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Dispersão em lagunas Cláudio Paixão Diego Gatti Eneias Martins de Oliveira João Chagas Thiago Oliveira William Lemos UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA AMBIENTAL CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA AMBIENTAL E SANITÁRIA Sumário Introdução • Definição: ▫ Laguna pode ser definida como um corpo hídrico costeiro raso, separado do oceano por uma barreira, conectado ao oceano por uma ou mais entradas e, normalmente, orientada paralelamente à costa (Kjerfve, 1994). Introdução • Características gerais: ▫ a laguna pode ou não ser sujeita a mistura por corrente marítima; ▫ a salinidade pode variar de água doce a hipersalina, dependendo do seu balanço hidrológico; ▫ existe a possibilidade de fechamento dos canais que ligam o mar com a laguna devido a deposição de sedimentos como resultado da ação das ondas e da correnteza. Introdução • Características gerais: ▫ Ocupam cerca de 13% das áreas costeiras do mundo e são impactadas por influências naturais e antropogênicas; ▫ Profundidade média normalmente entre 1 e 3 metros, raramente ultrapassa os 5m; Caracterização de Lagunas • Tipos de lagunas: ▫ Kjerfve (1986) dividiu em três tipos geomórficos, conforme a troca de água com o oceano: Laguna sufocada; Laguna restrita; Laguna vazada. • Laguna sufocada: ▫ Série de células adjacentes, conectadas por um único, longo e estreito canal de entrada; ▫ O canal de entrada serve como um filtro que elimina, em larga escala, correntes de maré e flutuações do nível d'água dentro da laguna; ▫ Estratificação intermitente devido à radiação solar ou descarga de água doce; ▫ Tempo de descarga longo e força dos ventos dominante. Sufocada Caracterização de Lagunas • Laguna restrita: ▫ Grandes corpos d’água com 2 ou mais entradas; ▫ Circulação de marés bem definida; ▫ Influenciadas pelo vento; ▫ Geralmente bem misturadas verticalmente; ▫ Tempo de descarga curto. Restrita Caracterização de Lagunas • Laguna vazada: ▫ Alongados e paralelos à costa, com muitos canais de entrada; ▫ Correntes de marés superam a tendência de fechamento dos canais; ▫ Perfeita troca de água com o oceano; ▫ Salinidade próxima à encontrada no oceano próximo. Vazada Caracterização de Lagunas • Fatores Climáticos e Hidrológicos: ▫ Zona Temperada úmida; ▫ Trópicos Úmidos; ▫ Zonas Áridas, Temperadas ou Tropicais. Caracterização de Lagunas • Fatores Climáticos e Hidrológicos: ▫ Processos Hidrológicos; ▫ Configuração e Dimensão; ▫ Balanço entre entrada de água doce e salgada. Caracterização de Lagunas • Fatores Climáticos e Hidrológicos: ▫ Fluxo de água salgada e doce; ▫ Profundidade; ▫ Dimensões; ▫ Retirada de Água. Caracterização de Lagunas Fatores físicos e suas influências ▫ Transporte advectivo domina sobre precipitação, evaporação, escoamento superficial e infiltração de águas subterrâneas; ▫ Equilíbrio térmico e balanço hídrico são respostas a processos locais, à advecção e às condições meteorológicas da região; ▫ Aquecimento dominado pela radiação solar e resfriamento por radiações de onda longa; Fatores físicos e suas influências • Os processos físicos na laguna são afetados por: ▫ Configuração de entrada; ▫ Tamanho da laguna; ▫ Maré; ▫ Topografia de fundo; ▫ Profundidade média; ▫ Direção dos ventos predominantes • Balanço hídrico: ▫ V = volume aproximado da laguna; ▫ P = precipitação média; ▫ E = evaporação; ▫ R = escoamento superficial; ▫ G = infiltração ▫ A = ganho ou perda advectiva de água. Influência de fatores locais e não locais na circulação • Maré: 𝑈 = 𝑖 𝐴𝑖sin(𝜔𝑖𝑡 + ф𝑖) ▫ 𝐴𝑖 = amplitude do i-constituinte; ▫ 𝜔𝑖 = velocidade angular; ▫ ф𝑖 = fase angular; Influência de fatores locais e não locais na circulação Influência de fatores locais e não locais na circulação • Velocidade das entradas e saídas de água: 𝑢 = ‹𝑢› + 𝑈 + 𝑢′ ▫ ‹𝑢› = velocidade em torno do período de estudo; ▫ 𝑈 = senoidal de refluxo; ▫ 𝑢′ = flutuação; * Restrição para flutuações turbulentas de alta frequência. Gráficos da variação de maré: (a) total, (b) maré e (c) sem maré ao longo do canal, na lagoa Indian River, na Florida (KJERFVE, 1994) • Variação de Maré Influência de fatores locais e não locais na circulação Influência de fatores locais e não locais na circulação • Vento: ▫ O vento exerce força de arraste na superfície, gerando um gradiente vertical de velocidades e a formação de pequenas ondas, as quais podem gerar turbulência desde a superfície até regiões mais profundas; ▫ A direção do vento e a área da laguna determinam a intensidade da turbulência. Influência de fatores locais e não locais na circulação • Balanço de salinidade: ▫ Atua na circulação advectiva por meio dos gradientes de pressão; ▫ Funciona como traçador natural e é utilizado como parâmetro para o monitoramento da qualidade da água. • Em lagunas alongadas, o transporte advectivo instantâneo de salinidade através de uma seção de área A é dado por: u: componente de velocidade normal a área A; s: salinidade. Influência de fatores locais e não locais na circulação • Trocas de calor: ▫ Aquecimento e resfriamento por perda ou ganho de energia na interface água-ar, por advecção na circulação da água (influenciada ou não pela maré) ou por condução de calor com os sedimentos dispostos. Influência de fatores locais e não locais na circulação ▫ O balanço de calor pode ser resumido na equação: ∆Q/∆t: variação total na energia térmica total armazenada na coluna d’água; Qs: radiação solar incidente; Qb: perda radiativa por ondas longas; Qh: fluxo de calor sensível; Qe: fluxo de calor latente; Qm: trocas de calor por condução pelos sedimentos; Qa: fluxo de calor advectivo Influência de fatores locais e não locais na circulação ▫ O fluxo de calor advectivo pode ser calculado por: cp: calor específico; T: temperatura da água; ρ: densidade; u: velocidade da corrente ortogonal à seção transversal de área A. Distribuição de pressões • Gradiente de pressão barotrópico: ▫ Originado a partir de um declive na superfície criado pelo vento ou escoamento superficial. ▫ Gradiente de densidade dependente somente da pressão. • Gradiente de pressão baroclínico: ▫ Gradientes de pressão gerados por gradientes de salinidade longitudinais e gradientes de densidade resultante; ▫ Podem surgir na interface entre água salgada e salobra. CONDIÇÕES BAROTRÓPICAS CONDIÇÕES BAROCLÍNICAS Superfícies isobáricas Superfícies isopícnicas Água em média menos densa Água em média mais densa Figura 3: Condições barotrópicas e baroclínicas. Gradiente de pressão sempre direcionado a regiões de menor salinidade. FONTE: Distribuição de pressões • O gradiente de pressão baroclínico é direcionado sempre a regiões de menor salinidade: ▫ Em laguna salobra exerce pressão próximo ao fundo dificultando a saída de água; ▫ Em laguna hipersalina força a água a sair da laguna, aumentando a concentração de sais na saída. Distribuição de pressões • Pressão em qualquer profundidade z: • Gradiente de pressão longitudinal estendido: Distribuição de pressões ρ: densidade da água; g: aceleração da gravidade; n: elevação relativa ao nível d’água. p: pressão Aplicação • Análise da salinidade de uma laguna onde sua água será utilizada na agricultura; Aplicação Lagoa dos Patos, RS. Onde já foi realizado estudos sobre as características salinas da laguna. Prainha – Ceará Lagoa do Imaruí - SC
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