SED165 - Francisco F. C. Sudau

MAPEAMENTO DE RIP CURRENTS COM DERIVADORES
GEORREFERENCIADOS
Francisco F. C. Sudaua, Douglas D. Nemesb, Marcos N. Galloc
a,b,c
Universidade Federal do Rio de Janeiro,e-mail: [email protected];
b
[email protected]; [email protected];
Palavras-chave: Rip current; Derivadores Georreferenciados; Células de Circulação
Introdução
As rip currents estão presentes na zona de surfe da maioria
das praias oceânicas ao redor do mundo, sendo considerada
a principal causa de resgates e afogamentos neste tipo de
praias (Lushine, 1991; Scott et al., 2008; Leatherman e
Fletemeyer, 2011; MacMahan et al., 2011; Kumar e Prasad,
2014). Fazem parte da hidrodinâmica das células de
circulação do sistema praial e influenciam a morfodinâmica
das praias arenosas, caracterizando-se por serem correntes
no sentido offshore que sofrem a influência de eventos
oceanográficos (Scott et al., 2014). Tais eventos,
combinados com as variações da batimetria ao longo da
costa, resultam em gradientes longitudinais de altura de onda
que geram as rip currents (Bowen, 1969). Neste sentido,
estas correntes dependem da existência de variações
longitudinais dos gradientes de pressão (set-up), causados
pelas variações na tensão de radiação ao longo da costa
(Aagaard e Vinther, 2008).
Mesmo com muitos trabalhos publicados sobre rip currents
(Shepard, 1936; Lushine, 1991; Vagle et al., 2001;
MacMahan et al., 2005; MacMahan et al., 2006; Leatherman
e Fletemeyer, 2011; Castelle et al., 2009; Macmahan et al.,
2011; Murray et al., 2013; Scott et al., 2014; entre outros),
ainda existem poucos estudos que tenham dados medidos in
situ (MacMahan et al., 2006; Aagaard e Vinther, 2008). Esta
lacuna de informações deve-se às muitas dificuldades de
instalar instrumentos na zona de surfe de praias arenosas,
principalmente sob condições de alta energia de onda e
considerando a variação espacial dos canais ao longo do
tempo.
Avanços
tecnológicos
nos
sistemas
de
posicionamento geográfico (GPS) e sua aplicação em
trabalhos de campo utilizando o método lagrangeano,
incrementaram a cobertura espacial que até então se tinha
das rip currents, mudando a compreensão tradicional deste
tipo de correntes (Leatherman e Fletemeyer, 2011).
O presente estudo tem como objetivo principal a criação de
mapas que representem o comportamento das células de
circulação, através da identificação da estrutura
hidrodinâmica, estados de mar e maré, geradoras das rip
currents. Estes mapas poderão ser aplicados tanto para um
melhor entendimento dos processos hidrosedimentológicos
costeiros, como ser uma ferramenta para as equipes de
salvamento.
Material e Métodos
A área de estudo está localizada em um trecho da Praia da
Reserva (23°00’S e 43°23’ W), pertencente às praias da
zona oeste do Rio de Janeiro, Brasil. Os motivos que
influenciaram a decisão pela escolha deste local foram a
orientação geográfica E-O da Praia da Reserva, que a deixa
exposta aos eventos meteoceanográficos mais importantes e
energéticos do Atlântico Sul Ocidental (Nemes e Marone,
2013).
As campanhas de monitoramento ocorreram entre janeiro e
julho de 2015, em estados de mar do tipo windsea, swell e
eventos extremos. Cada uma delas cobriu um ciclo completo
de maré, visando obter dados durante as marés enchente e
vazante.
Para a obtenção dos dados de correntes foram utilizados dois
derivadores convencionais (GPS flutuando na superfície da
água, com contrapeso para ser transportado pela corrente) e
dois derivadores humanos equipados com um GPS Garmim
eTrex 10. Este tipo de derivadores já foram usados em
estudos pretéritos (MacMahan et al.,2010 e Miloshis e
Stephenson, 2011) apresentando resultados satisfatórios.
Mediante observação visual prévia foram localizadas e
quantificadas as rip currents, para realizar o posicionamento
dos derivadores.
Resultados e Discussão
As variabilidades de estados de mar que incidem na Praia da
Reserva determinaram a forma, intensidade e estrutura das
rip currents. Como resultado, foram identificadas um total
de três zonas de rip currents (figura 1), ao longo de 480
metros da Praia da Reserva. As zonas A e C apresentaram
rip currents com maior frequência (64% das campanhas
realizadas), em todos os estados de mar monitorados. Já na
zona B, estas correntes foram observadas apenas em um
18% das campanhas realizadas, coincidindo com a maioria
dos eventos extremos e sendo considerada como zona de
caráter temporário. Não foram registradas rip currents em
27% das campanhas realizadas, sendo, nestes casos, a deriva
litorânea a corrente dominante da hidrodinâmica praial.
As zonas A e C alcançaram comprimentos máximos de até
202 metros da linha de costa em direção offshore com
velocidades médias de 0,75 m/s e 0,65 m/s, respectivamente.
Velocidades máximas de até 2 m/s foram medidas nas zonas
A e C. Já a zona B apresentou uma largura de 58 metros,
velocidades médias de 0,63 m/s e velocidades máximas de
até 1,7 m/s.
Figura 1: Classificação das três zonas quanto à presença
de rip currents. Zonas A e C mostraram maior frequência
de rip currents (64%). Zona B apresentou menor
frequência de rip currents (18%). Em 27% das
campanhas existiu uma dominância da deriva litorânea
na hidrodinâmica praial, não sendo registradas rip
currents.
As células de circulação encontraram-se a maior parte do
tempo comprimidas pela ação das ondas, dentro da zona de
surfe. Apenas nas zonas A e C os derivadores conseguiram
registrar células de circulação completas, chegando, em
alguns casos, a ultrapassar a zona de arrebentação (figura 2).
As medições registradas de determinados pulsos que
conseguiram atravessar a zona de surfe externa é um
fenômeno que vem sendo observado também por outros
autores (MacMahan et al.,2004 e Reniers et al.,2009),
podendo ser associado a ondas de infragravidade ou a
diferenças energéticas entre determinados grupos de onda.
Tabela 1: Resumo de ondas e correntes: 1) Altura
significativa, Hs; 2) Período médio, Tm; 3) Ângulo de
incidência, φ; 4) Comprimento máximo das rip currents,
Cmax; 5) Comprimento médio durante a enchente, Cme; 6)
Comprimento médio das rip currents durante a vazante,
Cmv; 7) Velocidade média enchente, Vme; 8) Velocidade
média vazante, Vmv; 9) Área com presença de rip
currents. Medições Inexistentes (*); Deriva Litorânea
(D.L); Sem registro de rip currents (-).
Data
Hs (m)
T (s)
φ (º)
Cmax
(m)
Cme
(m)
Cmv
(m)
Vme
(m/s)
Vmv
(m/s)
Área com
rip
currents
29/01/15
1,5
7
180º
110
*
86
*
0,47
A,C
28/04/15
2,5
11
180º
188
144
116
0,90
0,64
A,C
06/05/15
2
11
180º
145
84
98
0,69
0,44
C
10/05/15
0,3
9
180º
193
*
144
*
0,59
A,C
11/05/15
0,2
9
180º
157
*
106
*
0,60
A,B,C
18/05/15
1,85
8
168º
D.L
D.L
D.L
D.L
D.L
-
25/05/15
0.2
6
180º
D.L
D.L
D.L
D.L
D.L
-
01/06/15
3,2
10
186º
145
78
86
0,64
0,86
A,C
08/06/15
0,4
9
170º
D.L
D.L
D.L
D.L
D.L
-
17/06/15
2
10
180º
115
95
*
0,74
*
A,C
01/07/15
1
8
175º
138
97
20
0,38
0,72
A,B
Através dos resultados observados, pode-se dizer que a
mudança da localização das rip currents esteve diretamente
relacionada com a variação da batimetria sendo, portanto,
dependente do estágio morfodinâmico da praia, sugerindo
que as zonas A e C são propensas a apresentar canais,
enquanto a zona B é propensa a apresentar bancos de areia.
Não foi observada uma tendência clara no comportamento
das correntes para os diferentes estados de maré.
A partir da caracterização das zonas A, B e C foi criado um
mapa (figura 3) que classifica as zonas em função da maior
ou menor segurança para os banhistas, como uma das
possíveis aplicações destes resultados.
Figura 2: Células de circulação durante enchente e
vazante. A linha branca tracejada representa os limites
da zona de arrebentação.
Na tabela 1 são apresentados os parâmetros das ondas
incidentes e as características das rip currents,
discriminando as fases de enchente e vazante da maré, assim
como as datas nas que foram registradas rip currents para
cada uma das três zonas.
Figura 3: Mapa de segurança para os banhistas, em
função da presença de rip currents na área de estudo,
representando as zonas de maior risco para banhistas em
vermelho, e as zonas de risco baixo em amarelo.
Considerações Finais
O presente estudo conseguiu delimitar as áreas com maior
frequência de ocorrência de rip currents, mediante a criação
de mapas. Podendo ser aplicados tanto para um melhor
entendimento
dos
processos
sedimentológicos
e
morfológicos costeiros, como ser uma ferramenta para as
equipes de salvamento, determinando as áreas de maior risco
para os banhistas.
As elevadas velocidades médias e máximas obtidas no
estudo mostram que as rip currents observadas podem ter
uma influência considerável no transporte de sedimentos e
supor um risco para banhistas. Isto porque as velocidades
máximas observadas de 2 m/s superam a velocidade média
de um bom nadador estimada em 1,1 m/s.
O uso de derivadores humanos apresentaram vantagens
quando comparados com os derivadores convencionais. Em
primeiro lugar, porque ao atingir uma estrutura vertical de
aproximadamente 1,5 metros e não apenas umas camadas de
poucos centímetros da superfície, esta metodologia permitiu
representar o comportamento das rip current em maior
profundidade. Em segundo lugar, pelos derivadores humanos
sofrerem uma menor influência do vento, apresentando uma
maior capacidade de estabilidade na passagem das ondas e,
portanto, sendo transportados apenas pelas correntes. Isso
proporciona
medidas
mais
representativas
do
comportamento estrutural das células de circulação presentes
na zona de surfe.
Agradecimentos
Os autores agradecem ao laboratório de dinâmica de
sedimentos coesivos da Universidade Federal do Rio de
Janeiro/COPPE, pelo suporte e infraestrutura.
Referências bibliográficas
Aagaard, T.; Vinther, N.; 2008. Cross-shore currents in the
surf zone: rips or undertow?. Journal of Coastal Research,
v.24, pp.561–570.
Kumar, A.; Prasad, R.; 2014. Rip current-related fatalities in
Índia: a new predictive risk scale for forecasting rip currents.
Nat Hazards, v.70, pp.313-335.
Leatherman, S. P.; Fletemeyer, J. R.; (Eds.).; 2011. Rip
currents: Beach safety, physical oceanography, and wave
modeling. Boca Raton, Florida: CRC Press International.
Lushine, J.B.; 1991. A study of rip current drownings and
related weather factors. Natl. Weather Dig, v.16, pp. 13–19.
MacMahan, J.H.; Reniers, A.J.H.M.; Thornton, E.B. et al.;
2004. Infragravity rip pulsations. Journal of Geophysical
Research, v.109, pp.1-9.
MacMahan, J.H.; Thornton, E.B.; Reniers, A.; 2006. Rip
current review. Coastal Engineering,v.53, pp.191–208.
MacMahan, J.; Brown, J.; Thornton, E. et al.; 2010. Mean
Lagrangian flow behavior on an open coast rip-channeled
beach: a new perspective. Marine Geology, v.268, pp.1–15.
MacMahan, J.H.; Reniers, A.; Brown, J. et al.; 2011. An
Introduction to Rip Currents Based on Field Observations.
Journal of Coastal Research, v.27, pp.3-6.
Miloshis, M.; Stephenson, W.J; 2011.; Rip current escape
strategies: lessons for swimmers and coastal rescue
authorities. Nat Hazards,v.59, pp.823–832.
Nemes, D. D.; Marone, E.; 2013. Caracterização das ondas
de superfície na plataforma interna do Estado do Paraná,
Brasil. Boletim Paranaense de Geociências, v.68, pp.12-25.
Reniers, AJHM.; MacMahan JH.; Thornton EB. et al.; 2009.
Surf zone retention on a rip-channeled beach. Journal of
Geophysical Research, v.114, pp.1-12.
Scott, T.; Masselink, G.; Austin, M.J, Russel. P.; 2014.
Controls on macrotidal rip current circulation and hazard.
Geomorphology, v.214, pp.198-215.