas informações. Se as sondagens estiverem todas coerentes, será criada uma hipótese (solução) única. Se as sondagens não estiverem coerentes, teremos mais de uma hipótese. Nesse último caso, o modelo usa um método de disambiguidade para escolher qual hipótese será a mais provável de estar correta (hipótese verdadeira). Sendo definida como verdadeira aquela hipótese que possuir maior densidade de sondagens e que também estiver mais coerente com as informações dos nós vizinhos. A ferramenta CUBE denomina de profundidade o valor final obtido em cada nó, 29

43 sendo calculado a partir das sondagens que contribuíram para a hipótese verdadeira. As hipóteses inválidas que não foram escolhidas no método de disambiguidade são chamadas de hipóteses alternativas. Caso necessário, essas podem ser validadas posteriormente. Figura 18: Ilustração metodológica da ferramenta CUBE. Após gerar uma malha batimétrica regular, as profundidades de cada nó são geradas a partir da propagação das sondagens (valor medido) vizinhas e suas incertezas associadas. Fonte: OLIVEIRA JR. (2008) Retroespalhamento do sinal Quando o sistema de aquisição for capaz de gravar a intensidade do sinal acústico que retorna ao transdutor, mapas de retroespalhamento do sinal (backscatter) e classificação do fundo podem ser criados após o processamento da batimetria. A ferramenta utilizada neste caso é chamada de Geocoder, que foi desenvolvido por Luciano Fonseca na Universidade de New Hampshire (FONSECA e CALDER, 2005; FONSECA et al., 2005) e assim como o CUBE está incorporado a uma série de programas de processamento, inclusive o Caris. Como a intensidade do retroespalhamento acústico é função do tipo de material do fundo, do ângulo de incidência e da área ensonificada pelo feixe, busca-se correlacionar esses parâmetros à frequencia do sonar a fim de estimar as propriedades do sedimento após as devidas correções dos efeitos geométricos e radiométricos do sinal. A Figura 19 apresenta a assinatura característica da resposta do sinal para diferentes sedimentos por ângulo de incidência dos feixes, considerando um transdutor de 100 khz. 30

44 Figura 19: Modelos de curvas de resposta angular do retroespalhamento do sinal para um transdutor de 100 khz após estudos realizados pelo Applied Physics Laboratory da Universidade de Washington (APL-UW, 2004 in DE MOUSTIER, 2009). A ferramenta de análise do sedimento incorporada ao Geocoder é denominada ARA (Angular Response Analysis) e seu princípio está em buscar dentre as curvas modeladas, uma curva que melhor se ajuste aquelas medidas pelo multifeixe para cada lado (boreste e bombordo) (Figura 20). Deste modo, pode-se inferir o tipo de sedimento a partir do sinal acústico medido, fornecendo ainda estimativas da impedância e rugosidade do fundo. Deve-se notar que, como a análise é realizada sobre toda a varredura do multifeixe, os resultados não serão válidos se diferentes sedimentos forem observados em um mesmo trecho. Este método foi testado por OLIVEIRA JR. (2009) em dados coletados na Baía de Guanabara e apresentou boa correlação quando comparado às amostras de fundo. Sendo assim, ressalta-se que amostras de fundo são essenciais para uma boa calibração dos resultados fornecidos pelo Geocoder. 31

45 Figura 20: Telas da ferramenta Geocoder durante processamento do retroespalhamento do sinal no Caris. Na parte inferior temos o mosaico do fundo em tons de cinza e as varreduras de boreste (verde) e bombordo (encarnado). No gráfico superior apresenta-se o perfil de intensidade do retroespalhamento do sinal das regiões verde e encarnada. Atentar para a linha azul (modelo matemático) que tenta se ajustar aos valores medidos, para determinar a natureza do fundo. Fonte: OLIVEIRA JR. (2009) As etapas de processamento do retroespalhamento do sinal no Caris, com auxílio da ferramenta Geocoder, são apresentadas na Figura 21. O primeiro passo consiste em processar dados de uma linha ou de um Patch Test a fim de criar imagens raster georeferenciadas do retroespalhamento do sinal (Georeferenced Backscatter Rasters, denominadas GeoBaRs). Em seguida, deve-se analisar um trecho uniforme da linha para criar um arquivo capaz de equalizar as diferenças sistemáticas na intensidade dos pixels da parte central da linha para a parte externa (beam pattern). As outras correções disponíveis para o processamento incluem correções automáticas do ganho, remoção da resposta angular do sedimento aos fatores físicos como tamanho do grão e densidade (filtro AVG ou Angle Varying Gain), além da remoção de ruídos isolados na imagem (despeckle). Uma vez definidos os parâmetros de correção, eles devem ser aplicados para todas as linhas criando GeoBaRs individualizados e após esta etapa deve-se criar um mosaico com todas as linhas integradas em uma única imagem. A análise da resposta angular do sedimento pode ser realizada concomitante ao processamento dos GeoBaRs para intervalos previamente definidos. O resultado é apresentado na forma de uma tabela com o tipo de sedimento determinado pelo tamanho médio do grão através da escala de Wentworth, além do grau de confidência da análise efetuada. 32

46 (1) Processar (2) Criar aquivo (3) (4) Ajustar as imagem de uma de correção dos linha ou Patch opções de feixes (Beam Test processamento Pattern) Criar os GeoBaRs (5) (6) (7) (8) Editar GeoBaRs Análise do Gerar mosaicos e mosaicos Sedimento Exportar resultados Figura 21: Etapas de processamento do retroespalhamento do sinal no Caris. Neste trabalho não foram realizadas amostras de fundo simultâneas aos levantamentos do Canal do Curuá, sendo assim, optou-se por analisar o retroespalhamento do sinal até a criação de um mosaico com todas as linhas (etapa 5), cuja imagem georeferenciada foi exportada para posterior análise no ArcGIS ANÁLISE DAS TÉCNICAS DE REDUÇÃO DAS SONDAGENS O zoneamento discreto da maré utilizado pela Marinha do Brasil (MB) para reduzir as sondagens na Barra Norte do Rio Amazonas tem como base a estação maregráfica de Ponta do Céu e conta com um total de 22 áreas com correções de amplitude e fase em relação à estação de referência (Tabela 5). O zoneamento da maré nessa região foi inicialmente descrito por PAULA (1999), contando com 8 áreas de redução. Com o aprimoramento do conhecimento da variação espacial do nível do mar na região, novas áreas foram criadas, além de subáreas. Embora nenhuma nova referência tenha sido publicada, a DHN disponibilizou a rotina utilizada na criação dos arquivos de maré que serviu para a elaboração da Tabela 5. Este padrão de zoneamento é utilizado desde 2004 e está em vias de ser atualizado (COELHO, 2012) 3. 3 COELHO, J.D.V. Encarregado da Divisão de Hidroceanografia do NHo. Garnier Sampaio. Comunicação pessoal,

47 Tabela 5: Áreas de redução de sondagem definidas pela Marinha do Brasil para a Barra Norte. Diferença de amplitude a fase em relação à estação maregráfica da Ponta do Céu. Fonte: DHN. Área Diferença de Fase Preamar Baixamar Fator de correção A1-25min -45min 1,00 A2-35min -57min 1,00 A3-45 min -1h 09min 1,00 B1-55min -1h 21min 0,98 B2-1h 05min -1h 32min 0,98 B3-1h 15min -1h 42min 0,95 C1-1h 25min -1h 50min 0,92 C2-1h 37min -1h 58min 0,88 D -2h 11min -2h 47min 0,81 E1-2h 35min -3h 36min 0,74 E2-2h 55min -3h 47min 0,72 E3-3h 10min -3h 58min 0,70 E4-3h 25min -4h 09min 0,69 F1-3h 40min -4h 21min 0,68 F2-3h 55min -4h 30min 0,68 F3-4h 10min -4h 39min 0,67 G1-4h 25min -4h 48min 0,67 G2-4h 36min -4h 57min 0,66 G3-4h 46min -5h 06min 0,64 H1-5h 00min -5h 21min 0,62 H2-5h 12min -5h 37min 0,62 H3-5h 22min -5h 52min 0,60 FERNANDES (2006), ao considerar os resultados do modelo numérico por ele implementado para a foz do Rio Amazonas, comparou a técnica adotada pela MB a um zoneamento baseado na metodologia do NOS (National Ocean Service; NOAA, 2005). Neste caso, a criação de uma nova zona é realizada quando temos uma variação na amplitude média da maré de 0,06 metros e de 0,3 horas de defasagem temporal. Como resultado, foram definidas 26 áreas com um arranjo bem diferente do original, o que ele atribuiu à falta de informação maregráfica disponível para a região de estudo na época da criação das áreas e à diferença adotada entre os intervalos de tempo e de magnitude entre isolinhas. Posteriormente, ARENTZ (2009) estudou a variabilidade espacial do NR e LAT para a mesma área, seguindo as atuais recomendações da IHO (2004). E ainda aplicou com sucesso a modelagem numérica na redução das sondagens de dados monofeixe, que passou a não apresentar degraus tão significativos quanto aos observados nos dados reduzidos por técnicas de zoneamento. Os dados de batimetria monofeixe coletados em 2008 no Canal do Curuá foram utilizados para a investigação da redução das sondagens considerando a variação espacial da maré. O processamento foi realizado pela técnica de zoneamento discreto da maré definida pela MB e discutida por FERNANDES (2006), e por resultados de nível oriundos de modelagem numérica conforme investigado por ARENTZ (2009). Estas técnicas foram apresentadas no item No primeiro caso, conforme metodologia indicada pela MB, foi utilizado um arquivo de zoneamento (zone definition file) que define a abrangência espacial de cada zona, assim como as séries temporais previstas para cada uma delas. Teoricamente, deveriam ser determinadas correções de amplitude e fase em relação à estação de referência, porém a assimetria da maré na região amazônica torna 34

48 necessária uma adaptação do método, através de criação de séries temporais para cada zona. No segundo caso, visando uma melhor representação da variação espacial da maré na região, foram utilizadas informações de nível do mar simuladas através de um modelo hidrodinâmico que utiliza o código EFDC 4 (Environmental Fluid Dynamics Code; HAMRICK, 1992) implementado para a região por VILELA (2011). Os nós contidos na área de levantamento foram considerados como estações maregráficas e suas séries temporais de elevação foram assimiladas no Caris para determinar o valor da redução das sondagens através da média móvel do nível em função da distância entre cada estação. Visando auxiliar a operacionalização dessas metodologias, a descrição das informações do arquivo de zoneamento, assim como os arquivos criados para o presente trabalho estão apresentados no Apêndice B. O processamento dos dados de nível do modelo inclui as etapas descritas na Tabela 6 para cada uma das séries. 147 estações estão distribuídas pela área de estudo conforme apresentado na Figura 22, onde também é possível observar a área do levantamento de 2008, a localização da estação maregráfica de Ponta do Céu, as diferentes zonas de redução das sondagens consideradas pela MB, os nós do modelo EFDC contidos na área do levantamento e aqueles utilizados na redução das sondagens. A utilização de todos os nós contidos na área do levantamento não foi possível, indicando uma limitação do Caris HIPS and SIPS no número de séries a serem consideradas, embora nenhum limite no número de estações maregráfica tenha sido reportado pelo suporte técnico do programa. 4 O EFDC é um modelo que resolve as equações do movimento em três dimensões para fluido turbulento de densidade variável, considerando aproximação hidrostática na vertical (HAMRICK, 1992). As condições de contorno abertas levam em conta a vazão a montante do rio e a elevação da maré na fronteira externa. 35

49 Tabela 6: Etapas de processamento dos dados de nível oriundos do EFDC. Etapa metodológica 1 Obtenção dos dados de nível do modelo numérico (EFDC) 2 Extração da série temporal para os nós de interesse 3 Para cada nó ou estação maregráfica: Formulação / Exemplo Arquivo SURFCON.OUT 3.1 Redução do nível médio 3.2 Análise harmônica para determinação do número de forma (NF) 3.3 Cálculo do nível de redução (NR) a partir do NF Vide Tabela Redução do NR para cada dado de nível 4 Formatação do arquivo de maré (.TID) Vide Apêndice B 5 Criação do arquivo de zoneamento Vide Apêndice B Figura 22: Detalhamento do zoneamento discreto considerado na redução das sondagens na Barra Norte do Rio Amazonas, indicando a localização da estação maregráfica de Ponta do Céu, as 147 estações maregráficas representadas pelos nós do EFDC, aquelas utilizadas na redução das sondagens, além da área do levantamento de 2008 (polígono cinza) e das diferentes zonas de redução das sondagens consideradas pela MB (polígonos com diferentes cores). 36

50 Os modelos de terreno digital da batimetria realizada em 2008 reduzida pelas duas técnicas são apresentados na Figura 23. Observa-se uma superfície ligeiramente mais uniforme naquela que considerou o emprego da modelagem numérica para a redução das sondagens. ARENTZ (2009), ao testar o método de zoneamento discreto para o LH de 2007, associou os degraus encontrados na batimetria aos limites entre as diferentes zonas. Porém, a análise da diferença entre as duas superfícies (Figura 24), que resultou em desníveis de até 1 metro, indicam que os degraus existem e estão relacionados a erros na previsão do comportamento da maré, ora superestimando a parcela a ser reduzida das sondagens, ora subestimando-a. O perfil no canto inferior da Figura 24 ilustra essa condição, ao apresentar todas as sondagens contidas no retângulo preto, traçado sobre uma linha de verificação, coloridas por linha de levantamento. Em laranja temos as sondagens da linha de verificação (LV), que apresenta a real variação do fundo marinho, e o comportamento oscilatório das sondagens das linhas de levantamento (demais cores) em torno da LV, indicando o desnível entre as linhas em áreas de sobreposição das sondagens. Ainda no perfil, as chamadas Dia 1 e Dia 2, indicam o trecho do levantamento realizado em diferentes dias, o que nos permite relacionar com a maré semidiurna existente na região. (i) Modelagem Numérica (ii) Zoneamento Discreto Prof. (m) Prof. (m) Figura 23: Modelo de Terreno Digital da batimetria realizada em 2008 do Canal do Curuá reduzida através das técnicas de modelagem numérica (i) e zoneamento discreto (ii). 37

51 Figura 24: Mapa de diferença entre a batimetria obtida pelo método de modelagem numérica (Figura 23 i) e pelo zoneamento discreto (Figura 23 ii). Os dados de batimetria multifeixe do canal de navegação também foram investigados aplicando-se as duas técnicas de redução. É importante observar que se trata da primeira vez onde a redução de dados de multifeixe é realizada com base em resultados de modelos numéricos na foz do Rio Amazonas. No caso de sistemas multifeixe, a varredura total do fundo e sobreposição das sondagens entre diferentes linhas, permite analisar a concordância entre os resultados obtidos após a redução das sondagens, sem a necessidade de linhas de verificação. Sendo assim, foram criados perfis transversais a cada 5 km (Figura 25) para determinar as diferenças de profundidade entre as linhas após a redução das sondagens. 38

52 Figura 25: Mapa de distribuição dos perfis transversais às linhas de navegação utilizados para verificar a concordância entre as linhas de multifeixe após a redução das sondagens. A Figura 26 ilustra as sondagens após redução da maré em dois perfis transversais, visando exemplificar a metodologia adotada. Os perfis indicam as profundidades das sondagens no eixo vertical pela distância no eixo horizontal, apresentado uma área plana com boa concordância entre as linhas na imagem superior, e uma área com presença de dunas e diferenças de profundidade entre as linhas na imagem inferior. 39

53 Figura 26: Ilustração da metodologia de análise dos perfis transversais onde, após a redução das sondagens, determina-se o possível desnível entre as linhas, indicadas pelas diferentes cores. Uma área plana é apresentada na imagem superior, e uma área com presença de dunas, na figura inferior. As linhas de todos os perfis foram analisadas quanto ao instante do levantamento, o valor de maré aplicado e a diferença entre o que aparenta ser a profundidade de referência e as demais profundidades. Os resultados são apresentados na Tabela 7 para o Canal do Curuá e na Tabela 8 para a Região ao Largo. Apenas os dados do Canal do Curuá foram processados através das duas técnicas. A representação do valor de maré aplicado aos dados pelo desnível entre as linhas do Canal do Curuá (Figura 27) mostra um grande espalhamento dos desníveis com relação à maré, como desníveis associados tanto a erros de amplitude quanto de fase atingindo valores de até 0,5 metros. Comparando-se a técnica de redução baseada na modelagem numérica em cada uma das áreas ( Figura 28), os maiores desníveis foram observados na Região ao Largo, o que sugere uma maior dificuldade em prever o comportamento da onda de maré nesta região, dada sua intensa variabilidade. Dentre os principais efeitos que influenciam a propagação da maré, podemos citar a vazão fluvial (GALLO, 2004) e o efeito da lama fluida conforme descrito por GABIOUX et al. (2005), que reduz o atrito com fundo, diminui a dissipação da energia e consequentemente aumenta a amplitude das componentes de maré. 40

54 Tabela 7: Resultados obtidos nas seções transversais do Canal do Curuá após redução das sondagens pelas técnicas de zoneamento discreto e modelagem numérica (EFDC). Zoneamento Discreto Modelagem Numérica PERFIL DATA / HORA LINHA MARÉ OFFSET OFFSET MARÉ (m) (m) (m) (m) PT01 05/09/ :49: ,66 REF 3,24 REF PT01 05/09/ :57: ,70 REF 3,24-0,15 PT02 05/09/ :24: ,93 0,10 3,47 0,15 PT02 05/09/ :33: ,13 REF 3,71 REF PT02 04/09/ :36: ,97-0,10 3,27 REF PT02 05/09/ :28: ,47 0,40 3,15 REF PT02 05/09/ :36: ,79 REF 3,28 0,1 PT03 05/09/ :56: ,69 0,40 3,20 0,2 PT03 04/09/ :15: ,01 REF 3,31-0,35 PT03 05/09/ :11: ,75 REF PT03 05/09/ :07: ,23-0,35 3,10 REF PT03 05/09/ :08: ,72 REF 3,20-0,1 PT04 05/09/ :20: ,17 0,15 2,91 0,2 PT04 05/09/ :51: ,06 REF 3,76 REF PT04 04/09/ :54: ,34-0,4 PT04 05/09/ :47: ,36 REF 3,00 REF PT04 05/09/ :36: ,46 0,10 3,00 REF PT05 05/09/ :43: ,86 0,20 2,63 0,2 PT05 05/09/ :31: ,02 REF 3,74 REF PT05 04/09/ :33: ,98 0,10 3,33-0,2 PT05 05/09/ :26: ,08 REF 2,90 REF PT05 05/09/ :02: ,19 0,20 2,81 0,1 PT06 05/09/ :04: ,36 0,1 PT06 05/09/ :12: ,98 REF 3,74 REF PT06 07/09/ :47: ,51 0,15 0,69 0,5 PT06 04/09/ :15: ,96 REF 3,34-0,45 PT06 05/09/ :05: ,93 REF 2,79 REF PT06 05/09/ :26: ,80 REF 2,56 REF PT07 05/09/ :23: ,99 0,10 2,12 0,2 PT07 05/09/ :54: ,91 0,10 3,73 REF PT07 04/09/ :57: ,92 REF 3,37-0,4 PT07 05/09/ :46: ,80 REF 2,70 REF PT07 05/09/ :48: ,39 0,20 2,33-0,15 PT08 05/09/ :41: ,62-0,40 1,88 0,2 PT08 05/09/ :34: ,76-0,20 3,66 REF PT08 05/09/ :24: ,58 REF 2,57 0,3 PT08 06/09/ :08: ,97-0,45 2,12 REF PT09 05/09/ :59: ,32-0,40 1,64 REF PT09 05/09/ :17: ,69 0,10 3,64 REF PT09 05/09/ :00: ,42 REF 2,45 REF PT09 06/09/ :28: ,63-0,30 1,90-0,5 PT10 05/09/ :16: ,04 REF 1,44 REF PT10 05/09/ :00: ,49 REF 3,66 REF PT10 05/09/ :47: ,81 REF 1,28 0,45 PT10 06/09/ :47: ,32-0,40 1,69 REF PT11 05/09/ :34: ,82-0,35 1,25 REF PT11 05/09/ :40: ,28 REF 3,59 0,2 PT11 05/09/ :16: ,59 REF 1,15 0,4 PT11 06/09/ :07: ,05-0,40 1,51 REF PT12 05/09/ :52: ,63-0,20 1,08 REF PT12 05/09/ :21: ,04 REF 3,49 REF PT12 05/09/ :40: ,44 REF 1,03 REF PT12 06/09/ :27: ,83-0,20 1,41-0,4 PT13 05/09/ :10: ,54 REF 0,98 REF PT13 05/09/ :02: ,81-0,10 3,40 REF PT13 05/09/ :03: ,40 REF 0,90 REF PT13 06/09/ :48: ,73-0,20 1,35-0,1 41

55 Tabela 8: Resultados obtidos nas seções transversais da Região ao Largo após redução das sondagens pela técnica de modelagem numérica (EFDC). PERFIL DATA / HORA LINHA MARÉ (m) OFFSET (m) 01 24/10/ :03: ,48 0, /10/ :07: ,82 REF 02 24/10/ :22: ,14 0, /10/ :17: ,51 REF 03 24/10/ :41: ,94 0, /10/ :39: ,73 REF 04 24/10/ :10: ,28 1, /10/ :56: ,51 REF 05 24/10/ :42: ,38 REF 05 24/10/ :26: ,18 1, /10/ :12: ,33 REF 06 24/10/ :01: ,26 REF 06 24/10/ :07: ,06 0, /10/ :29: ,26 REF 07 24/10/ :21: ,61 REF 07 24/10/ :48: ,78 0,6 PERFIL DATA / HORA LINHA MARÉ (m) OFFSET (m) 07 24/10/ :48: ,78 REF 08 24/10/ :43: ,85 REF 08 24/10/ :31: ,60 0, /10/ :05: ,56 REF 09 24/10/ :11: ,25 REF 09 24/10/ :13: ,46 0, /10/ :25: ,83 REF 10 24/10/ :43: ,55 REF 10 24/10/ :55: ,23 0, /10/ :51: ,09-0, /10/ :27: ,05 REF 11 24/10/ :37: ,94 0, /10/ :25: ,44 REF 12 24/10/ :17: ,56 REF 12 24/10/ :20: ,64 0, /10/ :06: ,91-0,1 Figura 27: Distribuição do desnível entre as linhas em função da maré aplicada na redução das sondagens para o Canal do Curuá considerando as duas técnicas analisadas, sendo zoneamento discreto em azul e modelagem numérica em vermelho. Figura 28: Distribuição do desnível entre as linhas por valor de maré aplicado na redução das pela técnica de modelagem numérica para a Região ao Largo em verde, e Canal do Curuá em azul. 42

56 Ressalta-se que uma boa concordância foi verificada em mais do que 50% das linhas e uma melhoria na ordem de 10% foi observada ao considerar a técnica de redução por dados oriundos do EFDC (Tabela 9). No geral, desníveis de até 0,5 metros foram registrados para o Canal do Curuá, chegando a atingir 1 metro na Região ao Largo, onde os resultados do modelo tenderam a superestimar os valores de maré. A presença de desníveis entre diferentes linhas foi verificada em praticamente todas as seções transversais evidenciando a necessidade de conhecimento detalhado da variação do nível em toda a área de estudo. A complexidade da região e as grandes dimensões envolvidas tornam necessária a utilização de dados maregráficos de várias estações e com séries temporais significativas para um melhor ajuste e calibração dos modelos hidrodinâmicos. É importante salientar que o modelo foi calibrado tanto para estações costeiras como Ponta do Céu, quanto para estações offshore, como P8, embora este último possua medições em apenas 1 ciclo de maré. A Figura 29 apresenta as curvas de maré observadas e previstas em Ponta do Céu, onde é possível identificar desníveis na ordem de até 50 cm. Comparando-se os dados entre setembro e outubro, o erro médio absoluto entre as séries foi de 0,2 m, com valor máximo de 0,85 m e os maiores desníveis ocorrendo durante a preamar. Tabela 9: Integração dos resultados dos perfis transversais realizados nos dados de multifeixe. Região Método Linhas de referência Linhas com desnível Min / Max (m) Canal do Curuá Zoneamento Discreto 50,9% 49,1% -0,45 / 0,40 Canal do Curuá Modelo Numérico - EFDC 56,1% 43,9% -0,50 / 0,50 Região ao Largo Modelo Numérico - EFDC 56,3% 43,8% -0,2 / 1,0 43

57 Figura 29: Série temporal de elevação do nível do mar para Ponta do Céu nos períodos do levantamento do Canal do Curuá (imagem superior) e da Região ao Largo (imagem inferior). 44

58 6. MORFODINÂMICA DA BARRA NORTE DO RIO AMAZONAS A presença de determinando tipo de sedimento associado à interação entre o fluxo de correntes de fundo e a superfície do fundo marinho a partir da erosão preferencial e/ou padrões de deposição dão origem a diferentes feições sedimentares conhecidas como formas de fundo ou bedforms (ALLEN, 1980). Dentre as mais conhecidas, podemos citar as dunas, que são formas de fundo transversais ao escoamento, com formato quase triangular, originadas em fundos tipicamente arenosos (FLEMMING, 1978; ALLEN, 1980; ASHLEY, 1990; STRASSER, 2008). FLEMMING (1988) apud ASHLEY (1990) analisou a relação entre espaçamento (L) e altura (H) de 1491 dunas (Figura 30), que possibilitou definir a Equação 3 para descrição do comportamento das dunas. H = 0,0677 L 0,8098 Equação 3 Essa relação foi utilizada como base para o esquema de classificação tipicamente morfológico descrito por ASHLEY (1990) e apresentado Tabela 10. Esse esquema adota, quando possível, uma sucessão de fatores para descrever as formas de fundo. A classificação essencial, definida como primeira ordem, é referente ao tamanho, sendo divididas entre pequenas (0,6-5 m de espaçamento), médias (5-10 m), grandes ( m) ou muito grandes (> 100 m) e formato das dunas. Com relação à dinâmica dos fluidos relacionada à origem e migração das dunas, pode-se dizer que sua presença causa resistência ao escoamento. No plano paralelo ao fluxo, um padrão repetitivo de linhas de convergência e divergência interage com os sedimentos não coesivos produzindo zonas alternadas de erosão, onde a tensão de cisalhamento aumenta a jusante, e deposição, onde a tensão de cisalhamento diminui a jusante. Se este padrão persistir em uma terceira dimensão (perpendicular ao fluxo), sob uma ausência de meandros e vórtices, a crista da duna será reta e ela poderá ser classificada como bidimensional. Entretanto, se a estrutura do fluxo variar significativamente na terceira dimensão e vórtices capazes de moldar a duna estiverem presentes, então a duna refletirá esse padrão resultando em um formato tridimensional (ASHLEY, 1990). Fatores de segunda e terceira ordens envolvem a superposição de dunas, características do sedimento, entre outros. 45

59 11 Figura 30: Representação logarítmica (log-plot) da altura (H) por espaçamento (L) de 1491 dunas apresentada por FLEMMING (1988) apud ASHLEY (1990). As feições são agrupadas em dois domínios, indicados por uma ausência de feições entre 0,5 e 1,0 metros. O autor considerou o primeiro domínio como ripples e o segundo como dunas. Tabela 10: Classificação das dunas proposta por ASHLEY (1990). Descrição de primeira ordem (necessária) Tamanho: Pequena Média Grande Mega (muito grande) Espaçamento 0,6 5 m 5 10 m m > 100 m Altura* 0,075 0,4 m 0,4 0,75 m 0,75 5 m > 5 m Formato: Bidimensional Tridimensional Descrições de Segunda Ordem (importantes) - Superposição: simples ou composta (tamanhos e orientação relativa) - Características do sedimento (tamanho e seleção dos grãos) Descrições de Terceira Ordem (úteis) - Perfil (comprimento e gradiente das paredes) - Fração do fundo recoberto pelas feições - Estrutura do fluxo (características de tempo-velocidade) - Força relativa de fluxos opostos - História do comportamento de migração das dunas (acresção horizontal e vertical) * Altura calculada a partir da formulação apresentada por FLEMMING (1988) 46

60 A morfodinâmica da Barra Norte do Rio Amazonas será apresentada através de três cenários: geomorfologia do canal de navegação, investigação da camada de lama fluida e dinâmica dos bancos arenosos GEOMORFOLOGIA DO CANAL DE NAVEGAÇÃO A alta-resolução batimétrica alcançada pelo uso de sistemas multifeixe, permite revelar pequenos detalhes da morfologia submarina resultante da deposição e retrabalhamento de sedimentos pela da ação de ondas e correntes (BARNARD et al., 2011). Desta forma, os dados de batimetria multifeixe coletados em outubro e novembro de 2011 são a base da caracterização geomorfológica do canal de navegação apresentada a seguir, onde um corredor de 62 km de extensão por 150 m de largura é referente ao Canal do Curuá e outro de 57 km por 50 m de largura é referente à, aqui denominada, Região ao Largo. Estes dados foram processados de acordo com o item (batimetria), considerando a técnica de redução das sondagens com base em dados de nível oriundos de modelagem numérica (EFDC; VILELA, 2011), e item (retroespalhamento do sinal acústico). Algumas das linhas que apresentavam desnível vertical, mesmo após a correção da maré com dados do EFDC, foram corrigidas aplicando-se um offset vertical que resultasse no melhor ajuste espacial. A superfície batimétrica apresentou resolução horizontal de 1 metro e foi utilizada para determinação do gradiente batimétrico. O perfil batimétrico do trecho central do Canal do Curuá é apresentado na Figura 31. Na parte superior da figura observa-se o perfil completo, e em seguida, este é segmentado em trechos de 10 km para facilitar a visualização das feições de fundo, identificadas através de diferentes cores ao longo do perfil. Uma sequência numérica permite identificar cada trecho do canal, seguindo de montante para jusante. As profundidades variaram entre 27,3 e 11,7 metros, com média de 19 metros. Notase ainda uma tendência de diminuição da profundidade de SW para NE, resultando em um gradiente regional de 1:8000. Áreas de fundo predominantemente liso estavam intercaladas por áreas com diversas feições como dunas de variados tamanhos e lineamentos. As dunas foram classificadas buscando-se seguir a nomenclatura sugerida por ASHLEY (1990), porém, como não foi possível agrupa-las corretamente em termos de altura por espaçamento das feições, algumas adaptações foram necessárias visando diferenciar as dunas encontradas na região. 47

61 PERFIL. COMPLETO PERFIL SEGMENTADO A CADA 10 KM (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12 ) (13) (14) (15) (16) (17) Figura 31: Perfil longitudinal do Canal do Curuá. 48

62 A Tabela 11 apresenta a descrição das feições encontradas em cada trecho, associando-as a determinado tipo de fundo e apresentando sua localização em termos de KP 5, extensão e percentual da área levantada correspondente ao trecho em questão. Na última coluna, uma classificação de 1 a 5 é proposta a fim de agrupar diferentes tipos de fundo, onde temos: (1) predominantemente liso; (2) transição (presença de dois ou mais tipos de fundo); (3) feições transversais ao canal como dunas (pequenas a grandes); (4) feições longitudinais ao canal como lineamentos (furrows); e (5) mega dunas. Mega dunas com aproximadamente 4 m de altura por 200 m de comprimento foram observadas no trecho inicial do canal, estendendo-se por mais do que 2 km (Figura 32). Essas feições foram observadas unicamente neste trecho, correspondendo à região com as maiores profundidades, em torno de 27 metros, e de menor seção transversal. A orientação das mega dunas é perpendicular ao escoamento e sua assimetria indica um fluxo predominante para NE. O seu formato é aparentemente bidimensional, embora a pequena largura do corredor analisado, na ordem de 60 metros para os primeiros 1,2 km do levantamento, possa limitar essa análise. STRASSER (2008) identificou feições semelhantes em trechos fluviais do Amazonas, que chegaram a atingir 7,2 metros. Uma condição similar foi verificada por GOMEZ et al. (2010) em um estudo realizado no estuário da Bahia Blanca, Argentina, onde a presença de mega dunas (H > 4 m e L > 100 m), cuja taxa de migração variou entre 65 e 130 m/ano decrescendo com o aumento da altura das feições, foi associada à redução da seção transversal do canal por um controle geológico que causa um aumento da velocidade das correntes de maré. 5 KP ou Kilometer Post vem de uma terminologia usada na engenharia submarina para descrever uma rota de duto. Neste caso foi usada para descrever o trecho da seção longitudinal no sentido W- E, onde zero representa o extremo oeste do levantamento aumentando em direção ao leste. 49

63 Tabela 11: Descrição das feições encontradas em cada tipo de fundo observado no Canal do Curuá determinando o trecho inicial (KP), extensão, percentual da área levantada e classificação adotada. Trecho KP Extensão (m) % Descrição das feições Tipo de fundo Classi ficação 1 0, ,5 Mega dunas (H = 3 m / L = 200 m) 5 2 2, ,1 Predominantemente liso 1 3 3, ,8 Lineamentos com orientação NE-SW 4 4 6, ,6 5 14, ,7 6 24, ,6 7 27, ,6 Grandes dunas com pequenas dunas superpostas em alguns trechos Liso com pequenas dunas, lineamentos e marcas de relevo Pequenas dunas regulares por toda a área (H = 20 cm / L = 10 m) Grandes dunas localizadas (H = 1 m / L = 20 m) , ,0 Predominantemente liso , ,0 Lineamentos com orientação NE-SW e até 2 m de altura 10 34, ,3 Predominantemente liso , , , ,8 Liso com lineamentos e marcas de relevo formando pequenos bancos Predominantemente liso com presença de pequenas dunas (H = cm / L = 10 m) , ,9 Lineamentos com orientação NE-SW , ,4 Liso com lineamentos e marcas de relevo , ,2 Predominantemente liso , ,9 Pequenas dunas regulares por toda a área , ,8 Grandes dunas com pequenas dunas superpostas em alguns trechos 18 55, ,1 Pequenas dunas regulares por toda a área , ,9 Liso mesclando lineamentos e pequenas depressões 20 62, ,1 Predominantemente liso

64 Figura 32: Ilustração das mega dunas localizadas no trecho inicial do Canal do Curuá. Dunas de formato tridimensional foram observadas apenas em uma seção de aproximadamente 500 metros no trecho 4 do Canal do Curuá em profundidades em torno de 22,5 metros (Figura 33). Suas dimensões, de aproximadamente 2,5 m de altura por 80 metros de comprimento, permitem classifica-las como grandes dunas. Figura 33: Dunas tridimensionais presentes em uma seção de aproximadamente 500 metros, no trecho 4 do Canal do Curuá. 51

65 Dunas de formato bidimensional e tamanho intermediário, com aproximadamente 1 m de altura por 20 m de comprimento, foram observadas em diversos trechos do Canal do Curuá com pequenas dunas, entre 10 e 30 cm de altura por 10 m de comprimento, superpostas em alguns trechos. A Figura 34 ilustra dunas assimétricas observadas no trecho 3, onde também ocorrem pequenas dunas com orientação variada. Já a Figura 35 apresenta a transição de um fundo com pequenas dunas (trecho 16) para um fundo com grandes dunas (trecho 17), possivelmente associado a um aumento da hidrodinâmica local. A Figura 36 apresenta a transição entre um fundo predominantemente liso e um fundo com feições longitudinais ao canal de navegação, orientadas no sentido NE- SW. Essas feições são conhecidas na literatura internacional como furrows e foram denominadas como lineamentos, pois se assemelham a ranhuras ou escavações no fundo, alinhadas com o escoamento, formando depressões com profundidades superiores a 2 metros (Figura 37). Sua presença pode ser verificada em diferentes trechos do Canal do Curuá, associados a um retroespalhamento do sinal de alta intensidade (Figura 38). Sendo assim, sugere-se a presença de um sedimento mais consolidado nestes trechos, possivelmente areia lamosa, conforme já havia sido reportado por PIATAM-OCEANO (2008; Figura 8). Essas feições serão analisadas em detalhe no item Figura 34: Ilustração das grandes dunas observadas no trecho 4 do Canal do Curuá, com a presença de pequenas dunas superpostas com orientação variada (indicadas pelas setas em laranja). O perfil 2D indica a assimetria das dunas, com orientação para vazante. 52

66 Figura 35: Ilustração da transição entre o trecho 16 (pequenas dunas) e o trecho 17 (grandes dunas), onde é possível verificar o aumento do tamanho das feições e do gradiente. Figura 36: Ilustração da transição entre o trecho 2 (fundo liso) e o trecho 3 (lineamentos). 53

67 Figura 37: Detalhamento dos lineamentos observados no trecho 3 do Canal do Curuá. O retângulo cinza da imagem em planta superior indica a área da figura destacada em perspectiva no canto inferior direito. Figura 38: Mapa de retroespalhamento do sinal (backscatter) do trecho final do Canal do Curuá destacando dois trechos com presença de lineamentos, referentes às áreas com sinal de alta intensidade. 54

68 Nenhum padrão pode ser definido para a distribuição das formas de fundo no Canal do Curuá. O percentual do canal de navegação recoberto por cada tipo de fundo é apresentado na Figura 39, onde apenas 3% da área é referente às mega dunas e juntamente com as demais dunas (29%) temos 1/3 do Canal do Curuá como uma área de fundo tipicamente arenoso, 11% da seção correspondeu aos lineamentos, 21% ao fundo predominantemente liso e os 36% restantes representam áreas de transição. 1 - Predominantemente liso 2 - Transição (combinação de liso, dunas e marcas de relevo) 3 - Dunas pequenas a grandes 4 - Lineamentos 5 - Mega dunas Figura 39: Distribuição dos tipos de fundo no canal de navegação do Canal do Curuá. A Região ao Largo apresentou profundidades variando entre 14,5 e 9,2 metros, com média de 11,7 metros (Figura 40). Um banco arenoso é observado no trecho inicial onde se verifica uma acentuada diminuição da profundidade até atingir 11,0 metros para em seguida aumentar para 14,5 metros. Após o banco, nota-se uma diminuição gradativa da profundidade que resulta em um gradiente regional de aproximadamente 1:5000. Pequenas dunas são observadas no trecho inicial da seção estendendo-se por cerca de 2 km até que passa a predominar um fundo liso e uniforme correspondente a 96% do corredor analisado (Tabela 12 e Figura 41). A Figura 42 ilustra essa transição. Suaves ondulações são observadas nos trechos com profundidades inferiores a 12,5 metros da Região ao Largo, conforme se observa na Figura 40 a partir do KP 2,3. Estas feições apresentam aproximadamente 120 m de comprimento por 15 cm de altura conforme detalhado na Figura 43 e suas dimensões não permitem classifica-las dentre as dunas, porém representam a influência do escoamento sobre o fundo marinho, na presença de lama. 55

69 PERFIL COMPLETO PERFIL SEGMENTADO A CADA 10KM (1) (2) Figura 40: Perfil longitudinal da Região ao Largo. 56

70 Tabela 12: Descrição das feições encontradas na Região ao Largo determinando o trecho inicial (KP), extensão, percentual da área levantada e classificação adotada. Trecho KP Extensão (m) % ,7 Descrição das feições Tipo de fundo Pequenas dunas regulares por toda a área 6 cm de altura por 5 m de comprimento Classi ficação 2 2, ,3 Predominantemente liso 1 3 4% 1 - Predominantemente liso 3 - Ripple-marks Pequenas Dunas e/ou Sandwaves 96% Figura 41: Distribuição dos tipos de fundo no canal de navegação da Região ao Largo. Figura 42: Ilustração da transição do trecho 1 (pequenas dunas) para o trecho 2 (predominantemente liso) da Região ao Largo. 57

71 Figura 43: Pequenas ondulações observadas nos trechos inferiores a 12,5 metros da Região ao Largo. Mapas ilustrando os resultados dos dois corredores analisados são apresentados entre a Figura 44 e a Figura

72 Figura 44: Batimetria do Canal do Curuá. 59

73 Figura 45: Gradiente do Canal do Curuá. 60

74 Figura 46: Retroespalhamento do sinal (backscatter) do Canal do Curuá. 61

75 Figura 47: Batimetria, gradiente e backscatter da Região ao Largo. 62

76 A integração da descrição geomorfológica do canal de navegação da Barra Norte permitiu elaborar um mapa de distribuição espacial das feições, apresentado na Figura 48. Nenhum padrão pode ser determinado no Canal do Curuá já que foram verificadas diversas transições entre os diferentes tipos de fundo. Estes resultados confirmam o padrão de camadas intercaladas de lama e areia descrito por KUEHL et al. (1982). Estudos futuros podem vir a correlacionar a hidrodinâmica local e a disponibilidade de sedimentos de forma a justificar o padrão apresentado. A Região ao Largo apresentou um fundo predominantemente liso conforme era de se esperar, já que os sedimentos finos tendem a se depositar mais a jusante. PX - Estações Liso 2 - Transição 3 - Dunas 4 - Lineamentos 5 - Mega dunas Figura 48: Mapa de classificação do fundo conforme as feições identificadas nos levantamentos por multifeixe realizados em 2011 no Canal do Curuá e Região ao Largo. 63

77 Dunas As dunas verificadas no canal de navegação do Canal do Curuá são apresentadas na Figura 49 em termos de altura média (H) por profundidade média (h) para cada trecho onde foram encontradas (o trecho 4 apresentou 2 grupos, um das dunas bidimensionais e outro das dunas tridimensionais) e altura (H) por comprimento de onda (L) para um total de 58 feições distribuídas entre os diferentes grupos. As mega dunas foram encontradas no trecho mais profundo do canal de navegação (26,5 metros). Em profundidades em torno de 20 a 22 metros, foram identificadas tanto grandes quanto pequenas dunas, fato também observado para profundidades em torno de 14 metros. Desta forma, pode-se sugerir que o fator que mais influencia a altura das dunas no Canal do Curuá está relacionado ao tamanho e disponibilidade de sedimentos e não à profundidade local. Foi possível identificar três comportamentos distintos entre altura e comprimento das dunas. Seguindo uma relação quase linear entre altura e comprimento, as feições agrupadas em A, corresponderam às pequenas e grandes dunas, cujas alturas foram inferiores a 1 m e comprimentos de até 30 m. Em B são verificadas grandes dunas, com uma maior dispersão dos parâmetros analisados, refletindo alturas entre 0,8 e 1,8 m e comprimento entre 64 e 190 m. Já as mega dunas, que apresentaram grande comprimento de onda e alturas superiores a 3 m, foram agrupadas em C. Figura 49: Representação da morfologia das feições arenosas do Canal do Curuá em termos de altura da feição (H) por profundidade local (h) e altura da feição (H) por comprimento (L). 64

78 Sobrepondo as 58 dunas detalhadas na Figura 49 ao gráfico logarítmico de altura por comprimento de onda apresentado por FLEMMING (1988) apud ASHLEY (1990), verifica-se que as dunas do Canal Curuá corroboram o padrão apresentado na literatura (Figura 50). Figura 50: Sobreposição da morfologia das dunas do Canal do Curuá em termos de altura da feição (H) por comprimento ou espaçamento (L) ao log-plot de 1491 dunas apresentado por FLEMMING (1988) apud ASHLEY (1990). 65

79 Lineamentos ou Furrows Introdução A descrição inicial dos lineamentos, conhecidos na literatura como furrows, foi realizada por DYER (1970). No final década de 70, diversos lineamentos haviam sido detectados por sonar de varredura lateral (SSS, do inglês Side Scan Sonar) e fotografados. Em seguida, foram realizados registros de lineamentos de águas profundas através dados sísmicos, onde ecos hiperbólicos indicariam a presença destas feições. Os lineamentos se formam principalmente em sedimentos marinhos finos coesivos e hemipelágicos ou lamas siltosas, entretanto, podem se desenvolver em ambientes lamosos de água doce, sedimentos finos ricos em carbonatos e ambientes arenosos (FLOOD, 1981). Lineamentos de plataforma continental associados a fortes correntes de maré já foram descritos na Europa (Southampton DYER, 1970; FLOOD, 1981; English Channel e Bristol Channel STRIDE et al., 1972), África (NEWTON et al., 1973) e América do Norte (New Jersey MCKINNEY et al., 1974; e Mississippi COLEMAN et al., 1981). FLOOD (1983) descreveu um modelo para inicialização e desenvolvimento dos lineamentos em sedimentos coesivos (Figura 51), e sugere que estes se desenvolvem em ambientes deposicionais sobre ação de correntes fortes, unidirecionais e recorrentes. Os lineamentos se iniciam quando a circulação secundária na camada limite alinha fragmentos grosseiros e geralmente mais leves que o sedimento adjacente, criando formas de fundo tipo fitas arenosas (sand-ribbon). Enquanto as partículas mais grosseiras são carreadas sobre o fundo, elas causam pequenas abrasões formando sulcos longitudinais na lama. Assim que um lineamento é criado, seu posterior desenvolvimento é controlado pelo balanço entre a taxa de sedimentação e a de erosão. O sedimento se deposita por todo o perfil durante períodos de fluxo mais fraco, com alguma deposição preferencial na cava. Quando o fluxo é moderado, uma circulação secundária se desenvolve na coluna d água sobrejacente ao lineamento, criando padrões de deposição preferencial nas paredes e erosão nas cavas que levam a um aprofundamento dos lineamentos com o tempo. Os lineamentos apresentam grande variabilidade de acordo com o tipo de fundo das áreas nos quais eles se desenvolvem, o que influencia seu formato transversal, a relação entre o espaçamento e a largura da cava dos lineamentos, o padrão de ramificação e os parâmetros do fluxo (velocidade e direção das correntes de fundo). 66

80 (i) (ii) (iv) (iii) Figura 51: Registros de lineamentos (i) indicando seu processo de inicialização e desenvolvimento, onde fragmentos mais grosseiros como conchas causam uma abrasão do fundo marinho (ii) e são carregados através de áreas de escoamento preferencial resultantes da convergência de correntes de fundo originadas por um padrão de circulação secundária helicoidal (iii). Períodos de correntes fracas causam sedimentação sobre o lineamento que diminui de tamanho, enquanto correntes intensas causam erosão, levando a um aprofundamento da vala e maior declividade das paredes (iv). Fonte: Modificado de FLOOD (1983). 67

81 Um esquema de classificação dos lineamentos, baseado na seção transversal, foi proposto por FLOOD (1983), dividindo-os em três grandes classes (Tabela 13). Na maior parte dos casos, os lineamentos formam uma distinta cava com as paredes mais íngremes do que 30 e fundo plano (Tipo 1). Em algumas áreas, as paredes dos lineamentos são suaves e não é possível distinguir o fundo (Tipo 2). Os lineamentos do tipo 1 podem ser subdivididos de acordo com a base da seção transversal, onde: os do tipo 1A apresentam paredes simétricas; o tipo 1B, assimétricas; e os do tipo 1C possuem paredes com talude na ordem de 90 e fundo constantemente interrompidos por pequenas cristas, possivelmente remanescente das paredes de antigos lineamentos. Os que possuem seção transversal do Tipo 1A, 1B e 2 apresentam espaçamento na ordem de 5 a 15 vezes sua largura e são denominados como lineamentos estreitos, sendo característicos de ambientes deposicionais. Os do Tipo 1C são lineamentos largos, que apresentam espaçamento de apenas 2 vezes sua largura, e parecem ser característicos de ambientes erosivos. Valores absolutos de espaçamento dos lineamentos variam bastante (de 2 a 200 metros), porém, em uma determinada locação, o espaçamento entre eles varia muito pouco (FLOOD, 1983) e pode ser relacionado à espessura da camada limite (FLOOD, 1981; VIEKMAN et al., 1989). Tabela 13: Classificação dos lineamentos de acordo com FLOOD (1983). Classe ou Tipo Subclasse Esquema Paredes Relação Largura Espaçamento 1A Quase simétricas 1/5 1/15 1 1B Assimétricas 1/5 1/15 1C Íngremes de formato variável 1/2 2 2 Quase simétricas 1/5 1/15 68

82 Ainda de acordo com FLOOD (1983), lineamentos com paredes íngremes e fundo chato (Tipo 1) são normalmente encontrados em sedimentos terrígenos, finos e coesivos. Os lineamentos descritos em sedimentos arenosos de plataformas continentais parecem ter seções transversais do Tipo 1A. Lineamentos com paredes íngremes e erosivas (Tipo 1C) parecem ser característicos de regiões onde os sedimentos estão sendo erodidos pelas correntes em taxas maiores que ou iguais à taxa de acúmulo de sedimentos. Lineamentos com seções transversais do Tipo 1B só foram observados em áreas profundas e podem ter sido lineamentos do Tipo 1A em algum momento, que evoluíram com o acúmulo de sedimentos na área. Alguns lineamentos apresentam um padrão de ramificação, onde dois lineamentos paralelos tendem a se unir até formar um único lineamento. Na maior parte dos casos, sua união é observada em apenas uma direção, a direção do fluxo principal (DYER, 1970). Sintetizando as observações dos lineamentos presentes na literatura, FLOOD (1983) sugeriu que os principais fatores que controlam o desenvolvimento e a formação dos lineamentos são os tipos de sedimento, o ambiente deposicional e os padrões de correntes de fundo. O tipo de sedimento e o ambiente se combinam para determinar o formato da seção transversal dos lineamentos, assim como a taxa entre largura e espaçamento. Os padrões de correntes de fundo determinam padrões de ramificação e também devem controlar o espaçamento entre as cavas dos lineamentos. Entretanto, muitos parâmetros devem ser ideais para viabilizar o desenvolvimento e manutenção dos lineamentos em qualquer locação. Lineamentos do Canal do Curuá A existência dos lineamentos no Canal do Curuá foi verificada em todos os dados de multifeixe disponíveis, sendo encontrados tanto em trechos do canal de navegação, quanto nas proximidades dos bancos arenosos (Figura 52). As principais características destes lineamentos são apresentadas na Tabela

83 PX - Estações 2008 LH MBES Liso 2 - Transição 3 - Dunas 4 - Lineamentos 5 - Mega dunas Figura 52: Mapa de distribuição dos lineamentos identificados nos levantamentos por multifeixe realizados em 2011 no Canal do Curuá, sobreposto ao mapa de classificação do fundo. Tabela 14: Características dos lineamentos do Canal do Curuá (N.D. = nãodeterminado). Localização Orientação N Comprimento Largura Canal - Trecho 03 Diversa N.D. N.D. Canal - Trecho N.D. N.D. Canal - Trecho N.D. N.D. Banco do Meio Norte km 350 m Banco do Meio 26 > 5.0 km 1 km A Figura 53 (i) ilustra os lineamentos do trecho 9 do canal de navegação, cuja orientação foi de 35 em relação ao norte geográfico. As depressões variaram entre 1 e 2 metros, com formato irregular e espaçamento variável. A pequena relação entre a largura e o espaçamento entre as ranhuras, assim como a existência de paredes íngremes, caracterizam o lineamento como sendo do Tipo 1C. A mesma classificação pode ser adotada para os lineamentos do Banco do Meio (Figura 53 ii) que apresentou orientação de 26, e para os lineamentos do Banco do Meio Norte (Figura 53 iii; orientação de 30 ), indicando o predomínio de processos erosivos sobre os deposicionais. 70

84 Orientação 35 Orientação 26 Orientação 30 Figura 53: Detalhamentos dos lineamentos do canal de navegação (i), proximidades do Banco do Meio (ii) e proximidades do Banco do Meio Norte (iii). 71

85 Integração dos resultados - geologia e hidrodinâmica O sedimento superficial tem sido amostrado em diversas campanhas realizadas na Barra Norte. A distribuição granulométrica do material, realizada através de ensaios laboratoriais com auxílio do difratômetro Malvern Mastersizer Hydro 6, é apresentada na Figura 54 para as estações realizadas em 2008, 2011 e As amostras de sedimento da Região ao Largo, coletadas concomitantemente ao levantamento realizado em outubro de 2011, indicam a presença de dois tipos de fáceis sedimentares, uma arenosa (estação BN2) e outra lamosa (demais estações). Analisando-se os dados geomorfológicos, a transição de uma fácie a outra ocorre entre o KP 2,2 (longitude W), onde as pequenas dunas desaparecem, e o KP 8 (longitude W), onde o sinal do retroespalhamento passa a apresentar uma fraca intensidade, indicativa do baixo retorno do sinal dado pela alta penetração deste na camada de lama fluida (Figura 46). SCHROTTKE et al. (2006) reportaram a completa perda de sinal em dados de sonar de varredura lateral devido a presença de lama fluida. A partir do KP 36 observa-se uma intensificação gradativa do sinal, mas como nenhuma mudança significativa foi verificada nas amostras, este padrão pode estar associado à diminuição da profundidade local. A dificuldade operacional de se realizar as coletas de sedimento durante os levantamentos batimétricos do Canal do Curuá, não permitiu dispor das características do material do fundo em cada feição morfológica identificada no canal de navegação. Assim, no esforço de se ter esta informação, mesmo que defasada temporalmente, em junho de 2012 foi realizada uma nova campanha onde amostras de fundo foram coletadas nas áreas dos lineamentos (estações F2 e F3), área das dunas (F4) e área de fundo predominantemente liso da Região ao Largo (F5). As demais estações foram realizadas no âmbito do Projeto CANAL NORTE para auxiliar definição da profundidade náutica na região da lama fluida com coleta de amostras de sedimento superficial, perfilagem da coluna d água com densímetro, coleta de dados de corrente, entre outros. Nota-se a maior presença de areia fina à montante da área estudada (estações P1, P3, F4, F5, BN2 e BN5), passando para valores inferiores a 10% a partir da estação BN8. As estações F2 e F3 foram as únicas localizadas no Canal do Curuá que apresentaram um predomínio de silte. A partir de BN5 em 2011 e BN8 em 2012, 6 O Malvern Mastersizer Hydro 2000MU é um equipamento ideal para análise granulométrica de sedimentos finos, que através da difração a laser, permite separar as partículas entre 0,1 e 1000 µm em diferentes classes. Para isso são utilizadas poucas gotas da amostra previamente diluída e homogeneizada em água destilada. 72

86 incluindo P5 e P6 em 2008, verifica-se um elevado percentual de silte e argila, com valor médio de silte em torno de 83,3% em 2011 e 86,6% em 2012, e valor médio de argila em torno de 9,4% em 2011 e 10,4% em Figura 54: Diagrama de distribuição granulométrica das amostras de sedimento superficial coletadas na Barra Norte entre os anos de 2008 e 2012, apresentadas de montante para jusante. A interpretação destes resultados pode ser facilitada pela visualização da distribuição espacial das amostras mais significativas sobre o mapa faciológico e batimetria da região (Figura 55). Conforme planejado, as estações F2 e F3 foram realizadas sobre o trecho dos lineamentos identificados em setembro de 2011, 10 meses antes da amostragem do sedimento. Uma grande fração de sedimentos finos (silte e argila) foi verificada, correspondendo a mais do que 90% do material, enquanto o percentual de areia fina variou entre 5 e 9%. Estas observações estão de acordo com o esperado para áreas com a presença de lineamentos, conforme descrito no item A distribuição granulométrica de P3, com 99% de areia, sugere que os 73

87 lineamentos são feições localizadas, já que P3 está aproximadamente 1,6 km de distância de F3, ou indica uma mudança significativa no tipo de sedimento superficial naquele trecho do canal entre 2008 e 2011/2012. A estação F4, cuja coleta foi planejada sobre trechos com a presença de dunas, apresentou predomínio de areia fina, correspondendo a 78% da amostra, compatível com a feição observada 10 meses antes. Analisando as estações realizadas na Região ao Largo, F5 apresentou-se se forma quase idêntica à BN5 em 2012 (vide Figura 54), com um grande percentual de areia fina (65%), o que indica um maior aporte dessa fração não coesiva nestes pontos, embora BN2, localizado mais a montante, tenha apresentado apenas 24% de fração arenosa. Analisando a distribuição espacial dos bancos arenosos (batimetria de 2011 do Canal do Curuá apresentada no canto superior esquerdo da Figura 55) podese observar que, em 2011, BN2 foi realizada sobre o Banco do Meio Norte, justificando o percentual de areia verificado na época (100%) e que, com a possível migração deste para ENE, a estação BN2 de 2012 tenha sido foi realizada a oeste do banco. Em direção à foz, BN5 é a ultima estação cuja contribuição da fração arenosa ainda é significativa. Esse maior percentual de areia em junho de 2012 quando comparado com outubro do ano anterior, indica um maior aporte sedimentar em 2012 deslocando para jusante a faixa de transição entre a areia e a lama, fato já esperado devido à variabilidade sazonal da região amazônica. Observa-se um aumento significativo da fração de silte e argila nas demais estações (BN8 a BN35) com um comportamento muito semelhante entre os anos de 2011 e Pode-se indicar uma composição média de 85% de silte, 11% de argila e 4% de areia. WATANABE (2012) descreveu a predominância das classes silte e areia para uma extensa área do Canal do Curuá, de aproximadamente 10 x 50 km que inclui os bancos arenosos, através da análise de 33 amostras de sedimentos superficiais coletados em Este padrão é semelhante ao verificado nos anos de 2008 e 2012 e corrobora o que já foi citado na literatura por KUEHL et al. (1982), NITTROUER et al. (1983) e PIATAM-OCEANO (2008). Visando uma avaliação qualitativa das forçantes hidrodinâmicas e das formas de fundo resultantes, a Figura 56 apresenta a rosa de correntes de fundo para três diferentes localidades da Barra Norte, nas proximidades das mega dunas, dos lineamentos (P3) e da lama (P6). Estes dados correspondem a resultados de um modelo hidrodinâmico baroclínico, aplicado na região por MOLINAS et al. (2013, submetido) e que estão de acordo com as medições nos fundeios realizados em 2008 apresentadas por VILELA (2011). Correntes alinhadas com a orientação do canal 74

88 (aproximadamente SW-NE) indicam que a influência da maré na região causa uma reversão das correntes, porém existe um domínio de vazante indicado pelas maiores intensidades na direção NE. Os bancos arenosos e os lineamentos apresentam orientação média de 26 e 30, respectivamente, estando inclinados aproximadamente 35 em relação à direção dominante das correntes. As correntes de fundo sofrem uma redução na intensidade de aproximadamente 20% quando comparadas as correntes superficiais, cujos valores máximos foram na ordem de 1,9 m/s. Nota-se um aumento gradual da intensidade em direção ao largo (offshore), com correntes de fundo no trecho da lama aproximadamente 1,5 vezes mais fortes que nas proximidades das mega dunas do trecho inicial do Canal do Curuá. As componentes de velocidades residuais variaram entre 0,05 e 0,22 m/s, com valores sempre positivos, indicando um fluxo residual para NE. As velocidades na área da lama apresentaram uma maior diferença entre a superfície e o fundo, possivelmente associado à presença da cunha salina na seção analisada e a própria presença da camada de lama. 75

89 1 - Liso 2 - Transição 3 - Dunas 4 - Lineamentos 5 - Mega dunas Figura 55: Distribuição das amostras de fundo coletadas pelo LDSC sobre mapa faciológico da Barra Norte do Rio Amazonas.

90 Figura 56: Distribuição das correntes de fundo com base em modelagem numérica sobre mapa faciológico da Barra Norte do Rio Amazonas.

91 6.2. INVESTIGAÇÃO DA CAMADA DE LAMA FLUIDA A lama fluida que tende a se depositar na Região ao Largo foi investigada a partir dos dados do ecobatímetro monofeixe de dupla-frequencia. Os dados batimétricos do LH de 2011 apresentaram informações das duas frequencias, porém não foram verificadas diferenças significativas entre as profundidades registradas (Figura 57). É possível que, devido ao forte gradiente de densidade ao atingir a camada de lama, apenas pequena parte do sinal de baixa frequencia tenha penetrado no sedimento, sendo eliminado através de filtros automáticos durante a aquisição, ou aparecendo como ruído no processamento. Ecogramas digitais foram disponibilizados para o LH de outubro de 2011, possibilitando analisar a intensidade do sinal recebido pelo transdutor de forma semelhante ao tradicional registro em papel. A análise destes ecogramas permitiu inferir a espessura da camada de lama fluida da Região ao Largo através do mapeamento do fundo marinho e de um refletor contínuo conforme detalhado na Figura 58. Esta figura também apresenta o comportamento de cada frequencia conforme verificado no programa de aquisição do EA400, onde os dados de 200 khz apresentaram pouca penetração, nunca superior a 1 metro, enquanto os dados de 38 khz apresentaram uma penetração cada vez maior, chegando a valores na ordem de 8 metros. A camada de lama fluida aumenta de espessura em direção à plataforma continental atingindo valores de até 3,4 metros conforme o perfil apresentado na Figura 59. Figura 57: Perfil batimétrico exemplificando os resultados dos dados de duplafrequencia (200 khz em verde e 38 khz em azul) do levantamento de novembro de A imagem do canto superior direito é um detalhe em um trecho da linha, onde se observa uma ondulação resultante do balanço da embarcação (heave), enquanto a imagem inferior é de uma linha que se inicia em um banco arenoso e segue em direção à área de concentração de lama. 78

92 Figura 58: Ecograma visualizado com auxílio do programa FMMidwater representando uma linha (L0006-D T raw) que se inicia nas proximidades de um banco arenoso e segue em direção à área de acúmulo de lama, definida através de um refletor contínuo, indicativo da base da camada de lama fluida. Outro refletor descontínuo também pode ser observado. Algumas seções são apresentadas na parte inferior da figura e acordo com programa de aquisição do EA

93 Figura 59: Interpretação da espessura da camada de lama fluida estimada a partir dos ecogramas das linhas L0006 coletadas no dia 24/10/2011 pelo EA400, sobreposto ao mapa de localização das linhas analisadas nesta figura (indicada em laranja) e na Figura 58 (indicada em vermelho). Dados de monofeixe também foram obtidos para o Canal do Curuá no LH de outubro de 2011, enquanto o navio se deslocava para a Região ao Largo. Foi possível identificar dois trechos com refletores em subsuperfície, indicativos do acúmulo de lama. A Figura 60 apresenta o ecograma da linha que passa por estes trechos juntamente com o modelo de terreno digital do LH de 2011 do Canal do Curuá, detalhando as duas áreas que apresentam esses bolsões de lama, que estavam localizados em depressões batimétricas com profundidade máxima entre 18 e 20,5 m, e que apresentaram 1 a 2 km de extensão por até 5 m de espessura. Estas áreas foram apresentadas na Figura 55, nas proximidades dos lineamentos, sugerindo que variações espaciais na hidrodinâmica local, através de fracas correntes induzidas nas depressões, favoreceriam a deposição deste material. 80

94 Figura 60: Identificação de áreas com acúmulo de lama fluida nas regiões de maior profundidade do Canal do Curuá, atingindo espessuras de até 5 metros (linha L0038_D _T raw). 81

95 6.3. DINÂMICA DOS BANCOS ARENOSOS Bancos arenosos são observados no Canal do Curuá conforme detalhado na área (i) da Figura 2. Estes corpos arenosos formam uma sobre-elevação no leito, caracterizada por um contorno batimétrico fechado, representando um grande risco à navegação. FERNANDES (2010) estudou a formação e evolução destes bancos através da integração de dados de campo, que corresponderam a um histórico de aproximadamente 50 anos (1955 a 2006) e da modelagem numérica. Segundo FERNANDES (2010), os bancos migram na direção nordeste a uma taxa média de aproximadamente 1 km/ano, com uma orientação característica, onde mais de 70% dos bancos analisados apresentaram uma inclinação em torno de 42,5 em relação ao norte (mínimo de 32 e máximo de 53 ). Os seguintes valores médios foram observados para os bancos: comprimento (~13,5 km), largura (~2 km), altura (~4 m) e volume de sedimentos (~5,6 x 107 m 3 ). A evolução dos bancos arenosos foi analisada qualitativamente a partir da observação da batimetria resultante dos LHs realizados na última década e das cartas náuticas da região. Uma análise quantitativa foi realizada para os principais bancos verificados nas batimetrias de 2004, 2008 e 2011 com auxilio do ArcGIS. A metodologia adotada consistiu na determinação do menor retângulo que circunscreve o banco, onde o alinhamento do banco foi determinado em função da sua inclinação. Desta forma foi possível obter as informações de largura, comprimento e orientação dos bancos. Em seguida, determinou-se o centroide do retângulo (opção Calculate geometry), cuja análise de deslocamento permitiu inferir a taxa e direção preferencial de migração dos bancos. Os modelos de terreno digital (DTM, do inglês Digital Terrain Model) elaborados para as batimetrias disponibilizadas pela DHN para os anos de 2001, 2003, 2004, 2006, 2007, 2008 e 2011 são apresentados na Figura 61, onde também é possível observar perfis de distância por profundidade, traçados sobre os Bancos do Meio e do Meio Norte. A Figura 62 integra os perfis transversais aos bancos apresentados na Figura 61 em uma única imagem (Perfil B), permitindo visualizar de forma mais intuitiva a morfologia e o padrão de migração dos bancos. Os Perfis A e C foram traçados aproximadamente 10 km ao sul e ao norte do Perfil B, respectivamente, enquanto o Perfil D foi traçado sobre um trecho de 35 km do canal de navegação, cujo posicionamento foi obtido a partir da última carta náutica digital disponibilizada para a região. 82

96 83

97 Figura 61: Modelos de Terreno Digital (DTM) dos levantamentos batimétricos realizados nos últimos 10 anos no Canal do Curuá indicando a morfodinâmica dos bancos arenosos. 84

98 (A) Direção de deslocamento dos bancos nos Perfis A, B e C (B) (C) (D) Figura 62: Integração de perfis de profundidade traçados sobre os DTMs da Figura Perfil A 61, que apresentam o perfil B em todas as superfícies e os demais perfis, na superfície de Os perfis A e C estão aproximadamente 10 km ao sul e ao norte de B, respectivamente, e D corresponde à parte central do canal de navegação. MD e ME correspondem às margens direita e esquerda, respectivamente. 85

99 A análise dos Perfis A, B e C da Figura 62 indicam alterações significativas nas dimensões dos bancos e o seu deslocamento para a margem direita, com taxas de migração variadas. O Perfil A demonstra uma margem esquerda estável e com pequenas variações de profundidade, enquanto o comportamento do Banco do Rio Branco pode ser verificado na margem direita. As constantes alterações dos Bancos do Meio e do Meio Norte podem ser verificadas no Perfil B. Uma observação interessante é relacionada à localização do canal de navegação nestes dois perfis, que esteve centrado na mesma posição ao longo da década analisada, sem oferecer riscos à navegação por apresentar profundidades sempre superiores a 14 metros. A maior variação das profundidades nos perfis transversais ao canal de navegação é observada no Perfil C, onde profundidades na ordem de 11,5 metros foram verificadas para o ano de Nota-se ainda, neste perfil, a proximidade cada vez menor entre o Banco do Meio Norte e o canal de navegação entre 2008 e 2011, atingindo valores inferiores a 1 km no ano de O Perfil D, traçado longitudinalmente ao canal de navegação, indica uma tendência regional de diminuição da profundidade para jusante, porém, com intensa modificação nas profundidades entre os diferentes anos. A comparação das superfícies batimétricas com as cartas náuticas digitais mais recentes, baixadas através do site da DHN 7, indicam uma defasagem significativa entre as condições batimétricas do Canal do Curuá e as cartas náuticas. A análise do diagrama de confiabilidade apresentando no canto superior das cartas náuticas, que mostra as áreas hidrografadas e o período de realização dos levantamentos, indica que os dados mais recentes incorporados na carta náutica obtida no ano de 2010, foram aquisitados em Por sua vez, a carta náutica obtida no ano de 2012 apresenta os resultados dos levantamentos realizados entre 2005 e Conforme informado pela equipe do SSN4 (FLORENTINO, 2012) 8, os levantamentos realizados nos anos de 2009 e 2011 geraram uma nova atualização da carta náutica em questão, ainda não disponível em formato digital 9. Para ilustrar essa situação, os trechos da batimetria de 2011, cujas cotas são inferiores a 10 metros, são apresentados na Figura 63 sobrepostos às duas últimas cartas náuticas digitais da região. 7 Site para download das cartas náuticas digitais: /download/ cartasbsb/cartas_eletronicas_internet.htm 8 FLORENTINO, C. Workshop Barra Norte realizado na COPPE / UFRJ. Comunicação pessoal, A última verificação foi realizada no dia 11 de março de

100 Figura 63: Migração dos bancos arenosos no Canal do Curuá. As áreas do levantamento batimétrico de 2011 com profundidades inferiores a 10 metros estão representadas pela superfície colorida, sobrepostas à carta náutica de 2012 (com transparência de 30%) e à carta náutica de 2010 (transparência de 70%). O comportamento dos Bancos do Meio e do Meio Norte é ilustrado na Figura 64, enquanto a Tabela 15 e a Tabela 16 apresentam as suas principais características e taxas de migração, respectivamente. A migração dos bancos variou entre 0,4 e 1,0 km/ano para ENE e observa-se uma bifurcação da extremidade nordeste do Banco do Meio, que gerou um alto batimétrico com profundidades inferiores a 10 metros em uma faixa de 2 km por 0,5 km. No geral, os bancos apresentaram comprimento médio de 11 km por 2,5 km de largura e orientação de 26 com relação ao norte, porém observa-se uma diminuição das suas dimensões com o tempo, o que caracteriza um processo de erosão recente dos bancos. 87

101 Figura 64: Migração dos Bancos do Meio e do Meio Norte entre os anos de 2004 e Tabela 15: Características dos principais bancos arenosos do Canal do Curuá. Banco Banco do Meio Banco do Meio Norte Ano Compr. (Km) Largura (Km) Azimute Área (x10 6 m 2 ) Volume (x10 6 m 3 ) Altura máxima (m) ,4 3, ,4 58,4 7, ,4 2, ,2 57,9 8, ,9 1,9 28 8,6 20,7 5, ,6 3, ,1 32,1 4, ,5 0,9 25 6,8 6,3 3,7 Tabela 16: Taxas de migração dos principais bancos arenosos do Canal do Curuá. Banco Banco do Meio Banco do Meio Norte Ano X (centróide) Y (centróide) Deslocamento (m/ano) Azimute , , , , , , , , , ,

102 FERNANDES (2010) descreveu o processo de formação e migração dos bancos arenosos na foz do amazonas, detalhando um padrão no qual após a geração dos bancos na margem esquerda da foz, eles crescem e migram ao longo do canal, até finalmente serem extintos. Para o período entre 2001 e 2006, taxas de migração na ordem de 0,66 a 1,05 km/ano foram determinadas para o Banco do Meio, com direção de migração de 60 em relação ao norte, enquanto o Banco do Meio Norte apresentou taxas na ordem de 1 km/ano para direção de migração variando entre 44,9 e 49,2 (entre 2001 e 2004; FERNANDES, 2010). Os resultados, aqui apresentados, mostram que o padrão encontrado para o Banco do Meio Norte permaneceu praticamente inalterado entre 2004 e 2011 e que as maiores modificações ocorreram no Banco do Meio, possivelmente devido à separação da extremidade norte do banco, que passou ao não ser considerada nos cálculos, diminuindo significativamente as dimensões do mesmo. 89

103 7. A SEGURANÇA DA NAVEGAÇÃO NA BARRA NORTE A Barra Norte do Rio Amazonas conta com aproximadamente 50 km de extensão no Canal do Curuá por 10 km de largura em seu trecho mais estreito. Visando demonstrar a importância da navegação na Barra Norte do Rio Amazonas, além do intenso tráfego citado na introdução e detalhado na Tabela 1, a equipe do Serviço de Sinalização Náutica do Norte (SSN4) da Marinha do Brasil, responsável pelos levantamentos hidrográficos e atualização das cartas náuticas de toda a região Amazônica, descreveu diversos encalhes de navios na Foz do Rio Amazonas entre os anos de 2011 e 2012, conforme pode ser observado na Tabela 17. Três destes acidentes estão localizados na região da Barra Norte. Tabela 17: Detalhe dos encalhes que ocorreram na Foz do Rio Amazonas entre os anos de 2011 e Os localizados na Barra Norte estão marcados com um asterisco (*). Data Hora Nome Bandeira Calado (m) Compr. (m) Lat Long 20/02/ :30 NM NORSUL SANTOS* Brasil 11,58 224,95 1, , /08/ :20 NM PRETTY LADY Malta 11,50 189,80 0, , /08/ :23 NM STELLA MARIS* Panamá 11,02 189,99 1, , /09/ :00 NM EQUINOX SEAS Cayman 11,50 189,99 0, , /09/ :20 NM ORCHID ISLAND Panamá 11,50 182,98 0, , /07/ :38 NM OCEAN MORNING* Panamá N.I. 189,99 1, , O Banco do Meio está localizado na margem direita da Barra Norte, nas proximidades do canal de navegação, e a bifurcação da sua extremidade nordeste gerou um alto batimétrico com profundidades inferiores a 10 metros. Desta forma, uma área antes considerada como navegável, passou a apresentar um risco significativo à navegação, sendo responsável pelo encalhe de 2 navios de grande porte no ano de 2011, conforme verificado na Tabela 17. A Figura 65 ilustra o deslocamento do Banco do Meio Norte e Banco do Meio entre os anos de 2008 (representado na carta náutica) e 2011 (representado pela superfície batimétrica 3D sobreposta à carta náutica, onde os trechos com profundidades inferiores a 10 metros estão em destaque), além de mostrar a localização dos pontos de encalhe dos navios supracitados. 90

104 Figura 65: Deslocamento dos Bancos do Meio Norte e do Meio com base nos dados de 2008, representados pela carta náutica, e 2011, representados pela superfície batimétrica, destacando os pontos de encalhe de navios na Barra Norte do Rio Amazonas entre os anos de 2011 e O acompanhamento das alterações morfológicas dos bancos arenosos do Canal do Curuá representa um dos maiores desafios à segurança da navegação na região amazônica. Outro fator que deve ser levado em consideração é referente à redução das sondagens, conforme detalhado no capítulo 5. Uma vez em posse de informações atualizadas e capazes de representar a realidade local, técnicas de visualização tridimensional podem tornar as operações marítimas ainda mais seguras por permitir uma rápida compreensão do cenário TÉCNICAS DE VISUALIZAÇÃO 3D Visando ilustrar uma técnica de visualização 3D, foi criado um cenário tridimensional para a região da Barra Norte do Rio Amazonas com a representação da batimetria mais recente disponibilizada pela MB para o Canal do Curuá. Requisições deste tipo têm sido solicitadas pela Capitania dos Portos do Rio de Janeiro a fim de definir a melhor rota de navegação e autorizar manobras de alto risco na Baía de Guanabara em canais de acesso a portos e estaleiros. Utilizando-se um GPS dedicado na embarcação, é possível acompanhar a navegação em tempo real, o que constitui uma importante ferramenta para a tomada de decisões e redução dos riscos, conforme reportado por FORD (2002). 91

105 7.3.1 Fledermaus Como base para criação do cenário tridimensional da Barra Norte do Rio Amazonas foi utilizado o programa Fledermaus, versão Professional b, desenvolvido pela IVS3D (Interactive Visualization Systems, Inc.). Segundo MAYER (2000), este programa iterativo de visualização e exploração 3D, foi desenvolvido para facilitar a análise e interpretação de grandes volumes de dados (na ordem de 10 a 100 MB). Quando propriamente trabalhadas e georeferenciadas, complexas bases de dados podem ser apresentadas de forma natural e intuitiva, permitindo a integração de diversos componentes, cada um com sua resolução espacial e temporal, sem comprometer a natureza quantitativa dos dados. Sombras, iluminação solar artificial e renderização 3D podem ser aplicadas aos dados batimétricos em modelos de terreno digitais, causando uma sensação natural que facilita a interpretação. Escalas de cores podem ser aplicadas para representar as profundidades ou outros parâmetros (como propriedades dos sedimentos) que por sua vez, podem ser sobrepostos aos DTMs, assim como uma imagem de alta resolução pode ser representada sobre a batimetria. Todos os pontos do cenário podem ser avaliados quanto às coordenadas, profundidade ou qualquer outro atributo previamente definido. Perfis bidimensionais podem ser realizados de forma rápida e iterativa. O cenário (ilustrado na Figura 66) foi criado considerando-se as seguintes informações: carta náutica da região, batimetria mais recente do Canal do Curuá, cujo LH foi realizado em 2011, delimitação do canal de navegação de acordo com a 10ª edição da carta náutica n⁰ 201, principal rota de navegação e rota de navegação crítica nas proximidades dos bancos. Para representação da embarcação, foi utilizado um navio de containers no qual o modelo 3D estava disponível na internet e pode ser importado no Fledermaus. A metodologia para elaboração do cenário é apresentada no Apêndice D. Para ilustrar a potencialidade desta ferramenta na segurança da navegação, foi realizado o playback de duas rotas específicas, uma sobre um trecho próximo aos bancos arenosos da margem direita do Canal do Curuá e outra na parte central do canal de navegação, indicando o que pode ser visualizado, como por exemplo, perfis batimétricos de um segmento do fundo marinho em relação ao ponto central da embarcação ou até mesmo alguns metros à frente, conforme definido pelo usuário. Um vídeo com a simulação da navegação no Canal do Curuá pode ser encontrado na seguinte página da internet: 92

106 Figura 66: Cenário da simulação tridimensional detalhando os objetos e janelas de visualização presentes na cena (carta náutica, modelo de terreno digital, balizamento do canal, embarcação, rotas de navegação, perfil 2D, além de dois pontos de vista, planta e perspectiva).

107 8. CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES A morfodinâmica recente da Barra Norte do Rio Amazonas, principal via de comunicação entre o Oceano Atlântico e a região amazônica, foi investigada com base em dados de multifeixe no canal de navegação principal e monofeixe no Canal do Curuá e Região ao Largo. Foi possível identificar feições de ordem centimétrica como pequenas dunas com cm de altura por 10 metros de comprimento até mega dunas com 4 metros de altura por 200 metros de comprimento, além de bancos arenosos com 7-17 km de extensão e que atingem profundidades inferiores a 5 metros oferecendo risco à navegação. A presença de lama fluida também foi observada. Os principais tipos de fundo encontrados na Barra Norte através dos dados de multifeixe corresponderam às dunas, mega dunas, lineamentos, fundo liso e transição, sendo detalhadamente analisados em termos de características e distribuição espacial. O padrão de altura por profundidade das dunas sugere que o fator que mais influencia sua altura no Canal do Curuá está relacionado ao tamanho e disponibilidade de sedimentos e não à profundidade local. Os lineamentos foram identificados pela primeira vez para o Canal do Curuá. Seu formato irregular e paredes íngremes, que chegam a atingir 30, permitem classificá-los como sendo do tipo 1C, que se desenvolvem em fluxos unidirecionais estáveis onde há um balanço entre sedimentação e erosão. A alta intensidade de retroespalhamento do sinal observada nestes trechos é indicativa da presença de um sedimento mais compactado e associado às amostras de fundo, que demonstram altas taxas de silte e argila nas áreas dos lineamentos (valores superiores a 90%), corroboram o padrão descrito na literatura. Observou-se uma diminuição gradativa da profundidade em direção à boca do estuário, com gradiente regional de 1:6500 onde, localmente, as maiores variações estavam associadas à presença de diferentes formas de fundo. A integração das informações batimétricas e sedimentológicas do Canal do Curuá indicam o predomínio das fácies arenosa e lamosa com distribuição variada. Na Região ao Largo há o predomínio da fácie lamosa. Foram tecidas considerações preliminares sobre o comportamento da camada de lama fluida com base nos dados de monofeixe. Os registros digitais não apresentaram diferença significativa entre a alta e baixa frequencia, indicando que o gradiente de densidade na lama é tão acentuado que grande parte do sinal de baixa frequencia é refletido de volta ao transdutor e o restante se perde, possivelmente na 94

108 forma de ruídos. A análise dos ecogramas permitiu inferir o comportamento da lama, que apresentou um gradativo aumento de espessura em direção à plataforma continental até atingir valores na ordem de 3,4 metros no trecho analisado. Os principais bancos arenosos do Canal do Curuá (Banco do Meio e do Meio Norte) apresentaram taxa de migração entre 0,4 e 1,0 km/ano para ENE, com diminuição das suas dimensões com o tempo, caracterizando um processo de erosão recente dos bancos. Nota-se uma bifurcação da extremidade nordeste do Banco do Meio entre os anos de 2008 e 2011, originando um alto batimétrico com profundidades inferiores a 10 metros, responsável pelo encalhe de dois navios graneleiros em 2011, de um total de seis encalhes verificados na Foz do Rio Amazonas entre 2011 e Com relação à redução das sondagens, tanto a técnica de zoneamento discreto utilizada pela Marinha do Brasil, quanto a técnica que considera dados de nível oriundos de modelos numéricos, puderam ser investigadas para dados de monofeixe e multifeixe. Os dois métodos apresentaram desníveis que podem ser considerados significativos para dados de multifeixe, já que a grande densidade de sondagens faz com que mesmo 10 cm de diferença entre linhas fique evidente na superfície batimétrica final. Uma boa concordância foi verificada em mais do que 50% das linhas, e uma melhoria na ordem de 10% foi observada ao considerar a técnica de redução com base em modelagem numérica. Os resultados do modelo tenderam a superestimar os valores de maré com desníveis na ordem de até 0,5 metros para o Canal do Curuá e 1 metro na Região ao Largo, indicando uma maior dificuldade em prever o comportamento da onda de maré nesta área, onde são verificadas as menores profundidades e a presença de lama fluida. Quanto aos dados de monofeixe, observa-se uma superfície ligeiramente mais uniforme naquela que considerou o emprego da modelagem numérica para a redução das sondagens, com diferenças de até 1 metro entre as duas superfícies. A elaboração de um cenário tridimensional para a Barra Norte do Rio Amazonas no programa Fledermaus, permitiu indicar o quanto as técnicas de visualização em perspectiva facilitam a compreensão do cenário, possibilitando otimizar o processo de tomada de decisões. E ainda, o uso de ferramentas deste tipo, ligadas ao sistema de posicionamento da embarcação, permitem o acompanhamento da navegação em tempo real. De acordo com os resultados aqui obtidos, ficam as seguintes recomendações para trabalhos futuros: 95

109 Em áreas com grande variação espacial da maré, deve-se buscar realizar a redução das sondagens com base em resultados de modelos hidrodinâmicos calibrados através de medições que contemplem diversas estações com séries temporais longas, a fim de se evitar a criação de degraus na superfície batimétrica. Para o Canal do Curuá, após cada levantamento hidrográfico, deve-se determinar o período máximo para a realização de um novo levantamento de acordo com a distância entre bancos e o canal de navegação (pode-se considerar uma taxa de migração conservativa para os bancos, na ordem de 1,5 km/ano e direção ENE, a fim de determinar o tempo em que os bancos levarão para alcançar o canal), além do tempo necessário para processamento dos dados e atualização das cartas náuticas. Estender a área dos levantamentos do Canal do Curuá para SW, até a longitude de Ponta do Céu, a fim de cobrir a área das mega dunas. A análise da migração destas feições permitirá obter mais informações sobre as condições hidrodinâmicas predominantes neste trecho, assim como os processos de transporte de sedimentos. Para levantamentos na Região ao Largo, utilizar ecobatímetro de dupla frequencia com registro tanto das profundidades quando dos ecogramas. É importante ressaltar que esses dados devem ser analisados em conjunto com outras técnicas de investigação como perfilagem da coluna d água com uso de densímetro e coleta de amostras de sedimento, a fim de determinar a camada de lama disponível para navegação. Utilizar, sempre que possível, um programa de navegação tridimensional capaz de proporcionar uma maior segurança à navegação por tornar o processo de tomada de decisão mais rápido e intuitivo. 96

110 9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALLEN, J.R.L., Sand Waves: A model of origin and internal structure. Sedimentary Geology, 26, p ANTUNES, The importance of the Tidal Datum in the Definitions of Maritime Limits and Boundaries. IBRU Maritime Briefing, v.2, n 7. ARENTZ, M.F.R., A modelagem hidrodinâmica como auxílio a navegação no Canal Norte do Estuário do Amazonas. Dissertação de M.Sc., COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro, Brasil. 166p. AYRES, A.; FALCÃO, L.C.; AMARAL, P.J.T., Caracterização de ecofácies na margem continental norte brasileira estado do conhecimento. Revista Brasileira de Geofísica, v. 27, supl. 1, p ASHLEY, G.M., Classification of large-scale subaqueous bedforms: A new look at an old problem. Journal of Sedimentary Petrology, v. 60, n 1, p BEARDSLEY, R.C. ; CANDELA, J.; LIMEBURNER, R. ; GEYER, W.R.; LENTZ, S.J.; CASTRO, B.M.; CACCHIONE, D.; CARNEIRO, N., The M2 Tide in the Amazon Shelf. Journal of Geophysical Research, v. 100 (C2): CALDER, B.R. & WELLS, D.E., CUBE User Guide, University of New Hampshire, Center for Coastal and Ocean Mapping / Joint Hydrographic Center, Durham, NH, 57p. CARIS, CARIS HIPS and SIPS: Bathymetric & Sonar Data Processing Training Manuals. CDP, Companhia Docas do Pará. Disponível em:< porto.php?nidporto=3>. Acesso em 02 de novembro de CDSA, Companhia Docas de Santana. Disponível em:< santana.com.br>. Acesso em 13 de março de CLARKE, J.H., Historical Perspective and Course Overview. 51st UNB OMG / UNH CCOM Multibeam Sonar Training Course. Rio de Janeiro, RJ. COLEMAN, J.M.; PRIOR, D.B.; ADAMS, C.E.Jr., Erosional furrows on continental shelf edge, Mississippi delta region. Geo-Marine Letters, v. I, p

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116 ANEXO A Especificações Técnicas dos Equipamentos

117 C-Nav2050 C-NAV DGPS The C-Nav2050 is an All-in-view receiver with 26 tracking channels (12 channels for L1 GPS, 12 channels for L2 GPS and two channels for Satellite Based Augmentation System [SBAS]) and an L-Band demodulator for reception of C-Nav correction service. The sensor can output raw data as fast as 50Hz and Position Velocity Time (PVT) data as fast as 25Hz through two 115kbps serial ports. THE C-NAV2050 FAMILY OF RECEIVERS: The C-Nav2050G navigation system is fully compliant with IMO and IEC specifications for shipboard GPS (Wheelmark and US Coast Guard compliant). The C-Nav2050G provides 64MB internal memory for data storage and provides the user with up to 5Hz measurement and position solutions. In addition, optional 10Kz and 25Hz Fast Positioning Update rates are available as well as raw data measurement outputs at 10Hz, 25Hz or 50Hz. The C-Nav2050M has all the standard features of the C-Nav2050G plus a 1PPS output port and a combined Event/CAN Bus interface port. In addition, 25Hz Fast Position Update rate is available and optional raw data measurement outputs up to 50Hz, and optional Real-Time Kinenatic PVT solution is available at 5Hz. The C-Nav2050R has all the standard features of the C-Nav2050G but provides for two L-Band signal connections, one for the Dual Frequency GPS antenna and the second for a hi-gain L-Band communication satellite antenna. The C-Nav2050 GPS family of receivers provides positioning services on a global basis. *IMO require all SOLAS class ships to carry a type-approved GPS and further that any new GPS installation shall be compliant with the new performance standard for GPS. This was defined by MSC 112(73) and resulted in the associated test standard IEC Ed C-NAV GPS GIVES YOU THE WORLD. ONE DECIMETER AT A TIME.

118 C-NAV2050 T E C H S P E C S FEATURES All-in-view tracking on 26 channels (12-channels for L1/L2 GPS + 2-channels for SBAS) Global decimeter-level accuracy using C-Nav corrections Fully automatic acquisition of satellite broadcast corrections Configurable for global L-band satellite coverage RTG, WAAS, EGNOS Rugged and lightweight package for mobile applications Accepts external GPS correction input in NCT, RTCM v2.2 or CMR format L1 & L2 full wavelength carrier tracking C/A, P1 & P2 code tracking User programmable output rates Minimal data latency 2 separate SBAS (WAAS/EGNOS) channels Superior interference suppression Patented multipath rejection Supports NMEA 0183 v3.01 messages Self-survey mode (position averaging) CAN bus interface (C-Nav2050M only) 1PPS Output (C-Nav2050M only) Event Marker (C-Nav2050M only) PHYSICAL/ENVIRONMENTAL Size (L x W x H): Weight: External Power Input Voltage: Consumption: Connectors I/O Ports: DC Power: RF Connector: CAN bus + Event: 1PPS Output: 8.18 x 5.67 x 3.06 (20.8 x 14.4 x 7.8 cm) 4 lbs (1.81 kg) VDC <8 W 2 x 7 pin Lemo 4 pin Lemo TNC (with 5 VDC bias for antenna/lna) 5 pin Lemo (2050M only) BNC (2050M only) Temperature (ambient) Operating: -40º C to +55º C Storage: -40º C to +85º C Humidity: 95% non-condensing Tested in accordance with MIL-STD-810F for: Low pressure, solar radiation, rain, humidity, salt fog, sand and dust, and vibration PERFORMANCE GPS RECEIVER PERFORMANCE Real-time Kinematic Accuracy (RTK Option Only) Relative position: Centimeter level Real-time C-Nav DGPS Accuracy Position (H): <10 cm Position (V): <15 cm Velocity: 0.01 m/s Pseudo-range Measurement Precision (RMS) Raw C/A code: Raw carrier Phase noise: 42 db-hz L1: db-hz L2: db-hz User Programmable Output Rates PVT: 25Hz, 10Hz, 5Hz, or slower Raw data: 50Hz, 25Hz, 10Hz, 5Hz, or slower Data Latency PVT: < 20 ms at all nav rates Raw data: < 20 ms at all rates Time-to-first-fix Cold Start, Satellite Acquisition: < 60 seconds (typical) Satellite Reacquisition: Dynamics Acceleration: Speed*: Altitude*: 1PPS Resolution < 1 second up to 6g < 515 m/s < 60,000 ft 12.5nS (C-Nav2050M only) I/O CONNECTOR ASSIGNMENTS Data Interfaces: COMMUNICATIONS PORT FUNCTIONS NCT Proprietary: Data, Control RTCM I/O: Code Corrections NMEA Output: Data *Restricted by export laws 2 serial ports; from 1200 bps to kbps CAN Bus I/F (C-Nav2050M only) Event Marker I/P (C-Nav2050M only) INPUT/OUTPUT DATA MESSAGES NCT Proprietary Data: PVT, Raw Measurement, Satellite Messages Nav Quality, Receiver Commands NMEA Messages (Output): Code Corrections: LED DISPLAY FUNCTIONS (DEFAULT) Link (Selectable) Base Station GPS Position Quality ALM, GGA, GLL, GSA, GSV, RMC, VTG, ZDA, and GST RTG (proprietary) Internal LBM WCT (proprietary) Internal LBM SBAS (WAAS/EGNOS) Internal GPS DGPS (RTCM Type 1, 3 & 9) External I/O RTK (RTCM, CMR, NCT) COMPLIANCE/APPROVALS Compliance with the following standards: > IMO performance standard for GPS > IEC > IEC > IEC Type approvals: > Wheelmark > USCG LAFAYETTE 730 E. KALISTE SALOOM RD. LAFAYETTE, LOUISIANA TEL: (+1) FAX: (+1) HOUSTON SHADOW WOOD DR., STE. 100 HOUSTON, TEXAS TEL: (+1) FAX: (+1) SOUTH AFRICA #5 MELODIE ROAD KIRSTENHOF 7945, SOUTH AFRICA TEL: (+27) FAX: (+27) BRASIL AV. CHURCHILL, 109, 11ºANDAR, CEP RIO DE JANEIRO BRASIL TEL: (+55) FAX: (+55) SINGAPORE 39 CHANGI SOUTH AVE2, APICO INDUSTRIAL BUILDING #04-05 SINGAPORE TEL: (+65) FAX: (+65) Specifications subject to change without notice.

119 EA 600 New generation precision hydrographic echo sounder / Rev. J / November 2005

120 Functionality Easy to operate For maximum flexibility and ease of operation, the EA 600 Series hydrographic single beam echo sounders use Windows XP based software. You can operate the complete echo sounder using the ergonomically designed trackball supplied. Individual screen presentation You can set up the display picture to suit your special needs. You can choose different windows on the screen for echogram, bottom expansion, A-scope and digital depth. You can even control all the functions in the EA 600 with just a click on the screen. These functions include comprehensive context sensitive online help. Save your favourite settings and call them back when you need them. Need multiple channels? Up to four high-power transceivers can operate simultaneously from the EA 600. For improved performance, they are installed close to the transducers and linked to the combined display and processor with a single data cable. Available frequencies span from 12 to 710 khz. A variety of highly efficient transducers is available to suit all your operational needs from extreme shallow to 10,000 m water depths. Replay and storage Internal storage of all sample data, including all input signals for replay use or exporting. The replay file can be divided into n new files by using the replay dialogbox. Easy to install With the EA 600, you only need a standard data cable between the transceiver unit(s) and the combined display and processor. The transceiver(s) can either be located close to the transducers, or in the vincinity of the display. The powerful processing tasks required does not take up any physical space any longer, as the former Processor Unit has been fully integrated with the LCD unit. System software The EA600 has a USB port in front where a read/write CD-ROM or DVD can be connected. Systen software is supplied on a CD ready for installation, as are subsequent software releases. Data storage may also be performed via this interface. Typical system configuration (CD6436D) HUB General Purpose Transceivers (GPT) SIMRAD GPT SIMRAD GPT Alternative 1 Colour LCD display with built-in CPU, One or two transceivers units for dry area environment (IP40), each with one or two transducers. Alternative 2 Colour LCD display with built-in CPU. One or two transceivers installed in housing for rough area environment ( IP55), each with one or two transducers.

121 Unique features Frequency (khz) Transducer Tx power (kw) (CD24102B) CombiD CombiD CombiD m m 500 m Assumptions: - Salinity: 3.5% 800 m O - Temperature: +10 C - Average bottom - Max pulse length used 1400 m 1500 m m m Calculated detection depths m m m / Windows XP operation. Up to four frequencies displayed Independent frequency operation, simultanous transmission Built-in bitmap data storage: depth, position, heave and annotations. Raw data storage with replay xyz, ASCII format for processing Depth data storage with sensor data included Memory of favourite settings A-scope 160 db dynamic range Non-saturating receiver Simultanous use of electronic chart or post-processing software (HyPack, Hydro, QUINSy) High resolution side-scan option Colour printer output Input and output data are time stamped to 1/100 seconds Sophisticated software algorithms for bottom tracking Sound velocity profile compensation, edit the profiles with built-in software tool Sound velocity input Interface to remote depth display and multibeam sounders for mesurements on centre beam Alongtrack slope measurements Data logging from replay files Passive listening mode 12 khz (for pinger tracking) Multipulse mode 19-inch rack mounts available The digital technology of the EA 600 makes on-line printing of echograms obsolete. Depth soundings with positioning data and echograms can be stored internally on the echo sounder s hard disk, and archived on CD ROM. Stored echograms and depth sounding profiles can easily be retrieved at any time for display and verification purposes m

122 Technical specifications System Display/computer HOS 192 (integrated unit): Size: 19 inch LCD Resolution: 1280 x 1024 pixels Operating system: Windows XP Storage capacity: Minimum hard disk size: 30 Gb CD / DVD: External (USB) Language: English (Other lan guages on request) Supply voltage: 115 / 230 Vac Display range: Minimum: 5 m Maximum: 15,000 m Modes: Manual, Auto start, Auto range Display phasing: Modes: Manual or Auto Maximum range: 10,000 m Display bottom expansion: Minimum: 5 m Maximum: 5,000 m A-scope: Screen or expanded area Echogram recording: unlimited (disk space) Colour printer: Optional Variable sound velocity: 1,400 to 1,700 m/sec Ping rate: Max 20 pr. second Resolution: 1 cm Accuracy (Assuming correct sound velocity, transducer depth and shortest pulse length): 710 khz and 200 khz: 1 cm 120 khz: 2 cm 38 khz: 5 cm 18 khz: 10 cm 12 khz: 20 cm Interfaces 4xRS232 serial ports, baud rate Data output (NMEA 0183) serial line or Ethernet: Simrad and Atlas $--DBS, $--DBT and $--DBT NMEA formats Atlas depth datagram Echogram datagram Data input (NMEA 0183) serial line or Ethernet: GPS (DGPS - pos, date, time) Any format on serial line (ASCII) Motion sensor data (serial, network/analog) Sound velocity profile data Annotations: Event marker Text annotation (internal/external) Connection 2xNetwork connection for exporting of data and connection to EA GPT Printer connection USB connection(4x) Data storage Raw data History data Output data Echogram data xyz data Text file General Purpose Transceiver (GPT) Operating frequencies: 1 or 2 Single beam frequencies: 12, 18, 33, 38, 50, 70, 120, 200, 210 or 710 khz Power output: 12 to 50 khz Variable up to 2 kw 70, 120, 200 and 210 khz: Variable up to 1 kw 710 khz: 100 W Supply voltage: 95 to 265 Vac, or 12 Vdc, 50 to 100 W Physical dimensions General Purpose Transceiver: Height: 112 mm Depth: 246 mm Width: 284 mm Weight (approximately): 5 kg HOS 192 unit: Height: 410 mm Depth: 134 mm Width: 450 mm Weight (approximately): 12 kg IP55 cabinet: Weight with 1 GPT (approximately): 25 kg Weight with 2 GPTs (approximately): 30 kg Kongsberg Maritime AS Strandpromenaden 50 P.O.Box 111 N-3191 Horten, Norway Telephone: Telefax: subsea@kongsberg.com

123 EM 3002 Multibeam echo sounder The new generation high performance shallow water multibeam (EM 3000 data from Storegga Slide off the Norwegian coast. Courtesy of Norsk Hydro) ( / Rev.D / March 2004)

124 System description Key facts The EM 3002 is a new advanced multibeam echo sounder with extremely high resolution and dynamically focused beams. It is very well suited for detailed seafloor mapping and inspection with water depths from less than 1 meter up to typically 150 meters in the ocean. Maximum depth capability is strongly dependant on water temperature and salinity, up to 300 meters is possible under favorable conditions. Due to its electronic pitch compensation system and roll stabilized beams, the system performance is stable also in foul weather conditions. The spacing between soundings as well as the acoustic footprints can be set nearly constant over the swath in order to provide a uniform and high detection and mapping performance. Dynamic focusing of all receive beams optimizes the system performance and resolution for short range applications such as underwater inspections. Typical applications Mapping of harbours, inland waterways and shipping channels with critical keel clearance Inspection of underwater infrastructure Detection and mapping of debris and other underwater objects Detailed surveys related to underwater construction work or dredging Environmental seabed and habitat mapping Mapping of biomass in the water column Features The EM 3002 system uses one of three available frequencies in the 300 khz band. This is an ideal frequency for shallow water applications, as the high frequency ensures narrow beams with small physical dimensions. At the same time, 300 khz secures a high maximum range capability and robustness under conditions with high contents of particles in the water. EM 3002 uses a new and very powerful sonar processor in combination with the same sonar head used with the popular and highly acclaimed EM 3000 system. The increase in processing power makes it possible to apply sophisticated and exact signal processing algorithms for beamforming, beam stabilisation, and bottom detection. The bottom detection algorithm is capable of extracting and processing the signals from only a part of each beam, thus making it possible to obtain independent soundings even when beams are overlapping. EM 3002 will in addition to bathymetric soundings, produce an acoustic image of the seabed. The image is obtained by combining the acoustic return signals inside each beam, thus improving signal to noise ratio considerably, as well as eliminating several artifacts related to conventional sidescan sonars. The acoustic image is compensated for the transmission source level, receiver sensitivity and signal attenuation in the water column, so that reliable bottom backscatter levels in db are obtained. The acoustic seabed image is compensated for acoustic raybending and thus completely geo-referenced, so that preparation of a sonar mosaic for a survey area based upon data from several survey lines is easy. Objects observed on the seabed image are correctly located and their positions can be readily derived. Operator Station The Operator Station is a ruggedized PC workstation running on either Linux or Microsoft Windows XP. The Operator Station software, SIS, has been completely redesigned and expanded compared to the EM 3000 software, adding 3D graphics, real-time data cleaning and electronic map background. The EM 3002 can be set up to use other operational software than SIS, for example QPS QINCy or Coastal Oceanographics HYPACK Max, and is also supported by software from Triton Elics International, EIVA and others. Note that Kongsberg Maritime AS does not take any responsibility for system malfunction caused by third-party software. Full swath width accuracy to the latest IHO standard Swath width up to 10 x water depth or 200 m Depth range from < 1 meter to > 150 meters Bottom detection by phase or amplitude 100% bottom coverage even at more than 10 knots vessel speed Real-time ray bending and attitude compensation Seabed image (sidescan) data output Sonar heads for 500 or 1500 meters depth rating

125 0 S 1 S 2 S V + 3,3 V Multibeam POWER Advanced functions Storage media Operator Station Interfaces: Sound Speed Sensor Tide Center depth output Bottom detection uses a combination of amplitude and phase processing in order to provide a high sounding accuracy over the whole swath width. Internal Ethernet Serial interfaces: Positioning systems Attitude (roll, pitch and heave) Heading Clock Special interfaces: Trigger input/output Clock synchronization Supply voltage: 115 or 230 Vac 50/60 Hz EM 3002 Echo Sounder Processing Unit Sonar Head Optional, may also be connected to the ship's ethernet. Ethernet Second Sonar Head (optional) Typical system confi guration with desktop Operator Station, Processing Unit and one or two Sonar Heads. (CD21510) All beams are stabilized for pitch and roll movements of the survey vessel, by electronically steering the transmit beam as well as all receive beams. Dynamic focusing of the receive beams is applied in order to obtain improved resolution inside the acoustic near-field of the transducer. Swath coverage with one sonar head reaches 130 degrees, but can be manually limited while still maintaining all beams inside the active swath. For deeper waters the swath width will be reduced due to reduced signalto-noise margin. The system will automatically re-locate all beams to be within the active swath. With two sonar heads the swath width will reach 200 degrees to allow for inspection of constructions up to the water surface, as well as for efficient mapping of beaches, rivers and canals. Operator controlled equidistant or equiangular beam spacing. Real time compensation for acoustic raybending is applied. Imaging of objects in the water column is offered as an option. This is an example on how the SIS software can be used.

126 Technical specifications Operational specifications Frequencies...293, 300, 307 khz Number of soundings per ping: Single sonar head... Max 254 Dual sonar heads... Max 508 Maximum ping rate...40 Hz Maximum angular coverage: Single sonar head degrees Dual sonar heads degrees Pitch stabilisation...yes Roll stabilisation...yes Heave compensation...yes Pulse length µs Range sampling rate...14, 14.3, 14.6 khz Depth resolution...1 cm Transducer geometry...mills cross Beam pattern... Equidistant or equiangular Beamforming: Time delay with shading Dynamically focused receive beams Seabed image data Composed from beamformed signal amplitudes Range resolution 5 cm. Compensated for source level and receiver sensitivity, as well as attenuation and spherical spreading in the water column. Amplitude resolution: 0.5 db. External sensors Position Heading Motion sensor (Pitch, roll and heave) Sound velocity profile Sound velocity at transducer. Clock synchronisation (1 PPS) Environmental and EMC specifications The system meets all requirements of the IACS E10 specification.the Operator Station, LCD monitor and Processing Unit are all IP22 rated. Dimensions and weights Sonar head: Shape...Cylindrical Housing material... Titanium Diameter mm Height mm Weight kg in air, 15 kg in water Pressure rating m (1500 m option) Sonar Processing Unit: Width mm Depth mm Height mm Weight kg Operator Station: Width mm Depth mm Height mm Weight...20 kg 17.4 industrial LCD monitor: Width mm Depth mm Height mm Weight kg Resolution x 1024 pixels All surface units are rack mountable. Dimensions exclude handles and brackets. Kongsberg Maritime is engaged in continuous development of its products, and reserves the right to alter the specifications without further notice. HYPACK Max is a trademark of Coastal Oceanographics Inc. QINSy is a trademark of QPS. Kongsberg Maritime AS Strandpromenaden 50 P.O.Box 111 N-3191 Horten, Norway Telephone: Telefax: subsea@kongsberg.com

127 APÊNCIDE A Procedimento para Realização de Patch Test A Tabela 1 apresenta uma síntese do procedimento a ser realizado para calibração do multifeixe em campo, denominada Patch Test. O sucesso da calibração do sistema é proporcional à correta identificação das áreas para realização dos testes e execução das linhas, podendo inviabilizar o processamento dos dados em caso de falhas nessa etapa. A ordem entre as calibrações de caturro, azimute e balanço, pode ser alterada, mas com devida atenção. As ilustrações foram criadas com base em R2SONIC (2009) 1. 1 R2SONIC (2009). R2Sonic LCC Multibeam Training The Patch Test. 6p. Disponível em: < >. Acesso em 16 de março de 2013.

128 Tabela 1: Síntese do procedimento a ser realizado durante a calibração do multifeixe no campo (Patch Test). Latência (Timing) Caturro (Pitch offset) Azimute (Yaw offset) Balanço (Roll offset) Correções prévias Nenhuma além das distâncias entre sensores (offsets estáticos) Latência Latência e caturro Latência, caturro e azimute Linhas a serem realizadas 2 linhas no mesmo sentido em uma área com um alvo, sendo 2 velocidade diferentes 2 linhas recíprocas com a mesma velocidade porém, sentidos opostos, em uma área com um alvo 2 linhas no mesmo sentido, com um alvo na extremidade da área varrida, apresentando sobreposição entre as linhas de 10 a 25% na área do alvo 2 linhas recíprocas com a mesma velocidade porém, sentidos opostos, em uma área plana Diagrama esquemático Característica a ser avaliada Deslocamento entre os alvos no sentido da navegação Deslocamento entre os alvos no sentido da navegação Deslocamento entre os alvos no sentido da navegação Deslocamento do fundo no sentido transversal a navegação Formulação para determinação do fator de correção T D V1 V 2 T = Correção de timing D = deslocamento do alvo V1 V 2 = Diferença entre as velocidades D P tan 1 ( ) Z 2 P = correção de pitch D = deslocamento do alvo Z = profundidade local D Y tan 1 ( ) X 2 Y = correção de yaw D = deslocamento do alvo X = distância horizontal do alvo ao nadir R Z tan 1 ( ) 2 O R = correção de roll Z = variação da profundidade na extremidade das 2 linhas X = distância horizontal do nadir ao ponto de determinação do Z

129 APÊNDICE B Maregrafia no Caris HIPS & SIPS Para redução das sondagens no Caris HIPS and SIPS, deve-se criar um arquivo com extensão.tid para cada estação maregráfica. Um exemplo é apresentado ao lado e deve conter uma linha inicial com pelo menos 8 traços seguido das informações maregráficas, sendo: data(aaaa/mm/dd) hora elevação Para considerar as diversas estações, será necessário criar um arquivo de definição das zonas (.zdf; Tide Zone Definition) cujo exemplo é apresentado a seguir: [ZONE_DEF_VERSION_3] Campo obrigatório que especifica a versão do formato do arquivo [ZONE] Contém o nome da zona e as coordenadas que definem o seu limite. Existem dois campos nas duas primeiras linhas: <Zone Label> contém o nome da zona (não deve ser superior a 256 caracteres) Número de pontos que definem o limite: as demais linhas nesta seção listam as coordenadas geográficas desses pontos (latitude e longitude) em décimos de graus. A última linha deve conter as mesmas coordenadas que a primeira linha a fim de fechar o polígono. Essa seção deve ser repetida para cada uma das zonas a serem definidas e estas não podem se sobrepor.

130 [TIDE_ZONE] Contém os atributos que definem os parâmetros de maré de cada uma das zonas. Existem sete campos nessa seção: Tide zone label Deve conter o nome da zona definida na seção [ZONE] Tide station label Nome da estação associada a esta entrada Priority Designa a prioridade a ser dada a cada estação, sendo: primária (PRIM), secundário (SEC), terciária (TER) ou preliminar (PRELIM). Time correction Defasagem temporal para esta zona (em minutos) Range correction Um fator de escala multiplicador, usado para escalonar o valor de amplitude de maré às leituras do arquivo de observações. Tidal shift Um número em metros adicionado aos valores após a correção de amplitude ter sido aplicada Uncertainty Valor de incerteza relacionado ao zoneamento para cálculo do Tidal Zone Error. [TIDE_STATION] Contém as definições das estações maregráficas. Existem 6 campos para cada registro nessa seção: Station Label nome da estação maregráfica Latitude (graus decimais) Valores negativos representam o hemisfério sul Longitude (graus decimais) Valores negativos representam o hemisfério oeste Amplitude máxima (em metros) Valor máximo esperado para a estação maregráfica. Este valor será usado para calcular um fator de escala durante os cálculos de TPU. Incerteza Erro associado aos dados da estação (em metros) [opcionais] Caminho completo e nome do arquivo de maré associado à identificação da estação. Se este caminho for omitido, o HIPS irá buscar um arquivo de observações no mesmo diretório que está o arquivo.zdf, com o nome <Station_Label>.tid [TIDE_AVERAGE] Define estações maregráficas a certas zonas para aplicar média-móvel. Cada registro deve ter pelo menos 2 campos de estações, pois cada zona pode ter uma ou mais estações maregráficas para o cálculo da média-móvel. Nesta seção, temos: Zone label nome da zona onde será realizada a média-móvel, conforme definido na seção [ZONE] Tide station label nome da estação maregráfica [TIDE_STATION] pode-se entrar com tantas quanto forem necessárias [OPTIONS] Contem opções usadas durante o zoneamento ou média-móvel. O campo OUTAGE limita o tempo máximo para trocar de um nível de estação prioritário para o próximo Intervalo final de dados maregráficos (em segundos) a ser carregado às linhas.

131 ZD_CURUA_2008.ZDF 29/10/2012 [ZONE_DEF_VERSION_2] [ZONE] PTACEU, , , , , , [ZONE] A1, , , , , , [ZONE] A2, , , , , , [ZONE] A3, , , , , , [ZONE] B1, , , , , , [ZONE] B2, , , , , , [ZONE] B3, , , , , , [ZONE] C1, , , , , , [ZONE] C2, , , , , , [ZONE] D, , , , , , [TIDE_ZONE] PTACEU, ,PRIM,0,1,C:\Caris_BarraNorte\Tide\ZD_2008\PTACEU.tid A1, ,PRIM,0,1,C:\Caris_BarraNorte\Tide\ZD_2008\A1.tid A2, ,PRIM,0,1,C:\Caris_BarraNorte\Tide\ZD_2008\A2.tid A3, ,PRIM,0,1,C:\Caris_BarraNorte\Tide\ZD_2008\A3.tid B1, ,PRIM,0,1,C:\Caris_BarraNorte\Tide\ZD_2008\B1.tid B2, ,PRIM,0,1,C:\Caris_BarraNorte\Tide\ZD_2008\B2.tid B3, ,PRIM,0,1,C:\Caris_BarraNorte\Tide\ZD_2008\B3.tid C1, ,PRIM,0,1,C:\Caris_BarraNorte\Tide\ZD_2008\C1.tid C2, ,PRIM,0,1,C:\Caris_BarraNorte\Tide\ZD_2008\C2.tid D, ,PRIM,0,1,C:\Caris_BarraNorte\Tide\ZD_2008\D.tid [TIDE_STATION] , , [TIDE_AVERAGE]... [OPTIONS] Outage, 60 Interval, 60 1

132 ZD_CURUA.ZDF 28/10/2012 [ZONE_DEF_VERSION_2] [ZONE] PTACEU, , , , , , [ZONE] A1, , , , , , [ZONE] A2, , , , , , [ZONE] A3, , , , , , [ZONE] B1, , , , , , [ZONE] B2, , , , , , [ZONE] B3, , , , , , [ZONE] C1, , , , , , [ZONE] C2, , , , , , [ZONE] D, , , , , , [TIDE_ZONE] PTACEU, ,PRIM,0,1,C:\Caris_BarraNorte\Tide\ZD_2011\PTACEU.tid A1, ,PRIM,0,1,C:\Caris_BarraNorte\Tide\ZD_2011\A1.tid A2, ,PRIM,0,1,C:\Caris_BarraNorte\Tide\ZD_2011\A2.tid A3, ,PRIM,0,1,C:\Caris_BarraNorte\Tide\ZD_2011\A3.tid B1, ,PRIM,0,1,C:\Caris_BarraNorte\Tide\ZD_2011\B1.tid B2, ,PRIM,0,1,C:\Caris_BarraNorte\Tide\ZD_2011\B2.tid B3, ,PRIM,0,1,C:\Caris_BarraNorte\Tide\ZD_2011\B3.tid C1, ,PRIM,0,1,C:\Caris_BarraNorte\Tide\ZD_2011\C1.tid C2, ,PRIM,0,1,C:\Caris_BarraNorte\Tide\ZD_2011\C2.tid D, ,PRIM,0,1,C:\Caris_BarraNorte\Tide\ZD_2011\D.tid [TIDE_STATION] , , [TIDE_AVERAGE]... [OPTIONS] Outage, 60 Interval, 60 1

133 MN_BNORTE_2008.zdf 16/03/2013 [ZONE_DEF_VERSION_3] [ZONE] BNRT, , , , , , [TIDE_ZONE] BNRT,3167,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,3250,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,3252,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,3334,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,3336,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,3421,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,3423,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,3508,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,3510,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,3596,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,3598,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,3684,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,3686,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,3775,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,3777,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,3861,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,3863,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,3954,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,3956,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,4048,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,4050,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,4143,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,4239,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,4338,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 [TIDE_STATION] 3167, , ,1.0,0.0,E:\Caris_BarraNorte\Tide\2008\3167.tid 3250, , ,1.0,0.0,E:\Caris_BarraNorte\Tide\2008\3250.tid 3252, , ,1.0,0.0,E:\Caris_BarraNorte\Tide\2008\3252.tid 3334, , ,1.0,0.0,E:\Caris_BarraNorte\Tide\2008\3334.tid 3336, , ,1.0,0.0,E:\Caris_BarraNorte\Tide\2008\3336.tid 3421, , ,1.0,0.0,E:\Caris_BarraNorte\Tide\2008\3421.tid 3423, , ,1.0,0.0,E:\Caris_BarraNorte\Tide\2008\3423.tid 3508, , ,1.0,0.0,E:\Caris_BarraNorte\Tide\2008\3508.tid 3510, , ,1.0,0.0,E:\Caris_BarraNorte\Tide\2008\3510.tid 3596, , ,1.0,0.0,E:\Caris_BarraNorte\Tide\2008\3596.tid 3598, , ,1.0,0.0,E:\Caris_BarraNorte\Tide\2008\3598.tid 3684, , ,1.0,0.0,E:\Caris_BarraNorte\Tide\2008\3684.tid 3686, , ,1.0,0.0,E:\Caris_BarraNorte\Tide\2008\3686.tid 3775, , ,1.0,0.0,E:\Caris_BarraNorte\Tide\2008\3775.tid 3777, , ,1.0,0.0,E:\Caris_BarraNorte\Tide\2008\3777.tid 3861, , ,1.0,0.0,E:\Caris_BarraNorte\Tide\2008\3861.tid 3863, , ,1.0,0.0,E:\Caris_BarraNorte\Tide\2008\3863.tid 3954, , ,1.0,0.0,E:\Caris_BarraNorte\Tide\2008\3954.tid 3956, , ,1.0,0.0,E:\Caris_BarraNorte\Tide\2008\3956.tid 4048, , ,1.0,0.0,E:\Caris_BarraNorte\Tide\2008\4048.tid 4050, , ,1.0,0.0,E:\Caris_BarraNorte\Tide\2008\4050.tid 4143, , ,1.0,0.0,E:\Caris_BarraNorte\Tide\2008\4143.tid 4239, , ,1.0,0.0,E:\Caris_BarraNorte\Tide\2008\4239.tid 4338, , ,1.0,0.0,E:\Caris_BarraNorte\Tide\2008\4338.tid [TIDE_AVERAGE] BNRT,3167,3250,3252,3334,3336,3421,3423,3508,3510,3596,3598,3684,3686,3775,3777,3861,3863,395 4,3956,4048,4050,4143,4239,4338 [OPTIONS] Outage,30 Interval,100 1

134 MN_BNORTE_2011.zdf 16/03/2013 [ZONE_DEF_VERSION_3] [ZONE] BNRT, , , , , , [TIDE_ZONE] BNRT,3167,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,3250,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,3252,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,3334,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,3336,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,3421,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,3423,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,3508,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,3510,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,3596,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,3598,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,3684,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,3686,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,3775,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,3777,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,3861,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,3863,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,3954,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,3956,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,4048,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,4050,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,4143,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,4239,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,4337,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,4436,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,4536,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,4648,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,4770,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 BNRT,4889,PRIM,0.0,1.0,0.0,0.0 [TIDE_STATION] 3167, , ,1.0,0.0,C:\Caris_BarraNorte\Tide\2011\FINAL\3167.tid 3250, , ,1.0,0.0,C:\Caris_BarraNorte\Tide\2011\FINAL\3250.tid 3252, , ,1.0,0.0,C:\Caris_BarraNorte\Tide\2011\FINAL\3252.tid 3334, , ,1.0,0.0,C:\Caris_BarraNorte\Tide\2011\FINAL\3334.tid 3336, , ,1.0,0.0,C:\Caris_BarraNorte\Tide\2011\FINAL\3336.tid 3421, , ,1.0,0.0,C:\Caris_BarraNorte\Tide\2011\FINAL\3421.tid 3423, , ,1.0,0.0,C:\Caris_BarraNorte\Tide\2011\FINAL\3423.tid 3508, , ,1.0,0.0,C:\Caris_BarraNorte\Tide\2011\FINAL\3508.tid 3510, , ,1.0,0.0,C:\Caris_BarraNorte\Tide\2011\FINAL\3510.tid 3596, , ,1.0,0.0,C:\Caris_BarraNorte\Tide\2011\FINAL\3596.tid 3598, , ,1.0,0.0,C:\Caris_BarraNorte\Tide\2011\FINAL\3598.tid 3684, , ,1.0,0.0,C:\Caris_BarraNorte\Tide\2011\FINAL\3684.tid 3686, , ,1.0,0.0,C:\Caris_BarraNorte\Tide\2011\FINAL\3686.tid 3775, , ,1.0,0.0,C:\Caris_BarraNorte\Tide\2011\FINAL\3775.tid 3777, , ,1.0,0.0,C:\Caris_BarraNorte\Tide\2011\FINAL\3777.tid 3861, , ,1.0,0.0,C:\Caris_BarraNorte\Tide\2011\FINAL\3861.tid 3863, , ,1.0,0.0,C:\Caris_BarraNorte\Tide\2011\FINAL\3863.tid 3954, , ,1.0,0.0,C:\Caris_BarraNorte\Tide\2011\FINAL\3954.tid 3956, , ,1.0,0.0,C:\Caris_BarraNorte\Tide\2011\FINAL\3956.tid 4048, , ,1.0,0.0,C:\Caris_BarraNorte\Tide\2011\FINAL\4048.tid 4050, , ,1.0,0.0,C:\Caris_BarraNorte\Tide\2011\FINAL\4050.tid 4143, , ,1.0,0.0,C:\Caris_BarraNorte\Tide\2011\FINAL\4143.tid 4239, , ,1.0,0.0,C:\Caris_BarraNorte\Tide\2011\FINAL\4239.tid 4337, , ,5.0,0.0,C:\Caris_BarraNorte\Tide\2011\FINAL\4337.tid 4436, , ,5.0,0.0,C:\Caris_BarraNorte\Tide\2011\FINAL\4436.tid 4536, , ,5.0,0.0,C:\Caris_BarraNorte\Tide\2011\FINAL\4536.tid 4648, , ,5.0,0.0,C:\Caris_BarraNorte\Tide\2011\FINAL\4648.tid 4770, , ,5.0,0.0,C:\Caris_BarraNorte\Tide\2011\FINAL\4770.tid 4889, , ,5.0,0.0,C:\Caris_BarraNorte\Tide\2011\FINAL\4889.tid [TIDE_AVERAGE] BNRT,3167,3250,3252,3334,3336,3421,3423,3508,3510,3596,3598,3684,3686,3775,3777,3861,3863,395 4,3956,4048,4050,4143,4239,4337,4436,4536,4648,4770,4889 [OPTIONS] Outage,500 Interval,100 1

135 APÊNDICE C Perfis Transversais As Tabelas 1 e 2 apresentam imagens dos perfis transversais realizados nos dados do multifeixe do Canal do Curuá para análise da sobreposição entre linhas considerando as técnicas de zoneamento discreto e modelagem numérica, respectivamente. Os perfis da Região ao Largo reduzidos pela modelagem numérica são apresentados na Tabela 3. Tabela 1: Ilustração dos perfis transversais do Canal do Curuá considerando a técnica do zoneamento discreto para redução das sondagens. Cada cor indica uma linha diferente. Perfil 01 Perfil 02 Perfil 03 Perfil 04 Perfil 05 Perfil 06 Perfil 07 Perfil 08

136 Tabela 1: Ilustração dos perfis transversais do Canal do Curuá considerando a técnica do zoneamento discreto para redução das sondagens. Cada cor indica uma linha diferente. Perfil 09 Perfil 10 Perfil 11 Perfil 12 Perfil 13 Tabela 2: Ilustração dos perfis transversais do Canal do Curuá considerando a técnica da modelagem numérica para redução das sondagens. Cada cor indica uma linha diferente. Perfil 01 Perfil 02 Perfil 03 Perfil 04

137 Tabela 2: Ilustração dos perfis transversais do Canal do Curuá considerando a técnica da modelagem numérica para redução das sondagens. Cada cor indica uma linha diferente. Perfil 05 Perfil 06 Perfil 07 Perfil 08 Perfil 09 Perfil 10 Perfil 11 Perfil 12 Perfil 13

138 Tabela 3: Ilustração dos perfis transversais da Região ao Largo considerando a técnica de modelagem numérica para redução das sondagens. Cada cor indica uma linha diferente. Perfil 01 Perfil 02 Perfil 03 Perfil 04 Perfil 05 Perfil 06 Perfil 07 Perfil 08 Perfil 09 Perfil 10 Perfil 11 Perfil 12

139 APÊNDICE D Metodologia para elaboração do cenário 3D Como base para criação do cenário tridimensional da Barra Norte do Rio Amazonas foi utilizado o programa Fledermaus, versão Professional b, desenvolvido pela IVS3D (Interactive Visualization Systems, Inc.). Deve-se previamente reunir as informações que se deseja exibir no cenário, neste caso: a carta náutica da região, a linha de costa, o XYZ da batimetria e as coordenadas do balizamento do canal. No Fledermaus, as seguintes opções podem ser utilizadas para assimilar essas informações: Import > Import Points, Import Lines, Import Image. O XYZ da batimetria é importado através da opção Import >Gridded data ou Ungridded data, onde se deve especificar o sistema de coordenadas horizontal e vertical do arquivo, os parâmetros de interpolação e tamanho de célula, além da escala de cores a ser utilizada. Uma vez que o DTM da batimetria tenha sido criado, pode-se criar contornos ou isóbatas com a ferramenta Tools > Contouring. Em casos de segurança da navegação, devese criar o contorno que represente a menor profundidade navegável pela embarcação em questão, neste caso, o calado máximo acrescido de um valor de segurança. Sua cor deve ser modificada a fim de evidenciar tal nível. A indicação de áreas navegáveis ou a serem evitadas pode ser realizada através da criação de um plano no cenário 3D (Tools > Add Plane), onde este plano seria posicionado de acordo com a profundidade de interesse (Set heights). Para representação fidedigna da embarcação, deve-se criar um modelo 3D utilizando-se programas específicos como o Google Sketchup ou 3D Studio Max. Estes modelos podem ser importados através da opção File > Import Model e posteriormente salvos como um objeto do Fledermaus com a extensão.sd (opção Save Object as... ao clicar com o botão direito no objeto). A embarcação deve ser adicionada ao cenário utilizando-se a opção Add > Vessel. Deve-se então indicar o modelo customizado, ajustar suas dimensões e configurar o subprograma Vessel Manager de acordo com a Figura 1. Já que diversas embarcações podem ser consideradas na simulação, deve-se ativar aquela na qual está sendo realizada a configuração. O arquivo utilizado para playback da navegação deve possuir um formato específico conforme apresentado na Figura 2, podendo ser criado no Route Planner através da ferramenta File > Export > Export Navigation Path. Outra opção está na possibilidade de recebimento pelo Fledermaus, das mensagens NMEA 1 enviadas pelo sistema de posicionamento da embarcação, em tempo real, para que se acompanhe a navegação sob uma perspectiva egocêntrica (out-of-the-window), otimizando o 1 Protocolo de transmissão de dados desenvolvido e padronizado pelo National Marine Eletronic Association.

140 processo de tomada de decisão. Neste caso deve-se ativar a opção NMEA Standard Strings na aba Message Configuration da Figura 1. Figura 1: Configurações do Vessel Manager para simulação da navegação. Figura 2: Exemplo do formato a ser seguido no arquivo de navegação.as informações indicadas pelo retângulo não devem ser modificadas. &C&C representa o modelo de formatação do arquivo; SIM, o nome da embarcação; e CENTRO_Z, a altitude média do modelo.