Morfodinâmica de esporões arenosos lagunares cuspidados, Lagoa dos Patos, Brasil

Abstract

A presente pesquisa de Tese destinou-se a contribuir para o aumento no entendimento da morfodinâmica de esporões arenosos cuspidados nas margens de sistemas lagunares, tendo como área de investigação o extenso sistema lagunar (>10.000 m²) da Lagoa dos Patos (BR), isto é, elucidar a interação entre os processos hidrodinâmicos, sedimentares e a morfologia desse sistema costeiro altamente complexo em escala de evento à escala histórica. O objetivo central consistiu na análise do suprimento sedimentar para os esporões e na descrição e quantificação dos processos morfodinâmicos e hidrodinâmicos (especificamente as ondas de gravidade) que regem o comportamento costeiro da linha de costa lagunar e dos depósitos de esporões arenosos rítmicos presentes na margem lagunar central oeste da laguna, em escala de evento à escala histórica. A metodologia empregada consistiu em duas etapas: 1. autilização de técnicas de geoprocessamento para a extração da posição da linha de costa lagunar por meio da base de dados de imagens dos satélites LandSAT 5TMe 8OLI, a fim de avaliar se os arcos praiais (áreas fontes de sedimentos para ocrescimento dos esporões por meio da erosão e subsequente deriva litorânea) apresentaram representativa retração da posição da linha de costa entre os anos de 1984 e2013; 2. oemprego do pacote de modelos Delft 3D para a modelagem computacional dos processos hidrodinâmicos (ondas e correntes induzidas por ondas) e do transporte de sedimentos ao longo das margens lagunares. O modelo foi configurado e validado com dados medidos in situpelo ondógrafo direcional Warider Datawell Mark III, permitindo sua aplicação para a simulação de representativos casos de ondas geradas por vento no interior da Lagoa dos Patos. Os resultados da modelagem numérica demonstraram que os esporões arenosos são responsáveis por representativas alterações no clima de ondas lagunar em função: 1. do processo de atenuação de ondas pelos esporões, 2. da formação de zonas de sombra (ou no estabelecimento de sub-áreas de geração de ondas locais) e;3. da refração de ondas sobre os esporões. Enfatiza-se, também, a existência de padrões regionais na distribuição espacial das características das ondas incidentes ao longo das margens lagunares (especificamente a distribuição longitudinal da energia [W/m] e dos ângulos de incidência de ondas com relação à orientação geral da linha de costa [φ-θ]),cuja configuração demonstra a tendência à diminuição do poder erosivo dos processos ondulatórios dos campos de ondas que se propagam ao longo do eixo lagunar principal (longitudinal), os quais são normalmente assumidos como os principais agentes das mudanças morfológicas nas margens de lagunas alongadas. Destacadamente, há uma baixa ocorrência de ondas incidentes com ângulos oblíquos (30°< φ-θ> 60° –menos de 19%), considerando todos os campos de ondas analisados (NNE, NE, ENE, E, ESE, SSE, S-SSW, SW). Issoé atribuído à influência dos esporões arenosos no clima de ondas lagunar e ao estágio avançado de desenvolvimento da linha de costa. Com relação à dinâmica sedimentar, a deriva litorânea se processa nos dois sentidos, com transporte sedimentar líquido para sul, concordante com a direção de crescimento dos esporões arenosos na margem oeste. Entretanto, a análise do balanço sedimentar identificou um padrão de áreas inter-relacionadas,fontes e receptoras de sedimentos ao longo dos arcos praiais. Nos quais, os segmentos costeiros no centro dos arcos praiais atuam como áreas de armazenamento temporário de sedimentos, enquanto as células litorâneas no setor sul constituem-sena principal área fonte de sedimentos para os esporões submersos. Foi demonstrada,também,a importante influência que fatores controladores locais, como a exposição costeira e a morfologia do prisma praial submerso, exercem na deriva litorânea nos arcos praiais,e por sua vez,no controle do suprimento de sedimentos para os esporões. Por fim, constatou-se que os esporões estão em uma fase de crescimento limitada, em que se observa um elevado coajuste mútuo entre a morfologia e a hidrodinâmica,e a consequente carência no suprimento sedimentar para os depósitos de esporões arenosos submersos, conforme evidenciado pela ausência de taxas representativas de retração da linha de costa em escala histórica e pela reduzida taxa de aporte sedimentarpara os esporões –2.900 m³/ano para o esporão Dona Maria e 900 m³/ano para o esporão do Vitoriano(considerando a magnitude das feições)–,resultando,portanto,na sua erosão natural.

This thesis intended to contribute to the knowledge of cuspate spits morphodynamics into lagoon coastlines, having as a study area the extensive (>10,000 m²) lagoon system of Lagoa dos Patos (Brazil). This is, elucidate the interaction between the hydrodynamic and sedimentary processes and the morphology of this highly complex coastal system in an event toahistoric scale. It had as main aim the analysis of the sediment supply to the spits and the description and quantification of the morphodynamic and hydrodynamic processes on the lagoon cuspate coast, in an event-to historical scale.The methodology consisted of two stages: 1. the use of geoprocessing techniques to extract the shoreline position of the rhythmic coast from the database of the LandSAT 5TMand 8OLIsatellite images, to investigate if the bay beaches presented representative shoreline retreat rates from 1984 to 2013, as it is assumed that the erosion of the updrift beaches are the main sources of sediments to the spitsand,2. the modeling of the hydrodynamic (wind-waves and wave-induced currents) and sedimentary processes by using the suite Delft 3D. The model was configurated and validated against measured wave data by the Waverider Datawell Mark IIIand used to simulate the lagoon wave fields forced by representative wind cases.The results showed that in a historic scale (decades) the coastline presented a prevailing stability trend, with 60 % of the northern bay beach (Arambaré) and 74 % of the southern bay beach with stable values, and a general average change rate inside the uncertainty error (±1.05 m y-1), which demonstrates that the sediment supply to the continuous growth of the spits has been significantly reduced on the analyzed three decades. The model results demonstrated that the emerged and submerged spits has a significant influence on the lagoon wave fields through: 1.the wave attenuation process; 2.the formation of wave shadow zones (or subareas of local wave generation); and 3.refraction. Its is also highlighted the occurrence of regional patterns on the alongshore distribution of the incident wave characteristics along the lagoon cuspate coast (specifically the energy [W/m] and the incident wave angles to the shore [φ-θ]), whose configuration tends to decrease the erosive power of the wave fields propagating across the long lagoon axis, which are normally assumed to be the main drivers of morphological changes on elongated lagoons. Another important fact to highlight is the low occurrence of oblique local wave angles to the shore (30°< φ-θ>60° -less than 19%), considering different directions of wave fields (NNE, NE, ENE, E, ESE, SSE, S-SSW, SW). Thisis attributed to the cuspate spits influence on the lagoon wave field and the advanced stage of this coastline. In regards to the resultant nearshore sedimentary dynamic, the longshore drift has a bidirectional pattern with net transport to the south, in accordance withthe growth direction of the spits on the west lagoon coast. However, the sediment budget analysis revealed a pattern of inter-related sourcesand temporary storage areas along the bay beaches. In which, the coastal segments in the center of the bay beaches act astemporary storage areas, while the southern coastal segments are the main sources of sediments to the submerged spits. It was also demonstrated that local conditioning factors,such as coastline exposure and the shoreface morphology,affect the longshore transport within the bays, which controls the amounts of sediments supplied to the spits. Ultimately, it was found that the cuspate spits are in a phase of limited growth, in which it is observed a high mutual co-adjustment between the morphology and the incident wave field, and the consequent starvation on the sediment supply to the submerged spits(also referred to as subaqueous bars), as evidenced by the absence of representative shoreline retreat rates in a historic scale, and by the reduced rate of sediment input to the spits, 2,900 m³ y-1to Dona Maria spit and 900 m³ y-1to Vitoriano spit (taking into consideration the magnitude of the features), therefore, resulting in its natural erosion.