AVALIAÇÃO DA ESTABILIDADE DA LINHA DE COSTA NO SEMI-ARCO PRAIAL ENTRE RIO DAS OSTRAS E BARRA DE SÃO JOÃO (RJ)

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1 AVALIAÇÃO DA ESTABILIDADE DA LINHA DE COSTA NO SEMI-ARCO PRAIAL ENTRE RIO DAS OSTRAS E BARRA DE SÃO JOÃO (RJ) Dieter Muehe ; Guilherme Borges Fernandez 2 ; Eduardo Manuel Rosa Bulhões 3 Lab. de Geografia Marinha, Depto. Geografia, UFRJ (dieter@ufrj.br); 2 Depto. Geografia, UFF; 3 Lab. de Geografia Marinha, Mestrando Programa Pós-Graduação em Geografia, UFRJ. Abstract. The stability of a semi-beach arc at the East coast of Rio de Janeiro State is analyzed using a multiple approach including grain size distribution of beach, shoreface and innershelf, beach and shoreface profiles, comparison of shoreface and inner shelf bathymetry with previous research from the Brazilian Navy and comparison of measured upper-shoreface profile with equilibrium beach profiles. All the results indicate an increase of beach instability/vulnerability in the North direction toward Rio das Ostras as for instance the increase of the divergence between the measured profile and the equilibrium beach profile, in the increase of the concavity/steepness of the upper and middle shoreface and also of the back-shore bluff in relation to previous measurements associated to an gradual increase of the outcrop of semi-consolidated sand stone at the backshore. Considering the already endangered coastline and the increased pressure of expansion of the urbanization along the coast, as also a possible retrogradation of at least 5 m in adaptation to an increase in sea level for the next 00 years the establishment of a set-back line is proposed in order to minimize the loss of properties in the near future. Palavras-chave: Erosão costeira, antepraia, perfil de equilíbrio. Introdução O segmento de arco praial localizado entre Barra de São João e Rio das Ostras se apresenta em grande parte orientado para sudeste, amplamente exposto às ondas. Na sua extremidade terminal, na zona urbana de Rio das Ostras, se recurva bruscamente para sudoeste e se fragmenta em pequenos arcos praiais separados por promontórios rochosos. Este último trecho, apesar de parcialmente abrigado pela presença de pequenas ilhotas e do promontório, apresentou forte erosão da praia com destruição de quiosques instalados à sua retaguarda em 200, o que levou a Prefeitura de Rio das Ostras a construir um muro de proteção impedindo o prosseguimento da erosão mas eliminando de vez a praia antes existente. Além deste segmento, de reduzida expressão espacial, há também outras evidências erosivas, como a exposição de arenitos de restinga na base da escarpa da pós-praia e o reduzido estoque de sedimentos expresso pela pequena largura da berma, em grande parte do arco praial principal. O presente diagnóstico tem como objetivo analisar a estabilidade de toda a linha de costa entre Barra de São João e Rio das Ostras considerando aspectos morfodinâmicos e morfo-sedimentares da praia e fundo marinho adjacente. 2. Métodos e Técnicas Onze perfis topográficos foram levantados (Fig. ), iniciando na retaguarda da praia, passando por toda a praia e estendendo-se para a zona submarina até o limite da visada de nivelamento. Desse modo foi incorporada a zona de surfe e parte da antepraia média. Todos os perfis foram referenciados ao nível médio do mar a partir da previsão de maré para Rio das Ostras,

2 adotando metodologia apresentada por Muehe et al. (2003). A extensão dos perfis para profundidades maiores, mas ainda dentro da antepraia (Fig. ), foi efetuada por meio de ecobatimetria para fins de comparação com o levantamento batimétrico realizado pela Diretoria de Hidrografia e Navegação em 980 na escala de : (Folha de Bordo 500-0/80 do Cabo São Tomé ao Cabo Búzios). Para esta comparação os dados batinétricos foram ajustados ao nível de redução, 0,72 m abaixo do nível médio. A reconstituição da batimetria da área de estudo foi efetuado por meio de digitalização das Folhas de Bordo obtido no Centro de Hidrografia da Marinha (CHM) sendo a interpolação de isolinhas batimétricas efetuado por meio do programa Surfer (Golden Software Inc.) através do método da krigagem. A comparação da batimetria levantada com a da Folha de Bordo, foi feita superpondo os perfis levantados à batimetria obtida da Folha de Bordo de modo que para cada ponto batimétrico levantado foi determinada a profundidade correspondente na Folha de Bordo Localização dos perfís de praia e batimétricos A B C D E F G Barra de São João H I J K Rio das Ostras Fig.. Localização dos perfis de praia e batimétricos Amostras de sedimentos, para análise granulométrica, foram coletadas em cada perfil na berma na face da praia, na antepraia imediatamente após a zona de arrebentação (nearshore) e nas proximidades do final do perfil de nivelamento topográfico, na antepraia média. No total foram coletadas e analisadas 44 amostras. No restante da antepraia e plataforma continental interna foram utilizados os resultados de levantamentos anteriores (Saavedra & Muehe 993; Fernandez & Muehe 995). A determinação do estado morfodinâmico da praia foi avaliado através da equação proposta por Muehe (998), ( senβ Despr ) / H b = Tespr / T Sendo: β - a declividade da face da praia D - distância de espraiamento da onda na face da praia (m) H b altura da onda na arrebentação (m) T espr duração do espraiamento da onda na face da praia (s) T período das ondas Os limites propostos, para discriminação dos diferentes estados pelo parâmetro são os seguintes: Estado Delta ( ) Dissipativo < 0,5 Banco e Calha 0,5-0,8 Bancos Transversais 0,8 -,0 Terraço de Baixa Ma,0-2,0 Refletivo > 2,0 Em cada perfil de praia foram realizadas observações de altura (H b ), período (T) e obliqüidade de incidência da onda (α b ) na arrebentação assim como a distância e tempo de espraiamento da onda na face da praia. O calculo do perfil de equilíbrio foi efetuado empregando a equação proposta por Bruun (954, 988 e Dean (977, 99), h = Ax m

3 na qual h é a profundidade da água a uma distância x da linha de costa, A um parâmetro definido a partir do diâmetro mediano dos sedimentos e m um expoente adimensional. Trabalhos realizados por Bruun (954, 988) e Dean (977, 99) chegaram a um valor médio para m = 2/3 ou 0,67, valor que na prática varia com o estado morfodinâmico da praia. O parâmetro A, que define a declividade do perfil submarino, foi relacionado empiricamente à velocidade de decantação ω s dos sedimentos (Dean987), sendo A = 0,067ω s 0,44 Foram calculados perfis de equilíbrio considerando a granulometria da face da praia e da antepraia superior (nearshore) para valor de m = 2/3, valor que apresentou bom ajuste nos perfis sem indicação visual de erosão. 3. Resultados 3.. Batimetria da Antepraia e Plataforma Continental Interna A disposição das curvas batimétricas na antepraia e plataforma interna defronte ao arco praial em estudo mostra uma certa regularidade na disposição das isóbatas entre a linha de costa e a profundidade de -8 m, uma diminuição da declividade e aumento de irregularidade entre -8 e - m retornando a regularidade em direção a profundidades maiores (Fig. 2). A mudança de declividade e de regularidade das isóbatas na profundidade de -8m sugere ser ali a localização da profundidade de fechamento do perfil, profundidade a partir da qual a ação das ondas sobre o fundo aumenta em direção à costa associado a um crescente aumento de mobilização dos sedimentos. O arqueamento das isóbatas a Sudeste do promontório de Rio das Ostras provoca a convergência das ortogonais das ondas em direção à extremidade Norte do arco praial Disposição das curvas batimetricas (m) Barra de S. João Rio das Ostras Fig. 2. Disposição das isóbatas na área de estudo em intervalos de 0,5 m 3.2 Praia: Caracterização Morfo-dinâmica, Sedimentar e Desajuste Morfológico O arco praial estudado apresenta características refletivas em toda sua extensão, caracterizado pela quase ausência de uma zona de surfe, a face de praia íngreme, e pequena largura da berma, refletindo o reduzido estoque de areia subaérea. O perfil de equilíbrio teórico foi calculado considerando o diâmetro granulométrico mediano dos sedimentos de dois setores distintos: a face da praia e a antepraia superior. Em função do recobrimento sedimentar mais fino da zona submarina os perfis calculados com a granulometria da área submersa, apresentaram declividade muito pequena sugerindo um desequilíbrio superior ao real, o que indica que o controle da declividade do perfil submarino seja exercido pela granulometria mais grossa do substrato, caracterizado pela granulometria da face da praia. O perfil B da figura 3 mostra um ajuste razoável entre perfil submarino e o perfil teórico enquanto o perfil F mostra significativa discrepância indicando sua característica erosiva.

4 Cota (m) Perfil B Perfil medido Perfil de equilíbrio para Md = 0,79 mm (face da praia) Perfil de equilíbio para Md = 0,57 mm (Antepraia superior) Distância (m) NM A superposição dos perfis, como exemplo, mostra a concavidade erosiva do perfil batimétrico mais recente ). Próximo à praia, a aparente acumulação sedimentar, com exceção da área defronte aos perfis J e K, não corresponde à realidade, sendo mais um efeito da extrapolação do programa -5 Perfil D -6 Cota (m) Perfil F Perfil medido Perfil de equilíbrio para Md = 0,44 mm (Face da praia) Perfil de equilíbrio para Md = 0,8 mm (Antepraia superior) Distância (m) Fig. 3. Configuração e distribuição granulométrica dos perfis da praia e antepraia e comparação com o perfil de equilíbrio teórico. 3.3 Comparação entre Levantamentos Batimétricos ( ) A comparação entre os perfis levantados com a batimetria da Folha de Bordo mostra um núcleo central de estabilidade batimétrica com acumulação sedimentar localizada. Entre este núcleo e a praia a profundidade aumentou, em alguns pontos em mais de m (Fig Diferença da batimetria H entre 988 e 2005 G A B C D E F Barra de São João I J K NM Rio das Ostras Fig. 4. Distribuição espacial das diferenças batimétricas entre 2005 e Profundidade (m) Folha de Bordo FB /980 Batimetria 6/02/ Distância (m) Fig. 5. Exemplo da concavidade erosiva da antepraia comparando perfis batimétricos de 2005 com a Folha de Bordo de Conclusões Os resultados obtidos indicam um desequilíbrio morfo-sedimentar, apontando para uma tendência erosiva da linha de costa. Esta interpretação se baseia no reduzido estoque de areia da praia, no desequilíbrio do perfil transversal submarino em relação ao perfil teórico, no recobrimento localizado do substrato de areias grossas com areias finas, desfavorável à realimentação da praia com as areias de granulometria mais adaptada ao clima de ondas, assim como no aparente processo erosivo da antepraia média e superior. Considerando a possibilidade de uma elevação do nível do mar, esta instabilidade se acentuará e a linha de costa tenderia a se adaptar a partir de um recuo erosivo. A amplitude desse recuo para uma dada elevação do nível do mar pode ser calculada aproximadamente através da aplicação da lei de Bruun (Bruun, 962), utilizando a equação: SL R = H onde: R = recuo erosivo da linha de costa devida à elevação do nível do mar (m)

5 S = elevação do nível do mar (m) L = comprimento do perfil ativo (m) H = altura do perfil ativo (m) G = Proporção de material erodido que se mantêm no perfil ativo A altura do perfil ativo (H) pode ser determinada pela somatória da altura da feição emersa ativa (altura do terraço marinho, altura da duna frontal etc.) com a profundidade de fechamento do perfil, sendo L a distância horizontal entre a elevação máxima do perfil ativo e a profundidade de fechamento. Assim, considerando a profundidade de fechamento em -7 m, a altura do terraço marinho em 4 m, e a distância da praia à profundidade de fechamento na ordem de 000 m teríamos, para os três cenários de elevação do nível do mar, projetados pelo Intergovernmental Panel onclimate Change (IPCC) para o ano de 200, respectivamente de 0,2 m; 0,45 m e 0,86 m, os seguintes recuos da linha de costa: 0, R0,2 = = = 5m , R0,49 = = = 38m , R = = 66m 0,86 = Assim sendo, uma elevação do nível do mar de apenas 0,2 m, o cenário mais otimista, já implicaria numa retrogradação da linha de costa em mais de 0 m, o que traria conseqüências sérias para as construções muito próximas à orla. Em resumo, a linha de costa se apresenta instável e seria conveniente criar uma faixa de não edificação ao longo da orla. Nessa faixa poderiam ser erguidas construções leves, parques, passeios públicos etc., cuja perda não implicaria em prejuízos elevados nem dificuldades grandes de remoção. Sugere-se também o estabelecimento de um programa de monitoramento do comportamento da linha de costa através da realização de perfis topográficos sistemáticos em pontos previamente estabelecidos. 5. Referências BRUUN, P Coastal erosion and the development of beach profiles. U.S. Army Beach Erosion Board, Technical Memorandum, 44. BRUUN, P Sea level rise as a cause of shore erosion. Journal of Waterway, Port, Coastal and Ocean Engineering, ASCE, 88, BRUUN, P The Bruun rule of erosion: A discussion on large-scale two and three dimensional usage. Journal of Coastal Research, 4: DEAN, R.G Heuristic models of sand transport in the surf zone. Proceedings of the first Australian Coastal Engineering Conference. Sydney. Australia. Institute Engineers Australia, p DEAN, R.G Equilibrium beach profiles: US Atlantic and Gulf Coasts. Ocean Engineering Technical Report, 2. DEAN, R.G Coastal sediment processes: toward engineering solutions. Coastal Sediments 87, ASCE, -24. DEAN, R.G. 99. Equilibrium beach profiles: characteristics and applications. Journal of Coastal Research, 7: FERNANDEZ, G.B. & MUEHE, D Cobertura sedimentar recente e batimetria da plataforma continental interna entre Macaé e o cabo Búzios, RJ. VI Simpósio Nacional de Geografia Física Aplicada. Anais. : SAAVEDRA, L. & D. MUEHE 993. Innsershelf morphology and sediment distribution in front of Cape-Frio - Cape Buzios embayment. JOPS-I Workshop. (Brazilian German Victor Hensen Programme Joint Oceanographic Projects, Niterói, RJ. p. 29. MUEHE, D Estado morfodinâmico praial no instante da observação: uma

6 alternativa de identificação. Revista brasileira de Oceanografia, 46(2): MUEHE, D., ROSO, R.H. and SAVI, D.C Avaliação de método expedito de determinação do nível do mar como datum vertical para amarração de perfis de praia. Revista Brasileira de Geomorfologia, 4():53-57.