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Circulação das águas em
Estuários
Carlos Ruberto Fragoso Júnior
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Sumário




11:11
Conceitos e definições
Importância da circulação da água
Fatores que influenciam a circulação
Equipamentos que medem a circulação
Circulação das águas ou correntes

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É toda transferência de massa d’água de
um canto para o outro por meio de força
externa.
Hidrodinâmica

11:11
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.
Ondas

11:11
Apresentam periodicidade mas não tem
velocidade de escoamento significativa
Correntes

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Não são necessariamente periódicas mas
apresentam velocidade de escoamento
significativa
Importância da circulação da água




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Delineia zonas/manchas no estuários
Conecta estas zonas
Driver biológico
Transporta recursos, calor e organismos
Importância da circulação da água
Água em movimento
•Transporte
•Mistura dentro e entre zonas
11:11(2002)
Kallff
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
season
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space
Cardoso & Motta Marques (2003)
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Fatores que influenciam a circulação

Físicos









Químicos


Salinidade (densidade)
Biológicos

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Rotação da terra
Vento
Maré
Contorno
Batimetria
Temperatura (densidade)
Tipo de fundo
Rios afluentes, conexões
Plantas aquáticas
Força de Coriolis

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Força devido a rotação da Terra.
Força de Coriolis


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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.
Força de Coriolis


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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.
Força de Coriolis


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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.
Força de Coriolis

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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.
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.
u
u
rc  
f 2    sinl 

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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.
Força de Coriolis


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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.
Vento



Vento exerce força de cisalhamento na
superfície
Além das ondas o vento produz correntes
Impacto é maior em áreas rasas
vento
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Circulação devida ao vento
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Circulação devida ao vento
vento
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Vento
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Formação de ondas pelo vento





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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.
Fetch

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Fetch é a distância contínua em que o vento pode
atuar sobre a superfície, aumentando as ondas.
Fetch

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Quanto maior o fetch maiores as ondas
Fetch

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Em português às vezes usa-se “pista” como
tradução de fetch.
Fetch
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
O Fetch depende da
direção do vento, da
configuração do lago e
do ponto observado.

Fetch não depende da
intensidade do vento.
Fetch
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Fetch
B
C
A
vento
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Fetch
B
C
A
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Comprimento de onda

O comprimento de onda em estuários pode ser
aproximado pela expressão abaixo:
L  20  H

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onde L é o comprimento da onda e H é a altura da
onda
Efeito da onda na ressuspensão


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Sedimentos finos se depositam quando a
velocidade da água é baixa durante um longo
tempo.
Ondas podem ressuspender sedimentos
finos.
Impacto das ondas no fundo do lago
L
Se prof<L/2 movimento
da água atinge o fundo
Caso contrário, ondas não
afetam o fundo
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Ressuspensão

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Ventos e ondas podem manter sedimentos
finos em suspensão diminuir a transparência
da água, limitando a entrada de luz.
Outros tipos de circulação que tem a ver
com ondas


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Langmuir
Correntes de retorno
Circulação de Langmuir

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Formação de correntes helicoidais em
células de água paralelas à superfície
ocasionada pelo vento.
Circulação de Langmuir
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Correntes induzidas por ondas no litoral
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Correntes induzidas pelo vento
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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.
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Entradas e saídas de água
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Estratificação de densidade





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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.
Estratificação de densidade
5º C
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Equação de estado da água do mar
(Trabalho de casa)
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Estratificação de densidade
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Estratificação de densidade
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Estratificação de densidade
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Cunha
salina
Parcialmente
misturado
Bem
misturado
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Forma do estuários e batimetria


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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.
Largura e profundidade - funções

Para muitos estuários a batimetria pode ser aproximada por:
x
W x  WL  

x
D x  DL  


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n
m
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).
Largura e profundidade - funções

Para muitos estuários a batimetria pode ser aproximada por:
Wx  W0 e  a  x / L 
Dx  D0 e

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b  x / L 
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).
Vegetação aquática
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Vegetação aquática
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Parâmetros de mistura

Razão do escoamento
R
P
AU t



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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
Parâmetros de mistura

Número do Estuário:
PFm2
Ne 
TR

Onde T é o período de maré; R é a vazão do rio; Fm é dado
por:
u
Fm 



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f
gh  
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
Perfis de velocidade em rios
Perfis de velocidade de escoamento
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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.

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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
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Molinete
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Molinetes
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Molinetes
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Medição com Molinete

Medição à Vau
- Para pequenas profundidades ( ~ 1.20 m)
- Para pequenas vazões
- molinete preso à uma haste
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Pequenos rios
Vazão x velocidade
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Molinete preso
à haste
( medição a vau)
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Pequenos rios
Vazão x velocidade
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Medidores ultrasom Doppler
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ADCP
Medições de vazão
usando um aparelho de
medição de velocidade
por efeito Doppler em
ondas acústicas.
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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
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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
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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.
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Princípio ADCP
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volume de controle
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volume de controle
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volume de controle
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perfiladores
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perfiladores
não mede
muito próximo do aparelho
não mede
muito próximo ao fundo
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Rio Amazonas
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rio Amazonas em Manacapuru
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