Erosão Costeira – Metodologias para a sua Quantificação - UMinho

Eros?o Costeira ¨C Metodologias para a sua Quantifica??o

Jo?o N. V. Mendes1; Jos¨¦ L. S. Pinho2

Universidade do Minho, Departamento de Engenharia Civil,

Campus de Gualtar, Braga, Portugal

RESUMO

A eros?o costeira resulta de um conjunto de processos complexos que t¨ºm lugar na

orla costeira cuja din?mica envolve escalas temporais muito distintas entre si. Neste trabalho

apresentam-se diferentes metodologias de quantifica??o da eros?o costeira apoiadas em

tecnologias de Sistemas de Informa??o Geogr¨¢fica e resultantes de trabalhos experimentais

envolvendo o conceito de perfil de equil¨ªbrio. S?o apresentadas e analisadas diferentes

formula??es matem¨¢ticas propostas para este perfil.

Aplicam-se t¨¦cnicas de Sistemas de Informa??o Geogr¨¢fica para a an¨¢lise da evolu??o

da linha de costa na praia de Cortega?a, recorrendo a ortofotomapas de 1958, 1990 e de 2004.

Este sector tem sofrido uma eros?o acentuada que atingiu cerca de 160 m em alguns locais.

1. INTRODU??O

O fen¨®meno da eros?o costeira afecta profundamente a costa portuguesa. O sistema

praia-oceano n?o se pode considerar em situa??o de equil¨ªbrio morfodin?mico porque as

praias n?o se qualificam como sistemas fechados, sendo a areia constantemente transportada

naquele sistema.

Os ventos, mar¨¦s e agita??o marinha s?o os principais agentes erosivos. Existem

outras causas que est?o na origem de processos erosivos recentes que segundo Alveirinho

Dias (1993) s?o:

? eleva??o do n¨ªvel m¨¦dio da superf¨ªcie oce?nica;

? diminui??o da quantidade de sedimentos fornecidos ao litoral;

? degrada??o antropog¨¦nica das estruturas naturais;

? altera??es induzidas pelas obras pesadas de engenharia costeira, nomeadamente as que

s?o implantadas para defender o litoral.

A eleva??o do n¨ªvel m¨¦dio global do mar relaciona-se com a variabilidade

climatol¨®gica natural da Terra e com as perturba??es induzidas pelas actividades humanas,

principalmente devido ¨¤ expans?o t¨¦rmica do oceano, causado pelo aumento do volume de

¨¢gua induzido pelo aumento da temperatura atmosf¨¦rica. A diminui??o da quantidade de

sedimentos pode ser explicada pelas muitas actividades humanas em zonas ribeirinhas ou no

interior, das quais se destacam as barragens, as dragagens e a extrac??o de inertes. A

destrui??o das estruturas naturais deve-se ¨¤ degrada??o antropog¨¦nica das formas costeiras

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Aluno finalista do Curso de Engenharia Civil da Universidade do Minho

Doutor em Eng. Civil, Professor Auxiliar (jpinho@civil.uminho.pt)

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naturais resultantes induzidas pela sua ocupa??o com constru??es. As obras pesadas de

engenharia criam desequil¨ªbrios locais, causando perturba??es nos trechos costeiros em que

s?o inseridas: as estruturas transversais ¨C espor?es, interrompem o tr?nsito litoral de areias e

provocam acumula??o de areias de um lado do espor?o e deficit de outro; as estruturas

longitudinais t¨ºm como principal consequ¨ºncia a inibi??o das trocas entre as dunas e as

praias.

A monitoriza??o da evolu??o da linha de costa pode ser realizada segundo diferentes

metodologias. Neste artigo apresentam-se e analisam-se dois tipos de m¨¦todos: (i)

metodologias de an¨¢lise da evolu??o da linha de costa baseada em t¨¦cnicas de Sistemas de

Informa??o Geogr¨¢fica /SIG); e (ii) metodologias baseadas no conceito de perfil de equil¨ªbrio.

Aplica-se, a t¨ªtulo ilustrativo, o m¨¦todo baseado em tecnologias SIG a um trecho

costeiro do norte de Portugal.

2. METODOLOGIAS DE QUANTIFICA??O DA EROS?O COSTEIRA

Os m¨¦todos mais utilizados na an¨¢lise do fen¨®meno de eros?o costeira s?o os

seguintes (Carneiro et al, 2003):

? uso de tecnologias de geoinforma??o;

? estudo dos perfis de praia e compara??o com os perfis de equil¨ªbrio;

? estudo e quantifica??o do transporte de massa ao longo das praias.

O primeiro m¨¦todo consiste na aquisi??o, no processamento, na interpreta??o e na

an¨¢lise de dados topogr¨¢ficos. Envolve as seguintes tecnologias: GPS (Sistema de

Posicionamento Global); cartografia digital; tecnologias de SIG; levantamentos a¨¦reos ou

orbitais, entre outros. Ap¨®s o processamento dos dados obtidos em campo em diferentes

datas, ¨¦ poss¨ªvel verificar o avan?o ou recuo da linha costeira ao longo do per¨ªodo

considerado. Este m¨¦todo apenas permite analisar a evolu??o da parte emersa do sistema

praia-duna, n?o fornecendo nenhuma informa??o acerca do que se passa na zona imersa.

Actualmente, procura-se colmatar esta dificuldade, estendendo os trabalhos de monitoriza??o

¨¤ zona imersa, utilizando-se t¨¦cnicas de levantamento batim¨¦trico com recurso a ve¨ªculos

controlados remotamente.

O segundo m¨¦todo ¨¦ baseado no conceito de perfil de equil¨ªbrio. Este perfil procura

traduzir a forma da praia para um determinado estado de agita??o constante e para uma

determinada granulometria da areia. Assim, num per¨ªodo de tempo em que o regime de

agita??o se apresente constante, ¨¦ poss¨ªvel estimar, atrav¨¦s de modelos matem¨¢ticos te¨®ricos,

o perfil de praia resultante. Esse perfil de praia s¨® deixar¨¢ de ser v¨¢lido quando o regime de

agita??o ou a granulometria da areia se alterarem. V¨¢rios autores propuseram formula??es que

pretendem modelar este perfil. A an¨¢lise do estado de eros?o de um determinado trecho

consiste na compara??o do perfil actual com o perfil te¨®rico, permitindo concluir-se se o

trecho se encontra em eros?o ou em acre??o.

O terceiro m¨¦todo consiste na modela??o matem¨¢tica do transporte de areia nos

sectores costeiros baseados em equa??es de balan?o de massa.

3. PERFIS DE EQUIL?BRIO

Existem diferentes formula??es para o perfil de equil¨ªbrio resultantes de trabalhos

experimentais realizados em diferentes condi??es de transporte sedimentar e de actua??o da

agita??o marinha. Apresentam-se tr¨ºs formula??es propostas para os perfis de equil¨ªbrio e

analisam-se as varia??es resultantes das altera??es de alguns dos par?metros intervenientes

nessas formula??es. Foram seleccionadas as formula??es implementadas no programa

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Coastal and River Engineering Support System ¨C CRESS (IHE-Delft, 1999). Este programa

inclui um conjunto de rotinas, para resolu??o de um conjunto de problemas comuns na

engenharia fluvial e costeira.

No que se refere aos perfis de equil¨ªbrio de praia, o programa apresenta tr¨ºs

formula??es alternativas: teoria de Bruun (1954), Vellinga (1986) e Komar e McDougal

(1994). O programa permite obter resultados at¨¦ ¨¤ profundidade de fecho (profundidade em

que as ondas deixam de ter capacidade de movimentar os sedimentos). Estes perfis devem ser

comparados com perfis medidos no local, podendo retirar-se conclus?es acerca do estado de

eros?o no local do perfil: um perfil medido que se apresente id¨ºntico ao calculado indicar¨¢

que a praia n?o est¨¢ a sofrer eros?o para as condi??es do per¨ªodo de medi??o; diferen?as

significativas, poder?o indicar que a praia est¨¢ a sofrer eros?o ou acre??o, dependendo da sua

forma.

3.1. Formula??o de Bruun (1954)

O modelo de Brunn, ou modelo de dissipa??o, parte do pressuposto que a energia das

ondas se dissipa uniformemente, pelo que o perfil de equil¨ªbrio pode ser expresso de acordo

com a seguinte equa??o:

(1)

em que h ¨¦ a profundidade ¨¤ dist?ncia x da linha costeira. O par?metro A ¨¦ um coeficiente

dimensional e m ¨¦ um par?metro que pode tomar diversos valores dependendo do tipo de

dissipa??o energ¨¦tica da praia em an¨¢lise.

Foi proposto por Brunn (1954) que m tomasse o valor de 2/3, com base em numerosas

observa??es que efectuou em praias da Dinamarca e da Calif¨®rnia. Contudo, outros valores de

m foram propostos, tais como m=4/5 para praias reflectivas e o valor de m=2/5 para praias

dissipativas. Para praias interm¨¦dias o valor aproxima-se de m=2/3.

Durante per¨ªodos de tempestade, o comportamento da praia ser¨¢ mais reflectivo e

durante per¨ªodos calmos ser¨¢ mais dissipativo. O fundo ser¨¢ mais suave nas praias

dissipativas e mais acentuado nas reflectivas.

O factor A ¨¦ dependente da dimens?o dos sedimentos, sendo calculado pelas seguintes

express?es (Dean, 2002):

(2)

(3)

em que wS ¨¦ a velocidade de sedimenta??o da areia, g o valor da acelera??o da gravidade e k

depende da forma da praia.

Na Figura 1 apresentam-se resultados para os perfis de equil¨ªbrio de praia,

considerando-se a varia??o do par?metro A entre o valor de 0,1 originalmente proposto por

Bruun (1954) e o valor obtido com a Eq. (2), assumindo-se ws=0,025 m/s.

De acordo com os resultados obtidos verifica-se que o tipo de praia (dissipativa,

reflectiva ou interm¨¦dia) adoptado resulta em distintos perfis de equil¨ªbrio. Para um tipo de

praia dissipativa o perfil de praia de equil¨ªbrio ¨¦ muito mais extenso e menos profundo do que

se for considerada uma praia com car¨¢cter reflectivo ou mesmo interm¨¦dio.

Verifica-se ainda que quanto maior ¨¦ o valor do par?metro A, maior ¨¦ a profundidade

do perfil em cada ponto. Como o par?metro A varia com a velocidade de deposi??o das

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part¨ªculas ¨¦ de esperar pela an¨¢lise dos gr¨¢ficos que quanto maior for o valor de ws mais

profundo ser¨¢ o perfil em cada ponto. Este modelo tem algumas limita??es como o facto de

considerar infinito o desenvolvimento do perfil e considerar que todo o perfil pode ser

descrito por uma ¨²nica equa??o. Verifica-se que tal n?o ocorre na pr¨¢tica, devendo este

modelo ser usado com precau??o.

Figura 1 ¨C Perfis de praia obtidos com o Modelo de Bruun.

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3.2. Formula??o de Vellinga (1986)

Pier Vellinga em 1986 efectuou uma s¨¦rie de estudos sobre a eros?o das praias e das

dunas durante per¨ªodos de tempestade. Esses estudos permitiram o desenvolvimento de um

modelo de previs?o da eros?o, baseando-se na observa??o de um perfil t¨ªpico que se

desenvolve durante uma tempestade.

Segundo aquele autor esse perfil pode ser representado por uma fun??o matem¨¢tica

que considera o n¨ªvel do mar durante a tempestade, a altura das ondas e a velocidade de

deposi??o da areia erodida. A previs?o dos perfis de equil¨ªbrio pode ser realizada se

assumirmos que este modelo ¨¦ v¨¢lido para condi??es de agita??o marinha constantes e n?o

apenas durante uma tempestade. Assim, o n¨ªvel do mar durante a tempestade ser¨¢ o n¨ªvel do

mar para as condi??es a estudar.

A express?o que permite calcular a profundidade em cada ponto do perfil de

equil¨ªbrio ¨¦ a seguinte:

(4)

em que Ws representa a velocidade de deposi??o da areia erodida e H0 a altura das ondas para

o per¨ªodo em estudo.

O modelo s¨® ¨¦ v¨¢lido at¨¦ uma profundidade do perfil que ¨¦ dada pela Eq. (5). Esta

express?o ¨¦ v¨¢lida para per¨ªodos curtos em que a agita??o marinha permane?a com

caracter¨ªsticas constantes (cerca de 6 horas).

(5)

Procedeu-se a uma an¨¢lise dos perfis de equil¨ªbrio resultantes da formula??o

apresentada em fun??o da varia??o da velocidade de deposi??o da areia erodida e da varia??o

da altura das ondas, de que resultaram os resultados apresentados nas Figuras 2 e 3.

Verifica-se que quanto maior for a altura m¨¦dia das ondas maior ser¨¢ a profundidade

do perfil da praia. Quanto maior for a velocidade de sedimenta??o das areias erodidas mais

profundo ser¨¢ o perfil, podendo-se esperar em cada ponto uma maior profundidade do perfil

da praia para as mesmas condi??es de agita??o marinha. Esta constata??o vai de encontro ao

que foi conclu¨ªdo com a an¨¢lise efectuada ao Modelo de Bruun (1954).

3.3. Formula??o de Komar e Mcdougal (1994)

O modelo de Komar e McDougal (1994) prop?e uma forma exponencial do perfil de

equil¨ªbrio dado pela seguinte express?o:

(6)

em que m0 ¨¦ um factor relacionado com o declive do perfil e o factor k ¨¦ uma constante

determinada experimentalmente, podendo ser relacionada com as caracter¨ªsticas e dimens?es

dos sedimentos que constituem a praia.

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