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

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

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

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

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

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

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

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. hour/day 11:11 season space Cardoso & Motta Marques (2003)

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

Força de Coriolis Força devido a rotação da Terra. 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. 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. 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 30o 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 30o S, ele terá uma velocidade 223 km.h-1 superior na direção de rotação da Terra do que objeto em repouso aparente. 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. 11:11

Força de Coriolis Os efeitos da força de Coriolis tornam-se significativos em lagos e estuários maiores do que 5.rc; onde rc é um raio característico que depende da velocidade média da água e da latitude. onde rc é o raio característico de circulação inercial (m); u é velocidade média da água (m.s-1);  é a velocidade angular da terra (7,29 . 10-5 rad.s-1); e l é a latitude. 11:11

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

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

Circulação devida ao vento 11:11

Circulação devida ao vento 11:11

Vento 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. 11:11

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

Fetch Quanto maior o fetch maiores as ondas 11:11

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

Fetch 11:11

Fetch B C vento A 11:11

Fetch B C A vento 11:11

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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 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. 11:11

Impacto das ondas no fundo do lago Se prof<L/2 movimento da água atinge o fundo Caso contrário, ondas não afetam o fundo 11:11

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

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

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

Circulação de Langmuir 11:11

Correntes induzidas por ondas no litoral 11:11

Correntes induzidas pelo vento 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. 11:11

Entradas e saídas de água 11:11

Estratificação de densidade Pode ser térmica ou salina; A estratificação provoca estabilidade na coluna d’água; 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 1880. 11:11

Estratificação de densidade 11:11

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

Estratificação de densidade 11:11

Estratificação de densidade 11:11

Estratificação de densidade 11:11

Cunha salina Parcialmente misturado Bem misturado 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. 11:11

Largura e profundidade - funções Para muitos estuários a batimetria pode ser aproximada por: Onde Wx é a largura do estuário (m), WL é a largura da boca do estuário (m), Dx é a profundidade do estuário (m), DL é a profundidade da boca (m) e λ é o comprimento do estuário (m). 11:11

Largura e profundidade - funções Para muitos estuários a batimetria pode ser aproximada por: Onde Wx é a largura do estuário (m), W0 é a largura da boca do estuário (m), Dx é a profundidade do estuário (m), D0 é a profundidade da boca (m) e λ é o comprimento do estuário (m). 11:11

Vegetação aquática 11:11

Vegetação aquática 11:11

Parâmetros de mistura Razão do escoamento Onde R é a vazão do rio, A é a área da seção transversal e Ut é a corrente média de maré (AUt é aproximadamente o prisma de maré P < 0.01 – Estuário bem misturado P > 0.1 – Estuário bem estratificado 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 uf é a velocidade média do rio; h é a profundidade da água Ne < 0.1 – Estuário bem misturado Ne > 0.1 – Estuário estratificado 11:11

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

Molinete 11:11

Molinetes 11:11

Molinetes 11:11

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

Pequenos rios Vazão x velocidade 11:11

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

Pequenos rios Vazão x velocidade 11:11

Medidores ultrasom Doppler 11:11

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ADCP Medições de vazão usando um aparelho de medição de velocidade por efeito Doppler em ondas acústicas. 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 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 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. 11:11

Princípio ADCP 11:11

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volume de controle 11:11

volume de controle 11:11

volume de controle 11:11

perfiladores 11:11

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

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Rio Amazonas 11:11

rio Amazonas em Manacapuru 11:11