Palavras-chave: Transposição; Leques de transposição; Limiares de transposição.

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1 ANÁLISE DO PROCESSO DE TRANSPOSIÇÃO E MORFOLOGIA DE LEQUES NA PARTE ORIENTAL DA BARREIRA COSTEIRA DA MASSAMBABA - RJ, DURANTE UM VENTO DE TEMPESTADE EM AGOSTO DE Resumo: CAROLINE AQUINO MARTINS 1 SILVIO ROBERTO DE OLIVEIRA FILHO 2 THAIS BAPTISTA DA ROCHA 3 VICTOR BUZNELLO DE VASCONCELLOS MALUF 4 GUILHERME BORGES FERANDEZ 5 Transposição é o processo natural no qual um fluxo de água e sedimentos ultrapassa a altura da barreira ou das dunas frontais e não retorna totalmente para o mar. O objetivo deste trabalho é investigar um evento de transposição ocorrido em agosto de 2014, no setor leste da barreira costeira da Massambaba, litoral do Estado do Rio de Janeiro, na tentativa de definir limiares de altura de onda, que, em função do gradiente da face de praia e altura da barreira, possam ocasionar eventos de transposição nessa área. A metodologia consistiu em realizar simulações de alcance máximo do runup, de acordo com a escala de impactos de tempestade de Sallenger (2000) em associação com a equação de excedente de runup (R2%) de Stockdon et al. (2006) e parâmetros morfométricos e morfológicos da barreira. Foram utilizadas ortofotos, receptores DGPS e estação total com prisma refletor. Os resultados apontam para ocorrência de transposição e morfologia dos depósitos em leques alongados. Palavras-chave: Transposição; Leques de transposição; Limiares de transposição. Abstract: Overwash is the natural process which a flow of water and sediment exceeds the height of the barrier or the frontal dunes and does not return completely to the sea. the aim of this study is to investigate a overwash process that occurred in August 2014, in the eastern sector of the coastal barrier of Massambaba, in the State of Rio de Janeiro, in an attempt to define wave height thresholds, which, due to the gradient of Face of beach and height of the barrier, may cause transposition events in this area. The methodology consisted of execute out 1 Mestranda do programa de pós graduação da Universidade Federal Fluminense PPG-UFF. Contato: caroline_martins@id.uff.br 2 Pesquisador Posdoc PNPD/CAPES do programa de pós-graduação da Universidade Federal Fluminense PPG- UFF. Contato: silviooliveira@id.uff.br 3 Professora Adjunta do departamento de Geografia da Universidade Federal Fluminense UFF. Laboratório de Geografia Física LAGEF. Contato: thaisitc5@yahoo.com.br 4 Mestre pelo programa de pós-graduação da Universidade Federal Fluminense PPG-UFF. Contato: vic.bvm@gmail.com 5 Professoro Adjunto do departamento de Geografia da Universidade Federal Fluminense UFF. Laboratório de Geografia Física LAGEF. Contato: guilhermefernandez@id.uff.br 6676

2 maximum runup simulations according to the Sallenger storm scale (2000) in association with the excess runup equation (R2%) of Stockdon et al. (2006) and morphometric and morphological parameters of the barrier. Orthophotos, DGPS receivers and total reflector prism station were used. The results point to the occurrence of transposition and morphology of the deposits in elongated fans. Key-words: Overwash, washover, overwash thresholds 1 Introdução Overwash ou transposição é o processo natural no qual um fluxo de água e sedimentos ultrapassa a altura da crista da barreira ou das dunas frontais e não retorna totalmente para o mar (Leatherman, 1981; Donnelly et al 2006, Donnelly, 2008). Sendo assim, pode ocorrer em qualquer ponto da barreira costeira onde o espraiamento da onda atinge cota mais elevada que a altura da duna frontal ou da crista da barreira. Um melhor entendimento sobre causas e consequências de transposição seria possível a partir da análise das condições oceanográficas de um evento de tempestade em conjunto com a morfologia regional de uma determinada barreira, entendendo que tanto o processo de transposição, quanto a morfologia dos leques formados são ambos resultados da interação entre os parâmetros oceanográficos e a geometria da barreira. (Sallender, 2000; Donnelly, et al 2006; Matias et al 2008; Phantuwongraj, et al 2013; Matias et al 2015) Nesse sentido, o objetivo do presente trabalho é investigar um evento de transposição ocorrido em agosto de 2014, no setor leste da barreira costeira da Massambaba, litoral do Estado do Rio de Janeiro, marcada por dunas frontais bem desenvolvidas (altimetria média de 7m) intercaladas por áreas de baixa altimetria (inferior a 3m) utilizando ortofotos, receptores DGPS e estação total com prisma refletor. Foram levados em consideração nesta análise aspectos morfológicos, oceanográficos e morfodinâmicos da área de estudo na tentativa de definir as condições de altura de onda, que, em função do gradiente da face de praia e altura da barreira, ocasionaram eventos de transposição nessa área. 2 Desenvolvimento Overwash ou transposição é o nome do processo responsável pela transposição de ondas e formação dos depósitos sedimentares no reverso das barreiras, sendo um geoindicador de processos transgressivos, e é considerado o segundo principal mecanismos de retrogradação 6677

3 das BACs (Leatherman, 1988). Sendo assim, a curto prazo é um processo que controla a dinâmica da barreira e a longo prazo pode impulsionar a migração dela em direção ao continente (Matias et al, 2015), tendo um importante papel dentro da evolução da paisagem. Em grande parte da literatura, a transposição é associada a eventos meteorológicos extremos. Grandes tempestades geram ondas com maiores alturas e períodos, ocasionando a sobre-elevação do nível relativo do mar. Essa maior elevação (setup) possui grande potencial em levar água e sedimentos da praia para o reverso da barreira e modificar a morfologia e dinâmica da mesma. Quando uma tempestade coincide com uma maré alta pode gerar até inundações devido ao grande empilhamento de água (storm surge) (Donnelly, et al. 2006) Porém, diversos trabalhos expressivos sobre o tema (Sallenger, 2000; Donelly, 2008; Matias, et al 2008, 2010; Phantuwongraj, 2013) deixam claro que processos de transposição podem ocorrer sem a necessidade de um evento de tempestade extremo para impulsioná-lo e que a ocorrência desse processo vai depender fundamentalmente do alcance do espraiamento da onda em relação a morfologia e morfometria da praia. Sallenger (2000) elaborou uma escala de impactos de tempestade que analisa a geometria da costa, particularmente a sua dimensão vertical, em conjunto com as características hidrodinâmicas do momento do evento de tempestade. O autor utiliza os parâmetros morfológicos da cota da crista da duna ou barreira e a cota da base da duna ou barreira e parâmetros oceanográficos como a elevação máxima e mínima do espraiamento, que está continuamente abaixo da água. A elevação do espraiamento considera a maré astronômica em associação coma maré meteorológica e a elevação do runup. A escala de Sallenger (2000) reforça que quanto mais elevado for a elevação do espraiamento, maiores serão os impactos morfológicos nas feições costeiras, porém um conhecimento prévio da topografia da área pode ajudar a prever, e até prevenir, grandes danos. Sendo assim, um melhor entendimento sobre transposição em uma determinada área seria um que reunisse as condições oceanográficas em conjunto com a morfologia da barreira, entendendo que tanto o processo de transposição, quanto a morfologia dos leques formados são ambos resultados da interação entre esses dois fatores determinantes. Tendo em vista que a transposição pode afetar de forma dramática ecossistemas e populações humanas situadas no reverso das BACs, trazendo consequências ambientais, econômicas e sociais indesejáveis, é importante examinar os aspectos morfológicos e 6678

4 morfométricos das BACs que apresentam feições de leques de transposição, com a finalidade de entender como a morfologia específica de cada barreira propicia, não só a ocorrência de um processo transgressivo, mesmo sob uma tendência de diminuição do nível do mar, mas também como esses fatores condicionam a forma resultante do leque sobre a barreira, que pode ser de: leques individuais, leques agrupados, que se conectam no reverso da barreira, terraços ou lençóis, que cobrem toda a barreira. 3 Métodos e metodologia A metodologia consistiu na análise de dados topográficos transversais, longitudinais e tridimensionais, a partir de um ponto de controle representativo para o setor Leste da barreira costeira da Massambaba, em conjunto com parâmetros referentes a ondas em águas profundas (altura significativa, período de ondas e direção média), levantados com o modelo de dados WAVEWATCH III com o intuito de gerar dados que possam oferecer um entendimento mais completo sobre a transposição nesse setor do arco praial. - Dados de onda Os parâmetros de ondas utilizados foram dados de saída do modelo de ondas espectrais Wavewatch III. Os dados de saída do modelo apresentam parâmetros espectrais integrados de Altura Significativa (Hs), Período de Pico (Tp) e Direção de Ondas (MWD), registrada a cada 3 horas por dia. A boia virtual responsável pela saída de dados possui centroide na localização -23.0ºS, -41,4ºW. Os dados utilizados nesse trabalho foram gerados a partir das médias diárias dos parâmetros de ondas em águas profundas, organizados em tabelas e apresentados em gráficos utilizando o software Microsoft Office Excel Para analisar as ondas que provavelmente ocasionaram os leques documentados durante o evento de 2014 foi estabelecido o limite de 10 dias antes dos registros de leques mapeados em campo. O rápido retrabalhamento eólico modifica os depósitos sedimentares, descaracterizando a forma e marcas das feições. Sendo assim, somente ondas próximas ao registro em campo poderiam ser as causadoras do processo de transposição. A partir da caracterização do clima de ondas para o Costa Sul do Brasil (Mello, 1993, foram selecionadas dentro desse período de 10 dias apenas os parâmetros de altura significativa, período e direção de ondas que se enquadravam nas condições de tempestade, com direções S, SE ou SO, alturas entre 1,5 e 4 metros e períodos de 9 segundos a 18 segundo (figuras 1). 6679

5 Figura 1 - Dias e parâmetros de ondas utilizados - Perfis topográficos bidimensionais A confecção de perfis topográficos teve o intuito de registrar características morfométricas nos locais onde ocorrem os leques (perfis transversais) e ao longo da barreira (longitudinais) (figura 2), visto que parâmetros como altura da crista da barreira, crista da duna e declividade da face de praia são determinantes para a ocorrência dos processos de sobrelavagem (Sallenger, 2000; Morton e Sallenger, 2003). Seis perfis topográficos foram executados em campo: cinco perfis transversais sobre as feições dos leques e um perfil longitudinal à linha de costa. Para os perfis transversais foi empregado o método de nivelamento topográfico tradicional em que se utiliza Estação Total (modelo Trimble Series 5500) e prisma refletor, apoiado por haste. Esses perfis contemplaram as feições dos leques da parte emersa, desde o reverso da barreira até o recuo máximo de espraiamento. O perfil longitudinal foi confeccionado com aparelho Differential Global Positional System (DGPS), modelo GTR da TechGeo de dupla frequência, em modo cinemático. Este equipamento possibilita a aquisição de pontos referentes a coordenadas (x e y) e cotas (z) por segundo. Esta etapa priorizou demonstrar a diferença das cotas ao longo da costa e todos os perfis foram ajustados ao nível médio do mar em relação ao nível de maré na hora de suas aquisições através da previsão de maré elaborada pela Centro de Hidrografia da Marinha (CHM). Os dados topobatimétricos foram pré-processados utilizando o software Microsoft Office Excel 2007 e posteriormente plotados em um gráfico de dispersão no mesmo programa. - Mapeamento dos leques 6680

6 O mapeamento da ocorrência dos leques de transposição também foi realizado com a utilização de aparelho de DGPS (figura 3). Para a representação espacial dos leques de transposição, foram feitos contornos com o DGPS, conduzido no modo cinemático, sobre os depósitos de washover. A correção ortométrica foi feita com auxílio do programa MapGeo O shapefile final foi sobreposto a ortofotos, disponibilizadas pelo IBGE, para produzir o mapa final dos leques. Figura 2 - Localização dos perfis topográficos transversais e longitudinal e do local de ocorrência dos leques - Simulação de Runup A metodologia utilizada nesta pesquisa para analisar os regimes de tempestade que ocasionaram os depósitos por transposição observados em campo segue a mesma proposta por Oliveira-Filho (2016), que consistiu em realizar simulações de alcance máximo do runup, utilizando o parâmetro de alcance vertical máximo do runup (Rmax) de acordo com a escala de impactos de tempestade de Sallenger (2000) em associação com a equação de excedente de runup (R2%) de Stockdon et al. (2006). A declividade de face praia e a altura da barreira foram extraídas nos perfis transversais sobre os leques. Os valores obtidos para declividade de face de praia foram 0,06, 0,09 e 0,11. A altura da barreira nos locais de ocorrência de leques variou entre 2,1 e 2,7. Esse valor foi estabelecido tanto para cota da crista da barreira, quanto para cota da base, uma vez que nesses pontos da barreira não há dunas frontais e a crista da barreira se iguala a base dela (Sallenger, 2000). 6681

7 4- Resultados e discussão Os perfis topográficos executados sobre os leques de transposição (figura 2), são os perfis A, B, C, D e E, indicados na figura 3. Os perfis topográficos apresentam, de uma forma geral, pequena variação no eixo vertical, com alturas entre 2,7 metros (Perfil C e E) e 2,1 metros (Perfil A). Apenas o perfil C e E alcançam uma altura próxima de 3 metros, todos os outros perfis atingem cotas de no máximo 2,5 metros de altura, demostrando que os locais onde os leques se formam são áreas de baixa, permitindo assim, a ultrapassagem das ondas. Figura 3 - perfis transversais e longitudinais nas áreas de cava entre as dunas frontais na Massambaba Leste. Os perfis transversais apresentaram extensão entre 117 e 190 metros, portanto, indicam um alcance extenso dos processos de transposição sobre o reverso da barreira. Os perfis transversais também apresentas cotas pouco elevadas no reverso da barreira, não ultrapassando 1,5 de altura. Essa morfologia similar entre os perfis, de cota baixa na crista do perfil e reverso deprimido, mostra o resultado da ação das ondas ao ultrapassar a barreira, que ao se espalhar lateralmente retira sedimentos da crista da barreira e da área do canal do leque e os deposita a longas distancias no reverso da barreira. O perfil longitudinal (Perfil F) apresenta uma linha composta por uma sequência de cristas e cavas, que revela uma morfologia marcada por dunas frontais e depressões. O perfil F mostra 6682

8 assim uma morfologia complexa de dunas frontais, que aparecem de forma descontínua e irregular ao longo da barreira, variando em forma, largura e altura, intercaladas por áreas de baixa altura (cavas). - Morfologia dos leques Os leques de transposição identificados em campo mostraram como resultado depósitos individuais, alongados, ocorrendo na forma de leques entre as dunas frontais (figura 4). Assim como mostrado por Fernandez et al. (2016), os leques de transposição apresentam orientação de sul para norte, indicando que as ondas que os formaram são ondas de direção S e SW, principalmente. Os leques se depositam entre as dunas frontais, o que gera a forma alongada dos leques 1, 3, 4 e 5. O leque 2 provavelmente apresenta uma forma mais larga pela distância entre as dunas ser maior, tendo assim, uma área maior para a deposição dos sedimentos. O leque 1 apresenta uma forma mais larga no reverso da barreira que os leques 3, 4 e 5. O primeiro consegue se expandir lateralmente depois que ultrapassam a crista da barreira por não haver formação de dunas nessa área, então as alturas baixas facilitaram o espalhamento do fluxo de água e sedimentos. Essa diferença entre os leques 1 e 2 para os leques 3, 4 e 5 indicam que a forma e desenvolvimentos do cordão das dunas frontais terá impacto não apenas em permitir ou não que os leques ocorram, mas também na forma final que eles assumem. Assim, as diferentes larguras e comprimentos dos depósitos são explicados pela direção e energia das ondas que atacam a barreira e topografia frontal e da retaguarda a barreira. Figura 4 - Mapa com a morfologia dos leques de transposição documentados em agosto de Análise do impacto de tempestade 6683

9 Ao simular as condições de tempestade com as características morfométricas extraídas das dos perfis topográficos, observa-se que no dia , quando as ondas apresentavam altura de 2,3 metros e período de 12 segundos, as declividades de face de praia de 0,09 e 0,11 radiando eram favoráveis a ocorrência de transposição mesmo na cota mais alta da barreira medida nos perfis, que era de 2,7 metros. Já com a declividade de 0,06 radiando, o processo de transposição cessava quando a barreira apresentava altura de 2,5 metros. Figura 5 - Análise de excedente de runup e regime de impacto de tempestade no dia No dia , as ondas se apresentavam alturas e períodos mais baixos que o dia anterior. Nessas condições de onda, a declividade de 0,11 foi a única que permitiu transposição em todas as alturas medidas na crista da barreira (até 2,7m). Com a declividade de 0,09, a transposição só ocorria com alturas de 2,6 metros para baixo. E com valores de 0,06, o processo só ocorria a partir de 2,2 metros. Figura 6 - Análise de excedente de runup e regime de impacto de tempestade no dia No dia seguinte, as alturas de onda permaneceram iguais, porém o período diminuiu dois segundos. A maior de declividade de face de praia, de 0,11 radiando, só permitiu transposição até a altura de 2,6 na crista da barreira. Com declividade de 0,09 radiando so 6684

10 houve transposição com altura de 2,3. Não houve transposição nas áreas da barreira com declividade de 0,06 radiando. Figura 7 - Análise de excedente de runup e regime de impacto de tempestade no dia No dia o período das ondas se manteve, porém, as alturas diminuíram 0,2 metro. Esse fato tornou mais difícil a transposição das ondas que não conseguiu transpor a barreira onde a declividade era de 0,06 radiando. A altura máxima da crista da barreira para ocorrer transposição com 0,09 radiando de declividade de face de praia foi 2,2 metros e para 0,11 radiando foi 2,4 metros. Figura 8 - Análise de excedente de runup e regime de impacto de tempestade no dia No dia subsequente, tanto a altura e o período aumentaram, aumento a capacidade das ondas em transpor a barreira. Para declividade de face de praia de 0,06 radiando a altura limite foi de 2,5, não ocorrendo transposição nessa altura. Nas outras declividades, as ondas conseguiram transpor todas as alturas. Figura 9 - Análise de excedente de runup e regime de impacto de tempestade no dia

11 No dia , as ondas apresentaram as maiores alturas entre os dias de análise e período de 11 segundos. Nessas condições, as declividades de 0,09 e0,11 radiando permitiram transposição em todas as alturas testadas. A declividade de face de praia de 0,06 só permitiu que as ondas ultrapassassem alturas abaixo de 2,5 metros. Figura 10 - Análise de excedente de runup e regime de impacto de tempestade no dia No dia seguinte, as ondas diminuíram 0,6 metros de tamanho, contudo aumentaram 1segundo em período e as condições morfométricas da barreira se mantiveram as mesmas do dia anterior. Figura 11 - Análise de excedente de runup e regime de impacto de tempestade no dia A análise de impacto de tempestade revela que nos dias 29 de julho, 2, 6 e 7 de agosto as características morfométricas da barreira apresentaram resultados iguais, mesmo com valores de altura e período de onda sendo diferentes. Nesses dias, para a declividade da face de praia de 0,06 radiando, houve transposição até a altura de 2,4 metros na crista da barreira e nas declividades de 0,09 e 0,11 radiando, ocorreu transposição em todas as alturas. As ondas, nos dias 31 de julho e 1 de agosto, não foram capazes de ultrapassar o intervalo de alturas testado para crista da barreira na declividade de face de praia no valor de 0,06 radiando e não haveria transposição nesses pontos. Para as declividades de 0,09 e 0,11 houve transposição com alturas de crista da barreira até 2,3 e 2,5 metros, respectivamente. Nos dias 30 e 31 de julho as ondas apresentam a mesma altura (1,9 metros), porém o dia 30 apresenta período de 11 segundos e o dia 31, período de 9 segundos. Esse aumento de 2s no período fez com que a declividade de praia de 0,06 sofresse transposição até a altura de 2,2 metros, a declividade de praia de 0,

12 radiando até a altura de 2,6 metros e a de 0,11 radiando sofre transposição em todas as alturas, sugerindo uma maior importância do período em relação à altura da onda. 5 Conclusões A análise da topografia da área de estudo pelos perfis transversais sobre leques em conjunto com o perfil longitudinal demonstra que os locais onde os processos de transposição ocorrem são nas áreas de depressão entre as dunas frontais, apresentando cotas entre 2,1 e 2,7, onde a crista das dunas frontais alcançam cotas de quase 7 metros de altura. A topografia analisada, assim, sugere uma morfologia complexa de dunas frontais, que aparecem de forma descontínua e irregular ao longo da barreira, variando em forma, largura e altura, intercaladas por áreas de depressão. Os locais em que a barreira costeira sofre processos de transposição possui uma morfologia bem características, apresentando baixa altura na crista da barreira (até 2,7 metros), reverso da barreira deprimido (alturas entre 1,5 metro) e espaços no cordão das dunas frontais, mostrando uma morfologia onde predominam a ação das ondas que sobrelevam em altura a barreira e avançam em direção ao continente. Onde há dunas frontais, não acontecem processos de transposição, pois as cotas elevadas das dunas evitam que os processos de overwash aconteçam, servindo como barreira de proteção natural ao processo. A morfologia observada em planta mostra que os leques acontecem de forma individual, alongada, com orientação norte-sul e paralelos uns aos outros. Essa morfologia caracteriza-se na literatura como leques de transposição (washover fan), que apresenta uma parte inicial na forma de canal e na retaguarda das dunas frontais pode haver espalhamento do fluxo de água formando a parte do lóbulo do leque. A análise do impacto de tempestade para o evento de agosto de 2014 sugere que o período de 11 segundos seria um limiar para ocorrer transposição, pois todas as declividades que foram atacadas por ondas com esse parâmetro sofreram transposição. O limiar da altura da onda seria de 2 metros e a da barreira de 2,2 metros. 6687