MODELAGEM NUMÉRICA DA DISPERSÃO DA PLUMA DE SEDIMENTOS PROVENIENTES DAS ATIVIDADES DE DRAGAGEM DOS CANAIS DE ACESSO DA BAÍA DE PARANAGUÁ - PR

MODELAGEM NUMÉRICA DA DISPERSÃO DA PLUMA DE SEDIMENTOS PROVENIENTES DAS ATIVIDADES DE DRAGAGEM DOS CANAIS DE ACESSO DA BAÍA DE PARANAGUÁ - PR Preparado para: Aquaplan Preparado por: Novembro de 2010

ÍNDICE DE REVISÕES REV DESCRIÇÃO E/OU FOLHAS ATINGIDAS 0 ORIGINAL DATA 09/11/2010 PROJETO BR56 EXECUÇÃO VERIFICAÇÃO APROVAÇÃO REV. 0 REV. A REV. B REV. C REV. D REV. E REV. F REV. G REV. H Alex Rafael Lindino AS INFORMAÇÕES DESTE DOCUMENTO SÃO PROPRIEDADE DA COASTAL PLANNING & ENGINEERING DO BRASIL, SENDO PROIBIDA A UTILIZAÇÃO FORA DA SUA FINALIDADE. A IMPRESSÃO OU REPRODUÇÃO DESTE DOCUMENTO TORNA A CÓPIA NÃO CONTROLADA. i

MODELAGEM NUMÉRICA DA DISPERSÃO DA PLUMA DE SEDIMENTOS PROVENIENTES DAS ATIVIDADES DE DRAGAGEM DOS CANAIS DE ACESSO DA BAÍA DE PARANAGUÁ - PR SUMÁRIO EXECUTIVO A foi solicitada pela Aquaplan para realizar um estudo de modelagem numérica da dispersão da pluma de sedimentos provenientes das atividades de dragagem dos canais de acesso aos portos de Paranaguá e Antonina, na Baía de Paranaguá - PR. A modelagem numérica foi executada com o modelo numérico Delft3D, desenvolvido pela Deltares e considerada a ferramenta mais avançada na atualidade para simulações de ambientes costeiros, estuarinos e fluviais. Para a modelagem hidrodinâmica foi utilizado o Delft3D-Flow e para a modelagem de dispersão da pluma de sedimentos foi utilizado o Delft3D-Mor. A batimetria utilizada foi obtida através da digitalização de cartas náuticas da DHN e dos levantamentos batimétricos efetuados pela Associação dos Portos de Paranaguá e Antonina (APPA) e pela praticagem ao longo do canal de navegação. O modelo hidrodinâmico foi devidamente calibrado com dados de maré e corrente medidos em campo. Foram selecionados seis pontos representativos para a simulação de dispersão da pluma de material dragado ao longo dos canais de acesso aos portos de Paranaguá e Antonina (Alfa, Bravo1, Bravo2, Charlie2, Delta e Echo), com despejo em dois locais distintos, um localizado na área interna da Baía de Paranaguá (para despejo do material dragado nos canais Delta e Echo), e outro localizado na área externa à baía (para despejo de material dragado nas demais localidades). Foi considerada a taxa de resuspensão de 5% do material dragado e overflow de 15 minutos nos pontos dos canais Alfa, Bravo1, Bravo2 e Charlie2, assim como operação sem overflow para os pontos localizados nos setores Delta e Echo, em decorrência da elevada fração de silte. ii

Os resultados das simulações de dispersão de sedimentos em suspensão, realizadas para diferentes áreas do canal de navegação indicaram: Alfa: A pluma de resuspensão na superfície em decorrência da baixa fração de silte (15%), apresenta concentrações inferiores a 5 mg/l. A pluma de overflow inicialmente restringe-se às imediações do canal e apresenta concentrações de até 40 mg/l, dispersando-se, após 1 hora, em um raio de aproximadamente 2 km, com concentrações inferiores a 10 mg/l. A pluma de sedimentos na área de despejo ACE20 permanece com concentrações superiores a 100 mg/l em um raio de aproximadamente 2 km, após 1 hora do momento do despejo, reduzindo a concentrações inferiores a 30 mg/l após 3 horas do momento do despejo. Cabe ressaltar que na área ACE20, no momento de despejo, a pluma referente ao ciclo anterior ainda não atingiu sedimentação total. Bravo1: Em decorrência da alta fração de areia (99,88%), este ponto não apresenta pluma de resuspensão nem pluma de overflow com concentrações significativas. A pluma de sedimentos na área de despejo ACE20 pode apresentar concentrações superiores a 100 mg/l em um raio de aproximadamente 1,5 km, reduzindo a concentrações inferiores a 10 mg/l após 45 minutos do momento do despejo. Bravo2: A pluma de sedimentos resuspendidos, em decorrência da maior fração de silte (65%), apresenta concentrações na ordem de 5 mg/l, com possibilidade desta pluma se dispersar a distâncias superiores a 10 km para dentro ou fora da baía em condições de máximas correntes na enchente ou vazante, respectivamente. A pluma de overflow inicialmente restringe-se às imediações do canal e apresenta concentrações superiores a 100 mg/l, em um raio de aproximadamente 1,8 km, dispersando-se após 1 hora em um raio de aproximadamente 4,5 km, com concentrações variando de 40 mg/l a 10 mg/l, chegando a concentrações inferiores a 10 mg/l após 4 horas do momento do overflow. A pluma de sedimentos na área de despejo ACE20 permanece com concentrações superiores a 100 mg/l em um raio de aproximadamente 2 km, mesmo após mais de 2 horas do momento do descarte, reduzindo a concentrações entre 40 mg/l e 10 mg/l após 6 horas do momento do despejo, e concentrações inferiores a 10 mg/l após aproximadamente 18 horas do despejo. Cabe ressaltar que na área ACE20, no momento de despejo, a pluma referente ao ciclo anterior ainda não atingiu sedimentação total. Charlie2: Embora o percentual de silte nessa área seja predominante (61%), como a iii

taxa de operação e o volume de cisterna da draga utilizada são menores que os utilizados em Bravo1, a pluma de sedimentos resuspendidos apresenta concentrações inferiores, em torno de 2 mg/l, com possibilidade de se dispersar a até 2 km do ponto de dragagem. A pluma de sedimentos oriunda do processo de overflow inicialmente restringe-se às imediações do canal e apresenta concentrações superiores a 50 mg/l, em um raio de aproximadamente 2,5 km após 30 minutos, dispersando-se após 2 horas do momento do overflow com concentrações inferiores a 10 mg/l. O alcance dessa pluma varia de acordo com condições de marés e ventos, podendo alcançar o início do canal Delta, na enchente, ou a Ilha da Cotinga, na vazante. A pluma de sedimentos originada pelo despejo na área ACE20 permanece com concentrações superiores a 100 mg/l em um raio de aproximadamente 1,8 km, após 1 hora do momento do despejo, reduzindo a concentrações entre 40 mg/l e 10 mg/l após 1h45min do momento do descarte, e concentrações inferiores a 10 mg/l após aproximadamente 4 horas. Cabe ressaltar que na área ACE20, no momento de despejo, a pluma referente ao ciclo anterior ainda não atingiu total dispersão. Delta: A pluma de sedimentos oriundos do processo de resuspensão, em decorrência da elevada fração de silte (99%), apresenta concentrações variando de 40 mg/l, no ponto de dragagem, até 5 mg/l, prolongando-se longitudinalmente na baía numa extensão de aproximadamente 4 km, para o interior ou para a área externa, de acordo com o fluxo de correntes. Em decorrência da alta quantidade de silte, o processo overflow não foi considerado nessa simulação. A pluma sedimentos originada pelo processo de despejo do material dragado na área ECHO Paque Antonina permanece com concentrações superiores a 100 mg/l, podendo se estender a distâncias superiores a 4 km, mesmo após mais de 5 horas do momento do despejo, ocorrendo a superposição de plumas de sedimentos despejados em ciclos consecutivos de dragagem. Dependendo das condições de marés e ventos, a pluma pode abranger toda a Baía de Antonina nas marés enchentes, ou se estender até as imediações do Porto de Paranaguá nas marés vazantes. Echo: A pluma de sedimentos originada pelo processo de resuspensão, em decorrência da elevada fração de silte (98%), apresenta concentrações variando de 15 mg/l no ponto de dragagem, até 5 mg/l, prolongando-se longitudinalmente na Baía de Antonina em extensão de aproximadamente 5 km para o interior ou para a área externa, de acordo com o fluxo de correntes. Em decorrência da alta quantidade de silte o overflow não foi considerado nessa simulação. A pluma de sedimentos iv

originada pelo despejo do material dragado na área ECHO Parque Antonina permanece com concentrações superiores a 100 mg/l, podendo se estender a distâncias superiores a 4 km, mesmo após mais de 5 horas do momento do despejo, ocorrendo a superposição de plumas de sedimentos despejados em ciclos consecutivos de dragagem. Dependendo das condições de marés e ventos, a pluma pode abranger toda a Baía de Antonina nas marés enchentes, ou se estender até as imediações do Porto de Paranaguá nas marés vazantes. v

ÍNDICE GERAL 1 INTRODUÇÃO... 1 1.1 DESCRIÇÃO E LOCALIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO... 1 1.2 ASPECTOS GEOMORFOLÓGICOS... 3 2 CARACTERIZAÇÃO OCEANOGRÁFICA E METEOROLÓGICA DA ÁREA DE ESTUDO... 5 2.1 VENTOS... 5 2.2 ONDAS... 7 2.3 MARÉ E CORRENTES... 9 2.4 SALINIDADE E DRENAGEM FLUVIAL... 11 3 DESCRIÇÃO DAS SEÇÕES DOS CANAIS A SEREM DRAGADOS... 13 4 MODELAGEM NUMÉRICA... 5 4.1 MODELO HIDRODINÂMICO DELFT-FLOW... 5 4.1 MODELO DE TRANSPORTE DE SEDIMENTOS... 6 4.2 GRADES NUMÉRICAS... 6 4.3 BATIMETRIA... 8 4.4 DADOS DE ENTRADA... 11 4.5 CALIBRAÇÃO E VALIDAÇÃO DO MODELO NUMÉRICO... 18 4.5.1 CALIBRAÇÃO DE NÍVEL... 18 4.5.2 CALIBRAÇÃO PARA AS CORRENTES... 22 5 CENÁRIOS DE ESTUDO... 24 6 RESULTADOS... 26 6.1 CANAL ALFA... 26 6.1.1 CENÁRIO 1 VENTOS DE QUADRANTE NORDESTE... 27 6.1.2 CENÁRIO 2 - VENTOS DO QUADRANTE LESTE... 29 6.1.3 CENÁRIOS 3 - VENTOS DO QUADRANTE SUL... 31 vi

6.2 CANAL BRAVO 1... 33 6.2.1 CENÁRIO 1 VENTOS DE QUADRANTE LESTE (E)... 33 6.3 CANAL BRAVO 2... 34 6.3.1 CENÁRIO 1 - VENTOS DO QUADRANTE LESTE (E)... 35 6.3.2 CENÁRIO 2 - VENTOS DO QUADRANTE NORDESTE... 37 6.3.3 CENÁRIOS 3 - VENTOS VARIANDO DE SUL (S) A LESTE (E)... 39 6.4 CANAL CHARLIE2... 41 6.4.1 CENÁRIO 1 - VENTOS DO QUADRANTE SUL/SUDESTE... 41 6.4.2 CENÁRIO 2 - VENTOS DO QUADRANTE LESTE... 44 6.4.3 CENÁRIO 3 - VENTOS DO QUADRANTE NORDESTE... 46 6.5 CANAL DELTA... 47 6.5.1 CENÁRIO 1 - VENTOS DO QUADRANTE NORDESTE (NE) E LESTE (E)... 48 6.5.2 CENÁRIO 2 - VENTOS DO QUADRANTE LESTE (E) E NORDESTE (NE)... 50 6.5.3 CENÁRIO 3 - VENTOS DO QUADRANTE LESTE (E) E NORDESTE (NE)... 52 6.6 CANAL ECHO... 54 6.6.1 CENÁRIO 1 - VENTOS DOS QUADRANTES NORDESTE (NE) LESTE (E) E LESTE-SUDESTE (ESSE)... 54 6.6.2 CENÁRIO 2 - VENTOS DO QUADRANTE SUDESTE (SE) E LESTE (E)... 57 7 CONCLUSÕES... 59 8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 62 vii

LISTA DE FIGURAS Figura 1 Localização da área de estudo - Complexo Estuarino de Paranaguá.... 1 Figura 2 Complexo Estuarino de Paranaguá (CEP)... 3 Figura 3 Fragmento da Carta Náutica nº 1820 - Proximidades da Barra de Paranaguá. Em realce: 1- Baixio do Perigo; 2- Banco da Galheta (delimitado externamente pelo contorno vermelho).... 4 Figura 4 Rosa de distribuição dos ventos. Escala de cores representa velocidade média do vento em m/s.... 7 Figura 5 Rosa de distribuição de direções e alturas significativas de ondas. Dados de reanálise do modelo WAVEWATCH III (NOAA).... 8 Figura 6 Localização do ponto de extração dos dados de vento NCEP e dados de onda do modelo WW3. No quadro de cor vermelha encontra-se destacada a Baía de Paranaguá.... 9 Figura 7 Elevação do nível d água medida pela APPA na Ilha da Galheta, Porto de Paranaguá e Ponta do Félix.... 10 Figura 8 Série temporal das componentes u e v das correntes medidas pelo CEM em frente ao Porto de Paranaguá.... 11 Figura 9 Localização dos canais de navegação nas baías de Paranaguá e Antonina, bem como das áreas de despejo do material dragado.... 1 Figura 10 - Mapa sedimentológico da Baía de Paranaguá (Adaptado de: Lamour et al, 2004).1 Figura 11 - Histograma de freqüência das classes de sedimentos amostrados dentro de cada setor do canal de navegação.... 2 Figura 12 - Percentual de sedimentos coesivos e não coesivos para os setores Alfa, Bravo1 e Bravo2.... 3 Figura 13 - Percentual de sedimentos coesivos e não coesivos para os setores Charlie 1, Charlie3, Delta 1 e Delta 2 (Ponta do Félix).... 4 Figura 14 Grade numérica criada para resolver os processos hidrodinâmicos e de transporte de sedimentos no interior da Baía de Paranaguá (664 x 346 elementos de cálculo).... 7 Figura 15 - Grade numérica (278 x 274 elementos de cálculo) criada para resolver os processos de dispersão de sedimentos na área externa da baía. O quadro em cor preta destaca viii

a área de abrangência das duas grades, para fins comparativos.... 7 Figura 16 Pontos de batimetria obtidos através a digitalização das cartas náuticas da DHN. 9 Figura 17 Pontos obtidos pelo levantamento batimétrico efetuado nos canais de navegação entre os anos de 2008 e 2010.... 10 Figura 18 Batimetria final, interpolada e projetada na grade numérica destinada a resolver os processos internos da baía, a partir do módulo Delft3D-QUICKIN.... 11 Figura 19 - Localização das fronteiras abertas das grades, bem como os pontos de descarga fluvial utilizados no modelo hidrodinâmico.... 13 Figura 20 - Direção e magnitude do vento para o ano de 2005. (Fonte de dados: NCEP/NOAA).... 14 Figura 21- Grade numérica destinada a resolver os processos de dispersão da pluma de sedimentos na área de despejo ACE 20, e suas fronteiras abertas Norte e Sul.... 15 Figura 22 Tabela de componentes de maré da FEMAR para a estação de Caiobá PR... 16 Figura 23 - Tabela de componentes de maré da FEMAR para a estação da Ilha do Bom Abrigo - SP.... 17 Figura 24 Localização dos pontos de medição maré e de corrente utilizados no processo de calibração do modelo hidrodinâmico.... 18 Figura 25 Séries temporais da maré medida nas estações maregráficas de Galheta, Porto de Paranaguá e Ponta do Félix, bem como simulada pelo modelo destinado a resolver os processos internos da baía.... 20 Figura 26 - Séries temporais da maré medida nas estações maregráficas de Galheta, Porto de Paranaguá e Ponta do Félix, bem como simulada pelo modelo destinado a resolver os processos externos da baía.... 21 Figura 27 Gráficos das séries temporais de correntes medidas e simuladas na nas proximidades do Porto de Paranaguá.... 22 Figura 28 Gráficos das séries temporais de correntes medidas e simuladas na nas proximidades do Porto de Paranaguá.... 23 Figura 29 Localização dos pontos de simulação de dispersão da pluma de sedimentos provenientes do processo de resuspensão e overflow e áreas de despejo.... 25 ix

Figura 30 Pluma de sedimentos em suspensão oriunda dos processos de overflow (no Canal Alfa) e do processo de despejo do ciclo anterior de dragagem, na zona de bota-fora ACE 20 maré de sizígia.... 27 Figura 31 Pluma de sedimentos em suspensão após 1h do processo de overflow (no Canal Alfa), início do processo de despejo e residual do despejo do ciclo de dragagem anterior, na zona de bota-fora ACE 20 maré de sizígia.... 27 Figura 32 Dispersão da pluma de sedimentos em suspensão, 2h após o início do despejo na zona de bota-fora ACE 20.... 28 Figura 33 Dispersão da pluma de sedimentos em suspensão, 8h15min após o início do despejo na zona de bota-fora ACE 20.... 28 Figura 34 - Pluma de sedimentos em suspensão oriunda dos processos de overflow (no Canal Alfa) e do processo de despejo do ciclo anterior de dragagem, na zona de bota-fora ACE 20 maré de quadratura.... 29 Figura 35 - Pluma de sedimentos em suspensão após 1h15min do processo de overflow (no Canal Alfa), início do processo de despejo e residual do despejo do ciclo de dragagem anterior, na zona de bota-fora ACE 20 maré de quadratura.... 29 Figura 36 Dispersão da pluma de sedimentos em suspensão 1h30min após o início do despejo na zona de bota-fora ACE 20 maré de quadratura.... 30 Figura 37 Dispersão da pluma de sedimentos em suspensão, 6h15min após o início do despejo na zona de bota-fora ACE 20 maré de quadratura.... 30 Figura 38 - Pluma de sedimentos em suspensão oriunda dos processos de overflow (no Canal Alfa) e do processo de despejo do ciclo anterior de dragagem, na zona de bota-fora ACE 20 maré de quadratura e vento do quadrante sul.... 31 Figura 39 - Pluma de sedimentos em suspensão após 1h45min do processo de overflow (no Canal Alfa), pluma de sedimentos 30min após o despejo e residual do despejo do ciclo de dragagem anterior, na zona de bota-fora ACE 20 maré de quadratura e vento do quadrante sul.... 31 Figura 40 Dispersão da pluma de sedimentos em suspensão, 2h45min após o início do despejo na zona de bota-fora ACE 20 maré de quadratura e vento do quadrante sul.... 32 Figura 41 Dispersão da pluma de sedimentos em suspensão, 7h15min após o início do x

despejo na zona de bota-fora ACE 20 maré de quadratura e vento do quadrante sul.... 32 Figura 42 Pluma de sedimentos em suspensão após 15 minutos do despejo na zona de botafora ACE20.... 33 Figura 43 Pluma de sedimento em suspensão após 45 minutos do despejo na zona de botafora ACE20.... 34 Figura 44 Pluma de sedimento e suspensão durante o processo de overflow (painel esquerdo).... 35 Figura 45 Pluma de sedimentos em suspensão após 2h do processo de overflow no Canal Bravo2 (painel esquerdo) e 15min após início do processo de despejo na zona de bota-fora ACE 20... 35 Figura 46 Pluma de sedimentos em suspensão após 11h do processo de overflow no Canal Bravo2 (painel esquerdo) e pluma de sedimentos 9h15min após o processo de despejo na zona de bota-fora ACE 20 (painel direito).... 36 Figura 47 - Pluma de sedimentos em suspensão oriunda dos processos de overflow no Canal Bravo2 (painel esquerdo) e pluma de sedimentos oriunda do processo de despejo na zona de bota-fora ACE 20 no ciclo de dragagem anterior.... 37 Figura 48 - Pluma de sedimentos em suspensão após 2h do processo de overflow no Canal Bravo2 (painel esquerdo), 15min após início do processo de despejo na zona de bota-fora ACE 20 e residual do despejo do ciclo de dragagem anterior.... 37 Figura 49 Pluma de sedimentos em suspensão após 7h do processo de overflow no Canal Bravo2 (painel esquerdo) e pluma de sedimentos após 5h15min do processo de despejo na zona de bota-fora ACE 20.... 38 Figura 50 Pluma de sedimentos em suspensão após 10h45min do processo de overflow no Canal Bravo2 (painel esquerdo) e pluma de sedimentos após 9h do processo de despejo na zona de bota-fora ACE 20.... 38 Figura 51 Pluma de sedimentos em suspensão oriunda dos processos de overflow no Canal Bravo2 (painel esquerdo) e pluma de sedimentos oriunda do processo de despejo na zona de bota-fora ACE 20 no ciclo de dragagem anterior.... 39 Figura 52 Pluma de sedimentos em suspensão após 2h30min do processo de overflow no Canal Bravo2 (painel esquerdo), pluma após 30min do processo de despejo na zona de bota- xi

fora ACE 20 e residual do despejo do ciclo de dragagem anterior.... 39 Figura 53 Pluma de sedimentos em suspensão após 7 horas do processo de overflow no Canal Bravo2 (painel esquerdo) e pluma de sedimentos após 5h do processo de despejo na zona de bota-fora ACE 20.... 40 Figura 54 Pluma de sedimentos em suspensão após 11h15min do processo de overflow no Canal Bravo2 (painel esquerdo) e pluma de sedimentos após 9h15min do processo de despejo na zona de bota-fora ACE 20.... 40 Figura 55 Pluma de sedimentos em suspensão oriunda dos processos de overflow no Canal Charlie2 (painel esquerdo) e pluma de sedimentos oriunda do processo de despejo na zona de bota-fora ACE 20 no ciclo de dragagem anterior.... 41 Figura 56 - Pluma de sedimentos em suspensão após 2h do processo de overflow no Canal Charlie2 (painel esquerdo), pluma no início do processo de despejo na zona de bota-fora ACE 20 e residual do despejo do ciclo de dragagem anterior.... 42 Figura 57 - Pluma de sedimentos em suspensão após 3 horas do processo de overflow no Canal Charlie2 (painel esquerdo) e pluma de sedimentos após 1h do processo de despejo na zona de bota-fora ACE 20.... 42 Figura 58 - Pluma de sedimentos em suspensão após 5h15min do processo de overflow no Canal Charlie2 (painel esquerdo) e pluma de sedimentos após 3h15min do processo de despejo na zona de bota-fora ACE 20.... 43 Figura 59 Pluma de sedimentos em suspensão oriunda dos processos de overflow no Canal Charlie2 (painel esquerdo) e pluma de sedimentos oriunda do processo de despejo na zona de bota-fora ACE 20 no ciclo de dragagem anterior.... 44 Figura 60 Pluma de sedimentos em suspensão após 2h15min do processo de overflow no Canal Charlie2 (painel esquerdo), pluma após 15min do processo de despejo na zona de botafora ACE 20 e residual do despejo do ciclo de dragagem anterior.... 44 Figura 61 - Pluma de sedimentos em suspensão após 5 horas do processo de overflow no Canal Charlie2 (painel esquerdo), e pluma após 3 horas do processo de despejo na zona de bota-fora ACE 20.... 45 Figura 62 Pluma de sedimentos em suspensão oriunda dos processos de overflow no Canal Charlie2 (painel esquerdo) e pluma de sedimentos oriunda do processo de despejo na zona de bota-fora ACE 20 no ciclo de dragagem anterior.... 46 xii

Figura 63 Pluma de sedimentos em suspensão após 2h15min do processo de overflow no Canal Charlie2 (painel esquerdo), pluma após 15min do processo de despejo na zona de botafora ACE 20 e residual do despejo do ciclo de dragagem anterior.... 46 Figura 64 - Pluma de sedimentos em suspensão após 5 horas do processo de overflow no Canal Charlie2 (painel esquerdo) e pluma de sedimentos após 3 horas do processo de despejo na zona de bota-fora ACE 20.... 47 Figura 65 Pluma de sedimento oriunda do processo de resuspensão em dragagem realizada no canal Delta.... 48 Figura 66 Pluma de sedimentos oriunda do processo de resuspensão em dragagem realizada no canal Delta e pluma no início do processo de despejo na zona de bota-fora ECHO PARQUE ANTONINA.... 48 Figura 67 - Pluma de sedimentos oriunda do processo de resuspensão em dragagem realizada no canal Delta e pluma após 4 horas do processo de despejo na zona de bota-fora ECHO PARQUE ANTONINA.... 49 Figura 68 Pluma de sedimentos oriunda do processo de resuspensão em dragagem realizada no canal Delta, pluma no início do processo de despejo na zona de bota-fora ECHO PARQUE ANTONINA e pluma após 4h15min do processo de despejo do ciclo de dragagem anterior.... 49 Figura 69 Pluma de sedimentos oriunda do processo de resuspensão em dragagem realizada no canal Delta e pluma após 2 horas do processo de despejo na zona de bota-fora ECHO PARQUE ANTONINA.... 50 Figura 70 Pluma de sedimentos oriunda do processo de resuspensão em dragagem realizada no canal Delta, pluma no início do processo de despejo na zona de bota-fora ECHO PARQUE ANTONINA e pluma após 4h15min do processo de despejo do ciclo de dragagem anterior.... 50 Figura 71 Pluma de sedimentos oriunda do processo de resuspensão em dragagem realizada no canal Delta e pluma após 1h45min do processo de despejo na zona de bota-fora ECHO PARQUE ANTONINA.... 51 Figura 72 Pluma de sedimentos oriunda do processo de resuspensão em dragagem realizada no canal Delta, pluma no início do processo de despejo na zona de bota-fora ECHO PARQUE ANTONINA e pluma residual do processo de despejo do ciclo de dragagem xiii

anterior.... 52 Figura 73 - Pluma de sedimentos após 7 horas do processo de despejo na zona de bota-fora ECHO PARQUE ANTONINA.... 52 Figura 74 Pluma de sedimentos após 17 horas do processo de despejo na zona de bota-fora ECHO PARQUE ANTONINA.... 53 Figura 75 Pluma de sedimentos após 29 horas do processo de despejo na zona de bota-fora ECHO PARQUE ANTONINA.... 53 Figura 76 Pluma de sedimento oriunda do processo de resuspensão em dragagem realizada no canal Echo.... 54 Figura 77 Pluma de sedimentos oriunda do processo de resuspensão residual em dragagem realizada no canal Echo e pluma no início do processo de despejo na zona de bota-fora ECHO PARQUE ANTONINA.... 55 Figura 78 Pluma de sedimentos após 4 horas do processo de despejo na zona de bota-fora ECHO PARQUE ANTONINA.... 55 Figura 79 Pluma de sedimentos no início do processo de despejo na zona de bota-fora ECHO PARQUE ANTONINA e pluma após 4h15min do processo de despejo do ciclo de dragagem anterior.... 56 Figura 80 - Pluma de sedimentos após 4 horas do último processo de despejo na zona de bota-fora ECHO PARQUE ANTONINA.... 56 Figura 81 Pluma de sedimentos no início do processo de despejo na zona de bota-fora ECHO PARQUE ANTONINA e pluma residual do processo de despejo do ciclo de dragagem anterior.... 57 Figura 82 Pluma de sedimentos após 3 horas do processo de despejo na zona de bota-fora ECHO PARQUE ANTONINA.... 57 Figura 83 - Pluma de sedimentos após 22 horas do processo de despejo na zona de bota-fora ECHO PARQUE ANTONINA.... 58 Figura 84 Pluma de sedimentos após 33 horas do processo de despejo na zona de bota-fora ECHO PARQUE ANTONINA.... 58 xiv

LISTA DE TABELAS Tabela 1 Diagrama de distribuição conjunta de velocidade e direção dos ventos para dados compreendidos entre os anos de 2000 e 2010 (NCEP)... 6 Tabela 2 Dados de Vazão média dos principais rios do CEP.... 12 Tabela 3 Cartas náuticas utilizadas e suas respectivas escalas.... 8 Tabela 4 Componentes harmônicas utilizadas nas fronteiras abertas.... 12 Tabela 5 Componentes harmônicas utilizadas nas fronteiras abertas.... 12 Tabela 6 Parâmetros do modelo hidrodinâmico 1.... 19 Tabela 7 - Parâmetros do modelo hidrodinâmico 2.... 19 Tabela 8 - Descrição dos pontos representativos da operação de dragagem.... 25 xv

1 INTRODUÇÃO O presente relatório descreve os procedimentos de implementação e os resultados da modelagem numérica computacional da dispersão da pluma de sedimentos (resuspensão, overflow e despejo) provenientes das atividades de dragagem a serem realizadas no canal de acesso aos portos de Paranaguá e Antonina, localizados no interior da Baía de Paranaguá. 1.1 DESCRIÇÃO E LOCALIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO O Complexo Estuarino de Paranaguá (CEP) está localizado no Estado do Paraná, e é parte de um extenso sistema estuarino subtropical interconectado que inclui o sistema de Cananéia-Iguape, localizado na parte sul da costa do Estado de São Paulo (Figura 1). Figura 1 Localização da área de estudo - Complexo Estuarino de Paranaguá. 1

Os sistemas estuarinos são definidos em uma forma clássica por Miranda et al. (2002) como: Corpos de água parcialmente fechados, com aberturas para o oceano adjacente, onde a água do mar é diluída pela água de origem fluvial. Essa diluição é ocasionada pela mistura da água fluvial com a água do mar. As aberturas através das quais o CEP possui comunicação com o oceano são quatro. As duas principais se dão nos canais de maré que estão ao redor da Ilha do Mel (152 Km²). Esses canais apresentam dois caminhos primários de circulação separados por um grande baixio denominado Baixio do Perigo (Figura 3, quadro 1), limitando dois corpos de água principais: os sistemas estuarinos da Baía de Paranaguá e os da Baía de Laranjeiras, (Angulo, 1999). A terceira conexão com o oceano é o Canal de Superagüi, um canal independente localizado na porção central-norte da Baía de Laranjeiras. A quarta localiza-se na barra do Ararapira, via Canal do Varadouro, artificialmente construído. Uma grande diversidade de ambientes pode ser notada ao longo dessa região, incluindo: planícies de maré, baixios, costões rochosos, marismas, canais de maré e manguezais. Seus funcionamentos estão ligados à circulação hidrodinâmica forçada principalmente pela ação das marés e pela descarga fluvial (Mantovanelli, 1999). A Baía de Paranaguá propriamente dita representa o eixo leste-oeste, situado na parte inferior do Complexo Estuarino de Paranaguá e a Baía de Laranjeiras, o eixo sul-norte, no setor superior. Na Figura 2 é apresentado o Complexo Estuarino de Paranaguá e identificada as baías e principais localidades. No presente estudo, as áreas de manguezal foram delimitadas de acordo com a metodologia descrita por Krug, Leão e Amaral (2007), utilizando imagens do satélite TM/LANDSAT. As imagens foram realçadas e utilizadas como base para a digitalização dos polígonos correspondentes à vegetação, facilmente identificados na composição R5 G4 B3. O objetivo principal da delimitação dessas áreas foi o de delimitar as áreas passíveis de alagamento durante ciclos de maré enchente. 2

Figura 2 Complexo Estuarino de Paranaguá (CEP). 1.2 ASPECTOS GEOMORFOLÓGICOS A Baía de Paranaguá possui zonas bem distintas decorrentes do processo de formação relacionado aos eventos de transgressão e subseqüentes regressões de nível do mar. Esses processos criaram uma zona superior (oeste de Paranaguá) que constitui um paleo-vale inundado, estreito e cortado. Adjacente à baía, está a Serra do Mar. Alcançando altitudes de até 1.800 m, possui grandes vertentes e seus rios são responsáveis pela lixiviação das rochas e aporte sedimentar na planície litorânea (Bigarella, 2007). Grande parte desses sedimentos fica aprisionada no interior da baía pela zona intermediária do estuário não ter força hidrodinâmica para expulsar o material trazido pelos rios, tornando assim a parte superior mais lamosa (Bigarella, 2007; Lamour, 2007). Já a zona inferior da baía (leste de Paranaguá) caracteriza-se por largas praias de planícies costeiras (Lessa et.al, 1995), predominantemente arenosas. A Ilha do Mel, localizada na boca da baía, é parte fragmentada de uma dessas praias de planície costeira, que juntamente com dois deltas de maré vazante protegem o interior da Baía de Paranaguá das condições de ondas de alta energia (Lessa et al., 1998). 3

Os deltas de maré vazante, por sua vez, são feições sedimentares encontradas nas desembocaduras dos canais principais que passam imediatamente ao norte e ao sul da Ilha do Mel. As formas associadas ao canal de entrada sul da Baía de Paranaguá formam o mais extenso delta de maré de toda a costa do Estado do Paraná (delimitado externamente pelo contorno em vermelho na Figura 3). Ainda, na porção mais abaixo (sul) do canal principal (mantido atualmente por dragagens), existe um complexo de barras, conhecido como Banco da Galheta (Figura 3, quadro 2), com dunas submersas que se movimentam costa afora pelo efeito das correntes de maré vazante. Essas barras desenvolvem-se de forma rápida por receberem aporte sedimentar via deriva litorânea. Os sedimentos provenientes de sul com direção ao norte são retidos nas proximidades do delta pela barreira hidrodinâmica gerada por correntes de maré do canal principal. Isso representa, além do crescimento do Banco da Galheta, um possível déficit no balanço sedimentar de regiões vizinhas situadas mais ao norte, que deveriam estar recebendo esse aporte de sedimentos. Figura 3 Fragmento da Carta Náutica nº 1820 - Proximidades da Barra de Paranaguá. Em realce: 1- Baixio do Perigo; 2- Banco da Galheta (delimitado externamente pelo contorno vermelho). 4

2 CARACTERIZAÇÃO OCEANOGRÁFICA E METEOROLÓGICA DA ÁREA DE ESTUDO Neste item é apresentada uma breve descrição dos dados meteorológicos e oceanográficos analisados e utilizados nas modelagens dos processos hidrodinâmicos e de propagação de ondas na região da Baía de Paranaguá. 2.1 VENTOS No presente estudo foram utilizados dados de vento provenientes do programa de reanálise do NCEP/NCAR/NOAA. Nesse programa são geradas bases de dados globais através da utilização combinada de resultados de modelos numéricos e dados observacionais provenientes de diversas fontes, tais como navios em rota, aviões, estações meteorológicas, satélites, entre outras. Foi analisada uma série extraída nas coordenadas geográficas: 25,7 S e 46,8 W (Figura 6), para o período compreendido entre os anos de 2000 e 2010, e os resultados podem ser visualizados na Tabela 1. Os casos mais representativos aparecem realçados. 5

Tabela 1 Diagrama de distribuição conjunta de velocidade e direção dos ventos para dados compreendidos entre os anos de 2000 e 2010 (NCEP). Velocidade (m/s) N NNE NE ENE E ESSE SE SSE S SSW SW WSW W WNW NW NNW 0.0-1.0 29 31 49 43 40 32 38 41 14 27 18 26 14 30 27 27 1.0-2.0 110 110 132 140 103 106 101 108 66 59 51 45 53 52 59 108 2.0-3.0 155 204 221 264 251 217 178 160 102 77 69 60 60 55 85 131 3.0-4.0 178 224 309 339 335 307 221 187 163 101 73 46 44 54 91 136 4.0-5.0 128 205 285 423 348 322 284 222 172 103 51 30 30 43 86 118 5.0-6.0 46 94 173 332 304 273 252 266 168 106 61 25 28 33 40 73 6.0-7.0 30 35 87 221 205 194 191 188 149 67 62 28 27 21 23 39 7.0-8.0 5 5 25 93 116 88 87 113 90 68 37 31 16 16 11 13 8.0-9.0 1 1 5 36 50 20 28 60 51 46 30 31 15 7 6 2 9.0-10.0 0 0 1 6 12 5 10 30 19 32 22 10 16 3 4 0 10.0-11.0 0 0 0 1 3 0 1 13 18 19 10 11 9 3 0 1 11.0-12.0 0 0 0 0 0 0 1 3 2 1 4 2 4 3 0 0 12.0-13.0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 1 2 2 0 0 0 13.0-14.0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 Total 682 909 1287 1898 1767 1564 1392 1391 1015 708 489 348 318 320 432 648 Frequência (%) 4,5 6 8,5 12,5 11,6 10,3 9,2 9,2 6,7 4,7 3,2 2,3 2,1 2,1 2,8 4,3 Vel. Média 3,3 3,5 3,8 4,4 4,5 4,4 4,5 4,8 5 5 4,8 4,6 4,4 3,7 3,6 3,5 Vel. Máxima 8,7 8,3 9,1 10,6 10,6 9,6 11,2 11,7 12,1 12,8 12,5 13,4 12,3 11,7 9,9 10,1 6

Os ventos predominantes são provenientes do quadrante leste, em especial a direção lésnordeste (ENE), com velocidades entre 4 e 5 m/s. Os ventos mais intensos (maiores velocidades) são provenientes do quadrante sul. A rosa dos ventos para esse mesmo período é apresentada na Figura 4. ROSA DE DISTRIBUIÇÃO DIRECIONAL DOS VENTOS (EM %) VELOCIDADE EM M/S Figura 4 Rosa de distribuição dos ventos. Escala de cores representa velocidade média do vento em m/s. 2.2 ONDAS De acordo com Mar e Costa (2006), o trem de ondas no mar aberto praticamente não afeta a circulação na parte interna dos estuários paranaenses. Comparando-se com efeitos de maré, a influência torna-se mínima. Porém, as áreas externas e próximas às barras podem sofrer leve influência de ondas. Para inserir o efeito de ondas no modelo, foi extraída uma série temporal de dados de onda de águas profundas do módulo de reanálise do modelo WAVEWATCH III (WWIII), nas coordenadas geográficas: 26 S e 47,5 W (Figura 6), para o período compreendido entre os 7

anos de 2005 e 2010. O modelo WAVEWATCH III (Tolman 1997, 1999) é um modelo de terceira geração desenvolvido pela NOAA/NCEP (WAMDIG 1988, Komen et al. 1994), que resolve a equação da conservação da densidade espectral da ação de onda. O modelo assume que as propriedades do meio (profundidades e correntes), bem como o campo de ondas, variam em escalas espaciais e temporais muito superiores às escalas de variação de uma única onda. O modelo considera os processos de geração de ondas pelo vento, interações nãolineares onda-onda, dissipação por whitecapping e fricção com o fundo. Ele permite simular a geração e propagação de espectros de ondas com base em dados de ventos. Uma rosa de direção e altura significativa de ondas foi gerada para visualização dos dados compreendidos entre fevereiro de 2005 e junho de 2010 (Figura 5). ROSA DE DISTRIBUIÇÃO DIRECIONAL DE ONDAS (EM %) ALTURA SIGNIFICATIVA EM METROS Figura 5 Rosa de distribuição de direções e alturas significativas de ondas. Dados de reanálise do modelo WAVEWATCH III (NOAA). 8

Figura 6 Localização do ponto de extração dos dados de vento NCEP e dados de onda do modelo WW3. No quadro de cor vermelha encontra-se destacada a Baía de Paranaguá. 2.3 MARÉ E CORRENTES Na ausência de efeitos meteorológicos significativos, a circulação estuarina no complexo estuarino da Baía de Paranaguá é dominada pelos efeitos da maré. No litoral paranaense, as marés são classificadas como micro-marés e seu regime é caracterizado por uma desigualdade diurna com padrão semidiurno quando na presença de amplitudes de marés máximas (sizígia), sendo a M2 (lunar semi-diurno), a principal componente (Marone et al.,1997). O atraso na ocorrência das marés alta e baixa aumenta progressivamente conforme se caminha estuário adentro (Knoppers et al., 1987). As marés alta e baixa em Antonina ocorrem com até 1,5 horas de atraso em relação à ocorrência no canal da Galheta. O mesmo é verificado com a variação de amplitude. Durante marés de sizígia, variam desde 1,7m na boca até aproximadamente 2,7m em Antonina (Marone et al. 1997). Já durante as marés de quadratura, a variação da maré é reduzida a menos de 80% dos valores de maré de sizígia, 9

apresentando fortes interações não lineares entre as componentes de maré, permitindo a formação de até seis eventos diários de maré alta e baixa (Marone et al., 1994). Essas interações são decorrentes da advecção e fricção no interior da baía e geram componentes não astronômicos, aumentando da boca para o interior da baía. Na Figura 7 são ilustradas as séries de elevação do nível d água medidas pela Associação dos Portos de Paranaguá e Antonina (APPA) na Ilha da Galheta, Porto de Paranaguá e Ponta do Felix, evidenciando um pequeno atraso de fase entre as marés do início (estação da Galheta) e fim da baía (estação da Ponta do Félix), bem como um aumento na amplitude no sentido do interior da baía, caracterizando-se desta forma, como um estuário hipersíncrono. A localização desses pontos está ilustrada na Figura 24. Figura 7 Elevação do nível d água medida pela APPA na Ilha da Galheta, Porto de Paranaguá e Ponta do Félix. As marés também demonstram uma assimetria crescente no sentido do interior da baía, caracterizada por um curto período descendente e um longo período ascendente de maré. A razão média entre os períodos de vazante e de enchente aumenta de 1,23 no canal da Galheta para 1,92 próximo a Antonina (Marone et al., 1997). 10

As correntes de maré são fortes, atingem velocidades máximas de 80 cm/s durante a enchente e 110 cm/s na vazante (Marone et al., 1995). Em média, as correntes de vazante são de 10 a 15 % superiores às de enchente. Isso ocorre devido à influência dos atritos lateral e de fundo, gradativamente maiores em direção à cabeceira (Camargo, 1998) e, também, devido ao aporte de água doce e à circulação residual (Marone et al., 1995). A Figura 8 ilustra as correntes medidas pelo Centro de Estudos do Mar/UFPR (CEM) em frente ao Porto de Paranaguá de 11/07/1996 a 26/07/1996. A localização exata do ponto de medição de correntes está ilustrada na Figura 24. Figura 8 Série temporal das componentes u e v das correntes medidas pelo CEM em frente ao Porto de Paranaguá. 2.4 SALINIDADE E DRENAGEM FLUVIAL Como em todo estuário, os corpos aquáticos do Complexo Estuarino de Paranaguá sofrem efeitos da salinidade oriunda da água do mar. Esse estuário em questão é margeado por extensas florestas de mangue, por onde a água doce é drenada e diluída à água do mar que 11

penetra nas baías na maré enchente. As fontes de água doce ditam as características estuarinas das áreas mais internas (Mar e Costa, 2006). Segundo Mantovanelli (1999), o CEP recebe a drenagem de aproximadamente 70% da área da bacia hidrográfica litorânea do Estado do Paraná (Bacia Atlântica). Destes, a maior porção é absorvida pelas baías de Antonina e Paranaguá (e.g. rios Cachoeira e Nhundiaquara, com vazões médias relativamente maiores, deságuam na região de Antonina ver Tabela 2). Padrões de sazonalidade na descarga fluvial são perceptíveis em decorrência da variabilidade da precipitação, que tende a ser menor no inverno. Com base nos dados analisados para os anos de 2006, 2007 e 2008, oriundos da ANA (Agência Nacional de Águas) e Sudersha (Superintendência de Desenvolvimento de Recursos hídricos e Saneamento), foi criada a Tabela 2, com dados de descargas médias anuais, de verão e de inverno, para os principais rios que deságuam na região do CEP. Tabela 2 Dados de Vazão média dos principais rios do CEP. 12

3 DESCRIÇÃO DAS SEÇÕES DOS CANAIS A SEREM DRAGADOS Os canais a serem dragados são separados primariamente em: Alfa, Bravo, Charlie, Delta e Echo. Sendo o Alfa o canal mais externo, as nomenclaturas vão progredindo em ordem alfabética em direção ao interior das baías de Paranaguá e Antonina. Nesses canais, são realizadas periodicamente processos de dragagem para manutenção das profundidades em níveis de boa navegabilidade. O material retirado dos canais é direcionado para áreas de despejo específicas. Na Figura 9 é apresentada a distribuição dos canais na Baía de Paranaguá, bem como a localização das áreas Echo Parque Antonina, Cais Leste e ACE 20, utilizadas para despejo do material dragado. Neste estudo foram avaliados os impactos hidrodinâmicos em decorrência de dois cenários de dragagem, um de manutenção e outro de aprofundamento. 13

Figura 9 Localização dos canais de navegação nas baías de Paranaguá e Antonina, bem como das áreas de despejo do material dragado. 1

A descrição das características sedimentológicas da área de estudo foi obtida por meio de análise de amostras de sedimentos realizadas nas diferentes seções do canal de navegação: Alfa, Bravo (1 e 2), Charlie (1,2 e 3) e Delta, realizadas pela Universidade do Vale do Itajaí (UNIVALI) e através de revisões de literatura. O mapa sedimentológico apresentado por Lamour et al, 2004 (Figura 10) revelou padrões gerais semelhantes às análises sedimentológicas feitas para o canal (Figura 11). Ambos apresentam mesma relação causaefeito entre qualidade do sedimento e o padrão hidrodinâmico. Dessa forma, onde a circulação é mais forte, os sedimentos são mais selecionados e predominam areias (e.g. Canais Alfa e Bravo Uno). Já em locais onde a circulação é menos intensa, predominam sedimentos pouco selecionados (maior número de classes de tamanho), mais finos e argilosos (e.g. Canal Delta). Figura 10 - Mapa sedimentológico da Baía de Paranaguá (Adaptado de: Lamour et al, 2004). 1

Figura 11 - Histograma de freqüência das classes de sedimentos amostrados dentro de cada setor do canal de navegação. Para estudos de transporte de sedimentos (e.g. erosão/sedimentação e dispersão da pluma de sedimentos) é importante também diferenciar as características de pacotes sedimentares de acordo com o caráter coesivo ou não coesivo. Siltes e argilas, por exemplo, são originados através de intenso intemperismo, o qual reduz minerais menos resistentes a uma forma muito diminuta. Como resultado, possui grande área superficial em relação ao volume. Por ser a superfície quimicamente ativa, siltes e argilas possuem características diferentes das outras categorias. Uma delas é a facilidade em se agregar e, por isso, são classificados como sedimentos coesivos. Também diferem na característica de floculação em contato com água salobra, possuem reduzidas velocidades de sedimentação e logo, características de transportabilidade também diferentes (Van Rijn, 1993, 2006). Portanto, para melhor descrição das seções do canal a serem dragadas, os dados amostrais foram agrupados em coesivos classes de siltes e argilas e não coesivos classes de areias ou maiores para cada ponto amostral. Os resultados foram plotados para cada canal sob duas formas: porcentagem de sedimentos coesivos por amostra, e porcentagem de sedimentos não coesivos, e interpolados para gerar os mapas apresentados na Figura 12 e Figura 13. 2

Figura 12 - Percentual de sedimentos coesivos e não coesivos para os setores Alfa, Bravo1 e Bravo2. 3

Figura 13 - Percentual de sedimentos coesivos e não coesivos para os setores Charlie 1, Charlie3, Delta 1 e Delta 2 (Ponta do Félix). 4