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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.21.2015.tde-24062015-145812
Documento
Autor
Nome completo
Mariana Afonso Abade Couceiro
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2015
Orientador
Banca examinadora
Siegle, Eduardo (Presidente)
Figueira, Rubens Cesar Lopes
Asp Neto, Nils Edvin
Harari, Joseph
Noernberg, Mauricio Almeida
Título em português
Dinâmica de sedimentos coesivos em um estuário altamente estratificado: rio Araranguá, SC
Palavras-chave em português
drenagem ácida
estuário estratificado
regime transiente
rio Araranguá
sedimentos coesivos
trajetória da partícula
Resumo em português
O objetivo deste estudo é compreender a dinâmica das partículas no estuário do rio Araranguá (SC) em termos de transporte em suspensão, deposição e exportação, em diferentes condições físico-químicas da água, com pH baixo (<4,5) e normal (>=7), e sob condições de regime transiente da descarga fluvial. O estuário do rio Araranguá é classificado como altamente estratificado e dominado pela descarga fluvial. Um aspecto fundamental nos processos que controlam a dinâmica de materiais em suspensão no estuário é a atividade de lavra e beneficiamento do carvão, que gera uma drenagem ácida no rio Mãe Luzia. O seu pH baixo (˜3) indica que o processo de floculação é intensificado no interior do estuário. Com o objetivo de melhor entender a hidrodinâmica do estuário, um modelo tridimensional foi implementado para a região. O modelo foi calibrado e validado com dados observados. Simulações com diferentes picos de descarga fluvial (100, 400, 700 e 1000 m3.s-1) e baixa descarga (30 m3.s-1) foram realizadas. Para calcular o transporte do material particulado em suspensão foi desenvolvido um modelo Lagrangeano da trajetória da partícula. O modelo da trajetória utiliza os resultados do modelo hidrodinâmico e a velocidade de decantação das partículas. O estuário respondeu rapidamente às variações da descarga fluvial. A cunha salina foi transportada para fora do estuário durante os picos de 700 e 1000 m3.s-1. A descarga fluvial é o fator dominante no controle da intrusão da salinidade no estuário e, em condições de baixa descarga, o transporte advectivo de sal é dominado pelo termo dispersivo da circulação gravitacional. O tempo de residência médio das partículas no estuário foi menor em condições de pH baixo. A exportação das partículas aumentou com o aumento da descarga fluvial (pico de 1000 m3.s-1), sendo que 27% e 30% foram exportadas para a plataforma interna durante os experimentos com pH baixo e pH normal, respectivamente. A região de deposição das partículas indica que com a diminuição do pH, as partículas passam a depositar mais à jusante no estuário. O evento de descarga de 1000 m3.s-1 não foi capaz de remover a grande maioria das partículas do estuário, mas foi responsável por redistribuir as partículas ao longo do médio estuário, onde se depositaram em condições favoráveis com baixas velocidades e ausência de salinidade. O trabalho demonstra que apesar da alta estratificação do estuário, a acidez de suas águas, seu padrão de circulação, com baixas velocidades e a presença da cunha salina, possuem um papel fundamental no transporte das partículas, resultando em maior potencial de retenção do material em suspensão no estuário do rio Araranguá.
Título em inglês
Dynamic of cohesive sediment at stratified estuary: Araranguá River, SC
Palavras-chave em inglês
acid drainage
Araranguá river
cohesive sediment
particle tracking
stratified estuary
transient flow
Resumo em inglês
The present study assessed the dynamics of particles of the Araranguá (SC) river estuary in terns of suspended transport, deposition and exportation in different conditions of physical-chemical of water, with low (<4,5) and normal pH (>=7), and transient of river discharge conditions. The Araranguá river estuary is a highly stratified flash-flood dominated. The river basin of the Mãe Luzia river, one of the main tributaries of the Araranguá river, is performed the activity of mining and coal processing, wich generates an acidic drainage. Its low pH indicates that flocculation process is intensified in estuary inner. With the objective of better understanding the estuarine processes, a three-dimensional hydrodynamics model was implemented. The model was calibrated and verified using observational data. Simulations were conducted with freshet peak ranged over 100, 400, 700 and 1000 m3.s-1. Lagrangian particle tracking algorithms was developed to represent the suspended particle transport at estuary. The particle tracking used the montion resulting from hydrodynamics model and the particle settling velocity. The estuary responded quickly the river discharge variations. During the pulse event the velocities at water column were unidirectional down-estuary is shown the barotropic dominates over baroclinic component. During the highest flash flood event (700 and 1000 m3.s-1) the salt water was pushed out of the estuary. The river discharge is a dominating factor affecting the salinity intrusion in the estuarine system and under low discharge conditions the advective salt transport is dominated by dispersive term of gravitational circulation. The mean residence time of the particles was lowest in pH low conditions. The particles export is great as the river discharge is rising (1000 m3.s-1) with 27% and 30% exported to inner shelf during the experiments with low and normal pH, respectively. The particles deposition local indicates that with the pH decrease the particles become to be deposited further downstream. The discharge event of 1000 m3.s-1 was not able to remove all particles out, but was response to redistribute the particles along of the meddle estuary, where settling in favorable conditions at low velocities and absence of salinity. The study shows that although high stratification of estuary, the acidity of water, the pattern of circulation, at low velocities, and the salt wedge presence play a fundamental role in the transport of particle matter resulting in increased the potential retention of suspended matter in the Araranguá river estuary.
 
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Data de Publicação
2015-06-24
 
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