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11:11 Circulação das águas em Estuários Carlos Ruberto Fragoso Júnior.

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1 11:11 Circulação das águas em Estuários Carlos Ruberto Fragoso Júnior

2 11:11 Sumário Conceitos e definições Importância da circulação da água Fatores que influenciam a circulação Equipamentos que medem a circulação

3 11:11 Circulação das águas ou correntes É toda transferência de massa dágua de um canto para o outro por meio de força externa.

4 11:11 Hidrodinâmica Hidrodinâmica (ou dinâmica de fluidos) é uma sub-disciplina de mecânica dos fluidos que lida com a ciência de fluxo de fluido a ciência natural de fluidos (líquidos e gases) em movimento.

5 11:11 Ondas Apresentam periodicidade mas não tem velocidade de escoamento significativa

6 11:11 Correntes Não são necessariamente periódicas mas apresentam velocidade de escoamento significativa

7 11:11 Delineia zonas/manchas no estuários Conecta estas zonas Driver biológico Transporta recursos, calor e organismos Importância da circulação da água

8 11:11 Água em movimento Transporte Mistura dentro e entre zonas imboden (2004) Kallff (2002) Importância da circulação da água

9 11:11 Hidrodinâmica e Plâncton Lagoa Itapeva: Zooplâncton em lagoa subtropical rasa Alterações Temporais e Espaciais em densidade, diversidade e riqueza dependente fortemente de hidrodinâmica derivada do vento. Cardoso & Motta Marques (2003) hour/day season space

10 11:11

11 Físicos Rotação da terra Vento Maré Contorno Batimetria Temperatura (densidade) Tipo de fundo Rios afluentes, conexões Químicos Salinidade (densidade) Biológicos Plantas aquáticas Fatores que influenciam a circulação

12 11:11 Força de Coriolis Força devido a rotação da Terra.

13 11:11 Força de Coriolis A força de Coriolis, embora não possa causar o movimento da água, é importante porque pode modificar, significativamente, a direção do movimento da água, especialmente em lagos e estuários grandes afastados do equador. A força de Coriolis é uma força aparente que surge porque analisamos o escoamento fixando o referencial à Terra, que está em movimento de rotação.

14 11:11 Força de Coriolis A Terra completa uma rotação completa por dia, o que corresponde a, aproximadamente, 1660 km.h -1 na latitude zero (Equador). Mas, à medida que a latitude cresce, a velocidade de rotação da Terra corresponde a uma velocidade menor sobre a superfície.

15 11:11 Força de Coriolis Um objeto em repouso na linha do Equador tem, na realidade, uma velocidade de 1660 km.h -1 na direção de rotação da terra e um objeto em repouso na latitude 30 o S tem, na realidade, uma velocidade de 1437 km.h -1. Se o primeiro objeto deixar a linha do Equador e for transferido instantaneamente para a latitude 30 o S, ele terá uma velocidade 223 km.h -1 superior na direção de rotação da Terra do que objeto em repouso aparente.

16 11:11 Força de Coriolis Assim, o resultado é que, no hemisfério Sul, os fluidos escoando para o Sul são desviados para Leste e os fluidos escoando para o Norte são desviados para Oeste, ou seja, os escoamentos são sempre desviados para a esquerda no hemisfério Sul.

17 11:11 Força de Coriolis Os efeitos da força de Coriolis tornam-se significativos em lagos e estuários maiores do que 5.r c ; onde r c é um raio característico que depende da velocidade média da água e da latitude. onde r c é o raio característico de circulação inercial (m); u é velocidade média da água (m.s -1 ); é a velocidade angular da terra (7, rad.s -1 ); e l é a latitude.

18 11:11 Força de Coriolis Considerando um lago na latitude de 30 o (latitude aproximada dos lagos do RS), onde a velocidade da água é de 0,1 m.s -1, o valor de r c é de 1370 m. Se o lago for maior do que 7 km (5.r c ), aproximadamente, a força de Coriolis será significativa.

19 11:11 Vento Vento exerce força de cisalhamento na superfície Além das ondas o vento produz correntes Impacto é maior em áreas rasas vento

20 11:11 Circulação devida ao vento

21 11:11 Circulação devida ao vento vento

22 11:11 Vento

23 11:11 Formação de ondas pelo vento Depende de 3 fatores velocidade do vento duração do vento Fetch (distância contínua sobre a qual o vento viaja em contato com a água). Somente quando os três fatores ocorrem juntos é que existem ondas.

24 11:11 Fetch Fetch é a distância contínua em que o vento pode atuar sobre a superfície, aumentando as ondas.

25 11:11 Fetch Quanto maior o fetch maiores as ondas

26 11:11 Fetch Em português às vezes usa-se pista como tradução de fetch.

27 11:11 Fetch O Fetch depende da direção do vento, da configuração do lago e do ponto observado. Fetch não depende da intensidade do vento.

28 11:11 Fetch

29 11:11 Fetch vento A B C

30 11:11 Fetch vento A B C

31 11:11

32 Comprimento de onda O comprimento de onda em estuários pode ser aproximado pela expressão abaixo: onde L é o comprimento da onda e H é a altura da onda

33 11:11 Efeito da onda na ressuspensão Sedimentos finos se depositam quando a velocidade da água é baixa durante um longo tempo. Ondas podem ressuspender sedimentos finos.

34 11:11 Impacto das ondas no fundo do lago L Se prof

35 11:11 Ressuspensão Ventos e ondas podem manter sedimentos finos em suspensão diminuir a transparência da água, limitando a entrada de luz.

36 11:11 Outros tipos de circulação que tem a ver com ondas Langmuir Correntes de retorno

37 11:11 Circulação de Langmuir Formação de correntes helicoidais em células de água paralelas à superfície ocasionada pelo vento.

38 11:11 Circulação de Langmuir

39 11:11 Correntes induzidas por ondas no litoral

40 11:11 Correntes induzidas pelo vento

41 11:11 Entradas e saídas de água Em geral os rios trazem a maior parte dos nutrientes e sedimentos para o interior dos lagos, por isso, a circulação originada pelas entradas destes afluentes é particularmente importante. Estuários em contato com o oceano, por outro lado, podem receber entradas de água salgada, com características distintas de densidade, turbidez e concentração de nutrientes. As velocidades de escoamento também tendem a ser maiores onde existem entradas ou saídas.

42 11:11 Entradas e saídas de água

43 11:11 Pode ser térmica ou salina; A estratificação provoca estabilidade na coluna dágua; Estabilidade significa menos turbulência e menos mistura; São vários impactos sobre a qualidade da água, é o principal fator de interferência na qualidade da água em lagos; A estratificação térmica foi observada pela primeira vez em lagos suíços em Estratificação de densidade

44 11:11 5º C Estratificação de densidade

45 11:11 Equação de estado da água do mar (Trabalho de casa)

46 11:11 Estratificação de densidade

47 11:11 Estratificação de densidade

48 11:11 Estratificação de densidade

49 11:11 Cunha salina Parcialmente misturado Bem misturado

50 11:11 Forma do estuários e batimetria A forma em planta e as diferenças na profundidade dos lagos e estuários condicionam fortemente a circulação da água. Canais mais profundos no interior de um estuário ou lago podem concentrar bastante o escoamento e locais que restringem o escoamento de alguma forma, como ilhas ou pontais, podem gerar zonas de velocidade mais elevada.

51 11:11 Largura e profundidade - funções Para muitos estuários a batimetria pode ser aproximada por: Onde W x é a largura do estuário (m), W L é a largura da boca do estuário (m), D x é a profundidade do estuário (m), D L é a profundidade da boca (m) e λ é o comprimento do estuário (m).

52 11:11 Largura e profundidade - funções Para muitos estuários a batimetria pode ser aproximada por: Onde W x é a largura do estuário (m), W 0 é a largura da boca do estuário (m), D x é a profundidade do estuário (m), D 0 é a profundidade da boca (m) e λ é o comprimento do estuário (m).

53 11:11 Vegetação aquática

54 11:11 Vegetação aquática

55 11:11 Parâmetros de mistura Razão do escoamento Onde R é a vazão do rio, A é a área da seção transversal e U t é a corrente média de maré (AU t é aproximadamente o prisma de maré P < 0.01 – Estuário bem misturado P > 0.1 – Estuário bem estratificado

56 11:11 Parâmetros de mistura Número do Estuário: Onde T é o período de maré; R é a vazão do rio; Fm é dado por: Onde u f é a velocidade média do rio; h é a profundidade da água Ne < 0.1 – Estuário bem misturado Ne > 0.1 – Estuário estratificado

57 11:11 Perfis de velocidade em rios Perfis de velocidade de escoamento

58 11:11 Medição de Vazão - Expedita Utilizando um flutuador: Escolher um trecho retilíneo do rio que tenha seção constante; Marcar uma distância de no mínimo 10m; Medir a área da seção do rio; Lançar o flutuador e contar o tempo para percorrer a distância demarcada. Calcular a vazão com a fórmula.

59 11:11 Medição de Velocidade da água - Molinete Características: Velocidade pontual Calibração para obter relação: (n° de revoluções/min) e (velocidade m/s) Pode ser utilizado abordo de barcos ou de teleféricos sobre a seção do rio A velocidade é conhecida contando o numero de revoluções realizadas em um intervalo de tempo (> 30s em geral) Canal de Velocidade - IPHUFRS

60 11:11 Molinete

61 11:11 Molinetes

62 11:11 Molinetes

63 11:11 Medição à Vau - Para pequenas profundidades ( ~ 1.20 m) - Para pequenas vazões - molinete preso à uma haste Medição com Molinete

64 11:11 Vazão x velocidade Pequenos rios

65 11:11 Molinete preso à haste ( medição a vau)

66 11:11 Vazão x velocidade Pequenos rios

67 11:11 Medidores ultrasom Doppler

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69 Medições de vazão usando um aparelho de medição de velocidade por efeito Doppler em ondas acústicas. ADCP

70 11:11 Medição de Vazão - ADCP ADCP - Acoustic Doppler Current Profiler Segue o mesmo princípio da medição com molinete, ou seja medir velocidades pontuais na seção do rio. Sua vantagem é de ter maior precisão e mais rapidez Interface para conexão com computador Permite medições em tempo atual

71 11:11 Medição de Vazão - ADCP Efeito Doppler Um fonte emissora tem freqüência constante f f é percebida maior quando a fonte aproxima-se do observador f é percebida menor quando a fonte afasta-se do observador

72 11:11 Medição de Vazão - ADCP O aparelho ADCP utiliza este efeito para estimar a velocidade de escoamento de um fluído. A sonda emite uma onda sonora com freqüência padrão e analisa a freqüência que é refletida nas partículas em suspensão na água.

73 11:11 Princípio ADCP

74 11:11

75 volume de controle

76 11:11 volume de controle

77 11:11 volume de controle

78 11:11 perfiladores

79 11:11 perfiladores não mede muito próximo do aparelho não mede muito próximo ao fundo

80 11:11

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83 Rio Amazonas

84 11:11 rio Amazonas em Manacapuru


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