Análise da estabilidade da Praia do Janga (Paulista, PE, Brasil) utilizando
ferramenta computacional
1. Introdução
Praias de enseada se caracterizam por apresentar uma linha de costa arenosa
bordejada por afloramentos ou promontórios rochosos, a qual é modelada por
processos de difração e refração de ondas, que as tornam curvilíneas e, em
geral, assimétricas. Embora sejam comuns praias naturais com tais
características, inúmeras têm sido criadas de forma artificial por meio de
projetos de engenharia que incluem estruturas de proteção costeira e portos
(Klein et al., 2003).
No que tange à estabilidade, as praias de enseada podem apresentar equilíbrio
estático, dinâmico ou instabilidade (Silvester & Hsu, 1993, 1997; Hsu et al.,
2000). No equilíbrio estático, as ondas incidentes atingem simultaneamente toda
a periferia da baía, de tal forma que a deriva litorânea é praticamente
inexistente. Nessas condições, não há erosão ou acresção de longo-termo, apenas
por ocasião de tempestades. Para baías em equilíbrio dinâmico, a manutenção da
linha de costa em uma mesma posição depende do equilíbrio no balanço
sedimentar, e a linha de costa pode mudar de posição em função de variações no
suprimento de sedimentos. Finalmente, enseadas instáveis são aquelas nas quais
ocorre deslocamento da linha de costa, em geral, erosão em um dos extremos e
acresção no outro. Tal deslocamento pode ser observado e medido por meio de
levantamentos em campo ou a partir de fotografias aéreas multitemporais (Klein
et al., 2003; Silveira et al., 2010).
Inúmeros modelos empíricos têm sido elaborados para representar a forma em
planta das praias de enseada. Dentre esses modelos, o modelo parabólico (Hsu &
Evans, 1989) incorpora como parâmetros diretos a geometria da praia e dados
sobre a dinâmica da antepraia (por exemplo, o ponto de difração e a direção
preferencial de incidência de ondas) (Hsu et al., 2008), sendo bastante
adequado para a análise da estabilidade. No intuito de facilitar a aplicação do
modelo parabólico em praias de enseada, foi desenvolvido o software Mepbay
(Klein et al., 2003), que foi criado com a finalidade de definir qual a
condição de uma determinada praia de enseada, em termos da estabilidade da sua
linha de costa, e qual forma esta virá a assumir se continuar exposta à mesma
dinâmica. Desde então, esse software tem se mostrado uma importante ferramenta
para auxílio de profissionais das áreas de Engenharia Costeira e Geociências na
análise morfológica das praias de enseada e suas alterações (Klein et al.,
2003; Raabe et al., 2010).
O presente artigo apresenta resultados da análise de estabilidade da forma em
planta das baías formadas entre os quebra-mares da praia do Janga (município de
Paulista, Pernambuco, Brasil), realizada através da aplicação do modelo
parabólico a imagens de satélite com uso do software Mepbay. Adicionalmente,
são apresentadas análises geradas a partir da comparação desses resultados com
dados oriundos da aplicação de equações empíricas para predizer o comportamento
da linha de costa frente à zona de sombra dos referidos quebra-mares.
2. Área de Estudo
O município de Paulista, no qual se localiza a Praia do Janga, dista cerca de
20km a nordeste de Recife, capital do estado, estando inserido na Região
Metropolitana do Recife e sendo delimitado pelos rios Timbó, a norte, e
Paratibe, a sul. A planície costeira do município segue os padrões da região,
com menos de 10km de largura e altitude média de 4m, é formada por depósitos
sedimentares e alinhada na direção NNE-SSO. Extensos alinhamentos de beachrocks
constituem as feições mais conspícuas da linha de costa (Neves & Muehe, 1995).
Os ecossistemas presentes na região incluem manguezais, recifes de coral e
restingas.
A região apresenta temperatura média anual em torno de 27°C e pluviosidade
aproximada de 2.000 mm/ano, distribuídos de modo desigual entre períodos secos
e chuvosos. Predominam os ventos de SE. As ondas respondem ao regime dos
ventos, predominando de SE. As marés registradas na região são semi-diurnas,
sendo classificadas em termos de amplitude como mesomarés. A altura
significativa de ondas varia de acordo com a localidade, apresentando valores
entre 0,27/0,29m para o município de Paulista (FINEP/ UFPE, 2009).
A praia do Janga localiza-se no município de Paulista, na Região Metropolitana
do Recife, estando situada entre as coordenadas 7° 57' 8.64'' e 7° 55' 50.88''
S e 34° 48' 56.16'' W e 34° 49' 22.08'' W, apresentando uma extensão de 3,8km
(Fig._1). A área possui um conjunto de nove quebra-mares, além de obras de
contenção da erosão que incluem enrocamento, muros de contenção e aterro
hidráulico.
Os quebra-mares possuem comprimento varável de 120 a 320m, com ênfase para o
último, que, após a conclusão da obra, passou a ter 650m (CPRH/GERCO-PE, 2001).
A distância média entre os quebra-mares e a costa é de 150m.
O conjunto de obras de contenção do processo erosivo foi construído a partir da
demanda gerada pela transferência de erosão do município de Olinda, situado a
sul. A erosão atingiu a área a partir da década de 80, após a construção dos
molhes do Rio Paratibe (também conhecido como Rio Doce), tendo evoluído na
década de 90 para uma situação catastrófica. A partir de então, foram
construídos os quebra-mares, cuja obra foi concluída no ano de 2001 (Costa,
2002).
3. Metodologia
A metodologia aplicada neste estudo foi dividida em três etapas: (i) seleção
das imagens; (ii) aplicação do modelo; e (iii) análise da estabilidade das
praias, conforme descrito a seguir.
i) Aquisição das imagens
As imagens verticais utilizadas foram obtidas gratuitamente por meio do
programa GoogleEarth® e de seu banco de dados associado. Foi utilizado um
recorte da imagem de satélite para cada baía formada por um conjunto de dois
quebra-mares. Uma lacuna entre dois quebra-mares, localizada ao norte na área
de estudo, entre os quebra-mares Q8 e Q9, não pôde ser analisada, uma vez que
sua linha de costa se encontra imobilizada pela presença de um enrocamento, não
permitindo a aplicação do modelo. As imagens utilizadas para aplicação do
modelo e verificação da resposta da costa datam, respectivamente, de 01/07/2003
e 12/01/2009.
(ii) Aplicação do modelo
O modelo parabólico consiste num modelo empírico que permite determinar a
situação de equilíbrio morfodinâmico das praias de enseada. Schiaffino et al.
(2012) descrevem que, para o referido modelo (Fig._2), o sistema de coordenadas
tem início em (X0, Y0); (X1, Y1) é definido como ponto cuja tangente à linha
de costa é paralelo à crista de onda. Cada ponto em (X,Y) pertence à linha de
costa definida por coordenadas polares (R,θ). Os coeficientes (C1, C2 e C3)
dependem de β (ângulo formado entre as linhas de crista de onda predominantes e
a linha de controle Rβ, sendo esta a linha que une o ponto de controle
localizado no promontório rochoso - onde se inicia o processo de difração de
ondas - até a extremidade final da praia). O modelo parabólico foi desenvolvido
por Hsu & Evans (1989), sendo descrito pela seguinte equação (Eq._1).
O software Mepbay foi desenvolvido para permitir a aplicação do modelo
parabólico de modo manual com o uso de mapas, fotografias aéreas verticais,
orto-fotocartas ou imagens de satélite a praias de enseadas a partir das quais
seja possível o estabelecimento dos parâmetros iniciais do modelo (β e Rβ). Os
resultados dependem da resolução da imagem utilizada (Raabe et al., 2010) e da
habilidade do operador em estabelecer os pontos que determinam os dados de
entrada.
Para a aplicação do modelo parabólico com uso do Mepbay, as imagens
selecionadas foram carregadas no software, no qual foi feito o seu
escalonamento. Tal procedimento é realizado através da associação manual de uma
feição observada na imagem à sua medida real conhecida em campo.
Posteriormente, foram inseridos os pontos de controle.
Para o adequado estudo do comportamento de uma praia de enseada através da
metodologia aqui aplicada, é necessário saber, ainda, a localização do
promontório rochoso (natural ou artificial), o final da praia e a direção de
incidência predominante das ondas (Fig._3). É através da indicação desses
pontos que o Mepbay calcula a posição da linha de costa teórica através do
modelo parabólico de Hsu & Evans (1989) e a projeta sobre a imagem base.
Definidos os pontos de controle, o modelo foi aplicado, resultando na geração
de linhas teóricas calculadas pelo programa sobre a imagem, a partir das quais
é possível inferir sobre o tipo de equilíbrio em que a praia se encontra. Cabe
observar que, para a aplicação da equação parabólica às baías, foi necessária a
divisão da baía em duas partes, criando duas enseadas, visto que o modelo foi
desenvolvido para praias com essa configuração.
(iii) análise da estabilidade das praias
A análise da estabilidade da praia do Janga foi feita através da comparação da
linha de costa teórica calculada pelo programa Mepbay e a linha de costa mais
atual obtida nas imagens do GoogleEarth, possibilitando a discussão sobre o
tipo de equilíbrio em que a enseada se encontra. Foram, ainda, utilizados
relatórios e monografias (Imambaks et al., 2011; Marinho, 2012) como material
de apoio para embasar a análise.
Para fins de discussão, são apresentados na tabela_1, conforme Imambaks et al.
(2011), os resultados da aplicação de relações empíricas baseadas nos modelos
desenvolvidos por Ahrens & Cox (1990) e Bosboom & Stive (2011) para aplicar à
geometria dos quebra-mares do Janga e predizer o comportamento da linha de
costa junto à zona de sombra da obra. A interpretação permite inferir sobre a
morfologia final da costa, se uma saliência ocorrerá, se esta será pouco ou bem
desenvolvida, se ocorrerá um tômbolo periódico (apenas na maré baixa) ou um
tômbolo permanente. Os modelos empíricos serão referidos como (AC90) para
Ahrens & Cox (1990) e (BS11) para Bosboom & Stive (2011).
4. Resultados e Discussão
Os resultados da aplicação do modelo parabólico através do software Mepbay são
apresentados a seguir, com uma breve interpretação para cada uma das baías
analisadas. As pranchas mostram as projeções feitas pelo modelo (com base em
imagens datadas de 2003) e observadas em imagens mais recentes (2009).
BAÍA 1
Para o segmento de linha de costa da praia do Janga que sofre influência do
primeiro quebra-mar (Q1) (Fig._4), a tendência projetada pelo modelo parabólico
utilizando a imagem de 2003 indica erosão na extremidade sul da área sob
influência do quebra-mar e acúmulo de sedimentos localizado imediatamente à
zona de sombra (zona abrigada da ação direta de ondas) da obra. De acordo com
os resultados das relações empíricas (Imambaks et al., 2011), há tendência para
a formação de saliência (AC90) ou saliência pouco desenvolvida (BS11) junto à
zona de sombra do quebra-mar. A análise da imagem de 2009 do mesmo segmento
revela que houve erosão na extremidade sul, indicada pela presença de um
enrocamento e deposição de sedimentos configurando um tômbolo periódico, isto
é, um tômbolo que somente é visível durante a baixamar na área de sombra
formada por Q1. A projeção do software sobre a erosão no segmento foi
confirmada. Entretanto, de acordo com observação é possível dizer que houve um
acúmulo de sedimentos maior que o previsto pela aplicação das equações
empíricas, cuja previsão seria de saliência pouco desenvolvida (BS11) ou
saliência (AC90), indicando que no processo de sedimentação há outros fatores
interferindo na configuração em planta da zona de sombra do quebra-mar que não
são avaliadas pela metodologia utilizada (isto é, da geometria da obra). A
previsão para a feição morfológica da zona de sombra se ajustou àquela
prevista, no entanto, o processo erosivo do centro da baía estimado pelo Mepbay
excede o observado. Desta forma, pode-se dizer que este trecho da linha de
costa se encontra em equilíbrio dinâmico, ainda se ajustando ao seu estado
final de equilíbrio.
BAÍA 2
Na imagem de 2003, observou-se que a projeção do modelo parabólico para a
configuração da linha de costa apresentada diante da difração de onda que
ocorre nos quebra-mares Q1 e Q2 (Fig._5) é de meia-lua, com erosão no centro da
baía e acresção nas laterais. Os resultados obtidos através das relações
empíricas apontam para a formação de saliência (AC90) ou saliência bem
desenvolvida (BS11) para o quebra-mar 1 e tômbolo (AC90) ou saliência bem
desenvolvida (BS11) para o quebra-mar 2. As imagens de 2009 permitem observar a
formação de um tômbolo periódico para o Q1 e de um tômbolo para Q2. A análise
comparativa entre a projeção gerada pelo modelo e a configuração em planta
observada na imagem de 2009 foram confirmadas, com exceção da erosão no centro
da baía. Diante do cenário observado pode-se dizer que esta praia se encontra
em equilíbrio dinâmico, tendendo a erodir o fundo da baía até chegar ao
equilíbrio previsto.
BAÍA 3
Com base nas informações da imagem de 2003, a baía projetada pelo Mepbay como
resultado da difração causada pelo conjunto de quebra-mares Q2 e Q3 (Fig._6)
indica uma tendência erosiva no centro da baía e progradante nas extremidades.
Tal projeção está de acordo com a análise semântica da imagem mais recente, que
mostra acresção na extremidade sul com formação de tômbolo e uma modesta
acresção na extremidade norte, além de erosão no centro da baía. Entretanto,
como a saliência observada na zona de sombra de Q3 ainda não atingiu totalmente
a configuração prevista pela aplicação das relações empíricas, que apontam para
o desenvolvimento de uma saliência ou saliência bem desenvolvida, e o contorno
da baía também não alcançou desenho indicado pelo modelo, pode-se dizer que a
praia se encontra em instabilidade.
BAÍA 4
O contorno da baía projetado pelo modelo parabólico para o trecho entre os
quebra-mares Q3 e Q4 (Fig._7) indica erosão no centro da baía e acresção nas
laterais. A imagem mais recente mostra a acresção nas laterais, confirmando
parcialmente a projeção gerada pelo modelo parabólico, já que não ocorreu
erosão no setor indicado. No local, pode-se observar inclusive vegetação
incipiente na pós-praia. As previsões baseadas nas relações empíricas indicam
que, na área de sombra de Q3, poderá se formar uma saliência (AC90) ou uma
saliência bem desenvolvida (BS11), e na zona de sombra de Q4, um tômbolo (AC90)
ou uma saliência bem desenvolvida (BS11). As projeções não coincidem com o
observado na imagem de 2009, e a linha de costa se encontra à retroterra em
relação ao previsto, configurando instabilidade.
BAÍA 5
A projeção do modelo parabólico baseado na imagem de 2003 indica tendência
erosiva no centro da baía e progradante nas laterais. Utilizando a imagem de
2009 entre os quebra-mares Q4 e Q5 (Fig._8), observou-se que a projeção do
modelo foi confirmada pela formação de saliências na zona de sombra dos quebra-
mares 4 e 5. Tais observações estão de acordo, ainda, com as predições feitas a
partir da geometria dos quebra-mares, as quais indicam, para ambos os quebra-
mares, a formação de saliências bem desenvolvidas (AC90) ou tômbolos (BS11).
Esta baía foi classificada como instável, porque a configuração em planta das
extremidades ainda não atingiu a conformação projetada pelo Mepbay, indicando
que o processo erosivo do centro da baía pode ter continuidade até atingir o
limite indicado na projeção.
BAÍA 6
Para a baía formada entre os quebra-mares 5 e 6 (Fig._9), a partir da imagem
base de 2003, o modelo parabólico projetou uma configuração indicativa de
erosão no centro da baía com acresção nas extremidades. A observação da imagem
de satélite datada de 2009 confirmou as previsões feitas a partir das relações
empíricas, as quais indicam o acúmulo de sedimentos na zona de sombra dos
quebra-mares com a consequente formação de saliência bem desenvolvida (AC90) e
saliência pouco desenvolvida (BS11), em Q5 e Q6, respectivamente. Sob o ponto
de vista da estabilidade praial, a baía foi classificada como instável, devido
a o desenho da forma em planta não ter alcançado a configuração indicada na
projeção do modelo.
BAÍA 7
A projeção baseada na imagem de 2003, entre os quebra-mares Q6 e Q7 (Fig._10),
resultou em um arco mais fechado, indicando erosão no centro da baía e acresção
nas laterais, sendo mais acentuada a norte. Por sua vez, os resultados da
aplicação das relações empíricas apontam para a formação de saliência (AC90) ou
saliência bem desenvolvida (BS11) nas zonas de sombra de Q6 e Q7. A imagem de
2009 mostra que, salvo o aumento da saliência na zona de sombra de Q6 e uma
pequena acresção no centro da baía, não houve grande alteração na configuração
em planta da linha de costa. Cabe ressaltar que, nesta área, parte da ponte de
acesso ao quebra-mar, utilizada na época da construção da obra, foi mantida, o
que modifica os efeitos de difração e refração na área abrigada. Como a
configuração em planta projetada não foi alcançada e há acúmulo de sedimento
junto aos quebra-mares, indicando uma possível reformulação do desenho dessas
feições em planta, a baía foi classificada como instável.
BAÍA 8
As predições realizadas por Imambaks et al. (2011), através da aplicação das
relações empíricas, indicam a formação de saliência ou saliência bem
desenvolvida na zona de sombra de Q7 e tômbolo (AC90) ou tômbolo periódico
(BS11) na zona de sombra de Q8. Analisando a imagem de 2009, observou-se que as
projeções do modelo parabólico e as predições empíricas previstas para o
quebra-mar 8 ocorreram, entretanto não houve modificações notáveis no contorno
da linha de costa na área de influência do quebra-mar 7. Outro fato observado
foi que o contorno da linha de costa de toda a baía não se ajustou à projeção
do modelo parabólico, e a linha de costa está à retroterra da linha estimada.
Por esse motivo, a baía foi classificada como instável (Fig._11).
Diante dos resultados acima, podemos classificar a praia do Janga como instável
em sua maior porção, pois a configuração da linha de costa nas diversas baías,
gerada pela difração de ondas entre os quebra-mares, ainda não alcançou a
configuração da projeção gerada pelo modelo parabólico desenvolvido por Hsu &
Evens (1989) em sua totalidade. Naquelas em que a praia já está quase ajustada
à projeção, pode-se dizer que está próxima do seu equilíbrio estático (Klein
et al., 2003). Embora as tendências indicadas pela aplicação das relações
empíricas à geometria dos quebra-mares (Imambaks et al., 2011), as tendências
projetadas pelo Mepbay e as observadas nas imagens de satélite estejam, na sua
maior parte, de acordo, cabe ressaltar que existe uma gama de parâmetros que
definem a forma em planta de uma baía e que não foram aqui abordados, motivo
pelo qual os resultados devem ser tomados com critério. Benedet et al. (2005)
mencionam como alguns desses parâmetros a orientação da praia, a configuração
batimétrica e o suprimento sedimentar. Ademais, vale ressaltar que tanto o
modelo parabólico quanto os modelos de AC90 e BS11 não indicam o tempo
necessário para que a praia atinja o seu equilíbrio ou a formação das
saliências e dos tômbolos, respectivamente. Tal limitação sugere a inclusão em
estudos futuros de uma análise multitemporal com mais imagens que permitam
estabelecer uma tendência e comparar essa tendência às predições dos modelos.
5. Conclusões
A construção de estruturas rígidas como alternativa de proteção costeira deve
ser realizada com cautela, sempre acompanhada de estudos que mostrem o seu
impacto sobre a dinâmica costeira. A aplicação do modelo parabólico através do
software MepBay mostrou-se uma ferramenta de fácil aplicação e rápida resposta,
que pode ser utilizada para predizer o ajuste da linha de costa mediante a
construção de uma estrutura, como no caso dos quebra-mares. No entanto, o
aplicativo não realiza predições acerca da morfologia final em planta (tômbolo
ou saliência), que se desenvolverá a partir da difração sofrida pela onda junto
à zona de sombra da estrutura de proteção. Por essa razão, uma alternativa
interessante e que foi adotada neste estudo é a combinação da aplicação do
software com o uso de relações empíricas, como as de Ahrens & Cox (1990) e
Bosboom & Styve (2011).
O modelo foi aplicado às baías formadas pelo campo de quebra-mares da praia do
Janga para estimar o seu estágio de equilíbrio, e sua aplicação permite
concluir que as baías analisadas, em sua maior parte, ainda não alcançaram seu
equilíbrio estático, indicando que o processo erosivo no centro das baías
deverá permanecer até que esse processo alcance o limite projetado pelo Mepbay.
O sedimento oriundo da erosão no centro da baía possivelmente migrará para as
extremidades, complementando a configuração projetada pelo software. No caso
das baías instáveis, é necessário que haja suprimento sedimentar superior à
retirada, para que a praia alcance a conformação prevista.
A ferramenta permite a aplicação da equação parabólica para prever a curvatura
de praias de enseada como resposta da linha de costa à existência de dois
pontos de controle decorrentes da presença de obras costeiras como quebra-
mares. Outro fato importante a ser destacado é a possibilidade de uma análise
consistente dos efeitos promovidos por modificação da configuração em planta da
baía mediante alteração da localização dos pontos de difração das ondas. Tais
aplicações permitem concluir que o Mepbay é potencialmente útil para estudos
rápidos voltados ao manejo da linha de costa.
