Circulação Estuarina PDF

5.3 Circulação Estuarina Os movimentos de água induzidos pelas marés provocam transporte de sedimentos, erosão e deposição Marés mais fortes  maior energia no ambiente Os movimentos de maré agitam e misturam a coluna de água O fluxo turbulento de água promove a mistura vertical...

5.3 Circulação Estuarina Os movimentos de água induzidos pelas marés provocam transporte de sedimentos, erosão e deposição Marés mais fortes  maior energia no ambiente Os movimentos de maré agitam e misturam a coluna de água O fluxo turbulento de água promove a mistura vertical e horizontal Destruição da estratificação Propagação da maré em estuários Conforme o nível do mar sobe na embocadura do estuário a superfície livre da água inclina-se para montante Desta forma é gerada uma força de gradiente de pressão para o interior do estuário, que origina uma aceleração que comanda a corrente que flui para o interior do estuário. A seguinte equação rege este movimento: du d = −g (1) dt dx  5.3 Circulação Estuarina A corrente transporta água para o interior do estuário, provocando um aumento da superfície livre da água ao longo do tempo, que tem que ser expresso pela equação da continuidade (conservação de massa): d du = −h (2) onde h é a profundidade média dt dx de uma determinada secção do estuário Conforme o nível da superfície aumenta, a posição onde o declive da superfície é mais inclinado move-se para o interior do estuário, de forma que a perturbação gerada pela subida da maré na embocadura se propaga ao longo do estuário Acontece o contrário quando o nível de maré no exterior do estuário diminui. A superfície inclina-se para cima, originando um fluxo de água para o exterior e diminuindo o nível de água no interior do estuário A velocidade a que a variação da superfície livre da água se propaga ao longo do estuário é a velocidade de uma onda longa, c = gh  5.3 Circulação Estuarina Maré Morta Maré Viva De notar que as equações (1) e (2) podem ser combinadas para formar a equação de onda, a partir da qual é definida a velocidade de onda: d 2 d 2 2 = −gh 2 dt dx Esta expressão indica-nos que a informação relativa à variação da altura de maré na embocadura viaja ao longo do estuário com uma velocidade proporcional à raiz quadrada da profundidade Por exemplo, num estuário de profundidade 10 m a velocidade de propagação é 10 ms -1 (36 kmh-1); num estuário de 25 m de profundidade a velocidade é aproximadamente 15.8 ms-1  5.3 Circulação Estuarina Maré na Ria de Aveiro (modelação numérica) Amplitude M2 (m) Fase M2 (º) Amplitude M2 (m) Fase M2 (º) M2: 1h = ~30º  5.3 Circulação Estuarina Dissipação da energia da maré em estuários: A energia da maré é dissipada devida ao atrito (viscosidade turbulenta) entre a corrente de maré e o fundo. A força de atrito é proporcional a u2/h, e a taxa de dissipação de energia é proporcional a u3/h: ▪ Quando o estuário é pouco profundo e as correntes de maré são fortes, a dissipação é elevada ▪ Se a razão das amplitudes entre marés vivas e marés mortas é de 2:1, a razão entre correntes de maré é de aproximadamente 2:1, a razão entre os atritos é de 4:1 e a razão entre as dissipações de energia de 8:1 !!! Maré Morta Maré Viva  5.3 Circulação Estuarina Dissipação da energia da maré em estuários: Se a energia dissipada for elevada, a amplitude de maré decai em direção à cabeça do estuário. Estas conduzem a que a maré se propague com uma onda progressiva (as fases de maré ocorrem mais tarde para pontos localizados para o interior do estuário) Se existir pouca dissipação, a onda de maré propaga-se em direção à cabeça o estuário, onde é refletida, propagando-se seguidamente em sentido contrário. Neste caso a onda refletida interfere com a onda incidente, formado uma onda estacionária (as fases de maré ocorrem simultaneamente em todo o estuário) Maré Morta Maré Viva  5.3 Circulação Estuarina Tipos de correntes em estuários: O fluxo que existe nos estuários pode ser divido em 3 partes, cada uma delas com escalas temporais características: Fluxo total = fluxo médio + fluxo de maré + flutuações turbulentas As flutuações turbulentas são aleatórias, e ocorrem naturalmente desde que exista um fluxo primário (médio+maré). A média das flutuações turbulentas de velocidade é zero O fluxo de maré é constituído pelas enchentes e vazantes regulares devidas às oscilações de maré (geralmente tem uma periodicidade de 12.42 h). Apesar de ser o componente mais forte do fluxo a sua média durante um ciclo de maré é zero ou muito pequena O fluxo médio é a parte restante quando foi realizada uma média do fluxo durante um ciclo de maré. Pode ser muito mais pequeno que o fluxo de maré, mas a sua contribuição para transportar água no interior do estuário é muito importante numa escala temporal elevada Note-se que o fluxo de maré pode flutuar em torno de outras frequências de maré para além da correspondente à M2. Também o fluxo médio pode apresentar flutuações (devidas a variações no fluxo dos rios, nos padrões de vento, etc)  5.3 Circulação Estuarina Numerical modeling of the Ancão Inlet relocation (Ria Formosa, Portugal) (Dias et al, EMS 2009) Circulação Residual Configuração anterior Numerical modelling of fish eggs dispersion at the Patos lagoon (Martins et al, JMS 2007) Configuração atual  5.4 Processos de mistura e balanço de sal nos estuários Circulação e Mistura em Estuários Questões sobre a circulação estuarina: Como é mantido o “balanço de sal” num estuário? Ou seja, porque razão a água de origem fluvial não expulsa todo o sal e a água estuarina não é toda doce? Ou porque razão o mar não empurra toda a água doce para montante e a água estuarina não é toda salgada? Como é a estrutura salina? É constituída por camadas horizontais homogéneas e revela uma estrutura vertical?  5.4 Processos de mistura e balanço de sal nos estuários Ou é verticalmente uniforme, revelando um gradiente horizontal? água doce água salgada Ou tem uma estrutura intermédia? Como é o padrão de circulação? Existe um fluxo em camadas?  5.4 Processos de mistura e balanço de sal nos estuários Ou um fluxo uniforme? Ou uma circulação secundária? A “saúde” do estuário depende destas respostas... A resposta a estas questões não é única, dependendo do tipo e condições das ações forçadoras fundamentais e das características da batimetria e geometria do estuário O mesmo estuário sob diferentes condições pode apresentar diferentes comportamentos, que podem, por exemplo, revelar um carácter sazonal Deste modo é necessário analisar individualmente cada situação para se obterem respostas…  5.4 Processos de mistura e balanço de sal nos estuários Processos de transporte Existem dois tipos de processos que podem transportar sal ou outros materiais nos estuários: Advecção – o material é transportado com o fluxo médio Difusão turbulenta / troca turbulenta – o material é transportado por turbilhões turbulentos. Pode não existir fluxo médio, mas o material é transportado ao longo do gradiente de concentração, das concentrações mais elevadas para as mais baixas  5.4 Processos de mistura e balanço de sal nos estuários Constrangimentos à turbulência e mistura A turbulência ocorre apenas se existe movimento (ex: maré) de onde a turbulência possa obter energia. A turbulência é o resultado de instabilidades no fluxo primário Estabilidade – a estratificação pode induzir resistência à mistura entre camadas A água doce, menos densa, está sobre a água mais salgada Um fluido tende a permanecer estratificado, a menos que seja fornecida energia suficiente para que a estratificação seja vencida  5.4 Processos de mistura e balanço de sal nos estuários Uma quantidade limitada de energia disponível promove a mistura entre as camadas, mas aumenta o contraste entre a densidade entre as camadas, aumentando portanto a sua estabilidade Processos de mistura A mistura entre camadas é obtida devido às instabilidades que se geram entre camadas de diferentes velocidades (efeito de corte):  5.4 Processos de mistura e balanço de sal nos estuários O balanço entre o efeito estabilizador do gradiente de densidade e o efeito desestabilizador do efeito de corte é expresso pelo Número de Richardson: g d −  dz efeito estabilizador do gradiente de densidade Ri = 2 =  dv  efeito desestabilizador do efeito de corte    dz  Se Ri