Transposição de sedimentos nos promontórios dacosta norte da Ilha de Santa Catarina

Abstract

Esta tese teve o objetivo de identificar e quantificar os processos geradores da transposição de sedimentos entre praias de enseada e propor um modelo conceitual da dinâmica sedimentar para o norte da Ilha de Santa Catarina, entre as praias arenosas de Santinho, Ingleses, Brava, Lagoinha, Ponta das Canas, Canasvieiras, Jurerê, Forte e Daniela. Para isso, foi dividida em três partes. Nos estudos geomorfológicos do sistema praial, na primeira parte, foram utilizadas imagens aéreas (1957, 1978, 1998, 2002 e 2010), levantamentos da linha de costa com RTKGPS (2012) e topo-batimetria da área emersa e submesa adjacente, além de dados de maré. As imagens foram retificadas, as posições das linhas de costa foram vetorizadas e os erros do processo de retificação relacionados à maré foram calculados. Duas metodologias foram utilizadas: 1) método de regressão linear (tendências) e 2) distâncias Euclidianas em conjunto com análise ano-a-ano. Os resultados indicam o transporte entre as praias no sentido anti-horário, sendo este responsável pelo desenvolvimento de três pontais arenosos ao longo da área, possivelmente alimentados pelo transporte subaquoso de sedimentos das praias a barlamar. O pontal de Ponta das Canas controla a disponibilidade de sedimentos a sotamar. E, quando está se desenvolvendo atua como uma armadilha de sedimentos e as praias a sotamar regridem, quando o pontal se une à costa disponibilizando sedimento, as praias a sotamar progradam. Para a análise do balanço de sedimentos, na segunda parte, foram adquiridos dados de batimetria de detalhe, perfis de praia, transporte de sedimentos, ondas, correntes e marés. Os dados mostram que o volume de sedimentos trapeados decrescem em direção à porção protegida da área de estudo com distribuição de tamanho de grão compatível, suportando a hipótese de conexão entre as praias. Um modelo numérico foi configurado, calibrado e validado através de medições in situ. Três formulas de transporte de sedimentos foram testadas e comparadas com os dados medidos, e aquela que melhor reproduz o processo na área de estudo foi identificada. Ainda, foi realizada uma simulação anual com a intenção de identificar como e onde ocorre o transpasse de sedimentos. Os resultados indicam o sentido anti-horário de transporte na área de estudo. A terceira e última parte consistiu em estudar a contribuição das forçantes; marés, ventos e ondas na indução da transposição de sedimentos, gerando um modelo conceitual para o processo. Foram simulados 26 cenários incluindo diversas condições de marés, ventos e ondas. As ondas representam a principal forçante da transposição entre as praias estudadas, transportando sedimentos com taxas entre duas e três ordens de magnitude acima do transportado por marés ou vento. A transposição de sedimentos ocorre preferencialmente no sentido anti-horário, podendo ocorrer inversões dependendo das condições oceanográficas vigentes. Nas praias voltadas para leste a maior parte da transposição de sedimentos no sentido anti-horário ocorre sob condições de ondas entre sul e leste. Nas praias voltadas para norte, as ondas de nordeste ditam o transporte ao redor dos promontórios. Esta tese contribuiu para o entendimento da dinâmica sedimentar da costa norte da Ilha de Santa Catarina. Foi demonstrado e documentado que a transposição de sedimentos ocorre mesmo quando o padrão cíclico descrito na literatura não está presente. Além disso, foram identificadas as condições necessárias para que o processo ocorra, gerando um modelo conceitual para a área. A transposição de sedimentos é fundamental para o balanço sedimentar, destacando-se a importância da compreensão do todo ao invés de considerar praias de enseada como células fechadas.

This thesis aims to identify and quantify of the process that generate headland sand bypassing, and in doing so develop a conceptual model of these process around the north coast of Santa Catarina island. The research project was divided into three parts: Part 1: Aerial images (1957, 1978, 1998, 2002 e 2010) and a RTK-GPS survey (2012) were used together with a topo-bathymetric data and a tide time-series. The images were rectified, the shoreline extracted and the rectification and tide-related errors were calculated. Two methods were used: 1) linear regression (general trend) and; 2) Euclidean distances together with a year-to-year analyzis. The results indicate the anticlockwise sediment transport which is also responsible for developing three spits along the study area, possibly nourished by the updrift beaches. Ponta das Canas spit, for example, controls the sediment availability of the downdrift areas. When it is growing it acts as a sediment trap and the downdrift areas retreat, when it merges to the coast it spreads the sediment towards the downdrift areas that then progrades; Part 2 is a dataset composed of detailed bathymetry, beach profiles, sediment transport, waves, currents and tides. The data showed that the volume of sediment trapped decreases towards the protected area while maintaining the grain size distribution, supporting the hypothesis of connections between beaches. A numerical model was set up, calibrated and validated (waves, currents and tides). Three sediment transport formulas were tested and compared with measured transport and the one that best reproduce the process was identified. An annual simulation was performed aiming to identify if/where the headland bypassing occurs. The results indicate the anticlockwise sediment transport in the study area; Part 3 consists of a study of the contribution of the driving forces (waves, tides, wind) to headland bypassing, generating a conceptual model for the entire process. Twenty-six scenarios were simulated using several waves, tides and wind conditions. Waves were found to be the main driving force for headland bypassing, transporting sediments in rates two to three orders of magnitude above the transported by tides or winds. The headland bypassing occurs mainly in anticlockwise direction but it can also occur in the opposite direction depending on the wave-tide-wind conditions. In the east-facing beaches, most of the headland bypassing is anticlockwise under waves from the south to east. On the sheltered north-facing beaches, northeast waves dictate the headland sediment transport. The present thesis contributed for the knowledge of the headland sediment bypassing, demonstrated that the process occur in the study area and documented it even when the pulsative cycle described in literature is not present. It is highlighted the importance of the "big picture" comprehension rather than consider embayed beaches as closed cells.