ESTRUTURA VERTICAL DA CORRENTE LONGITUDINAL NA PRAIA DE TRAMANDAÍ, RS, BRASIL. Jung, G.B. 1 e Toldo, E.E 2.

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1 ESTRUTURA VERTICAL DA CORRENTE LONGITUDINAL NA PRAIA DE TRAMANDAÍ, RS, BRASIL Jung, G.B. 1 e Toldo, E.E 2. 1, 2 Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brasil. 1 gabriela.jung@yahoo.com.br 2 toldo@ufrgs.br Abstract Longshore currents vertical profiles were measured in Tramandaí beach, South Brazil, in order to investigate the direction and velocity current s behavior along the water column. Four profiles indicate that near the surface and middle depths are the areas with stronger currents, also presenting higher propagation angles. Near the bottom the current is not as strong and flows more parallel to the beach. The direction of propagation it s the same as waves and wind directions, and the flow shows itself as a pulsating current. Wave s turbulence and momentum transferred from wind explain higher velocities near the surface, and the larger depths in the trough, creating a less dynamic area, are related to less intense currents. Introdução A hidrodinâmica na zona de surfe é controlada principalmente pelas ondas, que através do processo de quebra dissipam sua energia e formam correntes. As principais correntes costeiras são o undertow, as correntes de retorno e as correntes longitudinais (Short, 1999). Correntes longitudinais são fluxos de águas costeiras paralelas à linha de praia, geradas pelas ondas ou pelo vento. Sua formação pela incidência das ondas aponta duas causas principais, sua incidência oblíqua e a variação longitudinal da altura da arrebentação (Wright, 1985). Na direção costa/mar sofrem um aumento de intensidade, atingindo um máximo no meio da zona de surfe, a partir de onde decrescem (Wright, op cit). As correntes longitudinais geradas por ventos são movimentos passageiros, de ocorrência localizada, cujo efeito mais notável é o da dispersão de sedimentos finos (Drake, 1976 apud Lanfredi & Framiñan, 1986). A estrutura vertical do fluxo de águas dentro da zona de surfe é fortemente controlada pela quebra das ondas e pelas correntes induzidas por ondas. Diferentemente das outras regiões de águas rasas, nela a turbulência domina em quase toda a coluna. Em profundidades menores que 5 m, a camada limite superficial e de fundo se sobrepõem à camada interna, produzindo turbulência e diferentes tipos de movimentos ainda não claramente compreendidos (Feddersen et al., 2007). As velocidades no interior da coluna de água são modificadas pela turbulência das ondas incidentes e pela morfologia de fundo, em particular as velocidades das correntes próximas ao fundo. Investigações sobre o comportamento das correntes longitudinais usualmente não consideram o fluxo não linear da estrutura vertical. Neste trabalho apresentamos dados hidrodinâmicos da zona de surfe da praia de Tramandaí, no litoral norte do Rio Grande do Sul, incluindo medidas de onda e de velocidade e direção de correntes no interior da coluna d água, bem como a análise da estrura vertical do fluxo de água em uma praia dissipativa do tipo banco e cava longitudinal (Toldo et al., 1993). Área de estudo A área de estudo encontra-se localizada na praia de Tramandaí, litoral norte do Rio Grande do Sul, local que dispõe de facilidades para o fundeio do equipamento a partir de uma plataforma de pesca, o que possibilitou a aquisição de dados de velocidades da corrente longitudinal no interior do canal principal. A plataforma apresenta comprimento de 365 m, 8 m de largura e estrutura em forma de T em sua borda com 52 m (Fig. 1). Metodologia A campanha de campo foi realizada em 01/10/2008, e compreendeu coleta visual de dados de ondas e corrente. Os dados de velocidade e direção da corrente longitudinal foram obtidos através de um ADP (Acoustic Doppler Profiler) da marca SonTek, a intervalos iguais de profundidade de amostragem de 0,25 m, usando o princípio de ondas pelo denominado efeito Doppler. 25

2 Figura 01. Imagem se satélite com a localização da plataforma de pesca dentro da zona de surfe da praia de Tramandaí. Os pontos brancos marcam o local de fundeio e da estação meteorológica. O ADP transmite pulsos de som em freqüências constantes. Enquanto o som viaja as ondas são refletidas pelas partículas em suspensão. Pelo efeito Doppler, partículas que se afastam do aparelho refletem ondas com freqüências um pouco menores, e partículas que se aproximam do aparelho refletem ondas com freqüências maiores. Essa diferença de freqüências é denominada deslocamento Doppler, utilizada para calcular a velocidade de deslocamento da partícula e da água ao redor dela. O equipamento ADP foi colocado na superfície do mar com apoio de um tripé fixado na mureta da plataforma de pesca, e transdutores apontados para o fundo. Foram realizados 04 perfis, onde cada perfil corresponde à média de dois minutos de coleta de dados em cada camada da coluna d água. As medições foram realizadas às 12 horas e 30 minutos. Figura 02. Detalhes do equipamento ADP utilizado nas medições (marca do equipamento) onde o ADP está à direita da placa de madeira e a bateria do aparelho à esquerda. A coleta dos dados foi realizada sempre no canal principal, ou seja, entre as posições do primeiro e do segundo banco arenoso, identificados visualmente a partir das linhas de quebra das ondas. Esta região é a mais indicada para coleta de dados de corrente, pois encontra-se mais livre da influência da quebra das ondas e deste modo as medições não sofrem de bolhas de ar na coluna de água. A altura significativa das ondas foi inferida através de métodos visuais, com o auxílio de uma régua de alumínio, tendo como referência o alinhamento entre o horizonte e a altura do olho do observador. O período das ondas foi obtido pelo tempo de passagem de dez cristas de onda consecutivas através dos pilares da plataforma de pesca, enquanto seu ângulo de incidência foi estimado visualmente, tendo como referência o ângulo da linha de praia e da crista da onda, observados a partir da referida plataforma. 26

3 Os dados de vento locais, velocidade (km/h) e direção predominante (graus), foram obtidos da Estação Meteorológica de Tramandaí (Fig. 1). Resultados e Discussões As ondas incidentes apresentaram período de 9,25s, altura significativa de 2,53m e ângulo de incidência de 5º, provenientes de nordeste. Valores de intensidade do vento variaram entre 2 e 9,38 m/s, com direção predominante de nordeste (Fig. 3), concordante com a direção das ondas. Durante a coleta dos dados de corrente, o vento apresentou velocidade de 5,31m/s. Como na superfície oceânica ocorre uma defasagem na resposta ao efeito de tensão da velocidade do vento, um intervalo de tempo de 2 h, antecedente às medidas das correntes, foi atribuído, de modo a serem considerados estes parâmetros meteorológicos e seus efeitos sobre a amostragem dos dados (Fig. 3). Figura 03. Dados de velocidade (m/s) e direção do vento (graus). O perfil 01 apresenta valores mínimos de 0,194 m/s e máximos de 0,432 m/s, a 2,7 m e 1,1,m de profundidade, respectivamente. A direção da corrente variou entre ESE e SE. No perfil 02 as velocidades medidas variaram entre 0,28 m/s e 0,662 m/s a 2,4 m e 1,2 m de profundidade, com direção predominante para SE. O perfil 03 mostra velocidades entre 0,278m/s e 0,486m/s a 2,6m e 0,95m de profundidade, respectivamente. No perfil 04 a velocidade variou entre 0,338m/s e 0,55m/s, a 2,3m e 1,7m de profundidade, e assim como o perfil 03, apresentou direção predominante para SE. Nota-se, portanto, que a direção predominante da corrente em todos os perfis foi para SE, concordando com a direção do vento e das ondas incidentes, e os valores de velocidade variaram, entre 0,194 m/s e 0,662 m/s. As maiores velocidades foram registradas na camada intermediária da coluna d água, em profundidades entre 1,7 e 0,95m, embora as velocidades registradas na superfície tenham se aproximado dos valores máximos. A variação das velocidades superficiais foi entre 0,39 m/s e 0,52 m/s, corroborando com valores encontrados em trabalhos anteriores, que apontam velocidades entre 0,07 e 0,87 m/s na praia de Imbé (Toldo et al, 1993), e entre 0,2 e 0,6 m/s na praia do Mar Grosso (Alvarez et al., 1981). As correntes próximas ao fundo deslocam-se com valores entre 0,30 e 0,38m/s, menos intensas que as superficiais. Os registros apontam menores velocidades em profundidades entre 2,3 e 2,6 m. Ao longo da coluna d água observa-se, portanto, correntes mais intensas próximas da superfície e na camada intermediária, diminuindo de velocidade em direção ao fundo, como mostram as linhas de tendência da Fig

4 Figura 4. Perfil 01 de velocidade (m/s) e direção (graus) da corrente longitudinal ao longo da coluna d água. Figura 5. Perfil 02 de velocidade (m/s) e direção (graus) da corrente longitudinal ao longo da coluna 28

5 Figura 6. Perfil 03 de velocidade (m/s) e direção (graus) da corrente longitudinal ao longo da coluna d água. Figura 7. Perfil 04 de velocidade (m/s) e direção (graus) da corrente longitudinal ao longo da coluna d água. 29

6 Figura 8. Linhas de tendência de velocidade da corrente nos perfis 1, 2, 3 e 4. Nos quatro perfis analisados é evidente a diminuição da intensidade da corrente em direção às regiões mais profundas. Este padrão de comportamento é esperado, pois as medidas foram realizadas no canal principal da zona de surfe, local que apresenta as maiores profundidades, e nesta área, a menor hidrodinâmica. A turbulência provocada pela quebra das ondas no banco externo, assim como a transferência de momentum do vento à superfície no mar, explicam os registros mais intensos próximos da superfície. Esta observação corrobora com resultados de Wang et al. (2002), que através de médias temporais de dados coletados ao longo da coluna d água, também constatou uma tendência de velocidades menores mais próximas ao fundo, aumentando em direção à superfície. De acordo com Feddersen et al. (2007) somente quando a corrente longitudinal é bastante forte conseguese diferenciar magnitudes ao longo da coluna d água, e que a superfície é a principal fonte de turbulência, o que explicaria os valores similares registrados ao longo da coluna d água, e os picos de velocidade máxima mais próximos da superfície do que do fundo. Ao comparar os perfis de intensidade, nota-se registros com velocidades distintas em mesmas profundidades, mostrando a corrente longitudinal como um fluxo não uniforme (Fig. 09). As diferenças entre os perfis indicam que o deslocamento da corrente ocorre na forma de pulsos. São observadas menores oscilações de velocidade entre um perfil e outro nas regiões onde as correntes são menos intensas, mais próximas ao fundo. Em todos os perfis a corrente apresentou deslocamento para SE, no entanto, entre a superfície e o fundo, houve variações de direção de propagação dentro do mesmo quadrante. A maior variação observada foi de 36,3º, a 2,5m de profundidade. As tendências observadas na direção de propagação da corrente pode ser analisada na Fig10. As linhas de tendência mostram que a corrente apresenta deslocamento com maior ângulo de incidência em relação à praia nas regiões intermediárias e próximas da superfície, com propagação para SSE. Em camadas d água próximas ao fundo a propagação é para ESE, mais paralelas à linha de costa. Conclusões Ao longo da coluna d água a corrente longitudinal mostra-se mais intensa na superfície e na camada intermediária, apresentando as menores velocidades em regiões mais próximas ao fundo. Este comportamento decorre da influência da turbulência das ondas que sofreram processo de quebra no banco 30

7 externo e do momentum transferido pelo vento às camadas superiores e intermediárias. As menores velocidades, próximas ao fundo, estão associadas à morfologia do canal principal, que por ser uma região de maiores profundidades apresenta menor hidrodinâmica. O fluxo se mostra não uniforme, apresentando deslocamento em pulsos. As menores variações de velocidade entre os perfis foram observadas nas regiões próximas ao fundo, local com médias de correntes menos intensas. A direção da corrente não apresenta variações de quadrante ao longo da coluna d água, no entanto, entre as camadas chega a variar 36,3º, e possui a mesma direção do vento e das ondas incidentes. O deslocamento nas camadas superficiais e intermediárias apresenta maior ângulo de incidência em relação à praia, tornando-se mais paralelo à costa nas regiões mais próximas ao fundo. Figura 9. Perfis de velocidade (m/s) na coluna d água. Figura 10. Linhas de tendência de direção da corrente nos perfis 1, 2, 3 e 4. 31

8 Referências Bibliográficas IV Congresso Argentino do Cuaternário y Geomorfologia Alvarez, J.A.; Gré, J.C. & Toldo Jr., E.E Estudos da praia a nordeste do molhe de Rio Grande Rio Grande do Sul. Pesquisas, Porto Alegre, 14: Feddersen F. e Trowbridge, J. H., The effect of breaking on surf-zone turbulence and alongshore currents: a modeling study. Americam Meteorological Society ( ). Feddersen, F., Trowbridge, J. H. e Williams III, A. J., Vertical structure of dissipation in nearshore. Journal of Physical Oceanography, Vol 37 ( ). Lanfredi, N.W. e Framiñan, M.B., Field Study and Prediction of Longshore Currents, Argentine Coast. Journal of Coastal Reaserch 2(4): Short, A.D., Handbook of Beach and Shoreface Morphodynamics. Coastal Studies Unit, School of Geosciences University of Sidney, Australia. Toldo, E. E., Dillenburg S. R., Almeida, L. E. S. B., Tabajara, L. L., Martins, R. R. e Cunha, L. O. B. P., Parâmetros morfodinâmicos da Praia de Imbé, RS. Pesquisas volume 20 número 01, Wang, P., Ebersole, B.A., Smith, E.R. and Johnson, B. D., Temporal and spatial variations of surfzone currents and suspended sediment concentration. Coastal Engineering 46: Wright, L.D., Elementary notes concerning the physical energy regime of costal zone. Department of Geological Oceanography. School of Marine Science, Virginia Institute of Marine Science of the College of William and Mary. 32