MEDIÇÃO DIRECIONAL DE ONDAS NA LAGOA DOS PATOS, RS, BRASIL

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1 MEDIÇÃO DIRECIONAL DE ONDAS NA LAGOA DOS PATOS, RS, BRASIL Jose A. S. Fontoura 1 ; João L. Nicolodi 2 ; Marco A. R. Romeu 1 ; Eloi M. Filho 1 ; Natália Lemke 1 ; Deborah F. Aguiar 1 e Marcelo M. Goulart 1 1 Laboratório de Engenharia Costeira da FURG (LEC); 2 Laboratório de Oceanografia Geológica da FURG (LOG) Resumo: No âmbito do Projeto Rede Ondas (rede de medição de ondas em águas rasas na costa brasileira) integrante do GOOS/Brasil e com recursos da Comissão Interministerial dos Recursos do Mar (CIRM), pesquisadores da FURG ligados ao LEC (Laboratório de Engenharia Costeira) e ao LOG (Laboratório de Oceanografia Geológica), conduziram a instalação, lançamento e operacionalização de um ondógrafo direcional Datawell Waverider- Mark III, de procedência holandesa, na região central da Lagoa dos Patos, na profundidade de 6 m, 14 km ao sul da cidade de São Lourenço do Sul. Os dados de ondas coletados (altura, período e direção de propagação) são transmitidos em tempo real (desde janeiro/2015), através de sinal de rádio, para uma base instalada na cidade de São Lourenço do Sul e de lá via internet para o LEC (Rio Grande). Todas estas informações são processadas no LEC e posteriormente disponibilizadas para um site específico do Rede Ondas. Este trabalho, além de algumas informações técnicas pretende discutir principalmente os benefícios do empreendimento para a comunidade científica, pesqueira e hidroviária que utiliza a Lagoa dos Patos, bem como, a forma e o tratamento dado a divulgação das informações e a sua recepção por parte das comunidades envolvidas. 1 - Introdução A denominada Hidrovia do Mercosul é um sistema hídrico de importante interesse econômico composto por três corpos d'água interligados que são a Lagoa dos Patos (uma das maiores lagoas costeiras do mundo), a Lagoa Mirim que tem parte no território brasileiro e parte na banda oriental do Uruguai e o rio Jacuí que atravessa o RS cruzando as suas principais áreas de produção agrícola e desembocando na Lagoa dos Patos, exatamente na região metropolitana de Porto Alegre, donde a hidrovia segue até o porto marítimo do Rio Grande. Importante salientar, que este sistema tem plenas condições técnicas de, no futuro, ser ampliado e interligado a Bacia do Prata, bastando para isso a construção de um canal de partilha de aproximadamente 30 km entre a nascentes dos Rios Jacuí e Ibicuí, e mais algumas obras de canalização do Ibicuí e do Aguapeí, o que introduziria um potencial aumento na capacidade atual de transporte de bens e mercadorias, favorecendo o comércio no extremo sul da América. Entretanto, a Lagoa dos Patos apesar da sua importância como sistema natural e como principal corpo d'água da Hidrovia do Mercosul, não teve, até o momento, o seu regime ondulatório estudado em detalhe e estabelecido através de medições realizadas in situ. O presente trabalho tem como objetivo principal apresentar a ação inédita de implantação, operacionalização e aquisição de dados, resultantes da medição de ondas na Lagoa dos Patos utilizando ondógrafo direcional, e transmissão em tempo real dos dados coletados, através do site do Projeto Rede Ondas. Também faz parte do escopo, apresentar o Projeto Rede Ondas, as suas potencialidades no que se refere a comunidade acadêmica, a importância da divulgação dos dados obtidos no favorecimento da comunidade náutica e pesqueira, bem como, a recepção positiva por parte dos usuários e o seu comportamento pró-ativo no sentido de proteção dos equipamentos instalados e do bom andamento do projeto. Do ponto de vista das engenharias naval, costeira e portuária os conhecimentos adquiridos por este projeto podem subsidiar a construção de embarcações apropriadas a navegação neste corpo d'água, bem como permitir estudos que ajudem na manutenção de canais de navegação, indicando operações econômicas de dragagem ou mesmo ajudando no desenvolvimento de processos de navegação em lama fluida. 1

2 2 - Localização da Área de Estudo A área de estudos a que se refere este trabalho é a Lagoa dos Patos, lagoa costeira situada no extremo sul do Brasil, com comprimento médio de 240 km, largura média de 40 km, profundidade média de 6m, orientação de seu eixo principal de SW-NE e área total de aproximadamente km 2, principal integrante do sistema de drenagem da bacia hidrográfica do sudeste, conforme mostrado (ver Figura 1). uma vez, que esta possibilidade também está prevista no projeto. A escolha recaiu sobre o ondógrafo WAVERIDER TIPO MARK III, fabricado pela DATAWELL (Datawell Manual, 2010), em virtude da experiência positiva anterior, adquirida por parte de muitos dos pesquisadores que fazem parte do Projeto (ver Figura 2). O diâmetro da boia é de 0,9 m e pesa 300 kg. O equipamento mede altura, período e direção da onda, bem como, temperatura da água e posição geográfica. A rotação do equipamento é evitada pela presença de uma peça triangular presa ao plano central da esfera. 3 - Materiais e Métodos Figura 1 - Lagoa dos Patos A metodologia utilizada pode ser subdividida em três diferentes etapas: escolha, descrição e lançamento do ondógrafo; transmissão e tratamento dos dados; e divulgação dos dados para utilização pública Escolha, Descrição e Lançamento do Ondógrafo A opção por um ondógrafo de superfície se deu em função da necessidade de obtenção e transmissão dos dados em tempo real para fins de divulgação imediata no site do Projeto Rede Ondas, uma vez que um do principais objetivos do projeto é a divulgação pública dos dados. Isso não significa que dados já obtidos por outros meios ou mesmo dados atuais recolhidos por equipamentos de fundo (sensores de pressão, ADCPs, etc.) não possam ser armazenados em uma base específica e posteriormente disponibilizados, Figura 2 - Ondógrafo Waverider - Mark III O espectro em frequência é calculado a cada 30 minutos por um microprocessador interno utilizando a totalidade dos dados brutos obtidos no intervalo e imediatamente transmitido para a base em terra, por outro lado, a cada hora o sistema transmite para a base todos os dados brutos e espectrais armazenados no período. A transmissão é feita utilizando uma antena emissora situada no topo do ondógrafo e uma antena receptora situada na base em terra. Os dados tanto podem ser transmitidos via rádio como pode ser utilizado o sistema "Iridium" para transmissão via satélite. A boia em questão possue as duas opções disponíveis. A frequência de operação do rádio fica entre 25.5 a 35.5 MHz. O ondógrafo, por sua vez, mede as ondas com períodos variando entre 1.6 e 30 segundos e possui uma frequência de amostragem de 3.84 Hz. A resolução das medições obtidas é de cerca de 1 cm para altura das ondas, 1.5 para direção e 0.05 C para temperatura da água. O aparelho, possui ainda, um GPS que transmite sua posição geográfica. 2

3 O local escolhido para o lançamento da boia levou em consideração três aspectos importantes para o sucesso do projeto: (i) que fosse um local onde as ondas medidas fossem representativas da hidrodinâmica geral da Lagoa dos Patos; (ii) que estivesse dentro do raio de recepção do sinal de rádio pela base em terra localizada na cidade de São Lourenço do Sul; e (iii) que estivesse fora das rotas de navegação da lagoa, a fim, de evitar ao máximo acidentes ou vandalismo. O ponto escolhido foi o de coordenadas: 31 o 29 ' 6 " S e 51 o 55 ' 6 " W, numa profundidade de 6 m e distante 14 km da base em São Lourenço do Sul (ver Figura 3). Devido a pequena profundidade local o esquema original de fundeio da boia (Datawell Manual, 2010) foi alterado. A nova configuração pode ser vista em (ver Figura 5). Foi utilizado um cabo de borracha com 15 m de comprimento conectado por manilha apropriada a um cabo de polipropileno com 3 m de comprimento que por sua vez foi preso a uma poita de 300 kg. Foi removida uma das boias de meia água de tal forma que em nenhum momento o cabo de fundeio pudesse subir acima da cota de 3 m, e com isso garantir o calado mínimo para a passagem de pequenos barcos de pesca ou passeio. Figura 3 - Ponto de Lançamento O ondógrafo foi lançado na Lagoa dos Patos no dia 22/01/2015 e para tanto foi utilizada a Lancha Oceânica Larus (FURG) equipada com guincho e pórtico com capacidade de carga suficiente para o manuseio seguro do equipamento (ver Figura 4). Figura 5 - Configuração do Fundeio Transmissão e Tratamento dos Dados Figura 4 - Lançamento da Boia O dados coletados pela boia são transmitidos via rádio para uma base localizada no Campus Avançado da FURG na cidade de São Lourenço do Sul (ver Figura 6). No topo do prédio foi instalada uma antena de recepção com altura aproximada de 15 m. O cabo da antena fica ligado a um computador através de um receptor (rfbuoy) fornecido pela Datawell e deste computador os dados são enviados via internet para o Laboratório de Engenharia Costeira (LEC), em Rio Grande, onde depois de processados são colocados no Website Rede Ondas e os dados brutos armazenados. O tratamento dos dados recebidos da boia é feito através um software denominado 3

4 21 (W21), fornecido pela Datawell e que acompanha o equipamento, ele tem por finalidade se conectar ao ondógrafo através do receptor (rfbuoy) analisando, processando e apresentando os dados coletados. Este software proporciona a visualização dos dados em tempo real nos formatos 2D, 3D e Contour Plots. Os dados também podem ser salvos para posterior processamento. Como resultados obtidos do empreendimento, especificamente no que se refere a Lagoa dos Patos, podemos eleger pelo menos oito itens de significativa relevância, envolvendo, o Projeto Rede Ondas, a comunidade acadêmica e a comunidade náutica e pesqueira local. São eles: (i) Aquisição, instalação e operação com sucesso do ondógrafo e dos equipamentos a ele relacionados. (ii) Formação e capacitação de uma equipe de pesquisadores, técnicos e alunos capazes de lançar, operar e manter um sistema de aquisição de dados de ondas, bem como, tratar e divulgar estes dados. (iii) Realização, pela primeira vez, de uma campanha de medição de ondas na Lagoa dos Patos. Figura 6 - Transmissão dos Dados Divulgação dos Dados A relevância do Projeto Rede Ondas baseia-se dentre outras, na proposta de tornar pública as informações adquiridas. É dada a esta questão dois tipos diferentes de tratamento: (i) os dados brutos são armazenados e colocados a disposição da comunidade científica mediante uma simples solicitação e justificativa de uso, que pode ser feita diretamente ao grupo gestor através de e (ii) os dados tratados (Hs, Tp e Dir) são disponibilizados para consulta e uso público através do Website Rede Ondas. Desde o dia 01/07/2015 o Website Rede Ondas encontra-se momentaneamente fora do ar, pois a boia foi retirada da sua posição original dentro da Lagoa dos Patos e encontrase em manutenção para ser novamente lançada, agora na região costeira do RS, numa cota de aproximadamente 18 m, em frente a desembocadura da Barra do Rio Grande. A data prevista para este novo lançamento é 15/08/ Resultados (iv) Obtenção, ininterrupta, de 5 meses de registros temporais de dados de ondas na Lagoa dos Patos, cobrindo os meses de janeiro a julho de 2015 (ver Figura 7 e Figura 8). (v) Construção de uma de tese de doutorado e uma dissertação de mestrado, a serem defendidas até o fim de 2015, bem como, pelo menos 3 artigos científicos sobre o assunto. (vi) Criação de uma base de dados brutos de ondas medidas na Lagoa dos Patos, que se encontram a disposição da comunidade acadêmica e de todos os pesquisadores da área, através de solicitação pelo redeondasrs@furg.br (vii) Disponibilização para o público em geral, mais especificamente para pescadores e hidroviários que utilizam a Lagoa dos Patos, dos dados horários de estado do mar (Hs, Tp e Dir), através do Website Rede Ondas ( (ver Figura 9). (viii) Experiência bem sucedida na parceria entre o grupo gestor do projeto e a comunidade pesqueira local, ao fazer com que os pescadores na zona do fundeio percebessem que, ao zelar pelas boas condições da boia estariam também garantindo o acesso aos dados de ondas na lagoa. Com isto foi possível manter o projeto durante 5 meses sem nenhuma ocorrência negativa. 4

5 Figura 7 - Distribuição direcional das Alturas Significativas (Hs) e Períodos de Pico (Tp) respectivamente, medidos entre 27/01/2015 e 01/07/2015 na Lagoa dos Patos. Figura 8 - Registros temporais de Altura Significativa (Hs), Período de Pico (Tp) e Direção de Propagação (Dir) em relação ao número de arquivos com registros de meia hora de duração. Dados medidos entre 27/01/2015 e 01/07/2015 na Lagoa dos Patos. 5

6 5 - Discussão Figura 9 - Janela de dados do Website Rede Ondas, Lagoa dos Patos (21/06-01/07) Os resultados mostrados neste trabalho não tem seu foco principal no estudo detalhado e na apresentação pública do regime de ondas da Lagoa dos Patos, embora algumas das figuras apresentadas façam parte destes estudos, na verdade esta abordagem está reservada para artigos específicos que estão sendo elaborados e serão posteriormente publicados. Este trabalho tem como objetivo, e o resumo deixa isso bastante claro, apresentar o projeto, o seu desenvolvimento e alguns resultados de âmbito geral, que até o momento já foram alcançados. Neste sentido, primeiramente deve ser salientada a oportunidade de se criar e treinar um grupo de pesquisa de alto nível relacionado ao estudo das ondas. A FURG já tinha alguma expertise no estudo das ondas, mas sempre relacionada a estudos realizados com modelos matemáticos ou valendo-se de dados obtidos por outras instituições nacionais e estrangeiras. O tipo de atividade aqui proposto, não se prende apenas a interpretação e análise de dados disponíveis, o que pode ser realizado com a utilização de dados sintéticos, neste caso é necessário, também, conhecimentos e habilidades de ordem prática, como, navegação especializada, realização de trabalhos embarcados, planejamento e efetuação de fundeios, operacionalização e manutenção de instrumentos de medição, conhecimento e prática de eletrônica embarcada e de transmissão de dados em tempo real. Estas são atividades que exigem a participação efetiva dos indivíduos na realização do trabalho, para que a prática adquirida dê suporte ao conhecimento, e isso só é possível no âmbito de um projeto complexo como este. É claro, que é importante o fato de ter sido este projeto, o primeiro a realizar a medição de ondas na Lagoa dos Patos. Este é um marco para qualquer equipe de pesquisadores, principalmente em se tratando de um corpo d'água de tal relevância econômica e natural. Esta importância tornase maior ainda, quando estes estudos abrem uma janela para as áreas de engenharia naval e costeira oferecendo informações importantes sobre o comportamento da hidrodinâmica lagunar, subsidiando o desenvolvimento de embarcações adequadas as necessidades específicas da Hidrovia do Mercosul, bem como, ajudando nos estudos necessários para intervenções de manutenção na hidrovia. 6

7 Do ponto de vista acadêmico, vários tem sido os trabalhos que vem sendo realizados, alimentados por estas informações, e muitos outros virão, despertado o interesse de jovens estudantes dos cursos de graduação em engenharia costeira e portuária e engenharia de construção naval. No nível da pósgraduação tanto a engenharia oceânica como a oceanografia tem se beneficiado amplamente. Finalmente, cabe discutir e mostrar a forma de relacionamento sugerida pelo grupo gestor à comunidade pesqueira e a resposta positiva deste setor ao tornar-se um aliado importante na proteção dos equipamentos fundeados. Todos que trabalham com medição de dados científicos in situ, sabem da dificuldade que é manter a integridade dos equipamentos quando estes precisam ser deixados em locais ermos e por períodos muito longos, principalmente, em zonas de elevado tráfego. Via de regra acabam se tornando alvo de vandalismo ou mesmo de furto. Isso, associado ao elevado custo dos equipamentos (maioria importado, o que acarreta demora extra na aquisição), a dificuldade de obtenção de recursos para pesquisa e a recusa das empresas seguradoras em cobrir este tipo de risco, tornam esta questão um motivo de permanente preocupação para os pesquisadores. Neste caso, a solução encontrada pelo grupo gestor, uma vez que o equipamento, por necessidade técnica foi fundeado em uma região de intensa pesca, principalmente nos meses do verão (pesca do camarão), foi entrar em contato direto com as colônias de pescadores e com trabalhadores do setor de turismo náutico e através do esclarecimento dos objetivos do projeto, solicitar o apoio dos mesmos, não apenas como observadores, mas como participantes ativos do processo. É comum nesta região, que os marítimos utilizem sites de informação dos ventos (WindGuru, etc.), via Iphone, e se balizem nestas informações para traçarem os seus planos de navegação. Mostrou-se a eles que, o ondógrafo associado ao Website Rede Ondas, disponibilizado também para Iphone, seria um aliado importante na segurança da navegação, complementando as informações obtidas nos sites de ventos. Mas, mostrou-se também, que isto só seria possível com o perfeito funcionamento dos equipamentos, e que para tanto seria necessária a atenção, o zelo e o cuidado da comunidade. Felizmente a proposta foi entendida e atendida. O caso mais marcante ocorreu, quando um pescador ligou do meio da Lagoa dos Patos, as 3 horas da madrugada, diretamente para o celular de um dos membros do projeto, a fim de informar que "tinha involuntariamente enrolado a sua rede na boia, mas que, não se preocupasse pois ele estava trabalhando com cuidado e logo a boia seria liberada, sem danos". Espera-se que esta experiência positiva sirva de ajuda em outros projetos que tenham problemas semelhantes. 6 - Conclusão Analisando os investimentos feitos e os progressos realizados conclui-se que a experiência vivida com a instalação do ondógrafo na Lagoa dos Patos mostrou ser positiva, tanto no que se refere aos interesses da comunidade acadêmica quanto no atendimento das expectativas da sociedade. Com base nesta conclusão o grupo gestor (composto pelo LEC e LOG) decidiu levar adiante o trabalho iniciado não permitindo que a transferência da boia para a região costeira feche a janela de informação pública, sobre as ondas na Lagoa dos Patos, dentro do Website Rede Ondas. Para tanto duas ações já estão sendo elaboradas: (i) utilizar os dados de ondas adquiridos até o presente momento e calibrar um modelo matemático para suprir o site com dados sintéticos enquanto não se adquire uma boia específica para uso exclusivo na Lagoa dos Patos; (ii) buscar recursos para aquisição de um ondógrafo a ser instalado de forma definitiva na Lagoa dos Patos. Nesta etapa pretende-se contar com o apoio de todas as instituições públicas e privadas que se beneficiaram com a presença da boia, bem como, com o apoio da comunidade pesqueira e náutica que utiliza a Lagoa dos Patos. 7 - Agradecimentos O grupo gestor do projeto Rede Ondas na FURG agradece o apoio recebido até o 7

8 momento por parte da CIRM, do COI, do GOOS BRASIL e da MARINHA DO BRASIL. 8 - Referências Bibliográficas DATAWELL BV. Datawell Waverider Reference Manual