Preparado para: Aquaplan. Preparado por: Coastal Planning & Engineering do Brasil. Novembro de Coastal Planning & Engineering do Brasil

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1 MODELAGEM NUMÉRICA DOS PROCESSOS DE TRANSPORTE DE SEDIMENTOS E MUDANÇAS MORFOLÓGICAS COMO FERRAMENTA PARA ESTIMATIVA DA TAXA DE SEDIMENTAÇÃO DO CANAL DE ACESSO AOS PORTOS DE PARANAGUÁ E ANTONINA Preparado para: Aquaplan Preparado por: Novembro de 2010

2 ÍNDICE DE REVISÕES REV DESCRIÇÃO E/OU FOLHAS ATINGIDAS 0 ORIGINAL DATA 11/11/2010 PROJETO BR56 EXECUÇÃO VERIFICAÇÃO APROVAÇÃO REV. 0 REV. A REV. B REV. C REV. D REV. E REV. F REV. G REV. H Alex Rafael Lindino AS INFORMAÇÕES DESTE DOCUMENTO SÃO PROPRIEDADE DA COASTAL PLANNING & ENGINEERING DO BRASIL, SENDO PROIBIDA A UTILIZAÇÃO FORA DA SUA FINALIDADE. A IMPRESSÃO OU REPRODUÇÃO DESTE DOCUMENTO TORNA A CÓPIA NÃO CONTROLADA. i

3 MODELAGEM NUMÉRICA DOS PROCESSOS DE TRANSPORTE DE SEDIMENTOS E MUDANÇAS MORFOLÓGICAS COMO FERRAMENTA PARA ESTIMATIVA DA TAXA DE SEDIMENTAÇÃO DO CANAL DE ACESSO AOS PORTOS DE PARANAGUÁ E ANTONINA SUMÁRIO EXECUTIVO A foi solicitada pela Aquaplan para realizar um estudo de modelagem numérica de hidrodinâmica, propagação de ondas, transporte de sedimentos e mudanças morfológicas na Baía de Paranaguá, utilizadas para a estimativa da taxa de sedimentação nos canais de acesso aos portos de Paranguá e Antonina para as situações: atual, dragagem até a cota de manutenção e dragagem até a cota de aprofundamento. Para o presente estudo foi utilizado o Delft3D, modelo numérico desenvolvido pela Deltares, em Delft, Holanda. O Delft3D constitui-se em um avançado sistema de modelos numéricos 2D/3D (duas e três dimensões) que inclui vários módulos para possibilitar a simulação de processos costeiros complexos, tais como geração e propagação ondas, hidrodinâmica, transporte de sedimentos e mudanças da morfologia (erosão/deposição e variação da linha de costa). Os resultados das simulações mostraram que o setor do canal de navegação com maior volume de sedimentação anual é o setor Alfa, seguido pelo Bravo 1 e Bravo 2, respectivamente. Foi observado que o aumento na taxa de sedimentação provocado pela dragagem de aprofundamento ocorre principalmente na área Bravo 1, podendo este chegar a 100 %, seguido da área Bravo 2 (60 %), Delta (50 %), Charlie 3 (34 %), Echo (10 %) e Alfa (7 %). Para as outras áreas (Charlie 1, Charlie 2 e Delta Ponta do Félix), foi observada uma diminuição na taxa de sedimentação, variando de 15 % a 20 %. ii

4 ÍNDICE GERAL 1 INTRODUÇÃO DESCRIÇÃO E LOCALIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO ASPECTOS GEOMORFOLÓGICOS CARACTERIZAÇÃO OCEANOGRÁFICA E METEOROLÓGICA DA ÁREA DE ESTUDO VENTOS ONDAS MARÉ E CORRENTES SALINIDADE E DRENAGEM FLUVIAL DESCRIÇÃO DAS SEÇÕES DOS CANAIS A SEREM DRAGADOS MODELAGEM NUMÉRICA MODELO HIDRODINÂMICO DELFT-FLOW MODELO MORFOLÓGICO DELFT3D-MOR GRADES NUMÉRICAS BATIMETRIA DADOS DE ENTRADA DO MODELO HIDRODINÂMICO CALIBRAÇÃO E VALIDAÇÃO DO MODELO HIDRODINÂMICO CALIBRAÇÃO PARA AS MARÉS CALIBRAÇÃO PARA AS CORRENTES TÉCNICA DE ACELERAÇÃO MORFOLÓGICA REDUÇÃO DOS DADOS DE MARÉ REDUÇÃO DOS DADOS DE ONDA MODELAGEM DE TRANSPORTE DE SEDIMENTOS E MORFOLOGIA CONFIGURAÇÃO DO MODELO DELFT3D-MOR CENÁRIOS SIMULADOS iii

5 6 RESULTADOS CONCLUSÕES REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS iv

6 LISTA DE FIGURAS Figura 1 Localização da área de estudo - Complexo Estuarino de Paranaguá Figura 2 Complexo Estuarino de Paranaguá (CEP)... 3 Figura 3 Fragmento da Carta Náutica nº Proximidades da Barra de Paranaguá. Em realce: 1- Baixio do Perigo; 2- Banco da Galheta (delimitado externamente pelo contorno vermelho) Figura 4 Rosa de distribuição dos ventos. Escala de cores representa velocidade média do vento em m/s Figura 5 Rosa de distribuição de direções e alturas significativas de ondas. Dados de reanálise do modelo WAVEWATCH III (NOAA) Figura 6 Localização do ponto de extração dos dados de vento NCEP e dados de onda do modelo WW3. No quadro de cor vermelha encontra-se destacada a Baía de Paranaguá Figura 7 Elevação do nível d água medida pela APPA na Ilha da Galheta, Porto de Paranaguá e Ponta do Félix Figura 8 Série temporal das componentes u e v das correntes medidas pelo CEM em frente ao Porto de Paranaguá Figura 9 Localização dos canais de navegação nas baías de Paranaguá e Antonina, bem como das áreas de despejo do material dragado Figura 10 - Mapa sedimentológico da Baía de Paranaguá (Adaptado de: Lamour et al, 2004).2 Figura 11 - Histograma de freqüência das classes de sedimentos amostrados dentro de cada setor do canal de navegação Figura 12 - Percentual de sedimentos coesivos e não coesivos para os setores Alfa, Bravo1 e Bravo Figura 13 - Percentual de sedimentos coesivos e não coesivos para os setores Charlie 1, Charlie3, Delta 1 e Delta 2 (Ponta do Félix) Figura 14 - Fluxograma esquemático da simulação morfodinâmica Figura 15 Grades numéricas 1, 2 e 3, utilizadas para propagação de ondas desde águas profundas até a Baía de Paranaguá Figura 16 Grade numérica 4, criada para resolver os processos hidrodinâmicos, transporte v

7 de sedimentos e mudanças de morfologia na Baía de Paranaguá (664 x 346 elementos de cálculo) Figura 17 Pontos de batimetria obtidos através a digitalização das cartas náuticas da DHN Figura 18 levantamento batimétrico realizado nos canais de navegação entre os anos de 2008 e Figura 19 Batimetria final, interpolada e projetada na grade numérica criada para resolver os processos hidrodinâmicos a partir do módulo Delft3D-QUICKIN Figura 20 - Localização das fronteiras abertas das grades, bem como os pontos de descarga fluvial utilizados no modelo hidrodinâmico Figura 21 Localização dos pontos de medição maré e de corrente utilizados no processo de calibração do modelo hidrodinâmico Figura 22 Gráficos das séries temporais de calibração do modelo hidrodinâmico para as estações maregráficas da Galheta, Porto de Paranaguá e Ponta do Félix Figura 23 Séries temporais de correntes medidas e simuladas nas proximidades do Porto de Paranaguá Figura 24 Elevação de nível e magnitude de corrente em frente ao Porto de Paranaguá em períodos de quadratura e sizígia Figura 25 - Série temporal da maré reduzida, ou maré morfológica, utilizada nas simulações da Baía de Paranaguá Figura 26 Tabela de componentes de maré da FEMAR para a estação de Ponta da Galheta PR Figura classes (linhas pretas) e casos de ondas representativos (pontos vermelhos) selecionados da série de parâmetros de ondas (pontos azuis), utilizando o método do fluxo de energia Figura 28 - Mapeamento de sedimentos de fundo utilizado na modelagem de transporte de sedimentos na Baía de Paranaguá Figura 29 Evolução da topografia do fundo, com foco na região da seção Alfa, para o instante inicial (painel esquerdo), após 6 meses de simulação (painel central) e após 1 ano de simulação (painel direito) cenário atual vi

8 Figura 30 Evolução da topografia do fundo, com foco na região da seção Alfa, para o instante inicial (painel esquerdo), após 6 meses de simulação (painel central) e após 1 ano de simulação (painel direito) cenário dragagem de manutenção Figura 31 Evolução da topografia do fundo, com foco na região da seção Alfa, para o instante inicial (painel esquerdo), após 6 meses de simulação (painel central) e após 1 ano de simulação (painel direito) cenário dragagem de aprofundamento Figura 32 Evolução da topografia do fundo, com foco na região da seção Bravo1, para o instante inicial (painel esquerdo), após 6 meses de simulação (painel central) e após 1 ano de simulação (painel direito) cenário atual Figura 33 Evolução da topografia do fundo, com foco na região da seção Bravo1, para o instante inicial (painel esquerdo), após 6 meses de simulação (painel central) e após 1 ano de simulação (painel direito) cenário manutenção Figura 34 Evolução da topografia do fundo, com foco na região da seção Bravo1, para o instante inicial (painel esquerdo), após 6 meses de simulação (painel central) e após 1 ano de simulação (painel direito) cenário aprofundamento LISTA DE TABELAS Tabela 1 Diagrama de distribuição conjunta de velocidade e direção dos ventos para dados compreendidos entre os anos de 2000 e 2010 (NCEP)... 6 Tabela 2 Dados de Vazão média dos principais rios do CEP Tabela 3 Cartas náuticas utilizadas e suas respectivas escalas Tabela 4 Componentes harmônicas utilizadas nas fronteiras abertas Tabela 5 Componentes harmônicas utilizadas nas fronteiras abertas Tabela 6 Parâmetros do modelo hidrodinâmico Tabela 7 Casos de ondas representativos selecionados pelo método do fluxo de energia Tabela 8 Descrição básica dos canais e profundidades projetadas para gerar os cenários de manutenção e de aprofundamento Tabela 9 Profundidade dos subcanais do canal principal Charlie vii

9 Tabela 10 Volume sedimentado em cada seção do canal atual, após 6 meses de simulação Tabela 11 Volume sedimentado em cada seção do canal de manutenção, após 6 meses de simulação Tabela 12 Volume sedimentado em cada seção do canal aprofundado, após 6 meses de simulação Tabela 13 Volume sedimentado em cada seção do canal atual, após 1 ano de simulação Tabela 14 Volume sedimentado em cada seção do canal de manutenção, após 1 ano de simulação Tabela 15 Volume sedimentado em cada seção do canal aprofundado, após 1 ano de simulação viii

10 1 INTRODUÇÃO O presente relatório descreve os procedimentos de implementação e os resultados da modelagem numérica de hidrodinâmica, propagação de ondas, transporte de sedimentos e mudanças morfológicas na Baía de Paranaguá, utilizadas para a estimativa da taxa de sedimentação nos canais de acesso aos portos de Paranguá e Antonina para as situações: atual, dragagem até a cota de manutenção e dragagem até a cota de aprofundamento. 1.1 DESCRIÇÃO E LOCALIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO O Complexo Estuarino de Paranaguá (CEP) está localizado no Estado do Paraná, e é parte de um extenso sistema estuarino subtropical interconectado que inclui o sistema de Cananéia-Iguape, localizado na parte sul da costa do Estado de São Paulo (Figura 1). Figura 1 Localização da área de estudo - Complexo Estuarino de Paranaguá. 1

11 Os sistemas estuarinos são definidos em uma forma clássica por Miranda et al. (2002) como: Corpos de água parcialmente fechados, com aberturas para o oceano adjacente, onde a água do mar é diluída pela água de origem fluvial. Essa diluição é ocasionada pela mistura da água fluvial com a água do mar. As aberturas através das quais o CEP possui comunicação com o oceano são quatro. As duas principais se dão nos canais de maré que estão ao redor da Ilha do Mel (152 Km²). Esses canais apresentam dois caminhos primários de circulação separados por um grande baixio denominado Baixio do Perigo (Figura 3, quadro 1), limitando dois corpos de água principais: os sistemas estuarinos da Baía de Paranaguá e os da Baía de Laranjeiras, (Angulo, 1999). A terceira conexão com o oceano é o Canal de Superagüi, um canal independente localizado na porção central-norte da Baía de Laranjeiras. A quarta localiza-se na barra do Ararapira, via Canal do Varadouro, artificialmente construído. Uma grande diversidade de ambientes pode ser notada ao longo dessa região, incluindo: planícies de maré, baixios, costões rochosos, marismas, canais de maré e manguezais. Seus funcionamentos estão ligados à circulação hidrodinâmica forçada principalmente pela ação das marés e pela descarga fluvial (Mantovanelli, 1999). A Baía de Paranaguá propriamente dita representa o eixo leste-oeste, situado na parte inferior do Complexo Estuarino de Paranaguá e a Baía de Laranjeiras, o eixo sul-norte, no setor superior. Na Figura 2 é apresentado o Complexo Estuarino de Paranaguá e identificada as baías e principais localidades. No presente estudo, as áreas de manguezal foram delimitadas de acordo com a metodologia descrita por Krug, Leão e Amaral (2007), utilizando imagens do satélite TM/LANDSAT. As imagens foram realçadas e utilizadas como base para a digitalização dos polígonos correspondentes à vegetação, facilmente identificados na composição R5 G4 B3. O objetivo principal da delimitação dessas áreas foi o de delimitar as áreas passíveis de alagamento durante ciclos de maré enchente. 2

12 Figura 2 Complexo Estuarino de Paranaguá (CEP). 1.2 ASPECTOS GEOMORFOLÓGICOS A Baía de Paranaguá possui zonas bem distintas decorrentes do processo de formação relacionado aos eventos de transgressão e subseqüentes regressões de nível do mar. Esses processos criaram uma zona superior (oeste de Paranaguá) que constitui um paleo-vale inundado, estreito e cortado. Adjacente à baía, está a Serra do Mar. Alcançando altitudes de até m, possui grandes vertentes e seus rios são responsáveis pela lixiviação das rochas e aporte sedimentar na planície litorânea (Bigarella, 2007). Grande parte desses sedimentos fica aprisionada no interior da baía pela zona intermediária do estuário não ter força hidrodinâmica para expulsar o material trazido pelos rios, tornando assim a parte superior mais lamosa (Bigarella, 2007; Lamour, 2007). Já a zona inferior da baía (leste de Paranaguá) caracteriza-se por largas praias de planícies costeiras (Lessa et.al, 1995), predominantemente arenosas. A Ilha do Mel, localizada na boca da baía, é parte fragmentada de uma dessas praias de planície costeira, que juntamente com dois deltas de maré vazante protegem o interior da Baía de Paranaguá das condições de ondas de alta energia (Lessa et al., 1998). Os deltas de maré vazante, por sua vez, são feições sedimentares encontradas nas desembocaduras dos canais principais que passam imediatamente ao norte e ao sul da Ilha do 3

13 Mel. As formas associadas ao canal de entrada sul da Baía de Paranaguá formam o mais extenso delta de maré de toda a costa do Estado do Paraná (delimitado externamente pelo contorno em vermelho na Figura 3). Ainda, na porção mais abaixo (sul) do canal principal (mantido atualmente por dragagens), existe um complexo de barras, conhecido como Banco da Galheta (Figura 3, quadro 2), com dunas submersas que se movimentam costa afora pelo efeito das correntes de maré vazante. Essas barras desenvolvem-se de forma rápida por receberem aporte sedimentar via deriva litorânea. Os sedimentos provenientes de sul com direção ao norte são retidos nas proximidades do delta pela barreira hidrodinâmica gerada por correntes de maré do canal principal. Isso representa, além do crescimento do Banco da Galheta, um possível déficit no balanço sedimentar de regiões vizinhas situadas mais ao norte, que deveriam estar recebendo esse aporte de sedimentos. Figura 3 Fragmento da Carta Náutica nº Proximidades da Barra de Paranaguá. Em realce: 1- Baixio do Perigo; 2- Banco da Galheta (delimitado externamente pelo contorno vermelho). 4

14 2 CARACTERIZAÇÃO OCEANOGRÁFICA E METEOROLÓGICA DA ÁREA DE ESTUDO Neste item é apresentada uma breve descrição dos dados meteorológicos e oceanográficos disponibilizados para este estudo de modelagem numérica. 2.1 VENTOS No presente estudo foram utilizados dados de vento provenientes do programa de reanálise do NCEP/NCAR/NOAA. Nesse programa são geradas bases de dados globais através da utilização combinada de resultados de modelos numéricos e dados observacionais provenientes de diversas fontes, tais como navios em rota, aviões, estações meteorológicas, satélites, entre outras. Foi analisada uma série extraída nas coordenadas geográficas: 25,7 S e 46,8 W (Figura 6), para o período compreendido entre os anos de 2000 e 2010, e os resultados podem ser visualizados na Tabela 1. Os casos mais representativos aparecem realçados. 5

15 Tabela 1 Diagrama de distribuição conjunta de velocidade e direção dos ventos para dados compreendidos entre os anos de 2000 e 2010 (NCEP). Velocidade (m/s) N NNE NE ENE E ESSE SE SSE S SSW SW WSW W WNW NW NNW Total Frequência (%) 4,5 6 8,5 12,5 11,6 10,3 9,2 9,2 6,7 4,7 3,2 2,3 2,1 2,1 2,8 4,3 Vel. Média 3,3 3,5 3,8 4,4 4,5 4,4 4,5 4, ,8 4,6 4,4 3,7 3,6 3,5 Vel. Máxima 8,7 8,3 9,1 10,6 10,6 9,6 11,2 11,7 12,1 12,8 12,5 13,4 12,3 11,7 9,9 10,1 6

16 Os ventos predominantes são provenientes do quadrante leste, em especial a direção lésnordeste (ENE), com velocidades entre 4 e 5 m/s. Os ventos mais intensos (maiores velocidades) são provenientes do quadrante sul. A rosa dos ventos para esse mesmo período é apresentada na Figura 4. ROSA DE DISTRIBUIÇÃO DIRECIONAL DOS VENTOS (EM %) VELOCIDADE EM M/S Figura 4 Rosa de distribuição dos ventos. Escala de cores representa velocidade média do vento em m/s. 2.2 ONDAS De acordo com Mar e Costa (2006), o trem de ondas no mar aberto praticamente não afeta a circulação na parte interna dos estuários paranaenses. Comparando-se com efeitos de maré, a influência torna-se mínima. Porém, as áreas externas e próximas às barras podem sofrer leve influência de ondas. Para inserir o efeito de ondas no modelo, foi extraída uma série temporal de dados de onda de águas profundas do módulo de reanálise do modelo WAVEWATCH III (WWIII), nas coordenadas geográficas: 26 S e 47,5 W (Figura 6), para o período compreendido entre os 7

17 anos de 2005 e O modelo WAVEWATCH III (Tolman 1997, 1999) é um modelo de terceira geração desenvolvido pela NOAA/NCEP (WAMDIG 1988, Komen et al. 1994), que resolve a equação da conservação da densidade espectral da ação de onda. O modelo assume que as propriedades do meio (profundidades e correntes), bem como o campo de ondas, variam em escalas espaciais e temporais muito superiores às escalas de variação de uma única onda. O modelo considera os processos de geração de ondas pelo vento, interações nãolineares onda-onda, dissipação por whitecapping e fricção com o fundo. Ele permite simular a geração e propagação de espectros de ondas com base em dados de ventos. Uma rosa de direção e altura significativa de ondas foi gerada para visualização dos dados compreendidos entre fevereiro de 2005 e junho de 2010 (Figura 5). ROSA DE DISTRIBUIÇÃO DIRECIONAL DE ONDAS (EM %) ALTURA SIGNIFICATIVA EM METROS Figura 5 Rosa de distribuição de direções e alturas significativas de ondas. Dados de reanálise do modelo WAVEWATCH III (NOAA). 8

18 Figura 6 Localização do ponto de extração dos dados de vento NCEP e dados de onda do modelo WW3. No quadro de cor vermelha encontra-se destacada a Baía de Paranaguá. 2.3 MARÉ E CORRENTES Na ausência de efeitos meteorológicos significativos, a circulação estuarina no complexo estuarino da Baía de Paranaguá é dominada pelos efeitos da maré. No litoral paranaense, as marés são classificadas como micro-marés e seu regime é caracterizado por uma desigualdade diurna com padrão semidiurno quando na presença de amplitudes de marés máximas (sizígia), sendo a M2 (lunar semi-diurno), a principal componente (Marone et al.,1997). O atraso na ocorrência das marés alta e baixa aumenta progressivamente conforme se caminha estuário adentro (Knoppers et al., 1987). As marés alta e baixa em Antonina ocorrem com até 1,5 horas de atraso em relação à ocorrência no canal da Galheta. O mesmo é verificado com a variação de amplitude. Durante marés de sizígia, variam desde 1,7m na boca até aproximadamente 2,7m em Antonina (Marone et al. 1997). Já durante as marés de quadratura, a variação da maré é reduzida a menos de 80% dos valores de maré de sizígia, 9

19 apresentando fortes interações não lineares entre as componentes de maré, permitindo a formação de até seis eventos diários de maré alta e baixa (Marone et al., 1994). Essas interações são decorrentes da advecção e fricção no interior da baía e geram componentes não astronômicos, aumentando da boca para o interior da baía. Na Figura 7 são ilustradas as séries de elevação do nível d água medidas pela Associação dos Portos de Paranaguá e Antonina (APPA) na Ilha da Galheta, Porto de Paranaguá e Ponta do Felix, evidenciando um pequeno atraso de fase entre as marés do início (estação da Galheta) e fim da baía (estação da Ponta do Félix), bem como um aumento na amplitude no sentido do interior da baía, caracterizando-se desta forma, como um estuário hipersíncrono. A localização desses pontos está ilustrada na Figura 21. Figura 7 Elevação do nível d água medida pela APPA na Ilha da Galheta, Porto de Paranaguá e Ponta do Félix. As marés também demonstram uma assimetria crescente no sentido do interior da baía, caracterizada por um curto período descendente e um longo período ascendente de maré. A razão média entre os períodos de vazante e de enchente aumenta de 1,23 no canal da Galheta para 1,92 próximo a Antonina (Marone et al., 1997). 10

20 As correntes de maré são fortes, atingem velocidades máximas de 80 cm/s durante a enchente e 110 cm/s na vazante (Marone et al., 1995). Em média, as correntes de vazante são de 10 a 15 % superiores às de enchente. Isso ocorre devido à influência dos atritos lateral e de fundo, gradativamente maiores em direção à cabeceira (Camargo, 1998) e, também, devido ao aporte de água doce e à circulação residual (Marone et al., 1995). A Figura 8 ilustra as correntes medidas pelo Centro de Estudos do Mar/UFPR (CEM) em frente ao Porto de Paranaguá de 11/07/1996 a 26/07/1996. A localização exata do ponto de medição de correntes está ilustrada na Figura 21. Figura 8 Série temporal das componentes u e v das correntes medidas pelo CEM em frente ao Porto de Paranaguá. 2.4 SALINIDADE E DRENAGEM FLUVIAL Como em todo estuário, os corpos aquáticos do Complexo Estuarino de Paranaguá sofrem efeitos da salinidade oriunda da água do mar. Esse estuário em questão é margeado por extensas florestas de mangue, por onde a água doce é drenada e diluída à água do mar que 11

21 penetra nas baías na maré enchente. As fontes de água doce ditam as características estuarinas das áreas mais internas (Mar e Costa, 2006). Segundo Mantovanelli (1999), o CEP recebe a drenagem de aproximadamente 70% da área da bacia hidrográfica litorânea do Estado do Paraná (Bacia Atlântica). Destes, a maior porção é absorvida pelas baías de Antonina e Paranaguá (e.g. rios Cachoeira e Nhundiaquara, com vazões médias relativamente maiores, deságuam na região de Antonina ver Tabela 2). Padrões de sazonalidade na descarga fluvial são perceptíveis em decorrência da variabilidade da precipitação, que tende a ser menor no inverno. Com base nos dados analisados para os anos de 2006, 2007 e 2008, oriundos da ANA (Agência Nacional de Águas) e Sudersha (Superintendência de Desenvolvimento de Recursos hídricos e Saneamento), foi criada a Tabela 2, com dados de descargas médias anuais, de verão e de inverno, para os principais rios que deságuam na região do CEP. Tabela 2 Dados de Vazão média dos principais rios do CEP. 12

22 3 DESCRIÇÃO DAS SEÇÕES DOS CANAIS A SEREM DRAGADOS Os canais a serem dragados são separados primariamente em: Alfa, Bravo, Charlie, Delta e Echo. Sendo o Alfa o canal mais externo, as nomenclaturas vão progredindo em ordem alfabética em direção ao interior das baías de Paranaguá e Antonina. Nesses canais, são realizadas periodicamente processos de dragagem para manutenção das profundidades em níveis de boa navegabilidade. O material retirado dos canais é direcionado para áreas de despejo específicas. Na Figura 9 é apresentada a distribuição dos canais na Baía de Paranaguá, bem como a localização das áreas Echo Parque Antonina, Cais Leste e ACE 20, utilizadas para despejo do material dragado. 13

23 Figura 9 Localização dos canais de navegação nas baías de Paranaguá e Antonina, bem como das áreas de despejo do material dragado. 1

24 A descrição das características sedimentológicas da área de estudo foi obtida por meio de análise de amostras de sedimentos realizadas nas diferentes seções do canal de navegação: Alfa, Bravo (1 e 2), Charlie (1,2 e 3) e Delta, realizadas pela Universidade do Vale do Itajaí (UNIVALI) e através de revisões de literatura. O mapa sedimentológico apresentado por Lamour et al, 2004 (Figura 10) revelou padrões gerais semelhantes às análises sedimentológicas feitas para o canal (Figura 11). Ambos apresentam mesma relação causaefeito entre qualidade do sedimento e o padrão hidrodinâmico. Dessa forma, onde a circulação é mais forte, os sedimentos são mais selecionados e predominam areias (e.g. Canais Alfa e Bravo Uno). Já em locais onde a circulação é menos intensa, predominam sedimentos pouco selecionados (maior número de classes de tamanho), mais finos e argilosos (e.g. Canal Delta). Figura 10 - Mapa sedimentológico da Baía de Paranaguá (Adaptado de: Lamour et al, 2004). 2

25 Figura 11 - Histograma de freqüência das classes de sedimentos amostrados dentro de cada setor do canal de navegação. Para estudos de transporte de sedimentos (e.g. erosão/sedimentação) é importante também diferenciar as características de pacotes sedimentares de acordo com o caráter coesivo ou não coesivo. Siltes e argilas, por exemplo, são originados através de intenso intemperismo, o qual reduz minerais menos resistentes a uma forma muito diminuta. Como resultado, possui grande área superficial em relação ao volume. Por ser a superfície quimicamente ativa, siltes e argilas possuem características diferentes das outras categorias. Uma delas é a facilidade em se agregar e, por isso, são classificados como sedimentos coesivos. Também diferem na característica de floculação em contato com água salobra, possuem reduzidas velocidades de sedimentação e logo, características de transportabilidade também diferentes (Van Rijn, 1993, 2006). Portanto, para melhor descrição das seções do canal a serem dragadas, os dados amostrais foram agrupados em coesivos classes de siltes e argilas e não coesivos classes de areias ou maiores para cada ponto amostral. Os resultados foram plotados para cada canal sob duas formas: porcentagem de sedimentos coesivos por amostra, e porcentagem de sedimentos não coesivos, e interpolados para gerar os mapas apresentados na Figura 12 e Figura 13. 3

26 Figura 12 - Percentual de sedimentos coesivos e não coesivos para os setores Alfa, Bravo1 e Bravo2. 4

27 Figura 13 - Percentual de sedimentos coesivos e não coesivos para os setores Charlie 1, Charlie3, Delta 1 e Delta 2 (Ponta do Félix). 5

28 4 MODELAGEM NUMÉRICA Para o presente estudo foi utilizado o Delft3D, modelo numérico desenvolvido pela Deltares, em Delft, Holanda. O Delft3D constitui-se em um avançado sistema de modelos numéricos 2D/3D (duas e três dimensões) que inclui vários módulos para possibilitar a simulação de processos costeiros complexos, tais como geração e propagação ondas, hidrodinâmica, transporte de sedimentos e mudanças da morfologia (erosão/deposição e variação da linha de costa). 4.1 MODELO HIDRODINÂMICO DELFT-FLOW O modelo Delft3D-Flow resolve um sistema de equações de águas rasas em modo bidimensional (ou integrado na vertical) e tri-dimensional. O sistema de equações consiste nas equações horizontais de movimento (momentum), na equação de continuidade, equações de difusão-advecção tratando concentrações de sedimento em suspensão (suspended transport) para constituintes conservativos, uma equação separada para transporte de sedimentos de fundo (bed-load transport) além de um modelo de fechamento turbulento. A equação vertical de momentum é reduzida à relação de pressão hidrostática e as acelerações verticais são assumidas como sendo pequenas em relação à aceleração da gravidade. Isso faz com que o Delft3D-Flow seja adequado para a predição de fluxos em mares rasos, áreas costeiras, estuários, lagos, rios e lagoas. O modelo integra o transporte de sedimentos e alterações do fundo a cada passo de tempo e é altamente recomendado para estudos em ambientes costeiros por conter acoplamento direto com o modelo espectral de ondas SWAN, para calcular os processos de interação ondacorrente, além de incorporar uma técnica robusta de cálculo de células inundadas e secas (flood and dry cells). Vários outros processos, tais como fricção do vento e correntes de densidade são também incluídos na formulação. O usuário pode escolher a resolução das equações hidrodinâmicas em grades cartesianas retangulares, curvilineares, ortogonais (boundary fitted) ou esféricas (Lesser et al., 2004). Esse modelo foi extensivamente calibrado e validado através de experimentos de campo e de laboratório e sua eficácia é comprovada e descrita em diversos trabalhos que se propõe a relatar o estado da arte em modelagem hidrodinâmica. 6

29 4.2 MODELO MORFOLÓGICO DELFT3D-MOR Para este estudo foi utilizado o módulo morfológico Delft3D-Mor, elaborado para simular o comportamento morfodinâmico de rios, estuários e áreas costeiras, na escala de dias a anos, resolvendo o complexo processo de interação entre as ondas, correntes, transporte de sedimentos e batimetria. A conexão entre os módulos envolvidos no processo (Waves - Flow - Transport - Bottom) ocorre via acoplamento dinâmico (Figura 14). Figura 14 - Fluxograma esquemático da simulação morfodinâmica. 4.3 GRADES NUMÉRICAS As grades numéricas determinam a resolução e delimitam as células de cálculo do modelo. As propriedades e características variam, portanto, de acordo com o objetivo proposto, tipo de modelagem aplicada e com a área de estudo. Foram criadas para o presente trabalho quatro grades numéricas: três destinadas à modelagem de propagação de ondas (uma regional, uma intermediária e uma local), e uma grade numérica curvilínea de alta resolução destinada à resolução dos processos hidrodinâmicos e de transporte de sedimentos, com maior detalhamento no interior da Baía de Paranaguá, local fortemente influenciado pela dinâmica de marés. Descrição das grades numéricas: Propagação de ondas (1, 2 e 3): Essas grades são apresentadas na Figura 15. A de maior abrangência compreende a Ilha de Santa Catarina em decorrência da área de sombra que esta representa ao padrão de propagação de ondas que atinge a desembocadura do CEP, 7

30 com 76 x 171 elementos de cálculo. A grade intermediária de ondas possui 151 x 148 e a grade local, de maior resolução, possui 667 x 352 elementos de cálculo. Grade hidrodinâmica, transporte de sedimentos e mudanças de morfologia (4): A grade numérica utilizada para resolver os processos hidrodinâmicos, transporte de sedimentos e variação da morfologia costeira, ilustrada na Figura 16, possui 664 x 346 elementos de cálculo, com resolução variando entre 426 e 20 m, com maior refinamento ocorrendo nas imediações dos canais de navegação. Todas as grades numéricas foram criadas com uso do módulo RGFGRID, ferramenta integrada ao pacote de modelagem Delft3D, o qual permite a geração e a manipulação de grades numéricas curvilíneas para uso no Delft3D-Flow. As grades numéricas foram criadas de forma a atender às propriedades exigidas de ortogonalidade e suavidade, a fim de evitar interferências de ruídos numéricos e aumentar a acurácia do modelo numérico (WL Delft Hydraulics, 2009b). Os limites do domínio dessa modelagem atendem aos requisitos das forçantes hidrodinâmicas nas fronteiras do modelo. 8

31 Figura 15 Grades numéricas 1, 2 e 3, utilizadas para propagação de ondas desde águas profundas até a Baía de Paranaguá. 9

32 Figura 16 Grade numérica 4, criada para resolver os processos hidrodinâmicos, transporte de sedimentos e mudanças de morfologia na Baía de Paranaguá (664 x 346 elementos de cálculo). 4.4 BATIMETRIA As informações de profundidades utilizadas nas modelagens numéricas foram compostas de um conjunto de dados obtido através da digitalização de cartas náuticas da DHN (Diretoria de Hidrografia e Navegação), descritas na Tabela 3 e levantamentos de campo realizados ao longo do canal, entre 2008 e 2010, fornecidos pela APPA (Associação dos Portos de Paranaguá e Antonina) e pela Paranaguá Pilots. Tabela 3 Cartas náuticas utilizadas e suas respectivas escalas. Carta Nome De Paranaguá a Imbituba Levantamentos batimétricos (ano) Escala 1957/1976/1992/2003 1: : / /2003 1: / /2003 1: Proximidades da Barra de Paranaguá 1821 Barra de Paranaguá 1822 Portos de Paranaguá e Antonina 1800 Da Ilha do Bom Abrigo à Ilha do Arvoredo Canal da Cotinga :25000

33 Na Figura 17 são apresentados os pontos digitalizados a partir das cartas náuticas em menor e maiores detalhes, e os pontos obtidos a partir de levantamentos batimétricos efetuados nos canais de navegação são ilustrados na Figura 18. Figura 17 Pontos de batimetria obtidos através a digitalização das cartas náuticas da DHN. 11

34 Figura 18 levantamento batimétrico realizado nos canais de navegação entre os anos de 2008 e O módulo Delft3D-QUICKIN, integrante do pacote de modelagem Delft3D, foi utilizado para interpolar a batimetria nas grades numéricas. Nas regiões de maior resolução foi utilizada a média dos pontos batimétricos, tal como nos pontos onde foi realizado o levantamento batimétrico, enquanto que para os demais pontos, o método adotado foi a interpolação linear triangular. O resultado dessa interpolação e da projeção da batimetria na grade numérica destinada a resolver os processos hidrodinâmicos está ilustrado na Figura 19. As regiões de mangue (áreas em verde na Figura 19) foram identificadas pelo método descrito por Krug, Leão e Amaral. (2007), e inclusas na área de estudo, a fim de considerar as regiões passíveis de inundação por efeito de maré no Complexo Estuarino de Paranaguá. 12

35 Figura 19 Batimetria final, interpolada e projetada na grade numérica criada para resolver os processos hidrodinâmicos a partir do módulo Delft3D-QUICKIN. 4.5 DADOS DE ENTRADA DO MODELO HIDRODINÂMICO Como forçantes principais de entrada do modelo hidrodinâmico, foram consideradas séries temporais de maré astronômica e descargas fluviais. As componentes harmônicas utilizadas foram identificadas por Camargo (1998), conforme detalhado na Tabela 4 e na Tabela 5, e descargas fluviais anuais conforme descritas na Tabela 2. A localização dos pontos de referência das componentes harmônicas e os pontos de descarga fluvial estão ilustrados na Figura

36 Tabela 4 Componentes harmônicas utilizadas nas fronteiras abertas. COMPONENTES 1A 1B AMPLITUDE FASE AMPLITUDE FASE MS4 0,03 48,56 0,03 46,17 M4 0,07-27,15 0,06-29,69 MN4 0,03-55,14 0,03-57,29 M3 0,08-15,80 0,07-15,62 K2 0,08 165,98 0,08 166,68 S2 0,24 170,54 0,23 171,25 M2 0,34 167,39 0,33 168,19 N2 0,06 224,39 0,06 225,13 K1 0,07 179,92 0,07 180,79 P1 0,02 185,70 0,02 186,51 O1 0,11 118,84 0,11 118,74 Q1 0,03 99,03 0,03 98,83 Tabela 5 Componentes harmônicas utilizadas nas fronteiras abertas. COMPONENTES 2A 2B AMPLITUDE FASE AMPLITUDE FASE MS4 0,03 56,70 0,03 55,4 M4 0,07-18,05 0,06-20,21 MN4 0,03-48,50 0,03-48,14 M3 0,08-3,05 0,07-4,3 K2 0,08 172,56 0,08 172,26 S2 0,24 177,05 0,23 176,75 M2 0,35 172,97 0,34 172,76 N2 0,06 229,89 0,06 229,65 K1 0,08 179,70 0,08 181,01 P1 0,03 185,60 0,03 186,76 O1 0,11 119,85 0,11 119,44 Q1 0,03 99,46 0,03 98,84 14

37 Figura 20 Localização das fronteiras abertas das grades, bem como os pontos de descarga fluvial utilizados no modelo hidrodinâmico. 4.6 CALIBRAÇÃO E VALIDAÇÃO DO MODELO HIDRODINÂMICO O uso de modelos numéricos possibilita que, após a calibração em um único (ou alguns pontos), possamos extrapolar as informações para todo o domínio de cálculo. O processo de calibração foca na comparação entre os resultados do modelo e observações de campo, de forma que quanto melhor o ajuste entre estes valores, melhor o resultado fornecido pelo modelo. Neste trabalho foram realizadas calibrações de nível e de corrente CALIBRAÇÃO PARA AS MARÉS Os dados de nível medidos e disponíveis para a calibração do modelo hidrodinâmico são provenientes das estações maregráficas da estação da Galheta, Porto de Paranaguá e Ponta do Félix, fornecidos pela APPA, abrangendo os anos de 2009 e A localização dos pontos de medição de maré e de corrente pode ser observada na Figura

38 Figura 21 Localização dos pontos de medição maré e de corrente utilizados no processo de calibração do modelo hidrodinâmico. As simulações para as calibrações de nível foram realizadas para o período de 01/03/2010 a 01/04/2010, utilizando como forçantes a elevação de nível gerada a partir de constantes harmônicas, desconsiderando vento, ondas ou descargas fluviais. Esse período foi escolhido por haver uma boa continuidade dos dados medidos. Os parâmetros utilizados são apresentados na Tabela 6. Parâmetro Tabela 6 Parâmetros do modelo hidrodinâmico. Valor Passo de tempo 1 minuto Aceleração da gravidade 9,81 m/s 2 Densidade da água 1025 kg/m³ Coeficiente de Chèzy para as regiões de mangue 8 m 0.5 /s Coeficiente de Chèzy para as demais áreas 90 m 0.5 /s Coeficiente de viscosidade turbulenta horizontal 0.1 m 2 /s Visto que para as forçantes de entrada foram consideradas apenas as componentes astronômicas, desconsiderando as componentes meteorológicas, os dados medidos pelas estações maregráficas foram filtrados, de forma a eliminar os sinais de mais baixa freqüência 16

39 (marés meteorológicas). As séries da maré medida, medida filtrada e simulada dos três pontos de medição (Galheta, Porto de Paranaguá e Ponta do Félix) são apresentadas na Figura 22. Figura 22 Gráficos das séries temporais de calibração do modelo hidrodinâmico para as estações maregráficas da Galheta, Porto de Paranaguá e Ponta do Félix CALIBRAÇÃO PARA AS CORRENTES O Centro de Estudos do Mar (CEM) realizou medições de corrente nas imediações do Porto de Paranaguá (25,4933 S, 48,5 " W) no período compreendido entre 11/07/1996 e 26/07/1996. Foi utilizado um correntógrafo acústico tipo S4 da Interocean Systems, fundeado num local com aproximadamente 5 m de profundidade. As comparações dos valores de corrente medidos e simulados pelo modelo hidrodinâmico são apresentadas na Figura 23. O RMSE entre os valores da componente u da corrente medida e calculada pelo modelo foi de 0,18 m/s e de 0,07 m/s para a componente v. 17

40 Figura 23 Séries temporais de correntes medidas e simuladas nas proximidades do Porto de Paranaguá. 18

41 As correntes simuladas em frente ao Porto de Paranaguá, no mesmo ponto onde foram medidos os dados de corrente pelo CEM (Figura 8) evidenciam valores maiores de corrente nas vazantes de sizígias, em torno de 0,8 m/s, e 0,6 m/s nas enchentes de sizígias. Já na quadratura, as correntes ficam em torno de 0,6 m/s na vazante e em torno de 0,4 m/s na enchente, como ilustrado na figura a seguir. Figura 24 Elevação de nível e magnitude de corrente em frente ao Porto de Paranaguá em períodos de quadratura e sizígia. 4.7 TÉCNICA DE ACELERAÇÃO MORFOLÓGICA O uso de modelos morfológicos baseados em processos (process-based numerical morphological models) aplicados em modo de diagnóstico ou prognóstico do tipo brute-force (forçamento com série temporal bruta), para simulação da evolução morfológica, requer algumas explanações: o modelo é rodado para um período de simulação designado, iniciado a partir de uma condição inicial especificada. Durante a simulação, séries temporais das condições forçantes devem ser especificadas. Para simulações em modo diagnóstico, estas forçantes normalmente consistem em uma série de dados medidos/previstos de nível d água, 19

42 intensidade e direção dos ventos, pressão atmosférica, descarga fluvial e/ou ondas oceânicas. Para simulações prognósticas, a natureza estocástica dos ventos, ondas e forçantes requerem algumas considerações especiais, freqüentemente resultando no uso de uma série temporal derivada da média anual ou climas sazonais, e testes de sensibilidade dos desvios ao redor dessa média. Simulações do tipo brute-force são usadas para investigar com detalhe o desenvolvimento histórico-temporal das variações morfológicas e investigar o impacto relativo dos processos associados. No entanto, esse tipo de modelagem é extremamente dispendioso computacionalmente e será, dependendo da resolução, diversidade de processos simulados e da capacidade do hardware disponível, freqüentemente executado em uma velocidade 10 vezes mais rápida que o tempo real (e.g. 100 dias de simulação requereriam 10 dias de computação). Isso significa que, quando estamos interessados em resolver processos de mudanças morfológicas da ordem de meses ou anos, técnicas de aceleração morfológica são necessárias para reduzir o tempo de processamento. A abordagem utilizada no presente estudo utiliza um parâmetro de aceleração morfológica (morfac morphological aceleration factor), que resulta num tempo computacional até 10 vezes inferior quando comparado ao método brute-force. O morfac é atrativo porque é numericamente eficiente, robusto e simples de implementar. A abordagem do morfac trabalha multiplicando o fluxo de erosão/sedimentação dos sedimentos em suspensão e os gradientes das componentes vetoriais de transporte por fundo (bed load transport) por um fator espacialmente constante (morfac). Esse procedimento efetivamente multiplica todas as mudanças de elevação do fundo que ocorrem durante um passo de tempo do modelo hidrodinâmico pelo fator morfac e, pode-se dizer, efetivamente, que o passo de tempo morfológico torna-se morfac vezes maior que o passo de tempo do modelo hidrodinâmico. Essa abordagem é adequada para simulações morfológicas de longo-prazo (anos ou décadas), pois as mudanças morfológicas ocorrem em escalas temporais distintas das variações na hidrodinâmica (Lesser et al., 2004; Lesser, 2009; Benedet e List, 2008). 4.8 REDUÇÃO DOS DADOS DE MARÉ O objetivo da redução dos dados de maré utilizados como forçante no modelo morfológico é substituir o padrão complexo da maré real da região por uma maré simplificada, ou maré morfológica. Idealmente, a maré simplificada deve produzir o mesmo transporte residual de sedimentos e o padrão de mudanças morfológicas que a maré real, em todos os pontos da 20

43 região de interesse (Lesser, 2009). A metodologia de redução utilizada no presente estudo considera uma onda com ciclo semidiurno, com período equivalente à componente principal lunar M2 (12,42107 hs) e amplitude variando entre os níveis MLW (média das baixa-mares) e MHW (média das preamares), oscilando em torno do nível médio (Figura 25). As informações de maré utilizadas nesse procedimento foram extraídas do Catálogo de Estações Maregráficas Brasileiras da FEMAR, estação da Ponta da Galheta (FEMAR (2000), Figura 26. Figura 25 - Série temporal da maré reduzida, ou maré morfológica, utilizada nas simulações da Baía de Paranaguá. 21

44 Figura 26 Tabela de componentes de maré da FEMAR para a estação de Ponta da Galheta PR. 22

45 4.9 REDUÇÃO DOS DADOS DE ONDA Os casos de ondas da série temporal de cinco anos do WW3 foram agrupados criteriosamente em 18 classes. Nesse agrupamento, inicialmente foram selecionados os casos de ondas com direção de aproximação entre 60 e 200, abrangendo os principais casos de ondas que ocorrem na região de estudo. Esse grupo de ondas foi dividido em classes de alturas e direções, de modo que cada classe possua o mesmo valor de fluxo de energia acumulado, que é função da altura e período das ondas da classe e da freqüência de ocorrência da classe ao longo da série temporal (Figura 27). Os estados de mar selecionados são apresentados na Tabela 6. Figura classes (linhas pretas) e casos de ondas representativos (pontos vermelhos) selecionados da série de parâmetros de ondas (pontos azuis), utilizando o método do fluxo de energia. 23

46 Tabela 7 Casos de ondas representativos selecionados pelo método do fluxo de energia. CASO Altura significativa Hs (m) Período de pico Tp (s) Direção de onda ( ) Freqüência de ocorrências (dias/ano) % 1 1,21 7,30 85, ,75 7,77 86, ,47 7,82 86, ,23 8,09 112, ,91 8,35 112, ,81 9,01 113, ,37 9,12 141, ,05 9,42 142, ,00 10,10 141, ,51 9,61 164, ,23 9,50 165, ,00 10,79 165, ,57 10,20 175, ,30 10,34 175, ,01 10,57 175, ,47 10,07 181, ,22 9,85 181, ,16 8,94 182, MODELAGEM DE TRANSPORTE DE SEDIMENTOS E MORFOLOGIA Entre as frações de sedimentos, o Delft3D distingue mud (sedimentos coesivos governados por transporte em suspensão), sand (sedimentos não coesivos governados por transporte de fundo e por transporte em suspensão) e bed-load (sedimentos não coesivos governados unicamente por transporte de fundo). A única diferença entre as frações sand e bed-load está no fato de que o transporte em suspensão obtido pela equação da advecção-difusão não é resolvido para a última. Embora computacionalmente o transporte tridimensional de sedimentos seja calculado da mesma forma que o transporte de qualquer outro constituinte conservativo, tal como salinidade, temperatura e traçadores, a modelagem de sedimentos diferencia-se por resolver os processos de troca de sedimento entre a camada de fundo e a coluna d água, pela velocidade de sedimentação do sedimento em decorrência da gravidade, pela influência do sedimento na densidade local e no processo turbulento, além da contínua alteração da batimetria e subseqüente influência dessa nos processos hidrodinâmicos. A interação entre frações de sedimentos tem importância em diversos processos, tal como a implicação no cálculo da velocidade de sedimentação de cada fração e densidade resultante em decorrência da mistura. A densidade da água é ajustada através da relação de Eckart (1958) em consideração aos efeitos da salinidade e temperatura. Para o transporte de 24

47 sedimento esta relação é estendida para incluir o efeito do sedimento na densidade considerando-se a massa de todas as frações de sedimento e subtraindo a massa de água substituída. A formulação da velocidade de sedimentação para areia e lama difere consideravelmente. Em misturas de elevada concentração, a velocidade de sedimentação de uma partícula individual é reduzida em decorrência da presença de outras partículas, de forma que cada fração de sedimento possui uma velocidade de sedimentação em função do tempo e local. Para frações de sedimentos coesivos, os fluxos entre a coluna d água e leito de fundo são calculados através das formulações de Partheniades-Krone (Partheniades, 1965). Para sedimentos coesivos, utilizam-se as formulações de van Rijn (2000 e 2004) com base no diâmetro médio do grão (d 50 ). O transporte de fundo é determinado para todas as frações do tipo sand e bed-load, primeiramente calculando-se a magnitude e direção do transporte e, posteriormente, as taxas de transporte nas interfaces da célula, determinadas e corrigidas de acordo com o efeito da declividade de fundo, composição do leito e disponibilidade de sedimento. A formulação de Van Rijn distingue os componentes de transporte entre transporte de fundo em decorrência de correntes (Bed), transporte de fundo em decorrência da ação de ondas (BedW) e transporte em suspensão em decorrência da ação de ondas (SusW). Os parâmetros Bed, BedW e SusW podem ser calibrados independentemente. Outro fator de calibração importante é o fator de correlação entre o transporte de sedimento em suspensão e as correntes (Sus) CONFIGURAÇÃO DO MODELO DELFT3D-MOR Foram realizados diversos testes de sensibilidade e mapeamento do tamanho do sedimento utilizado no domínio computacional, variando a espessura do pacote sedimentar. Foram testados diversos parâmetros de calibração do transporte de sedimentos, tanto por suspensão (sus e susw) quanto por tração de fundo (bedload - bed e bedw) por efeito de correntes e ondas. O mapeamento dos sedimentos de fundo na Baía de Paranaguá foi realizado com base no mapa de sedimentos fornecido por Lamour et al. (2004) (Figura 10), de forma que nas regiões com predominância de silte foi utilizada composição de 70% de silte e 30% de areia fina e composição de 100% de areia fina nas demais regiões, conforme ilustrado na Figura

48 Figura 28 Mapeamento de sedimentos de fundo utilizado na modelagem de transporte de sedimentos na Baía de Paranaguá. Os parâmetros de transporte utilizados nas simulações de produção finais foram: Sus = 1,8; Bed = 1,5; Susw = 0,2; Bedw = 0,1. 26

49 5 CENÁRIOS SIMULADOS Para a previsão da taxa de sedimentação em cada setor do canal de acesso foram simulados três cenários: 1) canal atual, 2) canal dragado até a cota de manutenção e 3) canal dragado até a cota de aprofundamento. O modelo de mudanças morfológicas foi executado, para cada cenário de profundidades citados acima, por um período de 1 ano. A descrição das profundidades previstas nos projetos, para cada setor do canal, é apresentada na Tabela 8 e Tabela 9. São apresentadas as profundidades referenciadas a dois datuns verticais: MLLW (média das baixa mares de sizígia) e MSL (nível médio do mar). Tabela 8 Descrição básica dos canais e profundidades projetadas para gerar os cenários de manutenção e de aprofundamento. ÁREA EXTENSÃO (m) LARGURA (m) MANUTENÇÃO PROFUNDIDADE (m) APROFUNDAMENTO MLLW MSL MLLW MSL ALFA ,00 15,80 16,00 16,80 BRAVO ,50 14,30 15,00 15,80 BRAVO ,00 14,00 14,00 15,00 CHARLIE /600 12,00 13,00 14,00 15,00 Charlie 1(canal do surdinho) ,00 15,00 CHARLIE Variável* --- CHARLIE /340 12,00 13,00 14,00 15,00 DELTA ,50 10, DELTA ,50 10, ECO ,00 7, BERÇO Tabela 9 Profundidade dos subcanais do canal principal Charlie 2. CABEÇOS DE AMARRAÇÃO COMPRIMENTO (M) PROFUNDIDADE (M) (manutenção somente) DHN MSL a ,00 14,00 202/ a ,00 12,00 206/ a ,00 11, a ,50 9, a ,00 13,00 210/ a ,00 14,00 dolfins ,00 11,00 27

50 6 RESULTADOS Um pós-processamento dos dados e saída do modelo permitiu a obtenção do volume sedimentado em cada setor do canal de navegação, para cada intervalo de tempo selecionado. Esse procedimento foi realizado com a utilização do programa Surfer (Golden Software). Na Tabela 10 é apresentado o volume sedimentado em cada seção do canal atual, após 6 meses de simulação. Na Tabela 11 é apresentado o volume sedimentado em cada seção do canal dragado até cota de manutenção, após 6 meses de simulação. Na Tabela 12 é apresentado o volume sedimentado em cada seção do canal dragado até a cota de aprofundamento, após 6 meses de simulação. Tabela 10 Volume sedimentado em cada seção do canal atual, após 6 meses de simulação. Volume Sedimentado (m 3 ) Alfa Bravo Bravo Charlie Charlie Charlie Delta Delta Ponta do Félix Echo Tabela 11 Volume sedimentado em cada seção do canal de manutenção, após 6 meses de simulação. Volume Sedimentado (m 3 ) Alfa Bravo Bravo Charlie Charlie Charlie Delta Delta Ponta do Félix Echo

51 Tabela 12 Volume sedimentado em cada seção do canal aprofundado, após 6 meses de simulação. Volume Sedimentado (m 3 ) Alfa Bravo Bravo Charlie Charlie Charlie Delta Delta Ponta do Félix Echo Na Tabela 13 é apresentado o volume sedimentado em cada seção do canal atual, após 1 ano de simulação. Na Tabela 14 é apresentado o volume sedimentado em cada seção do canal dragado até cota de manutenção, após 1 ano de simulação. Na Tabela 15 é apresentado o volume sedimentado em cada seção do canal dragado até a cota de aprofundamento, após 6 meses de simulação. Tabela 13 Volume sedimentado em cada seção do canal atual, após 1 ano de simulação. Volume Sedimentado (m 3 ) Alfa Bravo Bravo Charlie Charlie Charlie Delta Delta Ponta do Félix Echo Tabela 14 Volume sedimentado em cada seção do canal de manutenção, após 1 ano de simulação. Volume Sedimentado (m 3 ) Alfa Bravo Bravo Charlie Charlie Charlie Delta Delta Ponta do Félix Echo

52 Tabela 15 Volume sedimentado em cada seção do canal aprofundado, após 1 ano de simulação. Volume Sedimentado (m 3 ) Alfa Bravo Bravo Charlie Charlie Charlie Delta Delta Ponta do Félix Echo Da Figura 29 até a Figura 34 são apresentados os resultados da modelagem computacional dos processos de mudanças morfológicas do leito marinho nas duas principais áreas de sedimentação do canal de navegação (setores Alfa e Bravo 1) para os instantes: inicial, após 6 meses de simulação e após 1 ano de simulação, considerando os cenários: atual, dragagem de manutenção e dragagem de aprofundamento. 30

53 Figura 29 Evolução da topografia do fundo, com foco na região da seção Alfa, para o instante inicial (painel esquerdo), após 6 meses de simulação (painel central) e após 1 ano de simulação (painel direito) cenário atual. 31

54 Figura 30 Evolução da topografia do fundo, com foco na região da seção Alfa, para o instante inicial (painel esquerdo), após 6 meses de simulação (painel central) e após 1 ano de simulação (painel direito) cenário dragagem de manutenção. 32

55 Figura 31 Evolução da topografia do fundo, com foco na região da seção Alfa, para o instante inicial (painel esquerdo), após 6 meses de simulação (painel central) e após 1 ano de simulação (painel direito) cenário dragagem de aprofundamento. 33

56 Figura 32 Evolução da topografia do fundo, com foco na região da seção Bravo1, para o instante inicial (painel esquerdo), após 6 meses de simulação (painel central) e após 1 ano de simulação (painel direito) cenário atual. 34

57 Figura 33 Evolução da topografia do fundo, com foco na região da seção Bravo1, para o instante inicial (painel esquerdo), após 6 meses de simulação (painel central) e após 1 ano de simulação (painel direito) cenário manutenção. 35

58 Figura 34 Evolução da topografia do fundo, com foco na região da seção Bravo1, para o instante inicial (painel esquerdo), após 6 meses de simulação (painel central) e após 1 ano de simulação (painel direito) cenário aprofundamento. 36