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Revista da Gestão Costeira Integrada 8(1):45-63 (2008) www.aprh.pt/rgci www.gci.inf.br Dinâmica Fisiográfica da Orla Costeira: Estudos de Reabilitação e Protecção Coastal Dynamics: Rehabilitation and Protection Studies A.B. Fortunato 1 2 , M. Clímaco, F. Oliveira, A. Oliveira, F. Sancho, P. Freire 1 Autor correspondente: [email protected] 2 LNEC - Laboratório Nacional de Engenharia Civil, Av. do Brasil 101, 1700-066 Lisboa, Portugal endereços electrónicos dos co-autores: [email protected], [email protected], [email protected], [email protected], [email protected] RESUMO Apresenta-se uma panorâmica geral sobre os principais problemas relacionados com a fisiografia costeira e as principais técnicas de protecção da orla costeira. Referem-se os processos físicos responsáveis pela dinâmica sedimentar, e os principais problemas a ela associados que afectam praias e embocaduras de estuários e lagunas. As soluções mais comuns para este tipo de problemas são depois revistas de forma crítica. Finalmente, três casos de estudo são utilizados para exemplificar problemas e soluções, e, simultaneamente, ilustrar abordagens seguidas em estudos de engenharia: uma praia encaixada em erosão (praia de Hac-Sá, República Popular da China), um sistema no Rio de Janeiro, Brasil, composto por uma praia arqueada (praias de Leblon, Ipanema e Arpoador), um canal e uma laguna com problemas simultâneos de erosão e assoreamento e uma embocadura lagunar com problemas de assoreamento e de estabilidade (Lagoa de Óbidos, Portugal). ABSTRACT This paper presents an overview of the major problems associated with the coastal dynamics and the main techniques adopted for coastal protection. The key physical processes responsible for sediment dynamics are summarized, as well as the problems associated with this dynamics that affect beaches and tidal inlets. The most common solutions for this type of problems are then critically reviewed. Finally, three case studies are used to exemplify several problems and solutions, and, simultaneously, to illustrate some of the approaches used in coastal engineering studies: a pocket beach (Hac-Sá, China), a system composed by three beaches, an inlet and a coastal lagoon, with both erosion and accretion problems (Leblon, Ipanema and Arpoador beaches, Rio de Janeiro, Brazil) and a tidal inlet with accretion and stability problems (Óbidos lagoon, Portugal). Submissão – 11 Fevereiro 2008; Avaliação e Decisão – 2 Maio 2008; Recepção da versão revista – 12 Junho 2008; Aceitação - 13 Junho 2008; Disponibilização on-line - 2 Julho 2008

Dinâmica Fisiográfica da Orla Costeira: Estudos de Reabilitação e … · 2014. 6. 6. · A orla costeira tem constituído, desde sempre, uma zona de intensa atracção para o

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Revista da Gestão Costeira Integrada 8(1):45-63 (2008)

www.aprh.pt/rgciwww.gci.inf.br

Dinâmica Fisiográfica da Orla Costeira:

Estudos de Reabilitação e Protecção

Coastal Dynamics: Rehabilitation and Protection Studies

A.B. Fortunato1 2, M. Clímaco, F. Oliveira, A. Oliveira, F. Sancho, P. Freire

1 Autor correspondente: [email protected] LNEC - Laboratório Nacional de Engenharia Civil, Av. do Brasil 101, 1700-066 Lisboa, Portugalendereços electrónicos dos co-autores: [email protected], [email protected], [email protected], [email protected], [email protected]

RESUMO

Apresenta-se uma panorâmica geral sobre os principais problemas relacionados com a fisiografia costeira e as principaistécnicas de protecção da orla costeira. Referem-se os processos físicos responsáveis pela dinâmica sedimentar, e os principaisproblemas a ela associados que afectam praias e embocaduras de estuários e lagunas. As soluções mais comuns para estetipo de problemas são depois revistas de forma crítica. Finalmente, três casos de estudo são utilizados para exemplificarproblemas e soluções, e, simultaneamente, ilustrar abordagens seguidas em estudos de engenharia: uma praia encaixadaem erosão (praia de Hac-Sá, República Popular da China), um sistema no Rio de Janeiro, Brasil, composto por uma praiaarqueada (praias de Leblon, Ipanema e Arpoador), um canal e uma laguna com problemas simultâneos de erosão eassoreamento e uma embocadura lagunar com problemas de assoreamento e de estabilidade (Lagoa de Óbidos, Portugal).

ABSTRACT

This paper presents an overview of the major problems associated with the coastal dynamics and the main techniquesadopted for coastal protection. The key physical processes responsible for sediment dynamics are summarized, as well asthe problems associated with this dynamics that affect beaches and tidal inlets. The most common solutions for this typeof problems are then critically reviewed. Finally, three case studies are used to exemplify several problems and solutions,and, simultaneously, to illustrate some of the approaches used in coastal engineering studies: a pocket beach (Hac-Sá,China), a system composed by three beaches, an inlet and a coastal lagoon, with both erosion and accretion problems(Leblon, Ipanema and Arpoador beaches, Rio de Janeiro, Brazil) and a tidal inlet with accretion and stability problems(Óbidos lagoon, Portugal).

Submissão – 11 Fevereiro 2008; Avaliação e Decisão – 2 Maio 2008; Recepção da versão revista – 12 Junho 2008; Aceitação - 13 Junho 2008;Disponibilização on-line - 2 Julho 2008

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1. INTRODUÇÃO

A orla costeira tem constituído, desde sempre, umazona de intensa atracção para o Homem por oferecercondições propícias a diversos usos, como a pesca, aagricultura, actividades portuárias e de transporte, adefesa, actividades de lazer, etc. Para além da suaimportância socio-económica, a orla costeiraapresenta elevado valor ambiental devido à riqueza evariedade dos seus habitats, muitos dos quaisproporcionam também a protecção natural das zonasinteriores a inundações.

As zonas costeiras são constituídas por diversoselementos morfo-sedimentares, interdependentesatravés de processos hidrodinâmicos, sedimentares,morfológicos e ecológicos. Estas característicasconferem à orla costeira uma dinâmica naturalcomplexa, que nem sempre é compatível com os usosa que está sujeita. A sua intensa ocupação e pressãoantrópicas (cerca de dois terços da população mundialvive em zonas costeiras) tornam-na cada vez maisvulnerável à acção de factores naturais (tempestades,tsunamis, subida do nível médio do mar) e, também,à própria acção do Homem (redução de fontessedimentares, dragagens, extracção de inertes,destruição de sistemas dunares, introdução de fontesde poluição). Como consequência, assiste-se afenómenos com graves riscos associados, como aerosão costeira, o assoreamento de embocaduras deestuários e de lagunas e a poluição de zonas sensíveis.

Perante o impacto económico, social e ecológicodesses fenómenos, e na perspectiva de um aumentodos riscos devido à evolução climática futura, aresposta adequada terá que ser dada no sentido deum planeamento e gestão integrados. Esta gestão teránecessariamente que se suportar no conhecimentoda dinâmica da orla costeira tendo em conta a suainterdependência com o oceano e a zona terrestre,nomeadamente, as bacias hidrográficas. Só nestecontexto será possível prever a evolução dos sistemasface a alterações naturais ou introduzidas peloHomem e propor, quando necessário, medidasmitigadoras adequadas.

1.1 Dinâmica sedimentar da orla costeira

1.1.1. Processos físicos

A morfologia do litoral é o resultado visível dadinâmica sedimentar, isto é, das trocas de sedimentosque ocorrem dentro de cada unidade morfo-sedimentar e através das suas fronteiras. Estas trocasou fluxos de sedimentos são, por sua vez, forçadaspelos agentes ou acções dinâmicas intervenientes nazona costeira, dos quais as mais importantes são: aagitação marítima, as correntes de maré, o vento, ascorrentes litorais e o caudal fluvial (em embocaduras).A importância relativa destes agentes varia de localpara local, sendo, no entanto, comum a fortepredominância da acção de marés em estuários, e daagitação marítima e das correntes litorais em costasoceânicas abertas. Por outro lado, o transporte desedimentos médio anual em qualquer zona costeiraresulta do efeito acumulado dos transportesassociados aos vários agentes, que variam ao longodo tempo, com realce para a possibilidade de, porvezes (e.g., durante tempestades marítimas), poderemocorrer alterações morfológicas rápidas esignificativas. Destaque-se por último a ocorrência detsunamis – ondas geradas por movimentos verticaisdo fundo marinho – que apesar de ocorrerem commuito baixa frequência, podem provocar enormetransporte de sedimentos e, consequentemente,ocasionar bruscas e expressivas alterações namorfologia litoral.

Dada a sua complexidade, o transporte litoral desedimentos é geralmente abordado segundo as duascomponentes: transversal e paralela à costa. A onda éo agente fundamental de qualquer delas, através decorrentes que gera na faixa de rebentação. Na primeiracomponente prevalece o transporte pelas ondas ecorrentes transversais, enquanto na segunda ossedimentos são arrastados predominantemente pelascorrentes longilitorais.

1.1.2. Principais problemas

O resultado do balanço sedimentar emdeterminada zona costeira, isto é, o balanço entre ossedimentos que entram e que saem essa zona,determina o equilíbrio ou o desequilíbrio da mesma.Um litoral em desequilíbrio pode, assim, encontrar-

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se em erosão (retrocesso da linha de costa) ou emacreção (avanço da linha de costa). A erosão costeiraconstitui um dos principais problemas de gestão dolitoral, implicando a perda directa de territórioterrestre e a alteração das actividades humanas emseu redor. Em particular, a erosão costeira pode-setraduzir, entre outras consequências, em perda depatrimónio construído ou natural, custo acrescido deprotecção ou de reconstrução, deslocação de pessoase de actividades económicas, e inconveniente para aactividade turística (em expansão mundial). A erosãocosteira é um processo natural, mas que é muitas vezestambém provocado ou exacerbado por acçõesantrópicas. Actualmente, 20% da costa europeiaencontra-se em erosão, sendo que igual percentagemda população vive em municípios litorais (ProjectoEUROSION, http://www.eurosion.org/). EmPortugal, esta percentagem é certamente muitosuperior. Estes números mostram a importância destefenómeno a nível europeu, que tem paralelo a nívelmundial.

Enquanto a erosão é a principal preocupação empraias, o assoreamento é frequentemente umproblema nas embocaduras de estuários e lagunas.

As embocaduras são zonas morfologicamentecomplexas, constituídas por canais e bancos de areia,onde o transporte de sedimentos é controlado pelaacção conjunta das ondas e das correntes de maré(Fortunato, 2006). As embocaduras constituem a viade comunicação entre os estuários e o mar, paraembarcações, para a matéria dissolvida e em suspensãona água e para os próprios seres vivos, o que lhesconfere uma grande importância económica eambiental.

O estudo da sua dinâmica sedimentar reveste-sede uma grande complexidade, que derivafundamentalmente dos equilíbrios por vezes delicadosentre agentes de características marcadamentediferentes (Fortunato, 2006): por um lado, a agitaçãomarítima, que promove o assoreamento, e, por outro,as correntes devidas à maré e aos caudais fluviais, queasseguram a manutenção da abertura dasembocaduras. Estes agentes interagem entre si devárias formas, como a geração de correntes pelaagitação, a refracção das ondas pelas correntes e oincremento das tensões de atrito pelas ondas. Porexemplo, a agitação marítima é responsável pelo

trânsito litoral, que, ao ser interceptado pelasembocaduras, favorece o seu assoreamento.

A estabilidade das embocaduras estuarinas elagunares decorre geralmente de um equilíbrio, porvezes precário, entre a enchente e a agitação marítima,que tendem a colmatar a embocadura, e o jacto devazante, que tende a mantê-la aberta (Bruun, 1978).Este equilíbrio dinâmico pode ser quebrado poracontecimentos naturais ou por intervençõeshumanas, levando a grandes alterações morfológicas,tais como o fecho da embocadura ou a migração daaberta. Exemplos de acontecimentos naturais incluemgrandes temporais, cheias, furacões ou tsunamis, quepodem alterar radicalmente a fisiografia de umaembocadura em muito pouco tempo.

Algumas intervenções humanas podem tambémgerar alterações importantes em embocaduras. Sãoexemplos a perda de área das lagunas por aterros paraurbanização e construção de salinas ou tanques paraaquacultura, que conduzem a reduções do prisma demaré e consequentemente da capacidade das correntesde vazante de expulsarem os sedimentos marinhos, ea construção de esporões nas praias adjacentes aembocaduras, que altera o afluxo natural desedimentos às mesmas.

As alterações morfológicas das embocaduraspodem ainda causar problemas de qualidade da águae riscos materiais (Fortunato, 2006). O seuassoreamento dificulta as trocas entre estas lagunas eo mar, contribuindo para os problemas de qualidadeda água nestas lagunas (Oliveira et al., 2006), os quaispodem ter graves consequências económicas eambientais, tais como a proibição da apanha debivalves e a ocorrência de mortandades de peixes. Amigração das embocaduras pode também pôr emrisco o património construído, tal como construçõesmarginais e vias de comunicação.

1.1.3. Causas

A erosão costeira e o assoreamento deembocaduras ocorrem, muitas vezes, naturalmente.No entanto, em múltiplos casos, são as acçõeshumanas, directa ou indirectamente, que alteram aevolução natural dos sistemas e potenciam aocorrência desses fenómenos, que, pelo impactonegativo que conduzem, se tornam em problemas.

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Como principais causas dos problemas referidos,encontram-se a redução de fontes aluvionares, ainterrupção do trânsito litoral, o avanço da ocupaçãoterrestre (com obras fixas) e as alterações climáticas.Relativamente à primeira, tem-se verificado eminúmeros casos uma redução da quantidade desedimentos (média anual) que chega à zona costeiraresultante da construção de barragens ao longo dosrios, da execução de obras de regularização nestes, daextracção de inertes e da execução de dragagens paraa criação ou manutenção de canais de navegação.

Por seu turno, a construção de portos, molhes deembocaduras e outras obras costeiras (p. ex., esporões,quebra-mares e defesas frontais) pode provocar aredução e mesmo a interrupção do trânsito litoral desedimentos predominante em determinada zona,alterando o equilíbrio (dinâmico) existente. Destaalteração resulta, frequentemente, a erosão costeira asotamar das estruturas marítimas e acreção a barlamar.

A edificação nas margens de rios e estuários e nolitoral (muitas vezes sobre sistemas dunares), têmtambém contribuído para a alteração das fontesaluvionares e do comportamento natural hidro-sedimentar das praias (Oliveira, 2003b), induzindo ouagravando os problemas de erosão.

Por fim, destaque-se a crescente preocupação comas alterações climáticas (Santos et al., 2002; Santos eMiranda, 2006), em particular com a consequentesubida do nível do mar, e suas implicações na zonacosteira, nomeadamente, o recuo da linha de costa.No entanto, outros factores como o potencialaumento da frequência e intensidade de tempestadesmarítimas e a alteração da direcção predominante daagitação marítima podem exacerbar os problemas deerosão costeira e de assoreamento de embocaduras.

1.2. Soluções

Praias

Referem-se, em primeiro lugar, os tradicionaismétodos de protecção costeira: defesas longitudinaisaderentes; esporões; quebra-mares destacados; ealimentação artificial.

As defesas longitudinais aderentes (Figura 1) sãousadas, em geral, em situações de emergência em queé necessário proteger a todo o custo património emrisco ou em obras de carácter definitivo para protecção

costeira, contra a erosão ou inundação. Pelo acréscimode reflexões e turbulência que originam, estas obraspodem conduzir ao rebaixamento da praia e induzirefeitos erosivos na orla arenosa subjacente e nas zonascontíguas adjacentes.

Num dado trecho de costa, quando existe umdesequilíbrio significativo do seu balanço aluvionar,isto é, quando sai mais material do que entra nessetrecho, a construção de esporões (Figura 2) podepermitir uma reorientação da costa, reduzindo aintensidade do transporte e reequilibrando o balançoaluvionar no trecho. A saturação sedimentar dosesporões com areias por meio de um enchimentoartificial pode minimizar os eventuais impactesnegativos temporários do corte sedimentar provocadopor aquelas obras. Os esporões têm efeitossecundários muito diferentes consoante sejamutilizados como obras de retenção ou de contenção.Na segunda hipótese, os efeitos secundários sãobastante reduzidos. Têm sido usados na estabilizaçãoda costa, em alguns casos conjuntamente comalimentação artificial, e na fixação de embocaduras.

Os quebra-mares destacados (Figura 3) são maisaplicáveis em zonas onde a energia da agitação

Figura 1 – Exemplo de defesa longitudinal aderentena praia de Castro Urdiales (Cantábria, Espanha).Example of longitudinal defence in the Castro Urdiales beach(Cantábria, Spain).

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marítima e as amplitudes de maré são moderadas oureduzidas.

O seu funcionamento hidráulico pode sercaracterizado pela capacidade de dissipar energia e deproporcionar condições de deposição das areias entrea linha de costa e a estrutura.

Estas obras modificam os processos de transportelongitudinal e transversal, podendo conseguir-se coma sua utilização o controlo e a reversão de uma dadasituação de erosão.

A praia constitui ela própria a melhor forma dedissipar a energia das ondas. O método de alimentaçãoartificial (Figura 4) está sobretudo indicado para casosde alargamento de praias, de criação de praias artificiaisou em algumas situações em que existe um déficealuvionar de valor baixo.

A alimentação artificial é mais viável técnica eeconomicamente quando se verificam conjuntamenteas seguintes quatro condições: tratar-se de uma zonade grande importância turística ou densamentepovoada; o regime de agitação marítima ser moderado;existirem reservas de areia adequada em locaispróximos; e não haver grandes condicionalismosambientais e ecológicos. É evidente que estas quatrocondições raramente existem simultaneamente,inviabilizando muitas vezes o recurso a este método.

Não há regras simples nem gerais para a escolhado melhor método de protecção costeira a utilizar.

Figura 2 – Exemplos de campos de esporões: restinga do Lobito (Angola) e Costa de Caparica (Portugal).Examples of groin fields: Lobito sand spit (Angola) and Costa da Caparica (Portugal).

Figura 3 – Exemplo de quebra-mares destacados napraia de O Palo (Málaga - Espanha). Examples ofdetached breakwaters in the beach of O Palo (Málaga – Spain).

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Essa escolha depende de vários factores, de que sedestacam: os valores globais e a resultante dostrânsitos sedimentares; o clima de agitação marítima;o regime de marés; a morfologia e a geologia da costa;a configuração do perfil arenoso; as características dasareias; a disponibilidade de reservas de areias; e aexperiência de anteriores obras de protecção.

Para além da intensa investigação sobre osmétodos tradicionais referidos, tem sido feito umgrande esforço no desenvolvimento de novastecnologias de protecção costeira de baixo custo.Como exemplos de soluções de protecção menosconvencionais (Figura 5) referem-se: os sacos depolipropileno cheios de areia; os gabions; e osgeotêxteis.

Embora existam situações de aplicação de algumasnovas tecnologias com sucesso, de um modo geral osresultados obtidos ficaram aquém do esperado, egeralmente só são aplicáveis em zonas costeiras deenergia moderada ou reduzida.

Das experiências nacional e internacional doLNEC, pode-se concluir que a maior utilização deum método em detrimento dos outros tem a ver comas condições específicas de cada país, para além dapolítica nacional definida nesta matéria. Essascondições específicas são, por exemplo: ascaracterísticas e condições naturais da costa; a tradiçãoe experiência; e os materiais e tecnologias disponíveis.

Embocaduras

As soluções para resolução dos problemas deinstabilidade, assoreamento e meanderização deembocaduras podem ser agrupadas em dois tipos:

- Soluções baseadas em obras fixas visíveis(incluindo quebra-mares salientes, quebra-maresaderentes e muros guia);

- Dragagens e outras soluções (dragagens deestabelecimento de canais e reposicionamento daembocadura, descarregadores de areia e sistemas detransposição – by-pass – de areias).

A utilização de quebra-mares salientes para fixar eestabilizar embocaduras é uma solução clássica,utilizada na grande maioria das embocaduras (Figura6). Apesar de existirem casos em que não se reveloueficaz (Figura 6b), esta é sem dúvida a solução maiscomum para o tipo de problema em análise. Têmsimultaneamente como objectivo fixar a embocadura,evitar a penetração de sedimentos de origem marinhano estuário e concentrar as correntes de vazante parafavorecer a saída de sedimentos.

Os quebra-mares aderentes (Figura 7) nãoconstituem uma solução completa para os problemasdas embocaduras, dado que não impedem a migraçãoda aberta nem reduzem o assoreamento do corpo deágua a montante. No entanto, podem contribuir paraalguma redução destes problemas, na medida em quepodem impedir o progresso da meandrização do canalda embocadura.

Figura 4 – Exemplo de alimentação artificial na praia de Vale do Lobo (Portugal). Situações anterior (a) eposterior (b) à alimentação artificial. Example of artificial nourishment in Vale do Lobo (Portugal). Situations before (a)and after (b) the artificial nourishment.

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Os diques de guiamento têm sido tambémaplicados em alguns locais, com o objectivo de evitara meandrização dos canais da embocadura (Figura8). Estas obras contribuem para o bomfuncionamento hidráulico do sistema, ao limitar ameandrização do canal. O dique de guiamentoconstruído na margem norte da Lagoa de Óbidos emPortugal (Figura 8) tem funcionado de formaadequada, evitando a meandrização para Norte docanal da embocadura e protegendo esta margem. Estesucesso motivou a proposta de um dique deguiamento para a margem sul, como parte integrante

de uma solução mais vasta para a embocadura daLagoa de Óbidos (Fortunato e Oliveira, 2007).

Outra solução utilizada (Seabergh, 2002) consistena construção de descarregadores (ou armadilhas) deareia (sand traps). Estas estruturas visam promover adeposição de areia em locais pré-definidos, mais fáceisde dragar, evitando o assoreamento em locais ondeele é mais indesejável. Este tipo de solução permitemanter os canais de navegação operacionais commenor frequência e custo de dragagem. Osdescarregadores de areia são adequados para costasonde o transporte litoral tem um sentido dominante

Figura 5 – Exemplos de protecção costeira: a) sacos de polipropileno na margem sul da Lagoa de Óbidos(Portugal); b) gabions na Praia de Caiobá (Paraná - Brasil). Examples of coastal protection: a) polypropilene sand bags inthe Óbidos lagoon (Portugal); b) gabions in the Caiobá beach (Paraná – Brazil).

Figura 6 – Exemplos de aplicação de quebra-mares para estabilização de embocaduras: a) projecto para a LagoaRodrigo de Freitas, Brasil (cortesia da Fundação Rio Águas); b) Fish Pass, E.U.A. (Davies e Zarillo, 2003).Examples of the use of breakwaters to stabilize tidal inlets: a) Project for the Rodrigo de Freitas Lagoon, Brazil; b) Fish Pass,U.S.A. (Davies and Zarillo, 2003).

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bem marcado. As areias que se depositam nosdescarregadores são dragadas e lançadas a sotamarda embocadura, de forma a continuarem o seu trânsitolitoral. Esta solução é também geralmente associadaà presença de quebra-mares salientes.

Os problemas associados ao assoreamento deembocaduras estão frequentemente associados àpresença de trânsito litoral intenso com um sentidobem definido. Para este tipo de problemas existe outraabordagem – sistemas de transposição de areias – quepermite interceptar os sedimentos a barlamar daembocadura, evitando a acumulação no canal deacesso, e transpô-los para jusante por bombagem, demodo a evitar a erosão nas praias nesta zona, o queocorre frequentemente quando se constróemestruturas de retenção a barlamar como esporões ouquebra-mares salientes. O sistema de transposição deareias na embocadura do rio Tweed na Austrália éum exemplo da aplicação destes sistemas (Figura 9).

Figura 7 – Quebra-mar aderente à margem (in Clímaco, 2003). Sea-wall breakwater (from Clímaco, 2003).

Figura 8 – Dique de guiamento junto à Foz do Arelho,Portugal. Guiding wall near Foz do Arelho, Portugal.

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1.3. Casos de estudo

Hac-Sá (Macau, República Popular da China)

Em Outubro de 2000 ocorreu um surto erosivono trecho sul da praia de Hac-Sá, localizada na ilha deColoane em Macau, que causou uma reduçãoconsiderável de largura da faixa arenosa, umrebaixamento do perfil da praia emersa e a destruiçãode infra-estruturas, de apoio balnear e outras,localizadas no topo da praia (Figura 10). Dado oelevado impacto socio-económico desta situação, foisolicitado ao LNEC um estudo de diagnóstico dascausas do surto erosivo e uma proposta de soluçõesalternativas de reabilitação da praia. O estudocompreendeu duas fases: na primeira, caracterizou-sea situação actual da hidrodinâmica e dinâmicasedimentar e diagnosticaram-se as causas do surtoerosivo; na segunda, estudaram-se soluçõesalternativas de reabilitação baseadas em alimentaçãoartificial e obras fixas.

A praia de Hac-Sá, com cerca de 1,2 km deextensão e desenvolvimento longitudinal na direcção

NNE-SSW, é uma praia encaixada entre doispromontórios e exposta a ESE (Figura 10). A faceda praia é constituída principalmente por areia finaescura com diâmetro mediano de 0,17 mm, sendo,no entanto, possível observar areia branca (constituídamaioritariamente por quartzo) com diâmetro medianoentre 0,3 e 1,5 mm, desde o sector central ao sectornorte da praia. Na zona submersa, desdeaproximadamente 1,8 m abaixo do nível médio, ofundo marítimo é constituído por lodo com elevadoconteúdo de argila (superior a 38%), sendo o diâmetromediano variável entre 2 e 9 mm, e o declive médio ébastante suave (cerca de 0,2%).

A metodologia aplicada na caracterização dadinâmica sedimentar baseou-se: i) na caracterizaçãodos agentes forçadores da dinâmica costeira comimportância local (regime de ventos, tufões, maréastronómica, sobreelevação meteorológica, regime decorrentes e regime de agitação marítima), realizadaatravés da análise de séries de registos meteorológicos(vento, pressão atmosférica e pluviosidade), deregistos de agitação marítima (obtidos pela bóia-

Figura 9 – Sistema de transposição de areias na embocadura do rio Tweed, Austrália (fonte: www.epa.qld.gov.au/sandbypass). Tweed River Entrance sand bypassing system, Austrália (source: www.epa.qld.gov.au/sandbypass).

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ondógrafo, assinalada na Figura 10) e de registos donível do mar; ii) na avaliação da evolução morfológicarecente do sistema praia (inclui fundo marítimo econtorno terrestre), realizada através da comparaçãode levantamentos topo-hidrográficos da zona deestudo (com extensão até 5 km da praia, onde selocaliza o banco de depósito de dragados, assinaladona Figura 10), entre si, e com fotografias aéreasrectificadas, de diferentes datas (desde 1985); e iii) naavaliação dos processos de dinâmica sedimentar(transporte sedimentar longitudinal e transversal) eseus mecanismos de interacção, realizada através demodelação matemática (de propagação de ondasmarítimas, de evolução do perfil de praia a curto prazoe de evolução da linha de costa a médio e longo prazo).

O estudo mostrou que a linha de costa tem grandesoscilações sazonais (Figura 11) em resposta àscondições de agitação marítima, especificamente, àvariabilidade significativa da direcção das ondas(Oliveira, 2003a). Dadas as característicasgeomorfológicas de praia encaixada, o transportelongitudinal líquido é nulo, ou seja, a movimentaçãosedimentar está confinada entre os promontórios. Noentanto, o transporte longitudinal total anual médioé cerca de 120x103 m3: de Abril a Setembro o

transporte total residual (60x103 m3) tem sentido paranorte, produzindo um aumento da largura de praiano extremo norte e diminuição no extremo sul; deOutubro a Março verifica-se o oposto, ocorrendo nofinal de Março a maior largura de praia do ano nosector sul (Oliveira et al., 2003). Relativamente àdistribuição transversal do transporte longitudinal,concluiu-se que o transporte longitudinal se prolongadesde a face da praia até 2,8 m abaixo do nível médio.Através da simulação matemática de eventos de

Figura 10 – Baía de Hac-Sá (baseado no mapa “Macau, China. Portos de Macau, Taipa e Coloane.”, 2001,Capitania dos Portos); e fotografia do impacto da erosão em Outubro de 2000. Hac-Sá Bay (based on the map“Macau, China. Portos de Macau, Taipa e Coloane.”, 2001, Capitania dos Portos); photograph from the impact of the erosionin October, 2001.

Figura 11 – Variações sazonais da linha de costaanteriores à erosão de Outubro de 2000. Seasonalvariations of the coastline before the erosion of October 2000.

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tempestade, também foi possível concluir sobre aresposta do perfil de praia relativamente à acçãoerosiva das ondas: nestas condições, em quepredomina o transporte transversal de sedimentos,verifica-se um rápido recuo do perfil de praia, que nocaso de uma tempestade típica para esta zona chega aalcançar cerca de 10 m (Oliveira, 2003b).

Nas 3 últimas décadas, a baía de Hac-Sá sofreugrandes alterações, quer no seu contorno terrestrequer no seu fundo: i) os promontórios foramalargados sobre o mar através de aterros e posteriorprotecção da acção das ondas com enrocamento(Figura 12); ii) construíram-se infra-estruturas, deapoio balnear e outras, na parte superior da praia(Figura 12), bastante avançadas em particular no sectorsul, que causaram a redução da largura de praia; iii)ocorreu um assoreamento generalizado (à taxa média2-3 cm/ano), dentro e em frente à baía (Figura 13),devido à alteração das condições hidrodinâmicascausada pela construção do aeroporto de Macau(assinalado na Figura 10); e iv) verificou-se ocrescimento de um banco de areia em frente à praiadevido à deposição de dragados (assinalado na Figura10).

Relativamente às causas de erosão, investigou-seo impacto de 6 potenciais factores: condições de

agitação; alteração da propagação das ondas geradapelo depósito de dragados em frente à praia (Oliveira,2006); ocorrência de níveis do mar excepcionais;dragagens de manutenção do canal de acesso ao ClubeNáutico; descargas pluviais (alteração dos locais dedescarga directa na praia devida à ocupação do topoda praia); e avanço das construções (a insuficientelargura emersa da praia não permite a recuperaçãonatural do perfil de praia, uma vez que a acção directadas ondas sobre as estruturas não dissipativaspresentes no topo da praia aumenta o volume detransporte sedimentar da praia para o largo). Concluiu-

Figura 12 – Baía de Hac-Sá (fotografia aérea rectificada de 1998 e fotos oblíquas de 2002). Hac-Sá Bay (aerialphoto from 1998, and oblique photos from 2002).

Figura 13 – Evolução morfológica do fundo marítimo:a) entre 1985 e 2002; b) entre 1985 e 2001. Morphologicalevolution: a) between 1985 and 2002; b) between 1985 and2001.

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se que a alteração da propagação das ondas e o avançodas construções que ocorreu nas últimas décadasforam as principais causas da erosão, apesar dasdragagens de manutenção do canal de acesso ao ClubeNáutico terem contribuído para o desencadear dosurto erosivo, através do pequeno recuo da linha decosta induzido no sector sul da praia.

Conhecidas as características da dinâmicasedimentar e as causas da erosão, foram propostas 3soluções para reabilitação da praia, todas baseadas emalimentação artificial (Figura 14): a) reforço de areiaem toda a praia; b) implementação de estruturatransversal a meio da praia e reforço de areia emambos os trechos; e c) implementação de um quebra-mar submerso, paralelo à direcção principal da praia,no sector sul da baía e reforço de areia na praia.Analisado o comportamento morfodinâmico dassoluções, após ajustamento natural do perfil de praiaà nova configuração, com base em modelaçãomatemática da evolução da linha de costa a médio elongo prazo, concluiu-se sobre as suas vantagens einconvenientes. A solução c), apesar de diminuir aenergia incidente no sector sul da praia e, por isso,diminuir o recuo da linha de costa a médio e curtoprazo neste sector, iria causar grandes alterações nadinâmica natural da praia e possivelmente a deposiçãode lodo no extremo sul. Esta solução tem um maiorgrau de risco associado à previsão dos processosfísicos costeiros e morfologia da praia a longo prazo.A solução a) apresenta as seguintes vantagens sobrea solução b): maior estabilidade morfológica devida àausência de flutuações da linha de costa na partecentral da praia; manutenção do comprimento originalda praia, oferecendo condições mais favoráveis ao usorecreativo do que a partição da praia em duas;reabilitação da praia com uma solução não estrutural,permitindo a manutenção da dinâmica natural dapraia, i.e., dos seus processos físicos principais emecanismos de interacção; e menor custo.

Pelas razões apresentadas recomendou-se asolução a): fornecimento de 400x103 m3 de areia deforma distribuída (333 m3 por metro longitudinal depraia) para obtenção de um alargamento de 60 m dapraia após ajustamento do perfil (com valor mínimoda nova cota máxima igual a 3,7 m). Com vista amanter o perfil de equilíbrio natural da praia e omesmo comportamento hidro-sedimentar que o

material nativo, a areia a fornecer terá que ter umdiâmetro mediano (D

50) compatível (0,33 mm< D

50<

0,50 mm; 0,12 mm< D10

< 0,18 mm; 1,50 mm< D90

<2,50 mm). Para além desta solução, fizeram-serecomendações para intervenções complementarespara melhoramento das condições da praia:construção de um pequeno muro-guia ao longo docanal de acesso ao Clube Náutico, para evitar a fugade areia da praia após dragagem; desvio da drenagemde águas pluviais e remoção das saídas directas para apraia; controlo do avanço das infra-estruturas sobrea praia; e fim do despejo de dragados em frente àpraia.

Figura 14 – Esquema das soluções propostas parareabilitação da praia de Hac-Sá. Proposed solutions forthe rehabilitation of the Hac-Sá beach.

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Praias de Leblon, Ipanema e Arpoador (Rio deJaneiro, Brasil)

O estudo visou a reabilitação ambiental da LagoaRodrigo de Freitas e das praias de Ipanema, Leblon eArpoador. Os seus objectivos gerais eram melhorar aqualidade da água da Lagoa através do aumento doscaudais que se escoam pelo Canal do Jardim de Alahe reabilitar a orla marítima adjacente, que sofria deproblemas de erosão desde há algumas décadas.

Foram previamente definidos, no âmbito de outrascomponentes do estudo, o volume de trocas de águaentre a Lagoa e o mar compatível com a resoluçãodos problemas de qualidade da água e as característicashidrodinâmicas do futuro escoamento no Canal doJardim de Alah. Estabelecidos estes parâmetros, coubeà componente de Dinâmica Costeira a resolução dasseguintes questões: conseguir uma redução drásticados assoreamentos que ocorriam permanentementena embocadura exterior do canal do Jardim de Alah,através do prolongamento dos pequenos molhesexistentes, garantindo dessa forma uma livre epermanente comunicação da Lagoa com o mar, semnecessidade de dragagens de manutençãosignificativas; e promover o alargamento das praiaspor meio de alimentação artificial, de forma a obter amelhoria das condições balneares e a garantir que oPasseio Marginal deixasse de ser atacado pelas ondas.

A morfologia das praias de Leblon, Ipanema eArpoador (Figura 15) é caracterizada pela existênciade uma orla arenosa contínua, com 3,7 km decomprimento, ligeiramente arqueada, voltadaaproximadamente a sul e constituída por areias médias,de diâmetro mediano da ordem de 0,4 mm.

A largura da faixa emersa varia de 70 a 100 m naspraias do Leblon e de Ipanema, e de 20 a 40 m napraia do Arpoador, estando sujeita a variaçõesinteranuais. Estas variações podem originar situaçõespersistentes de oscilação global da massa de areia: paraEste, engordando o Arpoador e emagrecendo oLeblon; para Oeste, engordando a praia do Leblon eemagrecendo a do Arpoador.

A propagação da agitação marítima entre o largoe as praias apresenta-se muito complexa, devido àexistência de diversas ilhas: a Ilha Redonda, o grupodas Ilhas Cagarras e a Ilha Rasa (Figura 16). Estasilhas constituem obstáculos à propagação das ondasoriginando a geração de zonas de sombra, comorientação e extensão que dependem da direcção edo período da onda incidente. A análise da propagaçãodas ondas até à batimétrica 10 m foi efectuada porsimulação em modelo numérico de 21 diferentes casosde combinação de rumo ao largo e período (Oliveira,2002). A sobreposição destas zonas de sombra criaum padrão complexo de distribuição de alturas e

Figura 15 – Praias de Leblon, Ipanema e Arpoador, e Canal do Jardim de Alah (Brasil). Leblon, Ipanema andArpoador beaches, and Jardim de Alah Channel (Brazil).

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rumos ao longo das praias. Foi efectuada umacaracterização detalhada desses parâmetros, tendosido definidos 7 regimes de agitação marítima local,indispensáveis para a modelação da dinâmica costeira.

As marés na orla marítima da Lagoa são do tiposemi-diurno, com desigualdades diurnas. As variaçõesde nível de origem astronómica originam oscilações,entre as preia-mares e as baixa-mares, que podematingir 1,40 m em águas vivas máximas.

O conjunto das praias em estudo forma umaunidade sedimentar praticamente independente, istoé, constitui um trecho costeiro sem trocassignificativas com as orlas arenosas que lhe ficamanexas, a Este e a Oeste. A dinâmica sedimentar écaracterizada por transportes sólidos longitudinais quese processam num e noutro sentido, os quais sãoaproximadamente iguais, em ano médio, dada asituação geral de equilíbrio do arco formado pelaspraias. A quantificação dos transportes globaisefectuada em cinco pontos dessa orla arenosa, comdiferentes fórmulas de cálculo, forneceu valores

contidos na gama de 700.000 a 1.000.000 m3/ano.Esta constante movimentação de elevados caudais deareia ao longo das praias explica a grande dificuldadede manter desobstruída a embocadura do Canal doJardim de Alah, o que só é conseguido através deconstantes dragagens de manutenção.

O cálculo da distribuição do transportelongitudinal no perfil das praias, efectuado commodelos de evolução da linha de costa (DHI, 2000;Vicente e Clímaco, 2003), apresentou um valor anualacumulado praticamente nulo abaixo da batimétrica10 m e muito diminuto abaixo da de 8 m. A fortediminuição dos transportes de areia no perfil, quandose progride no sentido das maiores profundidades,confirmou que o problema do assoreamento do Canaldo Jardim de Alah podia ser resolvido através doprolongamento dos molhes que actualmente fixam asua embocadura.

As simulações mostraram ainda que um fortetemporal pode, só por si, originar recuos da linha deágua nas praias do Leblon e do Arpoador da ordem

Figura 16 – Propagação da agitação marítima desde o largo até às praias de Leblon, Ipanema e Arpoador.Exemplo de resultados obtidos com um modelo matemático. Wave propagation from the ocean to the beaches ofLeblon, Ipanema and Arpoador. Example of results from a mathematical model.

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de 40 e 20 m, respectivamente.As praias em estudo caracterizam-se por uma

estabilidade aluvionar global, que decorre dapermanência da massa de areia entre as pontasrochosas que as limitam, estando sujeitas, apesar destaestabilidade, a desequilíbrios morfológicos queoriginam episódios erosivos.

Simularam-se com os referidos modelos deevolução da linha de costa, numa operação decalibração, as principais evoluções sofridas pelas praiasnas últimas décadas. Estas simulações permitiram umasatisfatória interpretação, compreensão e reproduçãoda dinâmica das praias e das suas configurações deequilíbrio e de oscilação.

Analisaram-se várias soluções alternativas, poucodiferentes entre si, que apresentavam as seguintescaracterísticas gerais: acentuado prolongamento dosmolhes, da ordem dos 200 m, deslocando aembocadura para uma zona de maioresprofundidades, onde a redução da capacidade detransporte minimizava os problemas de assoreamento;diferentes aprofundamentos do canal existente comvista a intensificar o volume de trocas entre a lagunae o mar; e diferentes configurações da boca dosmolhes para tentar reduzir a penetração da agitaçãomarítima e sua propagação no interior do canal.

Da análise destes resultados destacam-se osseguintes aspectos: forte atenuação da agitaçãomarítima no interior do canal, o que elimina os riscosde galgamento do Passeio Marginal e inundação daavenida; predominância do transporte em suspensãosobre o arrastamento no canal do Jardim de Alah; eassoreamento muito diminuto da boca e canaldefinido pelos molhes, compatível com uma fácilmanutenção.

Considerou-se que o melhoramento das praias deLeblon, Ipanema e Arpoador teria de passar por umaalimentação artificial. Simulou-se com modelaçãomatemática, além da situação correspondente àconfiguração de equilíbrio médio, as situações maisacentuadas de oscilação no sentido do Leblon e doArpoador, responsáveis pelas ocorrências de erosõesnos extremos opostos do arco formado pelas praias.Nas condições de simulação foi incluído oprolongamento dos molhes, tendo sido analisado oefeito de compartimentação da orla arenosadeterminado por este prolongamento. Esta obra

conduzirá ao quase anulamento das trocassedimentares entre a praia do Leblon e as praias deIpanema e do Arpoador, e afectará a forma como osdois trechos oscilarão nos processos de adaptação àsreferidas flutuações naturais, decorrentes de alteraçõesda distribuição da energia do clima anual de agitaçãomarítima pelos seus rumos de actuação.

Os resultados das simulações permitiram concluirque: é adequado um volume de enchimento de1,2 x 106 m3 de areia idêntica às das praias; osproblemas de erosão da praia do Leblon ficamresolvidos devido à diminuição das oscilações da linhade água resultante da sua compartimentação pelosmolhes, obras que impedem as trocas de areia com apraia de Ipanema; a praia de Ipanema beneficia deum aumento geral de largura, proporcionado pelaalimentação artificial, que compensa uma maioroscilação junto à embocadura do canal do Jardim deAlah, devido ao referido efeito de compartimentação;e a praia do Arpoador beneficia de um alargamentomais reduzido dada a excessiva inflexão e avanço da

Figura 17 – Praia de Leblon e extremidade oeste dapraia de Ipanema: solução proposta. Leblon beach andwestern tip of the Ipanema beach: proposed solution.

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implantação local do Passeio Marginal.A Figura 17 mostra a solução final proposta, que,

até esta data, não foi ainda concretizada.

Embocadura da Lagoa de Óbidos (Portugal)

A Lagoa de Óbidos (Figura 18), uma laguna situadana costa oeste de Portugal, tem uma área de 8 km2

em preia-mar de águas vivas e uma profundidademáxima de 4 m relativamente ao nível médio. A suapequena dimensão, os baixos caudais fluviais e ointenso transporte litoral têm levado a fechos daembocadura pelo menos desde o século XV(Henriques, 1992), reduzindo as trocas com o mar(Oliveira et al., 2006) e deteriorando a qualidade daágua. Mais recentemente, construções nas margensda laguna foram postas em risco ou destruídas pelamigração da embocadura. Estes problemas motivaramduas propostas de solução, uma envolvendo aconstrução de quebra-mares e outra o aumento daárea da laguna. No entanto, ambas foram abandonadasapós estudos detalhados, pelo que os problemas destesistema apenas têm sido mitigados através de soluçõestemporárias baseadas em dragagens e na colocaçãode sacos de areia. O presente estudo visou proporuma solução mais duradoura e com menores custos

de manutenção. Dada a precisão limitada de todos ostipos de modelos morfológicos, a solução foidesenvolvida e analisada com recurso a vários modelosnuméricos, empíricos e analíticos (Fortunato eOliveira, 2007), após uma caracterização aprofundadada situação actual baseada em modelação e análise dedados de campo.

A solução proposta para a estabilização daembocadura da laguna consiste num esquema dedragagem de canais principais e secundários, namanutenção do guia-correntes existente, e naconstrução de um novo na margem sul (Figura 19).

O esquema de dragagens proposto tem comoobjectivos melhorar a capacidade de auto-manutenção e renovação da Lagoa. O número decanais na lagoa de Óbidos tem variado ao longo dosanos. Os canais propostos foram definidos com basena análise de dados históricos e na aplicação de ummodelo empírico (Allersma, 1994) e do modelonumérico hidrodinâmico ELCIRC (Zhang et al.,2004). O canal norte mantém o alinhamento maisestável do último século, enquanto o canal sul foiadaptado para minimizar as perdas de carga. A secçãodos canais foi definida através de um procedimentoiterativo que combina o modelo ELCIRC com omodelo empírico de O’Brian (1969). O primeiro

Figura 18 – Lagoa de Óbidos: localização e toponímia. Óbidos lagoon: location and place names.

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permite calcular o prisma de maré para umadeterminada geometria do canal, enquanto o segundodetermina a secção transversal estável para umdeterminado prisma de maré.

Para além destes canais principais, propôs-se adragagem de 7 canais secundários sobre os bancosde areia. Estes canais secundários visam facilitar oescoamento da água na vazante, melhorando acapacidade de automanutenção da embocadura(Fortunato e Oliveira, 2005a,b), e contrariar oassoreamento progressivo da laguna. Os resultadosdas simulações numéricas mostram que as dragagenspropostas reforçam a eficiência hidráulica daembocadura, aumentam as correntes de vazanterelativamente às de enchente e melhoram as trocascom o mar (por exemplo, o prisma de maré aumentaem 22% relativamente à situação após a dragagem deemergência de Julho de 2001).

Apesar das suas vantagens, as dragagens propostasnão garantem a estabilidade da embocadura a longoprazo, uma vez que a meandrização e o assoreamento

dos canais poderiam repor a morfologia actual ao fimde meses ou anos. Para evitar grandes alteraçõesmorfológicas após as dragagens, propôs-se manter oguia-correntes construído em 1999 junto à margemnorte, e construir um novo guia-correntes a sul docanal. O limite de jusante da nova obra é definido deforma a esta não afectar o trânsito litoral, minimizandoo impacte na costa. Este guia-correntes tem doistrechos distintos: os 100 m de jusante têm umcoroamento acima da máxima preia-mar de forma aevitar galgamentos; os 200 m de montante ficamsubmersos em preia-mar, reduzindo a intensidade dascorrentes de enchente e aumentando a das de vazante.Esta cota mais baixa minimiza também os impactesvisuais, uma vez que parte da obra só fica visíveldurante parte do ciclo de maré.

Globalmente, a solução proposta permitirá mantera embocadura aberta com pouca necessidade dedragagens. Garantirá, ainda, a protecção das margensda laguna e a existência permanente de uma praiaoceânica na margem sul.

Figura 19 – Solução proposta para a embocadura da Lagoa de Óbidos. Proposed solution for the Óbidos lagoon tidalinlet.

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Considerações finaisOs problemas associados à dinâmica sedimentar

da zona costeira têm implicações económicas, sociaise ambientais severas, afectando negativamente oturismo, a navegação, a pesca e os habitats. Acresceque há sinais claros de que estes problemas se vãoagravar no futuro:

- Por um lado, as ameaças à zona costeiraaumentam. As alterações climáticas, nomeadamenteas alterações nos regimes de agitação marítima e asubida do nível médio do mar, aumentarão osproblemas de erosão costeira. As alterações climáticasprovocarão também cheias e secas mais intensas, oque promoverá a construção de barragens nas baciashidrográficas. Esta construção será ainda fomentadapelo aumento dos preços dos combustíveis fósseis epela necessidade de cumprir o protocolo de Kioto.Estas barragens retêm os sedimentos, reduzindo a suaafluência à zona costeira e potenciando os problemasde erosão costeira. Em países em fortedesenvolvimento, a extracção de inertes paraconstrução em rios e estuários tende a crescer,contribuindo também para o défice de sedimentosna zona costeira.

- Por outro lado, os efeitos económicos e sociaisdas alterações na zona costeira tornar-se-ão maisseveros. A nível de navegação, há uma tendência parao aumento do comércio marítimo, da tonelagem dosnavios porta-contentores, e da prática de náutica derecreio. Simultaneamente, o turismo ligado à práticabalnear constitui uma fonte de receita crescente emmuitos países. Finalmente, a percentagem dapopulação que vive junto à costa tende a aumentarna generalidade dos países, aumentando o númerode pessoas vulneráveis ao efeito de eventos extremos.

Apesar do aumento previsível das ameaças à zonacosteira e da vulnerabilidade desta, há motivos paraoptimismo. A engenharia costeira tem evoluído muitonas últimas décadas, tendo sido desenvolvidas,testadas e aperfeiçoadas novas soluções para osproblemas costeiros. Um melhor conhecimento dosprocessos físicos envolvidos, adquirido através depráticas de monitorização, associado a ferramentasde análise cada vez mais potentes, permitem-nos hojedesenvolver soluções mais eficazes e eficientes.

AGRADECIMENTOS

O presente artigo foi apresentado no SeminárioManutenção e Reabilitação do Património Natural eConstruído, realizado em Luanda, em Novembro de2007, e uma versão preliminar foi publicada nasrespectivas actas. Agradece-se ao LaboratórioNacional de Engenharia Civil a autorização parapublicação deste artigo. Agradecem-se ainda oscontributos de três revisores anónimos que em muitocontribuíram para a qualidade do artigo.

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