Universidade Federal do Paraná, Pós-graduação em Geologia. 2. Universidade Federal do Paraná, Departamento de Geologia.

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1 APLICABILIDADE DOS PROGRAMAS GERADORES DE VETORES DE TENDÊNCIAS DE TRANSPORTE DE SEDIMENTOS NA PORÇÃO SUL DO DELTA DE DESEMBOCADURA DO COMPLEXO ESTUARINO DE PARANAGUÁ - PR. Fernando A. Veiga1, Rodolfo J. Angulo2, Marcelo Renato Lamour1,3, Frerico P. Brandini3 & Carlos R. Soares3. 1 Universida Feral do Paraná, Pós-graduação em Geologia. (ferveiga@ufpr.br). 2 Universida Feral do Paraná, Departamento Geologia. 3 Universida Feral do Paraná, Centro Estudos do Mar. Abstract.This work presents the results of GSTA, GSTAST and TRANSVEC grain size trends analysis programs based in mean size, sorting and skewness parameters of the south portion of the Paranaguá Estuarine Complex Outlet Delta bottom sediments. The longshore sediment transport is from southwest to northeast in the area, ruled by episodically highenergy frontal systems events. Consequently, the sediments are trapped by the hydraulic dam formed by tidal currents and the south part of the outlet is quite large that the north portion. Thus, an extend breaking wave field with 1.5 to 3 meters water pths named Galheta Bank is formed. Currents and wave action in this bank sediments causes spit formation that moves landward into the bay mouth. After the application of all programs, the most consistent result was obtained by GSTAST program that generates empiric data and a significant test with 95% confince before validate or not the resultant vectors. Palavras chave: parâmetros granulométricos, sedimentos fundo, riva litorânea. Introdução O significado e a aplicabilida dos diversos parâmetros estatísticos que pom ser calculados a partir da análise granulométrica um sedimento têm gerado discussões no meio científico. Nas últimas duas décadas vários autores como MAcLAREN (1981); MAcLAREN & BOWLES (1985); GAO & COLLINS (1991, 1992); Le ROUX (1994a, 1994b); GAO (1996); PEDREROS et al. (1996); CHANG et al. (2001), têm acordado que a média granulométrica, o grau seleção e a assimetria do sedimento são os parâmetros mais importantes para a terminação da direção transporte sedimentos em um ambiente posicional. No entanto, vido à diversida fatores que pom variar no ambiente, as tentativas elaborar molos e programas para serem aplicados com segurança na natureza têm se mostrado polêmicas. MAcLAREN (1981) conclui que: 1) as características granulométricas um pósito sedimentar penm: da posição seletiva do sedimento durante o transporte, da total posição do sedimento transportado, além das características do pósito fonte. As relativas mudanças ou tendências stas características, finidas pela média granulométrica, seleção e assimetria, pom ser usados para terminar fontes e pósitos que têm participação nos processos e, por inferência, a direção preferencial do transporte do sedimento. 2) Exceções nestas tendências pom ocorrer se houver mais uma fonte sedimento, se houver processos coesivos em sedimentos finos ou floculação durante a posição e se o tamanho dos grãos alterar durante o transporte. 3) Somente a distribuição do tamanho dos grãos um sedimento não po ser utilizada para terminar com segurança o ambiente posição. 4) A análise das tendências dos parâmetros granulométricos po ser usada para terminar: a) prováveis relações entre os ambientes posição; b) os processos mais importantes que operam nos sub-ambientes; c) a direção transporte sedimentos; e d) os ambientes posição.

2 Em síntese, baseando-se em um sedimento com distribuição hipotética e assumindo que grãos mais leves apresentam maior probabilida serem erodidos e transportados do que grãos pesados, MAcLAREN (1981) afirma que: 1) durante o transporte os sedimentos tornam-se mais finos, melhor selecionados e com assimetria mais negativa do que o sedimento fonte; 2) pom também tornar-se mais grossos, melhor selecionados e com assimetria mais positiva ; 3) Em pósitos sucessivos os sedimentos tenm a ficar mais finos ou mais grossos mas a seleção ten a melhorar e a assimetria a ficar mais positiva. Mais tar, MAcLAREN & BOWLES (1985) estabelecem um molo relacionando os caminhos do transporte sedimentos a variações espaciais consirando a média granulométrica (µ), um coeficiente do grau seleção (σ²) e a assimetria (Sk), senvolvendo um tratamento estatístico dos dados para gerar um molo em uma dimensão das tendências transporte do sedimento em um ambiente, no qual seria possível distinguir dois padrões principais direção transporte efetivo na natureza. No sentido do transporte os sedimentos se tornariam mais grossos, melhor selecionados e com assimetria mais positiva ou mais finos, melhor selecionados e com assimetria mais negativa: σ1² < σ2², µ1 < µ2 & Sk1 < Sk2 σ1² > σ2², µ1 < µ2 & Sk1 > Sk2 sendo os subscritos 1 e 2 os locais amostragem, 2 estando ao longo da direção transporte 1 e os valores em unidas Φ. GAO & COLLINS (1991) fazem uma análise crítica do trabalho MAcLAREN & BOWLES (1985) afirmando que, apesar dos casos 1 e 2 acima scritos sejam dominantes, outros casos pom ocorrer e causar distorções no método. Consiram outros dois tipos tendência possíveis no transporte sedimentos: σ1² > σ2², µ1 > µ2 & Sk1 > Sk2 σ1² > σ2², µ1 < µ2 & Sk1 < Sk2 Estes autores introduzem técnicas filtragem semiquantitativas e testes significância para todos os casos (GAO & COLLINS, 1992, 1994), o que resulta em um molo em duas dimensões que gera padrões vetores residuais transporte sedimentos. Le ROUX (1994a) faz uma análise crítica dos resultados obtidos por GAO & COLLINS (1992) encontrando vetores "enigmáticos" que poriam resultar da escolha subconsciente padrões transporte sedimentos tanto do tipo 1 como do tipo 2. Outro problema seria a finição vaga estações vizinhança que adviria quando se assume uma distância representativa do espaçamento entre os pontos amostrais. Além disto, Le ROUX (1994a) afirma que finir vetores consirando apenas duas amostras cada vez não caracterizaria uma técnica verdairamente bi-dimensional. Le ROUX (1994b) propõe então uma nova abordagem para estimar a tendência transporte sedimentos. Em vez analisar dois pontos amostrais cada vez, o autor propõe a análise em grupos cinco pontos, um central e quatro estações satélites equidistantes e a 90 uma da outra, o que eliminaria os problemas do método GAO & COLLINS (1992). Vários autores aplicaram os diversos métodos scritos acima em diferentes ambientes posicionais, cada um com suas particularidas. Algumas tentativas foram bem sucedidas como a PEDREROS et al. (1996) que aplicaram o método GAO & COLLINS (1992) para a terminação padrões transporte sedimentos em uma região intermarés em uma praia da costa Atlântica ao sul da França com regime macromarés com resultados positivos. As principais razões para o funcionamento do método seriam: 1) apenas uma unida sedimentar bem limitada foi amostrada; 2) a camada mistura sedimento pô ser reconhecida e propriamente amostrada; 3) o impacto causado pela nsida das amostras pô ser testado; 4) a taxa e direção transporte puram ser investigadas com traçadores para confirmar as direções gerais dos padrões transporte residual.

3 GAO (1996) publica o programa GSTA (Grain Size Trend Analysis) que consira oito tipos tendência transporte sedimentos: Tipo 1 - σ2 σ1, µ2 µ1, Sk2 Sk1 Tipo 2 - σ2 σ1, µ2 µ1, Sk2 Sk1 Tipo 3 - σ2 σ1, µ2 µ1, Sk2 Sk1 Tipo 4 - σ2 σ1, µ2 µ1, Sk2 Sk1 Tipo 5 - σ2 σ1, µ2 µ1, Sk2 Sk1 Tipo 6 - σ2 σ1, µ2 µ1, Sk2 Sk1 Tipo 7 - σ2 σ1, µ2 µ1, Sk2 Sk1 Tipo 8 - σ2 σ1, µ2 µ1, Sk2 Sk1 Para seu estudo em particular indica os tipos 1 e 2 como os mais apropriados para análise tendência transporte sedimentos e, para validar o emprego do programa, frisa a necessida da malha amostral ser compatível com o ambiente posicional estudado. Os processos analíticos para a terminação das tendências consiram os seguintes passos: 1) Os parâmetros granulométricos cada estação são comparados com os das estações vizinhas. Se as tendências tipos 1 ou 2 ocorrerem entre uma estação central e qualquer das estações vizinhas, um vetor tendência adimensional é finido para a estação central. Para intificar a valida da estação vizinha, uma distância característica (Dcr), que representa a escala da malha amostral é especificada. Se a distância entre duas estações for menor que Dcr estas serão consiradas vizinhas e os parâmetros granulométricos serão comparados. 2) Uma transformação matemática é então realizada para as estações amostragem que obtiverem mais um vetor tendência transporte intificados no passo (1) resultando em apenas um vetor tendência para cada estação amostral. 3) Um filtro é então aplicado para reduzir algum ruído remanescente (qualquer vetor que não seja consistente, em termos direção, com os padrões transporte é consirado um ruído). Novamente, as estações vizinhas são intificadas pela distância característica (Dcr) para realizar a filtragem. CHANG et al. (2001) apresentam uma sugestão para o método GAO (1996) incluindo a geração, a partir dos dados reais, dados empíricos realocados randomicamente, para testar se os vetores residuais representam realmente as direções preferenciais transporte sedimentos. Os dados empíricos são então utilizados para gerar vetores residuais. Este experimento é repetido a fim se obter séries vetores residuais para cada estação e para grupo dados, estabelecendo a frequencia ocorrência dos vetores por estação. Em seguida é realizado um teste significância do vetor tendência transporte com um intervalo confiança 95%, que representaria uma probabilida uma em vinte que o vetor residual intificado tenha chance ocorrer. Estes procedimentos são apresentados no programa GSTAST (Grain Size Trend Analysis with Significant Test), que combina o algoritmo proposto apagando os vetores artificiais calculados pelo programa GSTA GAO (1996). Le ROUX et al. (2002), baseado em seu molo uma estação amostral central e quatro satélites, propõem o programa TRANSVEC em plataforma EXCEL-VBA em que os dados são: 1) selecionados automaticamente com opção escolher a distância máxima entre o ponto central e os satélites; 2) o peso cada parâmetro granulométrico po ser alterado; 3) consira os quatro tipos tendência transporte principais: Tipo 1 - σ2 σ1, µ2 µ1, Sk2 Sk1 Tipo 2 - σ2 σ1, µ2 µ1, Sk2 Sk1 Tipo 3 - σ2 σ1, µ2 µ1, Sk2 Sk1 Tipo 4 - σ2 σ1, µ2 µ1, Sk2 Sk1 pondo ser extraído o maior magnitu ou analisá-los todos separadamente; 4) pose plotar os vetores resultantes com uma filtragem 20, 40, 60 e 80% da magnitu maior; 5) uma homogeneização dos vetores resultantes po ser feita; 6) a distribuição dos dados vetoriais é analisada utilizando o teste não paramétrico WATSON (1966) que verifica se a tendência é preferencial ou uniforme. A área escolhida para testar os programas citados acima situa-se na porção sul do lta sembocadura do Complexo Estuarino Paranaguá (CEP).

4 Metodologia As amostras sedimento fundo foram obtidas em 5 perfis transversais à linha costa prefinidos com distâncias entre estes 2 Km, ao longo dos quais foram retiradas amostras a cada 600 m, totalizando 81 amostras. Os dados resultantes das análises granulométricas foram processados no programa SYSGRAN 2.4 (CAMARGO, 1999) para a obtenção dos parâmetros estatísticos granulométricos segundo o método scrito por McCAMMON (1962) para a média granulométrica segundo a fórmula, para a seleção, a assimetria é calculada pelo programa segundo a fórmula sugerida por FOLK & WARD (1957). Os parâmetros estatísticos foram processados nos programas GSTA (GAO, 1996), GSTAST (CHANG et al., 2001) e TRANSVEC (le ROUX, et al., 2002) para a obtenção dos vetores transporte sedimentos. Os vetores foram plotados com o auxílio do programa SURFER 7.0 da Goln Software Corporation, que requer o trabalho adicional multiplicar as direções vetores resultantes por (-1) pois gira os vetores positivos no sentido anti-horário ao plotá-los. Figura 1 - Vetores transporte sedimentos gerados pelo programa GSTA (GAO, 1996). A figura 2 apresenta os vetores transporte sedimentos validados pelo programa GSTAST, consirando-se um número repetição estações empíricas igual a 160, distância característica (Dcr) 2200 metros e um valor t igual a 1,645 que significa um intervalo confiança 95%, como sugerido pelos autores. Estes parâmetros resultaram na validação 27 vetores. Alterando-se o número repetições não houve variação significativa. O valor t foi mantido em 1,645 para todos os cálculos. Alterando-se o valor t por-se-ia conseguir a validação mais vetores porém, o teste significância não atingiria o valor recomendado 95% para o intervalo confiança. Resultados A figura 1 apresenta os 81 vetores transporte sedimentos gerados pelo programa GSTA com um fator A igual a 1 por que as coornadas dos pontos são em UTM e uma distância característica 2200 metros (a maior distância entre um ponto e seus vizinhos é 2000 metros). Figura 2 - Vetores transporte sedimentos validados pelo programa GSTAST (CHANG, et al., 2001).

5 O programa TRANSVEC (leroux et al., 2002) foi utilizado para gerar os vetores válidos mostrados na figura 3 consirando-se os quatro tipos principais tendências transporte. O raio procura foi fixado em 3 vezes a média da distância entre as estações, peso para o cálculo estatístico 33% para média granulométrica, 33% para seleção e 34% para assimetria. Alterando-se o parâmetro do raio procura, não houve mudança significativa no resultado, bem como alterando o peso dos parâmetros estatísticos granulométricos. Foram gerados 18 vetores válidos após a execução do teste Watson e 13 vetores após a operação homogeneização (smooth vectors) que foram utilizados para plotagem. Figura 3 - Vetores transporte sedimentos validados pelo programa TRANSVEC (leroux, 2002). Discussão O lta sembocadura do Complexo Estuarino Paranaguá (CEP) foi mencionado como tal por BIGARELLA (1978) e posteriormente consirados por ANGULO (1992, 1995) como sistema posicional lta sembocadura. Comparando fotografias aéreas da área 1954 a 1980, ANGULO (1993) screve variações da linha costa zenas a centenas metros na região, sugerindo que os afloramentos rochosos da Ilha do Mel mantêm fixa a margem esquerda da sembocadura sul do CEP atualmente. ANGULO (1999) screve esporões arenosos orientados em direção à terra presentes nas sembocaduras norte e sul do CEP, mostrando a eficiência da riva longitudinal em transportar sedimentos estuário antro. Além disso, formas fundo indicando transporte sedimentos para fora do estuário também são intificadas, evinciando a complexida do sistema em questão (figura 4). Figura 4 - Configuração da sembocadura sul do CEP: (1) terras emersas; (2) praias; (3) barras espraiamento; (4) barras submersas com arrebentação; (5) barras submersas sem arrebentação (modificado ANGULO, 1999). Ainda segundo este autor, o maior senvolvimento da porção sul do lta ocorre pela contribuição dos sedimentos trazidos pela riva longitudinal sul para norte, ali represados pelo efeito "barragem" ocasionado pelo fluxo das correntes maré através do canal principal. LAMOUR (2000), analisa características morfológicas e hidrodinâmicas do banco da galheta e o histórico das dragagens do canal acesso aos portos Paranaguá e Antonina e apresenta vetores adimensionais inferidos para o transporte preferencial sedimentos na porção sul do lta (figura 5). Sugere que os sedimentos do banco da Galheta teriam como fonte os sedimentos que se slocam longitudinalmente à praia entre a linha costa e a isóbata 10 metros. As correntes maré enchente que fluem pelo canal marginal do lta e as correntes riva litorânea entre Pontal do Sul e Ponta do Poço, contribuiriam para o transporte sedimentos em direção ao interior do estuário. É importante acrescentar que a ressuspensão e o transporte dos sedimentos causados pelos movimentos orbitais das ondas quebrando continuamente sobre as barras no Banco da Galheta são um agente transportador atuante e

6 que seus efeitos vem estar registrados nos sedimentos ste ambiente posicional. Bibliografia citada Figura 5 - Padrões inferidos transporte sedimentos para a porção sul do lta sembocadura do Complexo Estuarino Paranaguá (LAMOUR, 2000). Conclusões Após a análise dos resultados obtidos com a aplicação dos programas geração vetores tendências transporte sedimentos GSTA, GSTAST e TRANSVEC, o que melhor satisfaz as tendências inferidas é o GSTAST (figura 3). A iniciativa CHANG et al. (2001) inserir um teste significância para os vetores, bem como a geração vetores adicionais empíricos que são utilizados no processo filtragem, parece funcionar a contento neste caso em particular. É fato que as premissas sugeridas pelos autores para a aplicabilida dos molos são várias e, consequentemente, ambientes iais são difíceis ser encontrados na natureza. Não é objetivo ste trabalho criticar ou validar a aplicabilida dos molos existentes mas sim, ntro possibilidas reais, analisar qual dos programas testados apresenta melhores resultados em um ambiente posicional complexo. Agracimentos Ao Laboratório Estudos Costeiros - LECOST pelo apoio logístico e financeiro e a CAPES pela bolsa estudos. ANGULO, R.J., 1992 Geologia da Planície costeira do Estado do Paraná. Tese doutorado. Universida São Paulo - USP. São Paulo - SP. 334p. ANGULO, R. J., Variações na configuração da linha costa no Paraná nas últimas quatro décadas. Boletim Paranaense Geociências. Curitiba. 41: ANGULO, R. J., Feições posicionais associadas às sembocaduras dos complexos estuarinos da costa paranaense. In: V Congresso da Associação Brasileira Estudos do Quaternário ABEQUA - Niterói-RJ. Resumos expandidos, ANGULO, R. J., Morphological characterization of the tidal ltas on the coast of the state of Paraná. Anais da Acamia Brasileira Ciências, 71: (4-II): BIGARELLA, J. J., BECKER, R. D., MATOS, D. J. & VERNER, A., A Serra do Mar e a porção oriental do Estado do Paraná: um problema segurança ambiental e nacional. Curitiba. Governo do Paraná/SEPL/ADEA. 249p. CAMARGO, M. G., SysGran para Windows: sistema análises granulométricas. Pontal do Sul - PR. CHANG, Y. H., SCRIMSHAW, M. D., LESTER, J. N., A revised Grain-Size Trend Analysis program to fine net sediment transport pathways. Computers & Geosciences, 27: FOLK, R. L. & WARD, W. C., Brazos River Bay: Study of the significance of grain size parameters. Journal of Sedimentary Petrology, 27:3-27. GAO, S, A Fortran program for grain-size trend analysis to fine net sediment transport pathways. Computers & Geosciences, 22-4: GAO, S. & COLLINS, M., A critique of the Mclaren method for fining sediment transport paths-discussion. Journal of Sedimentary Petrology, 61: GAO, S. & COLLINS, M., Net sediment transport patterns inferred from grain-size trends, based upon finition of transport vectors. Sedimentary Geology, 81: GAO, S. & COLLINS, M., Analysis of grain size trends, for fining sediment transport pathways in marine environments. Journal of Coastal Research, 10: LAMOUR, M. R., Dinâmica sedimentar do Canal da Galheta, via acesso ao porto Paranaguá - PR. Dissertação mestrado Universida Feral do Paraná. Paraná - PR. 100p. Le ROUX, J. P.,1994 (a). A spreadsheet template for termining sediment transport vectors from grain-size parameters. Computers & Geosciences, 20:3: Le ROUX, J. P., 1994 (b). An alternative approach to the intification of net sediment transport paths based on grain-size trends. Sedimentary Geology, 94: Le ROUX, J. P., O'BRIEN, R. D., RIOS, F., CISTERNAS, M., Analysis of sediment transport paths using grain-size parameters. Computers & Geosciences, 28: McCAMMON, R. B., Efficiencies of percentile measurements for scribing the mean size and sorting of sedimentary particles. Journal of Geology, 70: McLAREN, P., An interpretation of trends in grain size measures. Journal of Sedimentary Petrology, 51:2: McLAREN, P. & BOWLES, D., The effects of sediment transport on grain-size distributions. Journal of Sedimentary Petrology, 55:4: NOERNBERG, M. A., Processos morfodinâmicos no complexo estuarino Paranaguá - Paraná - Brasil. Um estudo a partir dados in situ e LandSat TM. Tese doutorado. Universida Feral do Paraná. Curitiba. 180 p. PEDREROS, R., HOWA, H. L., MICHEL, D., Application of grain size trend analysis for the termination of sediment transport pathways in intertidal areas. Marine Geology, 135: SUGUIO, K., Introdução à Sedimentologia. Editora Edgard Blucher/EDUSP, São Paulo, 317 p. VEIGA, F. A. & ANGULO, R. J., Sedimentologia da plataforma continental interna rasa na porção central da costa paranaense. Anais do IX Congresso da Associação Brasileira Estudos do Quaternário. CD trabalhos completos. Volume único. WATSON, G. S., The statistics of orientation data. Journal of Geology,74 (2):

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