Embed Size (px)
Citation preview
Journal of Integrated Coastal Zone ManagementRevista de Gestao Costeira Integrada
Volume 18, Issue 1March 2018
Editorial Board
RGCI/JICZM (ISSN: 1646-8972) is published quaterlyby an editorial pool composed by APRH, CIMA, UNIVALI, UFRN, FEUP/PORTO and IUC
Correspondence: [email protected]
Francisco Taveira PintoEditor-in-Chief<[email protected]>
Paulo Rosa-SantosAssociate Editor
Conceição FreitasAssociate Editor<[email protected]>
Marcus PolleteSection Editor
Marinez SchererSection Editor
André FortunatoSection Editor
Lúcia GuilherminoSection Editor
PublishersEditorial consortium comprising:• APRH - Associação Portuguesa dos Recursos Hidricos, LNEC, Av. do Brasil, 101, 1700-066 Lisboa, Portugal.
e-mail: [email protected]. web page: http://www.aprh.pt
• CIMA - Centro de Investigayao Marinha e Ambiental, Universidade do Algarve, Faculdade de Ciencias e Tecnologia, Edificio 7, Campus Universitario de Gambelas, 8005-139 Faro, Portugal. e-mail: [email protected]. web page: http://www.cima.ualg.pt
• UNIVALI - Universidade do Vale do Itajai, Rua Uruguai, 458 - Centro, Itajai, SC, 88302-901 , Brazil web page: http://www.univali.br
• UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Caixa Postal 1524, Natal, RN, 59078-970 Brazil web page: https://www.sistemas.ufm.br
• FEUP/UPORTO - Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Rua Dr. Roberto Frias, s/n 4200-465 Porto Portugal. web page: https://sigarra.up.pt/feup/pt/web_page.inicial
• IUC - Imprensa da Universidade de Coimbra, Rua da Ilha, n° 1, 3000-214 Coimbra e-mail: [email protected]. web page: http://www.uc.pt/imprensa_uc
SecretariatAna Estêvão (APRH), André Cardoso (APRH)
Copy editingFrancisco Taveira Pinto, Paulo Rosa Santos, Marinez Scherer
Formatting and paginationAndre Cardoso (APRH)
web pageAndre Cardoso (APRH)
SciELO DTD markupAndré Cardoso (APRH)
Cover designFlatland Design
ISSN: 1646-8872
Journal of Integrated Coastal Zone Management / Revista da Gestão Costeira Integrada
18(1) – March 2018
Table of Contents
Articles
Gabriela Camboim RockettLuana PortzSamanta da Costa CristianoEduardo Guimarães BarbozaNelson Luiz Sambaqui Gruber
5-23 Gestão Integrada de Unidade de Conservação Costeira - Parque Estadual de Itapeva, Torres-RS, Brasil
Katia Helena Lipp-NissinenBruna de Sá PiñeiroLetícia Sebastião MirandaAlexandre de Paula Alves
25-40 Temporal dynamics of land use and cover in Paurá Lagoon region, Middle Coast of Rio Grande do Sul (RS), Brazil
Thereza Christina Costa Medeiros Everardo Sampaio Diego Marcelino Nascimento
41-48 Leaf area index and vegetation cover of the Paripe river mangrove, Pernambuco, Brazil, in 1997 and 2017
Douglas Duarte Nemes Marcos Nicolás Gallo Francisco Pedocchi
49-68 Desenvolvimento Experimental de uma Estratégia de Controle Morfodinâmico de Perfil de Praia Arenosa Dominada por Ondas
Journal of Integrated Coastal Zone Management / Revista da Gestão Costeira Integrada 18(1):5-23 (2018) http://www.aprh.pt/rgci/pdf/rgci-n55_Rockett.pdf | DOI:10.5894/rgci-n55
5
Gestão Integrada de Unidade de Conservação Costeira - Parque Estadual de Itapeva, Torres-RS, Brasil
Integrated Management of Coastal Conservation Unit – Itapeva State Park, Torres-RS, Brazil
Gabriela Camboim Rockett1, 2, @, Luana Portz2, 5, Samanta da Costa Cristiano1, 2, 6, Eduardo Guimarães Barboza1, 3, Nelson Luiz Sambaqui Gruber2, 3, 4
@ Corresponding author: [email protected]¹ Programa de Pós-Graduação em Geociências (PPGGEO), Instituto de Geociências (PPGGEO), Universidade Federal do Rio Grande do
Sul, Av. Bento Gonçalves, 9500 Bloco I Prédio 43113 Sala 207 - Porto Alegre - RS - Brasil CEP 91501-970 Caixa Postal 15001.² Laboratório de Gerenciamento costeiro (LABGERCO) Instituto de Geociências, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Av. Bento
Gonçalves, 9500 - Porto Alegre - RS - Brasil CEP 91501-970 Caixa Postal 15001.³ Centro de Estudos de Geologia Costeira e Oceânica (CECO), Instituto de Geociências, Universidade Federal do Rio Grande do Sul,
Campus do Vale, Av. Bento Gonçalves, 9500 - Porto Alegre - RS - Brasil CEP: 91501-970 / Caixa Postal: 15001.4 Programa de Pós-Graduação em Geografia (POSGEA), Instituto de Geociências, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Av. Bento
Gonçalves, 9500. Prédio 43113 - Sala 203 - Campus do Vale CEP: 91501 900 - Porto Alegre - RS - Brasil.5 Department of Civil and Environmental, Universidad De La Costa, Calle 58 #55-66, 080002 Barranquilla, Atlántico, Colombia.
6 Programa de Pós-Graduação em Gerenciamento Costeiro, Instituto de Oceanografia, Universidade Federal do Rio Grande - PPGC/IO/FURG, Av. Italia, km 8, Bairro Carreiros, Rio Grande/RS, Brasil
ABSTRACT: The National System of Conservation Units was created in order to preserve fragile environments that need to be protected in Brazilian territory. In Torres municipality, located in the northern coast of Rio Grande do Sul state (RS), there are beaches with singular scenic attractivity in southern Brazilian coast, due to their natural characteristics, and five conservation areas/units. The Itapeva State Park (Parque Estadual de Itapeva – PEVA, in Portuguese), where this study was conducted, was created in 2002, in order to protect dune fields, swamps and native vegetation in the RS coastal zone. However, anthropic pressure and its consequences continues until today. In this study a diagnosis of the environmental impacts in the north limit of the PEVA conservation unit was carried out, as well as the local community characterization and its relationship with the environment in which they live, and a survey of existent management actions in the city was conducted, in order to subsidize the conservation unit
* Submission: 22 OCT 2016; Peer review: AGO 2017; Revised: 14 FEV 2018; Accepted: 17 MAY 2018; Available on-line: 2 JUL 2018
Gabriela Camboim Rockett et al.
6
Gabriela Camboim Rockett et al. (2018)
management. The methods used were interviews, field observations and analysis of documents. Among the observed impacts stands out: disposal of solid waste, water contamination due to lack of sewage collection network, sand removal, flooding due to ongoing intervention of water course and groundwater outcropping, and vehicles movement on the beach. Despite urban infrastructure problems reported in the interviews, local people like the place where they live because of the characteristics related to the environment and most of the interviewed people are users of Torres beaches. For 58% of them, the existence of the PEVA is good. However, they criticize the instability of living inside the PEVA conservation unit limits, with the possibility of removal. Existent management actions in the municipality are dunes and beaches management (from the “Orla Project”), urban planning (PEVA Management Plan, Municipal Environmental Licensing, Master Plan of the Municipality, PEVA Strategic Plan for Land Regularization) and environmental education actions (projects: “Praia Limpa”, “Torres - minha história, nosso mundo!” and “Guardiões da Praia”). Even with the control and supervision to prevent new buildings, the enclosure of the northern boundary of PEVA could partly solve other environmental impacts diagnosed. Another important measure for the area conservation is the development of a beach use ordering plan for the beach close to PEVA, since there is no way to separate the beach environment from the adjacent environments. Integrated management actions are necessary to sort the uses of the beach close to PEVA (with restricted vehicle access and facilitation of pedestrian access to the beach), which should be conducted together with education actions for sustainable tourism in the region. For the conservation of the environments protected by PEVA, it is necessary the integration of municipal and state levels in the management actions, which should have as guiding point the knowledge and the needs of the local population.
Keywords: Coastal dunes, Integrated management, Conservation unit.
RESUMO: O Sistema Nacional de Unidades de Conservação foi criado para conservar ambientes frágeis e que necessitam de proteção no território Brasileiro. O município de Torres, localizado no litoral norte do Rio Grande do Sul, possui praias com atratividade cênica singular no sul do país, pelas suas características físicas naturais e cinco áreas protegidas. O Parque Estadual de Itapeva (PEVA), onde se desenvolveu esse estudo, foi criado em 2002 a fim de proteger o campo de dunas, banhados e a mata nativa da zona costeira do estado. Contudo, a pressão antrópica e suas consequências continuam até hoje. Neste estudo foi realizado um diagnóstico dos impactos ambientais na região norte do PEVA, caracterização da comunidade local e a sua relação com o ambiente em que vivem, e o levantamento das ações de gestão existentes no município, a fim de subsidiar a gestão da unidade de conservação. Os métodos utilizados foram entrevistas, observações de campo e análise de documentos. Dentre os impactos constatados destaca-se: disposição incorreta de resíduos sólidos, contaminação hídrica por falta de rede coletora de esgoto, remoção de areia, alagamento pela intervenção em curso de água e freático aflorante, e a circulação de veículos na praia. Apesar dos problemas relacionados com infraestruturas urbanas relatados nas entrevistas, os moradores gostam do local onde vivem devido às características ligadas ao meio ambiente, sendo que a maioria frequenta as praias de Torres. Para 58% dos entrevistados a existência do PEVA é boa. Contudo, foi criticada a instabilidade de morar no local pelo fato de grande parte das residências em que se efetuaram as entrevistas estarem dentro do PEVA, com possibilidade de remoção. As ações de gestão existentes no município consistem em Manejo de Praias e Dunas (através do Projeto Orla), o Ordenamento Urbano (através do Plano de Manejo do PEVA, Licenciamento Ambiental Municipal, Plano Diretor Municipal e Plano Estratégico de Regularização Fundiária) e ações de Educação Ambiental (com os Projetos Praia Limpa, “Torres - minha história, nosso mundo!” e “Guardiões da Praia”). Mesmo com o controle e a fiscalização para impedir novas obras, o fecho do limite norte do PEVA poderia solucionar em parte os demais impactos ambientais diagnosticados. Outra medida importante para a conservação da área é o desenvolvimento de um plano de ordenamento do uso da faixa de praia adjacente à UC, visto que não há como dissociar a faixa de praia dos ambientes adjacentes. São necessárias ações de gestão integrada para ordenar os usos da faixa de praia adjacente ao PEVA (com o acesso de veículos restrito e a facilitação do acesso de pedestres à praia) as quais devem ir ao encontro de um trabalho de educação para o turismo sustentável na região. Conclui-se que para a conservação dos ambientes protegidos pelo PEVA, é necessária a integração das esferas estadual e municipal nas ações de gestão, que devem ter como ponto norteador o conhecimento e as necessidades da população local.
Palavras-chave: Dunas costeiras, Gestão integrada, Unidade de conservação.
7
Gestão Integrada de Unidade de Conservação Costeira - Parque Estadual de Itapeva, Torres-RS, Brasil
1. INTRODUÇÃOA intensa ocupação da zona costeira brasileira tem originado a destruição de ecossistemas e ambientes de importância ecológica, geológica e paisagística. No litoral do Rio Grande do Sul (RS) a situação não é diferente, sendo o setor norte o mais intensamente ocupado e afetado pelos problemas decorrentes desta ocupação (Strohaecker, 2007; Tomazelli et al., 2008; Portz et al., 2010; Portz et al., 2014). A fim de conservar ambientes frágeis e que necessitam de proteção, o governo brasileiro instituiu o Sistema Nacional de Unidades de Conservação - SNUC (República Federativa do Brasil, 2000), que é constituído pelo conjunto de Unidades de Conservação (UC) criadas por ato do poder público (federal, estadual ou municipal). Desde as primeiras iniciativas de proteção de ambientes no Brasil, são comuns as relações de conflito entre as populações locais e os órgãos gestores ou dos interesses protecionistas (Gama et al., 2005; Almudi & Kalikoski, 2010; Ferreira, 2004). UC cercadas por áreas urbanizadas sofrem com a
pressão antrópica, que gera alterações no meio físico e no meio socioeconômico, dificultando o planejamento, a gestão e ações de manejo mais eficazes (Gama et al., 2005).O município de Torres, localizado no extremo norte da planície costeira do RS, é uma região com características peculiares e possui cinco (5) UC em seu território político-administrativo (Figura 1). O município, com uma área aproximada de 160 km² e com 17 km de extensão costeira, estende-se desde o Rio Mampituba, ao norte, até a praia Paraíso, ao sul (limite com o município de Arroio do Sal). Atualmente, a costa do município encontra-se totalmente ocupada ou já loteada, com exceção das áreas de UC (Parque Estadual de Itapeva e Parque da Guarita) e uma pequena parte ao sul do município. Apesar de composto totalmente por praias urbanas, Torres é o município do litoral do RS com praias de maior atratividade cênica para o turismo, devido às suas características físicas naturais, com ocorrência de afloramentos rochosos, formando falésias e embaiamentos (Cristiano et al., 2016).
Figura 1 - Contexto regional da área de estudo: (a) localização no sul do Brasil; (b) localização do município de Torres; (c) identificação das Unidades de Conservação e áreas urbanizadas de Torres. Fontes: Limites territoriais - IBGE (2015); Unidades de
Conservação - MMA (2015); Áreas Urbanizadas - baseado em IBGE (2005; 2011).
Figure 1 - Regional context of the studied area: (a) location in southern Brazil; (b) location of the municipality of Torres; (c) identi-fication of conservation units and urban areas in Torres. Sources: territorial boundaries – IBGE (2015); conservation units – MMA
(2015); urban areas – based in IBGE (2005;2011).
8
Gabriela Camboim Rockett et al. (2018)
O processo de urbanização do município de Torres/RS iniciou-se como um núcleo de povoamento e de defesa da região sul do Brasil, em 1820 (Falcão, 2000). Por volta de 1910 o turismo ganhou importância na região, com o deslocamento da população do Planalto para a costa, atraídos pelas belezas naturais e a valorização do mar, o que acarretou o início da expansão urbana do município. Nesta época foi construído em Torres o primeiro complexo turístico do litoral do Rio Grande do Sul: o “Balneário Picoral”. Investimentos em transportes e infraestruturas cresceram nas décadas de 30 e 40, possibilitando um maior acesso de pessoas ao município, sendo que na década de 50 Torres já era conhecida como cidade turística. A criação do Parque Estadual José Lutzemberger (Parque da Guarita) ocorreu nesta década, valorizando a economia da região e incentivando a preservação da natureza (Falcão, 2000). A ampliação da cidade e investimentos em infraestruturas urbanas, como calçamento de ruas e estradas, construção de escolas, hospital e o novo prédio da prefeitura ocorreram no período pós-guerra, bem como o início dos empreendimentos privados em loteamentos para fins de veraneio (Falcão, 2000; Graciano, 2004).A partir da década de 70, com a abertura da rodovia RS-290 e um maior acesso ao litoral norte do Estado, houve a expansão de empreendimentos imobiliários, e a construção de prédios de grande altura na cidade. Nesta década o turismo firmou-se como um dos sustentáculos econômicos de Torres, atuando como uma alavanca de crescimento para a cidade (Graciano, 2004), gerando mudanças na economia com o crescimento do setor terciário e diminuição do setor primário. A década de 80 caracterizou-se pelo “boom” imobiliário na cidade, com a predominância de turistas estrangeiros (argentinos e uruguaios) no Brasil e o aumento de empreendimentos imobiliários e o avanço da construção civil, gerando assim o aumento do fluxo sazonal no município. O grande crescimento das áreas de hotéis, residências uni e multifamiliares e edifícios mistos (residencial e comercial) do final da década de 70 ao início da década de 90 é expressivo (Falcão, 2000; Graciano, 2004). A atuação dos construtores clandestinos resultou no fenômeno das migrações internas ocorridas em Torres a partir dos anos 70. Atraídos pela expansão do turismo e da construção civil, pessoas de localidades vizinhas começaram a deslocar-se para Torres no intuito de se fixarem na cidade e lá obterem emprego. Neste contexto, a partir da década de 70, iniciou-se em Torres um processo de segregação social e formação de bairros periféricos (Graciano, 2004).No início da década de 90 a população do município atingiu 37.474 mil habitantes (IBGE, 1991), e a necessidade de ordenamento do território gerou o
início das discussões do governo municipal, junto à comunidade, para elaboração do Plano Diretor do município. O zoneamento da cidade, com a definição de áreas prioritárias para os diversos fins e regras específicas de uso do solo, inclusive a preservação ambiental, foram definidos em 1995 pela Lei 2.902 (Municipio de Torres-RS, 1995). Dentre outras áreas de proteção ambiental definida no Plano Diretor, estava a “faixa de mato, dunas e banhados que se prolongam desde o Curtume até o Morro da Itapeva, grutas e cascatas” (Art. 31, Inciso I).Ao mesmo tempo em que a expansão urbana e o turismo sazonal aumentavam (com aumento da população flutuante), os problemas urbanos e ambientais se acentuaram, pela sobre-saturação das infraestruturas e incapacidade das mesmas de atender à demanda (Arteaga-Melgoza, 2001; Graciano, 2004). Alguns dos novos bairros foram formados por ocupações irregulares em áreas definidas como de proteção ambiental (APA) ou particulares, que surgiram sem nenhum controle por parte do Poder Público no que se refere ao planejamento urbano (Pereira, 2004).Em relatório elaborado para o órgão ambiental estadual (Fundação Estadual de Proteção Ambiental Henrique Luiz Roessler/RS - FEPAM), Tomazelli (2001) indicava o campo de dunas de Itapeva como um dos prioritários para a conservação na planície costeira do RS. Em 2002 foi criado o Parque Estadual de Itapeva (PEVA), UC de proteção integral com aproximadamente 1.000 ha (Governo do Estado do Rio Grande do Sul, 2002), criada com o objetivo básico de conservar os recursos naturais existentes na formação Mata Atlântica do RS, e as espécies silvestres (fauna e flora) dos ecossistemas de dunas, banhados, mata paludosa e mata de restinga. Atualmente esta área constitui-se como um dos últimos setores costeiros com os ecossistemas de gradiente ecossistêmico praia, dunas e lagoas conectados e preservados do litoral norte do RS. A UC PEVA está muito próxima do Parque da Guarita e de um curso de água que desemboca na Praia (Riacho Doce).Por situar-se próximo a maior área urbanizada do município (Figura 1) e por possuir faixa de praia em seus limites diretos, a UC PEVA sofre constantemente pressão pelo adensamento urbano e especulação imobiliária, além dos impactos gerados pelo turismo no verão. A população fixa da cidade é de 12.668 habitantes (IBGE, 2010), sendo estimado para o período de verão um aumento em mais de 100.000 pessoas.Dado o processo de desenvolvimento urbano-ambiental da região, neste estudo obteve-se um diagnóstico dos impactos ambientais na região norte do PEVA, estabelecendo a relação da população residente no entorno imediato do limite norte do Parque, e das ações
9
Gestão Integrada de Unidade de Conservação Costeira - Parque Estadual de Itapeva, Torres-RS, Brasil
de gestão existentes a nível municipal e estadual em Torres, contribuindo para propostas de gestão para a conservação dos ambientes costeiros na UC.
2. METODOLOGIAO desenvolvimento do presente estudo foi realizado através das seguintes etapas: (i) diagnóstico dos impactos ambientais presentes no PEVA e seu entorno imediato; (ii) caracterização do perfil dos moradores residentes dentro do limite norte do parque, e sua percepção do ambiente, e (iii) diagnóstico de ações de gestão já utilizadas na região. As informações levantadas nestas três etapas foram integradas num Sistema de Informação Geográfica (SIG), que possibilitou análises espaciais e contribuiu para as propostas de gestão.
2.1 Diagnóstico dos impactos ambientaisO diagnóstico dos impactos ambientais foi realizado através de observações de campo entre os anos de 2014 e 2015, bem como através de revisão bibliográfica. Por impacto ambiental, neste trabalho, entende-se a alteração das propriedades físicas, químicas e biológicas do meio ambiente pela ação/atividade humana e que afetam direta ou indiretamente a saúde, a segurança e o bem-estar da população, as atividades sociais e econômicas, a biota, as condições estéticas e sanitárias do meio ambiente, ou a qualidade dos recursos ambientais (CONAMA, 1986).
2.2 Caracterização do perfil dos moradores e sua relação com o ambienteA caracterização do perfil dos moradores e da sua relação com o ambiente foi realizada através da construção do perfil dos moradores que residem dentro do limite norte da UC, através de um questionário com perguntas semiestruturadas (fechadas e abertas), durante três dias consecutivos no mês de junho de 2015. Dentro da área do Parque foram mapeados através de imagens de satélite 108 domicílios. Foi aplicado um questionário com 41 perguntas aos moradores de 27 domicílios (amostra correspondente a 25% do total), englobando temas como: 1) informações pessoais, (2) informações sobre o domicílio e (3) informações sobre o bairro e o ambiente. Esta percentagem foi estabelecida através da teoria de Glaser e Strauss, ou critério de Saturação Teórica. A saturação significa que não são encontrados novos dados e por isso não podem ser analisados outros problemas. A incorporação de novos dados termina, de acordo com este conceito, quando nada de novo emerge, ou seja, novas entrevistas não adicionam nada de relevante ao que já é conhecido (Vallés, 2009).
2.3 Diagnóstico de ações de gestãoNesta etapa foram investigadas todas as ações e medidas de gestão existentes no nível federal, estadual e municipal na região, em relação às dunas costeiras, à infraestrutura urbana e aos serviços. Para a obtenção de tais informações foram realizadas entrevistas com o gestor do PEVA, bem como entrevistas com funcionários das secretarias municipais e representantes de organizações não governamentais (ONGs) atuantes em Torres, além de pesquisas em documentos de órgãos públicos, bibliotecas e internet.
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
3.1 Impactos ambientaisDentro do contexto urbano em que está inserido, o PEVA sofre constantemente as consequências desta proximidade. As ocupações irregulares na região situada a norte do atual limite do PEVA resultam em impactos ambientais desde a década de 80, quando se iniciou a ocupação de áreas de dunas e do Riacho Doce, que antes estavam previstas como área de proteção ambiental no Plano Diretor Municipal (Município de Torres-RS, 1995), Figura 2. O comportamento do antigo curso de água natural foi negligenciado, não tendo sido realizadas as intervenções de engenharia necessárias para o seu correto escoamento. Esta situação provoca constantes alagamentos durante os períodos de intensa precipitação, provocando dificuldades de mobilidade aos moradores.Considerando as condições naturais da área, onde o lençol freático é pouco profundo e o terreno arenoso (alta porosidade), a inexistência de rede de esgoto na região provavelmente contamina o solo e o lençol freático.Outro problema frequente na região é a disposição irregular de resíduos (Figura 3A, B, D), mesmo sendo realizada a coleta seletiva três vezes por semana no bairro. É comum e frequentemente visível a disposição de resíduos de diversos tipos (eletrodomésticos, madeira, espumas, latas, galhos, entre outros) em terrenos não ocupados e na área de dunas, dentro do PEVA. A Rua Ludgero Vidal Ramos, localizada próximo da Escola Municipal de Ensino Fundamental Zona Sul e do posto de saúde da região (posto de saúde Zona Sul) apresenta grande quantidade de resíduos depositados. Os pontos críticos de disposição de resíduos são as áreas de fácil acesso de carroças, ao longo ou ao final das ruas que terminam nos limites do PEVA (identificadas na Figura 2). Os resíduos na faixa de praia e dunas são dispersados principalmente durante a época de veraneio em Torres, assim como observado em outras praias do litoral norte do RS (Portz et al., 2010; 2011b).
10
Gabriela Camboim Rockett et al. (2018)
Figura 2 - Espacialização dos impactos ambientais no limite norte do PEVA e zonas adjacentes.
Figure 2 - Spatialization of environmental impacts at the northern boundary of the PEVA and adjacent areas.
11
Gestão Integrada de Unidade de Conservação Costeira - Parque Estadual de Itapeva, Torres-RS, Brasil
Outro aspecto observado é a circulação livre de animais domésticos (cavalos, cachorros, gatos) dentro do PEVA (Figura 3D), que também podem resultar em desequilíbrios ambientais na medida em que estes podem caçar a fauna nativa, e disseminar parasitas.O posicionamento da infraestrutura urbana próximo do campo de dunas interfere na movimentação das dunas, resultando no avanço de sedimentos sobre as ruas e casas (Figura 3C). A remoção destes sedimentos por meio de
veículos da prefeitura, mediante autorização do PEVA, reduz o estoque de sedimentos do campo de dunas, assim como da possível vegetação associada. Na faixa de praia, o principal impacto observado é o acesso livre de veículos automotores (Figura 3E), intensificado durante o verão. É possível observar veículos estacionados ou em movimento próximo ou sobre os cordões de dunas frontais, interferindo também neste ecossistema.
Figura 3 - Impactos ambientais no limite norte do PEVA: (a) lençol freático aflorante e disposição de resíduos; (b) disposição irregular de resíduos sólidos dentro do PEVA com uso de carroças; (c) sedimentos depositados naturalmente sobre a Rua Santa
Bárbara; (d) circulação livre de animais dentro do PEVA, e resíduos sólidos; e (e) tráfego e estacionamento de veículos na faixa de praia e dunas adjacentes ao PEVA.
Figure 3 - Environmental impacts at the northern boundary of the PEVA: (a) groundwater table and waste disposal; (b) irregular disposal of solid waste within the PEVA using carts; (c) sediments deposited naturally on Santa Bárbara street; (d) free circulation of
animals in the PEVA and solid waste; and (e) traffic and parking of vehicles on the beach and dunes adjacent to PEVA.
12
Gabriela Camboim Rockett et al. (2018)
3.2 Perfil e percepção ambiental dos moradores do limite norte do PEVANos 27 domicílios avaliados, o número total de residentes é de 91 pessoas, havendo a predominância da faixa etária entre 10-19 anos (30%), seguido de adultos entre 30-39 anos (15%), 20-29 anos (14%) e 40-49 anos (14%). Em cada residência o número de moradores varia de 1 a 7 pessoas, sendo majoritariamente três pessoas (30%), duas (22%) ou quatro (22%) por residência.A maioria é natural de Torres (59%) sendo os demais provenientes de diversas cidades do RS (30%), sendo apenas três famílias de outro estado (11%). Os motivos das mudanças variam, sendo os mais comuns os motivos familiares, procura por melhores condições de vida, por trabalho, pela qualidade de vida após aposentadoria e por motivos de saúde. 62% dos entrevistados possuem família que reside no mesmo bairro.Quanto ao tipo de domicílio, prevalecem residências de alvenaria (52%) e madeira (48%), sendo que algumas moradias se apresentavam em condições precárias. Esses imóveis foram em sua grande maioria adquiridos através de contratos de compra e venda e muitas casas não possuem escritura. Dos 27 entrevistados, três relataram morar no local há mais de 16 anos, sendo que a maior parte das residências (52%) foi construída entre 2000 e 2005.Através da análise dos dados, foi possível constatar que a maior parte dos moradores residentes nos domicílios entrevistados não concluiu o Ensino Fundamental (Figura 4A). Entretanto, em todas as residências com presença de crianças e/ou adolescentes, as mesmas frequentavam a creche ou a escola.
Os entrevistados possuem em sua grande maioria uma baixa renda mensal média (Figura 4B) e em alguns domicílios foi referida a dificuldade de conseguir empregos fora do período de veraneio. Nenhuma família declarou possuir renda superior a cinco salários mínimos. No que diz respeito à ocupação dos entrevistados, 30% possuem emprego formal, 19% são donas de casa, 15% aposentados, 15% desempregados e 12% trabalham em serviços sazonais ligados ao turismo.
3.3 Infraestruturas e geração de impactos O principal item destacado pelos entrevistados foram as infraestruturas urbanas precárias (29%), nomeadamente pela falta de iluminação pública, calçamentos, pavimentação, áreas de lazer, bem como pela ausência de um sistema de tratamento de esgotos e drenagem urbana, o que acarreta alagamentos frequentes na região, principalmente na área do antigo Riacho Doce. Apesar dos problemas relatados, quando questionados se gostariam de morar em outro lugar, 60% dos entrevistados recusariam.A coleta de resíduos sólidos ao domicílio é realizada pela prefeitura municipal, três vezes por semana, e todos os domicílios relataram que utilizam o serviço, à exceção de um que declarou queimá-los. Entretanto, mesmo com a oferta desse serviço de limpeza, há uma grande quantidade de resíduos colocados em locais inadequados. A coleta seletiva de resíduos (secos e orgânicos) não é realizada, sendo que alguns moradores relataram que separam seus resíduos, mas os mesmos são recolhidos num sistema único. Também foi constatado que existem moradores da região que vivem da coleta e comércio de resíduos sólidos, em particular embalagens plásticas do
Figura 4 – Dados obtidos com as entrevistas, relativos ao perfil dos moradores do limite norte do PEVA: (a) escolaridade – Ensino Fundamental completo: 9 anos de estudo; Ensino Médio completo: 12 anos de estudo; e (b) renda mensal média.
Figure 4 - Data obtained from the interviews, concerning the profile of the residents of the northern boundary of the PEVA: (a) scho-oling - Complete primary school: 9 years of study; High School: 12 years of study; and (b) monthly average income.
13
Gestão Integrada de Unidade de Conservação Costeira - Parque Estadual de Itapeva, Torres-RS, Brasil
tipo PET (politereftalato de etileno), latas e papelão, os quais possuem maior valor agregado.Os entrevistados relatam que os principais responsáveis por descargas irregulares de resíduos nas imediações e dentro do PEVA são outros residentes do bairro e da ação de carroceiros, no período da noite. Os mesmos reclamam da falta de fiscalização por parte dos gestores do parque e da Prefeitura.O fornecimento de energia elétrica e o abastecimento de água são feitos por redes gerais de distribuição na maioria das residências (93%). O abastecimento de água por poço foi relatado em 19% das residências. São utilizadas fossas sépticas para eliminação de efluentes líquidos.A situação em que se apresenta o espaço físico do bairro é bastante criticada pelos moradores. Quando questionados sobre as deficiências do local, os principais itens citados foram a falta de pavimentação (26,98%) e iluminação (22,22%) das ruas. Várias famílias também reclamaram da falta de manutenção e fiscalização no bairro, principalmente em relação aos resíduos sólidos, que são depositados irregularmente em terrenos baldios e permanecem um longo período de tempo sem recolha, resultando em locais propícios para o desenvolvimento de vetores (ratos e mosquitos) e disseminação de epidemias. Outros itens citados foram falta de escolas de ensino na região, inexistência de estruturas de lazer e ausência de transporte/linha fixa. Há somente uma escola (Escola Municipal de Ensino Fundamental Zona Sul) e um posto de saúde no bairro (posto de saúde Zona Sul).
3.4 Atitudes da comunidade local em relação ao Parque Estadual de Itapeva Quando questionados sobre o que gostam no local é possível perceber que os principais tópicos citados
pelos moradores têm relação direta com o meio ambiente (Figura 5A). Foi destacada a tranquilidade/silêncio do lugar (36%) e a paisagem/natureza (25%). Já quando questionados sobre o que não gostam no local, as respostas variaram muito (Figura 5B). Mesmo com a deficiência na infraestrutura do local, quando questionados se gostariam de morar em outro lugar, 60% dos entrevistados recusaria.No que concerne à relação dos moradores com o ambiente em que moram, a maioria dos entrevistados relatou que costuma frequentar a praia, sendo as mais frequentadas a praia da Guarita (31%) e a praia da Cal (31%), sendo estas as mais próximas da região onde vivem.Do total de famílias entrevistadas, 21 relataram estar cientes da existência de uma UC na região, sendo que todos eles sabiam identificar se a sua residência estava ou não situada dentro dos limites da UC. Para 58% dos entrevistados a existência do PEVA é considerada boa, devido à preservação do meio ambiente e das paisagens naturais do local. Outros 21% consideram a existência da UC como sendo insatisfatória, principalmente pelo fato de que muitas famílias deverão ser realocadas devido à inadequação de suas residências (ocupação irregular). Também foi bastante citada a instabilidade de morar no local devido ao fato de que, como grande parte das residências em que foram realizadas as entrevistas se situa dentro dos limites do parque, existe a possibilidade de realocação destas famílias noutro lugar. Como este processo de realocação ainda não está concretizado, as mesmas permanecem impossibilitadas de realizar reformas ou alterações em suas residências.São raros os trabalhos de educação ambiental realizados na comunidade, sendo que em apenas 27% das moradias foi relatado que já houve alguma atividade sobre o
Figura 5 – Dados obtidos com as entrevistas, relativos ao local onde vivem: (a) seus gostos; e (b) suas insatisfações.
Figure 5 - Data obtained from the interviews, concerning to the place they live: (a) likes; and (b) dissatisfactions.
14
Gabriela Camboim Rockett et al. (2018)
assunto, mas não de forma contínua. Mesmo as famílias que possuem os filhos na escola dizem que não são feitos trabalhos desse tipo com as crianças. Entretanto, a comunidade em geral possui interesse pelo tema e gostaria que fossem propostas mais atividades, apontando a importância de saber cuidar do meio ambiente. Sobre a relação dos moradores com as dunas foi possível perceber que a maior parte dos residentes gosta da sua proximidade (81,8%) devido à beleza e tranquilidade, sendo que 72% dos entrevistados relataram perceber a sua mobilidade durante o ano, o que se intensifica em determinadas estações. Entretanto não foram relatados muitos casos do aumento do volume de areia que atinge as residências. Apenas uma família declarou que sente medo que as dunas invadam a sua casa.Quando indagados sobre qual o uso que fazem das dunas, os moradores disseram que são as crianças as que mais utilizam o espaço para brincadeiras. Alguns moradores também afirmaram que fazem passeios e caminhadas pelo local ou tomam banho nas lagoas no interior do Parque. Entretanto, muitos residentes relataram que as dunas são um local de deposição de resíduos e que há falta de fiscalização e limpeza do local.
3.5 Ações de gestãoAs ações de gestão analisadas foram subdivididas em Manejo de Praias e Dunas, Ordenamento Urbano e Educação Ambiental.
3.5.1 Manejo de praias e dunasPara a gestão dos municípios costeiros no Brasil são disponibilizados diferentes instrumentos (Portz et al., 2011a; Oliveira & Nicolodi, 2012; Scherer, 2013). O município de Torres elaborou em 2002 a primeira versão do Projeto de Gestão Integrada da Orla Marítima - Projeto Orla (Município de Torres, 2002), que não está sendo aplicado e foi substituído pelo Plano de Manejo de Dunas em 2005 (Município de Torres & NEMA, 2006). O Projeto Orla é um instrumento estratégico, diferente do Plano de Manejo de Dunas, que é um instrumento operativo destinado à recuperação e conservação das dunas costeiras, presentes em grande parte da orla do município.No município também existem instrumentos estratégicos e operacionais vinculados às áreas protegidas, tais como o Plano de Manejo do Parque Estadual de Itapeva, o Plano de Uso do Parque Estadual de Guarita e a regulamentação da Reserva Biológica da Ilha dos Lobos. O Plano de Manejo de Dunas não contempla propostas de ações para a área de dunas do PEVA, por este ser administrado no âmbito Estadual. O PEVA refere que no
verão já foi registrada a presença de aproximadamente 5 a 6 mil veículos no espaço compreendido entre o Morro da Guarita e a Pedra da Itapeva. Tendo como referência este número, pode-se estimar que a faixa de praia sofreu impactos ambientais e, estando dentro da Zona de Amortecimento do Parque (adjacente à Zona Primitiva no interior da UC, conforme o Zoneamento do Plano de Manejo do PEVA) e sendo um ambiente diretamente relacionado com o gradiente ecossistêmico do local, gera impactos diretos na área protegida (UC).Como programas operacionais do Plano de Manejo do PEVA, a demarcação dos limites da UC prevê a colocação de placas de sinalização e marcos, como pode ser observado na Figura 6. Na extremidade leste do PEVA, junto à faixa de praia, as dunas frontais encontram-se conservadas, porém, é possível observar que, apesar das placas indicativas da existência da UC e de que é proibido o acesso de pessoas e de veículos às dunas, as mesmas ainda não exercem influência sobre os frequentadores da praia junto do Parque e não orientam as crianças a não circularem sobre as dunas (Figura 6C). Os pontos críticos em termos de fragilidade ambiental, de acordo com os Planos, são a pluralidade de usos e o crescimento populacional, existindo a necessidade urgente de integrar os vários usos que dependem dos recursos costeiros e desenvolvê-los de forma harmônica com o ambiente, através de um plano de gerenciamento costeiro aceitável.
3.5.2 Ordenamento urbano
O ordenamento urbano na área de influência do Parque (zona de amortecimento e área de entorno de 10 km) é realizado pela Prefeitura Municipal, sendo obrigatório o cumprimento das condicionantes e/ou restrições existentes no Plano de Manejo da UC, necessitando de obter autorização (anuência) do órgão gestor do Parque. Segundo dados do PEVA, foram solicitadas 187 autorizações, sendo que cada uma corresponde a um empreendimento em processo de licenciamento na Prefeitura Municipal de Torres e no órgão licenciador estadual entre 2009 e 2015. Das 12 categorias de empreendimentos identificadas, as mais frequentes correspondem às obras hidráulicas (20,32%) e ao setor imobiliário (19,78%). Durante o período analisado foi registrado um total de 37 empreendimentos imobiliários - construção de residências unifamiliares, multifamiliares, loteamentos, construções comerciais, entre outros (Figura 7). O ano de 2013 apresentou o maior crescimento neste setor, correspondendo a 48,64% dos empreendimentos imobiliários realizados no período em análise.O crescimento de condomínios (residências
15
Gestão Integrada de Unidade de Conservação Costeira - Parque Estadual de Itapeva, Torres-RS, Brasil
Figura 6 - Dunas frontais na praia adjacente ao PEVA: (a) placa de advertência instalada pela Prefeitura Municipal no verão de 2015/2016: “Proibido o acesso de pessoas e veículos às dunas”; (b) outra placa de advertência indicando “Preserve o meio ambiente”;
(c) crianças brincando nas dunas frontais próximas às placas de advertência.
Figure 6 - Foredunes in the beach adjacent to PEVA: (a) warning board installed by the municipality city hall in the summer of 2015/2016: “Prohibited access of people and vehicles over the dunes”; (b) another warning board saying “preserve the
environment”; (c) children playing over the dunes near the warning boards.
Figura 7 - Número de empreendimentos imobiliários no município de Torres, para os quais foram solicitadas autorizações (anuências) ao PEVA, entre 2009 e 2015, por categoria. Fonte
de dados: PEVA.
Figure 7 – Number of real state projects in Torres municipality, for which authorizations have been requested to the PEVA, between 2009 and 2015, by type. Data Source: PEVA.
16
Gabriela Camboim Rockett et al. (2018)
multifamiliares), tanto verticais quanto horizontais, de alto padrão no município é uma realidade. Como exemplo, um empreendimento horizontal de alto padrão está em processo de instalação na área posterior do Parque da Guarita, próximo ao PEVA, e outros pedidos de licença recentes estão em tramitação nos órgãos competentes.Do ponto de vista ambiental, o gestor do PEVA acredita que a necessidade de licenciamento ambiental (diferente do caso de lotes isolados, nos quais a construção de residências é isenta de licenciamento) e de uma avaliação pelos órgãos competentes (Prefeitura municipal e a anuência de UC em sua zona de influência), o licenciamento dos projetos de instalação de condomínios fechados em áreas adjacentes à UC é uma maneira eficiente de controle ambiental. De fato, para a concessão da licença, os órgãos competentes podem impor restrições e condicionantes à instalação do empreendimento, a fim de garantir a qualidade ambiental da área (por exemplo, exigindo a instalação de redes de esgoto, água e luz, além de conservação de parte da área, entre outros). O mesmo não se verifica quando da ocupação individual de lotes, os quais, não havendo infraestrutura municipal de saneamento básico, acabam por causar impacto ambiental direto. No Plano Diretor Municipal (PDM) e suas alterações (Município de Torres, 1995; 1997), parte da área ocupada pelo bairro situado no limite norte do parque (de duas a quatro quadras ao sul da Avenida Caxias do Sul) foi definida como Área de Revitalização Urbana (Artº. 32), e a área situada entre a Praia da Guarita e a Pedra de Itapeva, excluindo as dunas, foi definida como Área de Urbanização Preferencial (Art. 34 e 35). Com a criação do Parque Estadual da Itapeva em 2002 e sua delimitação, grande parte desta Área de Urbanização Preferencial foi destinada à Unidade de Conservação.Porém, a pressão imobiliária nesta zona tem aumentado, com pedidos de licença ambiental para a construção de prédios com mais de quatro andares, por exemplo. O PDM estabelece regras de usos e o gabarito de altura das edificações em algumas zonas da cidade, principalmente na zona central. No entanto, para as zonas definidas como Área de Revitalização Urbana e Área de Urbanização Preferencial, não há especificação do gabarito máximo de altura permitido para edificações, dificultando o planejamento de obras nestas áreas. Esta situação exige uma necessidade urgente de que a nova versão do PDM seja discutida e aprovada, de forma a estabelecer as regras para o ordenamento territorial desta área nobre do município, próxima dos dois Parques Estaduais que resguardam a paisagem ambiental, geológica e ecologicamente significativa e única da costa brasileira.
Um estudo realizado em 2006 sobre a qualidade das águas superficiais dentro e no entorno do PEVA (SEMA, 2006), evidenciou as péssimas condições nos pontos de coleta do Riacho Doce (P3) e do curso de água localizado a norte do parque (desembocadura na Lagoa do Violão – P9), os quais se destacam pela elevada quantidade de coliformes fecais em relação aos demais (340 e 3x105 NMP/100 ml, respectivamente). Segundo Pereira (2004), a justificativa dada pelo poder público, na época do estudo, em relação às altas concentrações de coliformes era relacionada com a falta de uma rede de esgoto na área do Riacho Doce, pelo fato de esta ser uma área de preservação ambiental.Dentro do seu “Plano Estratégico de Regularização Fundiária” (SEMA/PEVA, 2015a), foi realizada a demarcação física da UC e o georreferenciamento da poligonal, com a identificação e georreferenciamento de 51 propriedades dentro da mesma (90% da malha fundiária do PEVA), passíveis de indenização. Ressalta-se que as ocupações irregulares junto ao limite Norte da UC não constam nos levantamentos do PEVA, tendo em vista a existência de uma Ação Civil Pública que solicita a realocação daquelas famílias. No ano de 2014 ocorreram avanços neste quesito, ocasião na qual foram regularizados 16,1 ha de terras da UC (SEMA, 2014). A falta de documentação de alguns proprietários, necessária para que os trâmites legais sejam realizados, é uma dificuldade recorrente em UCs no território nacional (Kury, 2009; Chaves, 2014).É comum novas famílias instalarem-se nos limites das dunas, construindo casas humildes e obtendo serviços irregulares de luz e água, e esgotos por fossa rudimentar. O controle da instalação de novas ocupações por parte do PEVA, nos limites do Parque, é realizado com frequência. Atualmente, com a delimitação oficial do Parque e a intensificação da fiscalização, ocorre a coibição eficaz de novas moradias. Mesmo apresentando este cenário, o cercamento do limite norte do PEVA poderia solucionar, em parte, os impactos ambientais diagnosticados sobre o sistema de dunas e interdunas, com a contínua disposição inadequada de resíduos, remoção de material sedimentar, além do pisoteamento e predação por animais. Esta demanda foi levantada em 2005 pelo representante da Associação dos Moradores do Bairro Dunas (Heidrich et al., 2005), e consta no Plano de Manejo do Parque (SEMA, 2006). Em conjunto com o cercamento, os poderes estadual/PEVA e municipal devem elaborar estratégias conjuntas de forma que os coletores informais de resíduos consigam destinar seus resíduos adequadamente.A partir da análise das entrevistas realizadas, foi possível perceber que os problemas sociais e ambientais que
17
Gestão Integrada de Unidade de Conservação Costeira - Parque Estadual de Itapeva, Torres-RS, Brasil
ocorrem na região em estudo são fruto, principalmente, da carência de infraestruturas, da falta de manutenção e fiscalização da área e da falta de conhecimento da população quanto à importância da conservação do ambiente do PEVA. Por outro lado, a insuficiente comunicação entre os gestores do parque e a população local faz com que não se disseminem informações relevantes sobre o Parque e o ambiente, o que agrava a relação.Segundo Costa (2002), a ocupação humana em UCs é incompatível com os objetivos de conservação. No Brasil, a criação de UCs não implica qualquer posse governamental sobre elas, necessitando de desapropriação, por exemplo, para as unidades de proteção integral. O mesmo autor afirma que as desapropriações de áreas situadas nos limites de uma UC constituem o maior problema na implantação definitiva da mesma.Constata-se que, de maneira geral, os problemas sociais e ambientais diagnosticados na área de estudo (norte do PEVA) em 2003 por Pereira (2004), bem como a percepção dos residentes em relação ao ambiente em que vivem (perfil dos moradores, insatisfação dos mesmos em relação às deficiências estruturais, consciência da presença e da importância da área de preservação e com as ações de educação ambiental, assim como com a limpeza do local/dunas), são iguais ou muito similares aos constatados neste estudo, realizado 12 anos depois. Pouco se fez na esfera municipal em relação ao bairro/região localizado neste limite.Outra medida importante para a conservação da área é o desenvolvimento de um plano de ordenamento do uso da faixa de praia adjacente à UC, considerando que não há como dissociar a faixa de praia dos ambientes imediatamente adjacentes (gradiente ecossistêmico), como a área intermarés e a área de dunas frontais, pois os ecossistemas são diretamente relacionados. São necessárias ações de gestão integrada para ordenar os usos da faixa de praia sob jurisdição municipal e estadual. A praia adjacente ao PEVA deve ser entendida na sua função ambiental, como uma extensão dos ecossistemas limitados pelo Parque. Os sistemas praia-dunas frontais já foram amplamente estudados e descritos na literatura (Wright & Thom, 1977; Wright & Short, 1984; Psuty, 1988; Sherman & Bauer, 1993; Hesp, 2000), e não podem ser dissociados. Neste sentido, uma das questões prioritárias de gestão é o disciplinamento do acesso de veículos à faixa de praia. O município de Torres possui legislação vigente sobre a demarcação de usos na orla marítima (Decreto nº 166/2014; Município de Torres, 2014), porém, não existe nenhum item específico no decreto que seja relacionado com esta questão. O tráfego
de veículos na praia e nas dunas causa danos ambientais diversos, conforme já reportado na literatura, tais como a compactação de areia e suas consequências na flora, fauna e transporte eólico; contaminação por vazamento de combustível; conflitos de uso da praia entre usuários/turistas e veículos, gerando riscos de acidentes; além da acentuação da disposição inadequada de resíduos e a degradação da paisagem costeira (Palmer & Leatherman, 1979; Anders & Leatherman, 1987; Rickard et al., 1994; Stephenson, 1999; Portz et al, 2010; Vieira et al., 2004; Spence, 2014; Cristiano et al., 2016).O acesso de veículos à faixa de praia deve ser restrito a veículos autorizados (veículos oficiais em serviço e demais autorizados para fins específicos), e a facilitação do acesso à praia aos usuários deve ir ao encontro de um trabalho de educação para o turismo sustentável na região adjacente ao PEVA. Visando o menor impacto, o acesso à praia deve ser restrito aos pedestres, com disponibilização de uma área de estacionamento próxima ao acesso da Rua Alfieiro Zanardi (acesso norte), com lugares limitados, e na área de acesso ao sul da praia. Como exemplo semelhante, encontra-se a restrição de acesso de veículos à praia da Guarita, com a cobrança por uso de estacionamento, gerando a adaptação dos usuários ao longo do tempo e resultando na melhoria do ambiente para a biota e para a o turismo. A falta de implementação de projetos desenvolvidos para este setor, como a instalação de um estacionamento na Praia de Fora, área adjacente ao PEVA (A Folha, 2014) e o plano de uso da praia elaborado pela Secretaria do Meio Ambiente do município em 2013, é apontada como uma das questões que dificulta a redução dos impactos levantados neste estudo de caso.Na Tabela 1 são apresentados: uma síntese dos problemas ambientais diagnosticados nas adjacências do PEVA; propostas de ações para remediação/solução dos impactos; e o órgão que se considera responsável pelo processo.
3.6 Educação ambiental como fator de conservação e de apropriação do PEVANo âmbito estadual, os técnicos do PEVA desenvolvem desde 2013 um projeto de educação ambiental denominado “Projeto Verão”, o qual tem por objetivo dar acesso à população a este ambiente protegido, juntamente com informação técnica sobre o local. O projeto é desenvolvido pela equipe de técnicos da UC durante a época de verão, entre dezembro e março, que conduzem os visitantes à trilha orientada do Morro de Itapeva, bem como pelos guardas-parque que auxiliam na orientação de usuários da praia adjacente ao PEVA e fiscalizam a área durante o veraneio. De acordo com os
18
Gabriela Camboim Rockett et al. (2018)
PROBLEMA IDENTIFICADO AÇÕES PROPOSTAS RESPONSÁVEIS
Alagamentos* - Projeto de drenagem urbana/saneamento básico Prefeitura Municipal
Contaminação do subsolo/lençol freático pela falta de rede de esgoto
- Projeto de infraestrutura urbana/saneamento básico/rede de esgoto Prefeitura Municipal
Disposição inadequada de resíduos no limite norte do PEVA*
- Instalação de barreira física delimitando o PEVA, que dificulte/iniba a disposição de resíduos/entrada de carroças e pedestres
Prefeitura Municipal; SEMA/PEVA
- Placas informativas no final de arruamentos que terminam nos limites do Parque
- Disponibilização de local adequado para disposição dos resíduos das carroças
Disposição inadequada de resíduos na faixa de praia adjacente ao PEVA
- Disponibilização de lixeiras na praia
Prefeitura Municipal- Placas educativas permanentes na praia
- Ações de educação ambiental na praia durante o período de veraneio
Circulação de animais domésticos dentro do PEVA (cachorros, gatos, cavalos)
- Instalação de barreira física delimitando o PEVA (cerca e placas) que dificulte a entrada de animais de grande porte
- Ação da vigilância sanitária para o recolhimento de animais abandonados
Prefeitura Municipal e SEMA/PEVA
- Campanha de conscientização para os donos de animais domésticos Prefeitura Municipal; SEMA/PEVA; ONGs
Remoção ilegal de areia do PEVA
- Instalação de barreira física delimitando o PEVA (cerca e placas), que dificulte ações ilegais SEMA/PEVA
- Placas educativas/informativas
Circulação de veículos automotores na faixa de praia adjacente ao PEVA
- Restrição de acesso de veículos à praia.
Prefeitura Municipal
- Destinação de área para estacionamento de veículos, próximas às entradas de acesso à praia (acessos norte e sul)
- Disponibilização de acesso para pedestres (sinalizado) via Rua Alfieiro Zanardi (acesso norte) e no acesso ao sul da praia
- Sinalização e melhoramento da infraestrutura de acesso de pedestres (já existente) via Parque da Guarita
Expansão de empreendimentos imobiliários - Licenciamento Ambiental
Prefeitura Municipal e órgão licenciador estadual (FEPAM)
Tabela 1 – Síntese de impactos ambientais e ações propostas para manejo/remediação.
Table 1 - Synthesis of environmental impacts and proposed actions for management/remediation
* impactos também citados pelos moradores nas entrevistas.
registros da UC, o número total de visitantes no primeiro ano do Projeto (2013/14) foi de 31 pessoas (10 visitas às trilhas), enquanto que no ano seguinte foi de 144 (31 visitas às trilhas), e na última temporada 126 (27 visitas às trilhas). O projeto atende muitos turistas e também escolas do município e entorno, mediante procura dos interessados diretamente por telefone e agendamento prévio ou pessoalmente na entrada principal do PEVA.
Na última temporada, foi firmada uma parceria entre o Município de Torres e a SEMA/PEVA a fim de atender e informar de forma educativa os usuários da praia em frente à UC (SEMA/PEVA, 2015b), do qual fez parte também a colocação de placas informativas na faixa de praia por parte do município (Figuras 3A e 3B). Esta ação in situ, que é muito recente, age na conscientização específica dos usuários da praia adjacente ao PEVA, tanto turistas quanto moradores.
19
Gestão Integrada de Unidade de Conservação Costeira - Parque Estadual de Itapeva, Torres-RS, Brasil
Ainda, segundo informações do gestor do PEVA, um projeto piloto de educação ambiental foi executado durante dois anos por técnicos do PEVA na escola Zona Sul, localizada no entorno imediato do limite norte do PEVA, e, das atividades desenvolvidas com os alunos, estava incluída uma visita ao parque. O projeto não teve continuidade devido à falta de meio de transporte a partir do seu terceiro ano.No âmbito municipal, a Secretaria do Meio Ambiente e Urbanismo (SAMURB) tem apoiado, desde 2013, projetos de limpeza sistemática das dunas e praias do município, desenvolvidos por voluntários do “Projeto Praia Limpa”, da Associação dos Surfistas de Torres-AST (Município de Torres, 2015). A limpeza é realizada de forma manual mensalmente, havendo também palestras educativas nas escolas e para a comunidade durante a temporada de verão (blitz na beira da praia), com a distribuição de materiais (lixeiras individuais e materiais de divulgação do projeto). O alvo das ações são as praias do município mais importantes e mais movimentadas (Molhes, Praia Grande, Prainha, Cal e Guarita), sendo que o balanço para os três anos de projeto (2013, 2014 e 2015) é de mais de 40 t de resíduos recolhidos (Município de Torres-RS, 2015). Apesar de não ser uma ação voluntária diretamente relacionada com a UC PEVA, atinge de maneira indireta a UC, à medida que as ações de educação ambiental e conscientização dos usuários das praias do município são realizadas. Muitos dos colaboradores/voluntários destas ações são residentes dos bairros a norte do PEVA, porém, as pessoas diretamente atingidas são, em sua maioria, usuários das praias situadas mais ao norte do município.O Projeto Praia Limpa e o Projeto Verão, por possuírem ações voltadas apenas aos usuários de praia e durante os meses de verão, não se focam nos impactos principais observados na praia. A ampliação destes projetos pode subsidiar o planejamento de ações futuras junto a este setor, sendo necessário para tanto, o monitoramento da efetividade do projeto ao longo dos anos, através de um diagnóstico das ações dos turistas após a ação de educação ambiental.Com financiamento do Fundo Municipal de Cultura (da Secretaria Municipal de Cultura e Esporte), o Projeto “Torres - minha história, nosso mundo!” (http://torresminhahistorianossomundo.blogspot.com.br/2016/09/saida-de-campo-ao-parque-jose.html) foi desenvolvido na escola municipal de Ensino Fundamental Zona Sul no ano de 2015, no qual oficinas com foco na educação patrimonial e ambiental da região, com saídas de campo ao Parque da Guarita, foram trabalhadas com os alunos. O Projeto teve como produto final material
didático (Brocca & Gedeon, 2016) muito consistente e interessante que pode e deve ser utilizado como instrumento de ações futuras de gestão (oficinas guiadas por educadores ambientais) no município, as quais devem ser estimuladas pelo poder público e expandidas a todas as escolas, a fim de que o conhecimento sobre a região e a consciência ambiental atinjam o maior número de famílias, visando a preservação.As ações de educação ambiental dentro do PEVA são mais limitadas, uma vez que o acesso ao Parque é permitido apenas mediante o contato direto dos interessados com o PEVA. Desta forma, o acesso da população ainda é restrito. Aliado a este fator, ocorre um baixo nível de divulgação da existência e das ações do Parque, tanto pela sua direção, quanto pelo município, demonstrando pouca integração.O PEVA conta com ações de educação ambiental promovidas por organizações não governamentais (ONGs) que atuam no município e desenvolvem projetos no âmbito da educação e sensibilização ambiental, como por exemplo a ONG Onda Verde, com o Projeto “Guardiões da Praia” que, entre outras atividades, proporciona aos alunos de ensino fundamental de escolas do município visitas guiadas ao PEVA, além de ações de limpeza no rio Mampituba em conjunto com a AST e as secretarias municipais.Para a conservação do PEVA, além das infraestruturas e da fiscalização, são necessárias ações de educação ambiental e conscientização no local, visando informar os frequentadores da importância da conservação da praia e sua relação com a conservação da UC, semelhante ao que ocorre no Parque da Guarita. É também importante estreitar as relações dos moradores da envolvente do PEVA, com o objetivo de reduzir os impactos ambientais gerados pela sua situação irregular. O processo de conscientização é lento, mas as novas placas indicativas já constituem uma ação importante visando a melhor gestão da praia em frente ao PEVA.Em visita ao centro oficial de informações turísticas do município (Casa do Turista), verificou-se que não existe material impresso referente ao PEVA, nem pessoas treinadas para prestar qualquer tipo de informação/orientação sobre o Parque e a possibilidade da sua visita. Neste viés, constata-se que, para uma efetiva gestão e tomada de consciência quanto aos ambientes protegidos pelo PEVA, é necessária a integração da gestão municipal com a gestão estadual, a fim de que a população do próprio município e turistas tenham a oportunidade de conhecê-lo.
20
Gabriela Camboim Rockett et al. (2018)
4. CONCLUSÕESOs problemas urbano-ambientais em Torres tiveram origem na expansão desordenada e rápida da cidade, a partir da década de 70. Desde então, com o aumento do turismo de lazer e sua sazonalidade, a economia local é instável e a excessiva demanda por serviços urbanos durante a época de verão (abastecimento de água, coleta de lixo, esgoto) não consegue ser suprida pelo governo, ocasionando um desequilíbrio nesta época do ano. Além dos problemas causados pelo turismo de lazer, que é a base econômica da cidade, os problemas ambientais causados pela falta de infraestruturas urbanas também são observados, especialmente nos bairros periféricos que circundam a área de proteção ambiental onde hoje é o PEVA.A análise dos impactos presentes na região do PEVA e da percepção dos moradores do entorno quanto à sua posição, neste caso de estudo, indica que os seus valores, percepções e atitudes são distintas. Os moradores locais nem sempre apresentam o mesmo ponto de vista sobre a conservação deste ecossistema e sobrepõem suas necessidades diárias de infraestrutura à existência desta área de preservação. Em muitos casos, estas atitudes decorrem de sua conjuntura social, baixa escolaridade e renda. A busca por melhores condições de vida e por trabalho levam a que a população fixe residência em locais irregulares, num contexto de elevada especulação imobiliária na Zona Costeira.As incertezas da população que possui residências dentro do limite do parque quanto à realocação podem estar contribuindo para os impactos observados. A falta de sentido de pertença (associação com o entorno) contribui para a falta de cuidado generalizada.Parte das observações de falta de infraestruturas por parte dos moradores também é reflexo do não reconhecimento desta área como ocupação regular, impossibilitando desta forma a realização de obras municipais ou estaduais. Neste sentido, para a conservação dos ambientes protegidos pela UC PEVA, é necessária a integração dos níveis estadual e municipal nas ações de gestão. É preciso ponderar que, independentemente dos níveis administrativos que regem os espaços, para a conservação de um bem maior para a humanidade (como os ambientes naturais), a gestão integrada é essencial. Desta forma, o engajamento político e a integração das Secretarias diretamente relacionadas com a questão ambiental no município (Meio Ambiente e Urbanismo, Turismo, Educação e Cultura) são necessários e urgentes, tendo em vista a vocação turística da cidade, o que é um ponto motivador por si só. Propostas isoladas não são eficazes para o objetivo principal da UC: conservar o ambiente. No entanto, colaboram com pequenos avanços, como a
inibição de novas ocupações irregulares no entorno do Parque.Uma das principais ações necessárias é o diálogo do nível estadual com as secretarias municipais, no intuito de juntos planejarem o papel de cada uma neste processo, integrando a população local como agentes do espaço, essenciais para se atingir o objetivo final. As ações dos diferentes níveis decisores devem ter sempre como objetivo o sentimento de pertencimento da população local em relação ao lugar onde habitam. Claro que para isso, as infraestruturas necessárias devem também promover o desenvolvimento das demais ações. A relação dos moradores com o ambiente em que habitam, se for positiva, contribuirá para a diminuição dos impactos ambientais e o aumento da conservação e preservação das áreas naturais e protegidas do seu entorno.A significativa conservação de paisagens deve ser estimulada, tanto para a população local quanto para os turistas, a fim de conciliar a qualidade ambiental destes espaços com a utilização sustentável dos mesmos. A falta de planejamento e ações de gestão costeira a nível municipal prejudica, além do ambiente costeiro em si, o desenvolvimento de uma consciência ambiental, que deveria ser a base para o turismo do município. Ações de gestão que visem a qualidade ambiental do município, com a implementação de infraestruturas adequadas (esgotamento sanitário, placas educativas, locais para disposição de resíduos) nos bairros adjacentes ao limite norte do PEVA (o qual gera impacto ambiental nos ecossistemas protegidos adjacentes) e a educação ambiental baseada no ambiente local em escolas do município e com a população local (como o Projeto “Torres - minha história, nosso mundo”), são os primeiros passos para a melhoria da qualidade de vida da população e da qualidade ambiental da região. Através da democratização da informação sobre o PEVA e a sua importância ecológica, a população que convive diretamente com o ambiente protegido pela UC poderá, dentro deste processo, atuar ativamente na sua conservação. Um exemplo é a formação de guias locais, que possam guiar turistas pelos Parques e praias do município, assim como atuarem em ações junto às escolas municipais, estaduais e particulares, gerando rendas e estimulando a conservação da natureza. O Projeto de Educação ambiental que já foi desenvolvido pelo PEVA na escola do limite norte em anos anteriores deve ser retomado, e a visita ao PEVA poderia ser feita pela sua parte norte, para evidenciar os impactos ambientais, além dos ecossistemas e a necessidade da sua conservação. Ao ser criada uma trilha ao norte do PEVA, o acesso seria facilitado, tornando o transporte automotor desnecessário, e os objetivos de
21
Gestão Integrada de Unidade de Conservação Costeira - Parque Estadual de Itapeva, Torres-RS, Brasil
conscientização e vivência das crianças com o ambiente degradado seria evidenciado. Com ações integradas das Secretarias de Obras, de Meio Ambiente e Urbanismo, de Turismo, de Cultura e de Educação, um planejamento turístico focado no Turismo Ecológico pode ser traçado, em conjunto com a gestão do PEVA e do Parque da Guarita, dando a Torres uma nova visibilidade, ecológica e cultural, com a valorização dos seus ambientes naturais aliada à conscientização ambiental – que deve ser o foco das visitas turísticas.
AGRADECIMENTOSOs autores agradecem a todos os que contribuíram para este estudo, com fornecimento de dados, disponibilidade para responder às entrevistas, fornecimento de informações e discussões acerca do ambiente, das ações existentes e atual situação do Parque e do Município, no âmbito da gestão costeira. Especialmente ao Gestor do PEVA, Paulo Grubler e ao Biólogo Rivaldo da SEMURB/Torres-RS. Agradecemos também ao biólogo Jonas Brocca e ao historiador Leonardo Gedeon, cidadãos atuantes na luta por melhorias na cidade, pelas discussões e ideias trocadas. Por fim, aos colaboradores dos trabalhos de campo, Aline Kunst e Marina Refatti Fagundes, essenciais para a coleta e organização dos dados. Ao Programa de Pós-Graduação em Geociências/PPGGEO-UFRGS e ao CNPq, pela bolsa de Doutorado.
REFERÊNCIASA FOLHA. (2014) - Praia da Itapeva: acesso proibido ou regrado?
Publicado em 29 dez. 2014. Disponível em: http://www.afolhatorres.com.br/index.php?option=com_content&view=article&id=6017:praia-da-itapeva-acesso-proibido-ou-regrado&catid=31:catmeioamb&Itemid=31
Almudi, T.; Kalikoski, D.C. (2010) - Traditional fisherfolk and no-take protected areas: The Peixe Lagoon National Park dilemma. Ocean & Coastal Management, 53:225-233. DOI: 10.1016/j.ocecoaman.2010.04.005
Anders, F.J.; Leatherman, S.P. (1987) - Disturbance of beach sediment by off-road vehicles. Environmental Geology, 9(3):183-189. DOI: 10.1007/BF02449950
Arteaga Melgoza, M.H. (2001) - Reflexos do impacto turístico no processo de urbanização: o estudo de caso de Torres, RS.222 p., Dissertação de Mestrado, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brasil.
Brocca, J.; Gedeon, L. (2016) - Torres: minha história, nosso mundo. 27p., Prefeitura Municipal, Torres, Rio Grande do Sul, Brasil.
Chaves, T.S. (2014) – Regularização Fundiária em Unidades de Conservação no Rio Grande do Sul. 30p. Monografia de Graduação em Ciências Biológicas, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brasil.
CONAMA - Conselho Nacional de Meio Ambiente. (1986) - Resolução CONAMA nº 1, de 23 de janeiro de 1986. Publicada no DOU, de 17 de fevereiro de 1986, Seção 1, páginas 2548-2549. Dispõe sobre critérios básicos e diretrizes gerais para a avaliação de impacto ambiental.
Costa, P.C. (2002) - Unidades de Conservação: Matéria-prima do Ecoturismo. 163p., Aleph, São Paulo, Brasil. ISBN: 8585887699.
Cristiano, S.C; Rockett, G.C.; Portz, L.C.; Anfso, G.; Gruber, N.L; Williams, A.T. (2016) - Evaluation of Coastal Scenery in Urban Beaches: Torres, Rio Grande do Sul, Brasil. Journal of Integrated Coastal Zone Management, 16(1):71-78. DOI: 10.5894/rgci661
Falcão, M. (2000) - A dinâmica espacial da cidade de Torres/RS, entre 1970 e 1998. Boletim Gaúcho de Geografia, 26:158-172. Disponível em: http://seer.ufrgs.br/bgg/article/view/39643/26528
Ferreira, L.C. (2004) - Dimensões Humanas da Biodiversidade: mudanças sociais e conflitos em torno de áreas protegidas no Vale do Ribeira, SP, Brasil. Ambiente & Sociedade , 7(1):47-66. DOI: 10.1590/S1414-753X2004000100004
Gama, S.V.G.; Dutra, F.F; Xavier, T.F. (2005) - Os vetores de pressão em unidade de conservação urbana: a problemática ambiental da APA e do Parque do Mendanha – zona oeste do Rio de Janeiro (RMRJ). 10p.,X Encontro de Geógrafos da América Latina, Anais... Universidade de São Paulo/USP. Disponível em: http://observatoriogeograficoamericalatina.org.mx/egal10/Procesosambientales/Impactoambiental/07.pdf
Governo do Estado do Rio Grande do Sul. (2002) - Decreto Estadual nº 42.009, de 12 de dezembro de 2002. Cria o Parque Estadual de Itapeva e dá outras providências.
Graciano, C.T. (2004) - A Torres de concreto: da expansão turístico-urbana dos anos 70 à crise dos anos 90, um estudo sobre o processo de urbanização em Torres/RS. 216p., Dissertação de Mestrado, Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brasil.
Heidrich, A.L. et al. (2005) - Diagnóstico sócio-econômico e ambiental da unidade de conservação do parque estadual de Itapeva [recurso eletrônico]. Porto Alegre: UFRGS, Instituto de Geociências/Departamento de Geografia. Relatório Técnico. 1 CD-ROM.
Hesp, P.A. (2000) - Coastal Dunes: form and function. Massey University, CDNV Technical Bulletin, n.4. 28p. Nova Zelândia.
IBGE – Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (1991) - Censo Demográfico 1991. Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística, Rio de Janeiro, RJ, Brasil. Disponível em: http://www.ibge.gov.br/home/estatistica/populacao/censodem/default_censo1991.shtm
IBGE – Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (2005) - Áreas Urbanizadas do Brasil - 2005. Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística, Rio de Janeiro, RJ, Brasil.Disponível em: http://www.ibge.gov.br/home/geociencias/geografia/geografia_urbana/areas_urbanizadas/default.shtm
IBGE – Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (2010) - Censo Demográfico 2010. Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística, Rio de Janeiro, RJ, Brasil.Disponível em: http://censo2010.ibge.gov.br/
IBGE – Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (2011) - Atlas Geográfico das Zonas Costeiras e Oceânicas do Brasil.176p., Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística, Diretoria de Geociências, Rio de Janeiro, Brasil. ISBN: 9788524042195.
IBGE – Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (2015) - Downloads: Geociências: Organização do Território: Malhas municipais. Arquivos georreferenciados online. Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística, Rio de Janeiro, RJ, Brasil. Disponível em: http://downloads.ibge.gov.br/downloads_geociencias.htm
22
Gabriela Camboim Rockett et al. (2018)
Kury, K.A. (2009) - Regularização Fundiária em Unidades de Conservação: o caso do Parque Estadual do Desengano/RJ. 203p. Dissertação de Mestrado, Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Fluminense, Campos dos Goytacazes, RJ, Brasil.
MMA – Ministério do Meio Ambiente. (2015) - Dados Georreferenciados (online). Ministério do Meio Ambiente, Áreas Protegidas, Cadastro Nacional de Unidades de Conservação, Brasília, DF, Brasil. Acesso em: jul. 2015. Disponível em: http://www.mma.gov.br/areas-protegidas/cadastro-nacional-de-ucs/dados-georreferenciados
Município de Torres-RS. (1995) - Lei nº 2.902, de 12 de Julho de 1995. Sanciona e promulga o projeto de lei nº 2949/95 de 26/06/95 que dispõe sobre o Plano Diretor de Torres e dá outras providências.
Município de Torres-RS.(1997) - Lei nº 3.135, de 16 de outubro de 1997.Sanciona e promulga o projeto de lei nº 3183/97, de 23/09/97, oriundo do poder legislativo que altera a lei nº 2902/95 de 12/07/95 que dispõe sobre o Plano Diretor de Torres e dá outras providências.
Município de Torres-RS. (2014) - Decreto nº 166, de 12 de maio de 2014. Declara as áreas de lazer, recreação, pesca, surf e banho, das praias do município de Torres, em atenção a lei estadual nº 14.285, de 2013, que determina a obrigatoriedade de demarcação da orla marítima nos municípios.
Município de Torres-RS. (2002) - Projeto Orla: Plano de intervenção na orla de Torres-RS. 89p. Torres, RS, Brasil.
Município de Torres-RS& NEMA-Núcleo de Educação e Monitoramento Ambiental (2006) - Plano de Manejo das Dunas Costeiras do Município de Torres - RS. 33p. Torres, RS, Brasil. Não publicado.
Município de Torres-RS. (2015) - Relatório do Plano de Manejo e Conservação de Dunas de Torres – PMCDT. Relatório interno. Julho de 2015.22p. Não publicado.
Oliveira, M.R.L.; Nicolodi, J.L. (2012) - A Gestão Costeira no Brasil e os dez anos do Projeto Orla: Uma análise sob a ótica do poder público. Revista da Gestão Costeira Integrada (ISSN 1646-8872), 12(1):89-98.
Palmer, J.F.; Leatherman, S.P. (1979) - Off-road vehicle usage on federally managed coastal parklands. University of Massachusetts/UM, National Park Service Cooperative Research Unit/NPSCRU, Report n.46,59p.,Amherst, MA, Estados Unidos.
Pereira, R.C. (2004) - Áreas de proteção ambiental no litoral norte do Rio Grande do Sul: um estudo de caso sobre o bairro Riacho Doce e o Parque Estadual de Itapeva, Torres – RS. 129p., Dissertação de Mestrado, Universidade do Extremo Sul Catarinense, Criciúma, SC, Brasil.
Portz, L.C.; Manzolli, R.P.; Gruber, N.L.S.; Correa, I.C.S. (2010) - Turismo e degradação na orla do Rio Grande do Sul: conflitos e gerenciamento. Desenvolvimento e Meio Ambiente (ISSN: 1518-952X), 22:153-166, Curitiba, Brasil. Disponível em: revistas.ufpr.br/made/article/download/20351/13512
Portz, L.; Manzolli, R.P.; Corrêa, I.C.S. (2011a) - Tools for Environmental Management Applied to the Coastal Zone of Rio Grande do Sul, Brazil. Journal of Integrated Coastal Zone Management, 11(4):459-470.
Portz, L.C.; Manzolli, R.P.; Ivar do Sul, J.A. (2011b) - Marine Debris on Rio Grande do Sul North Coast, Brazil: Spatial and
Temporal Patterns. Revista da Gestão Costeira Integrada (ISSN 1646-8872), 11(1):41-48, Lisboa, Portugal. Disponível em: http://www.aprh.pt/rgci/pdf/rgci-187_Portz.pdf
Portz, L.C.; Gruber, N.L.S.; Strohaecker, T.; Manzolli, R.P. (2014) - Iniciativas de manejo de dunas frontais como medida de controle de erosão no estado do Rio Grande do Sul. In: César Goso. (Org.). Nuevas miradas a la problemática de los Ambientes Costeiros. Sur de Brasil, Uruguay y Argentina. 1 ed. Montevideo, p. 9-26.
Psuty, N.P. (1988) - Sediment budget and dune/beach interaction.Journal of Coastal Research(ISSN: 0749-0208), SI 3:1-4, Coconut Creek, EstadosUnidos.
República Federativa do Brasil. (1988) - Lei nº 7.661, de 16 de maio de 1988. Institui o Plano Nacional de Gerenciamento Costeiro e dá outras providências. Disponível em: http://www.planalto.gov.br/ccivil_03/leis/L7661.htm
República Federativa do Brasil. (2000) - Lei nº 9.985, de 18 de julho de 2000.Regulamenta o art. 225, § 1o, incisos I, II, III e VII da Constituição Federal, institui o Sistema Nacional de Unidades de Conservação da Natureza e dá outras providências.
Rickard, C.A.; Mclachlan, A.; Kerley, G.I.H. (1994) - The effects of vehicular and pedestrian traffic on dune vegetation in South Africa. Ocean and Coastal Management, 23(3):225-247. DOI: 10.1016/0964-5691(94)90021-3
SEMA – Secretaria Estadual do Meio Ambiente do Rio Grande do Sul. (2006) - Plano de Manejo do Parque Estadual de Itapeva. 274p. Secretaria Estadual do Meio Ambiente do Rio Grande do Sul, Departamento de Florestas e Áreas Protegidas-DEFAP, Fundação Zoobotânica-FZB, Porto Alegre, Brasil.
SEMA – Secretaria Estadual do Meio Ambiente do Rio Grande do Sul. (2014) - Parque de Itapeva avança no processo de regularização fundiária de sua área conservada. Publicado em 09/12/2014. Disponível em: http://www.sema.rs.gov.br/conteudo.asp?cod_menu=4&cod_conteudo=8996
SEMA/PEVA – Secretaria Estadual do Meio Ambiente do Rio Grande do Sul/Parque Estadual de Itapeva. (2015a) - Plano estratégico de regularização fundiária: Parque Estadual de Itapeva. Parque Estadual de Itapeva, 16p. Torres, RS, Brasil. Documento interno. Não publicado.
SEMA/PEVA – Secretaria Estadual do Meio Ambiente do Rio Grande do Sul/Parque Estadual de Itapeva. (2015b)- Projeto Verão PEVA - Sensibilização e Educação Ambiental: temporada de veraneio 2015/2016. Parque Estadual de Itapeva, 5p. Torres, RS, Brasil. Documento interno. Não publicado.
Scherer, M. (2013) - Gestão de praias no Brasil: subsídios para uma reflexão. Revista de Gestão Costeira Integrada (ISSN 1646-8872), 13(1):3-13.
Sherman, D.J.; Bauer, B.O. (1993) - Dynamics of beach-dune interactions. Progress in Physical Geography (ISSN: 0309-1333), 17(4): 413-447. DOI: 10.1177/030913339301700402
Spence, H. (2014) - Technical Article No. 10.2: Effects of vehicles on sand dunes. In: Restoration of Coastal Sand Dunes Using Native Plants, a Technical Handbook. Coastline Consultants Ltd. 12p,Dune Restoration Trust of New Zealand, Nova Zelândia. ISSN: 2230-6919.Disponível on-line em: http://www.dunestrust.org.nz/resources/publications
Stephenson, G. (1999) - Vehicle impacts on the biota of sandy beaches and coastal dunes: a review from a New Zealand perspective.
23
Gestão Integrada de Unidade de Conservação Costeira - Parque Estadual de Itapeva, Torres-RS, Brasil
Science for Conservation (ISSN: 1173-2946), 121:48p.,New Zealand Department of Conservation, Wellington, Nova Zelândia. Disponível em: http://www.doc.govt.nz/Documents/science-and-technical/sfc121.pdf
Strohaecker, T.M. (2007) - A Urbanização no litoral norte do estado do Rio Grande do Sul: contribuição para a gestão urbana ambiental do município de Capão da Canoa. 399p., Tese de Doutorado, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brasil.
Tomazelli, L.J. (2001)- Sistematização dos conhecimentos existentes sobre as dunas móveis do Litoral Norte do Rio Grande do Sul: relatório final. Fundação Estadual de Proteção Ambiental-RS/FEPAM, Relatório final, 25p. Porto Alegre, RS, Brasil. Disponível em: http://www.fepam.rs.gov.br/programas/gerco_norte.asp.
Tomazelli, L.J.; Dillenburg, S.R.; Barboza, E.G. & Rosa, M.L.C.C. (2008) - Geomorfologia e Potencial de Preservação dos Campos de Dunas Transgressivos de Cidreira e Itapeva, Litoral Norte
do Rio Grande do Sul. Pesquisas em Geociências (ISSN: 1518-2398), 35(2), p. 47-55.
Vallés, M.S. (2009). Entrevistas Cualitativas. Madrid: Centro de Investigaciones Sociológicas. 195p.
Vieira, H.; Calliari, L.J.; Oliveira, G.P. (2004) - O Estudo do Impacto da Circulação de Veículos em Praias Arenosas Através de Parâmetros Físicos: Um Estudo de Caso. ENGEVISTA (ISSN: 2317-6717),6(3):54-63, Niterói, RJ, Brasil. Disponível em: http://www.uff.br/engevista/3_6Engevista4.pdf
Wright, L.D.; Short, A.D. (1984) - Morphodinamics variability of surf zones in Australia. In: Komar(ed.).,CRC Handbook of coastal processes and erosion,pp.35-64, CRC Press, Boca Raton, FL, Estados Unidos. ISBN: 9780849302084.
Wright, L.D.; Thom, B.G. (1977) - Coastal depositional landforms: a morphodynamic approach. Progress in Physical Geography (ISSN: 0309-1333), 1(3): 412-459. DOI: 10.1177/030913337700100302
24
Journal of Integrated Coastal Zone Management / Revista da Gestão Costeira Integrada 18(1):25-39 (2018) http://www.aprh.pt/rgci/pdf/rgci-n106_Lipp-Nissinen.pdf | DOI:10.5894/rgci-n106
25
Temporal dynamics of land use and cover in Paurá Lagoon region, Middle Coast of Rio Grande do Sul (RS), Brazil
Dinâmica temporal de uso e cobertura do solo na região da Lagoa do Paurá, Litoral Médio do Rio Grande do Sul (RS), Brasil
Katia Helena Lipp-Nissinen1, @, Bruna de Sá Piñeiro2, Letícia Sebastião Miranda2, Alexandre de Paula Alves3
@ Corresponding author: [email protected] Departamento de Pesquisa e Análises Laboratoriais, Fundação Estadual de Proteção Ambiental Henrique Luiz Roessler – FEPAM, Av.
Borges de Medeiros, 261, Porto Alegre, RS, CEP 90.020-021, Brazil2 Departamento de Pesquisa e Análises Laboratoriais, Programa Institucional de Iniciação Científica - PIBIC/CNPq, Fundação Estadual de
Proteção Ambiental Henrique Luiz Roessler – FEPAM3 Divisão de Planejamento, Qualidade Ambiental e Geoprocessamento - DPQG/DQPI, Fundação Estadual de Proteção Ambiental Henrique
Luiz Roessler – FEPAM
ABSTRACT: Land use and land cover studies can help in the monitoring and management of important landscapes and priority areas for conservation, especially those threatened by anthropogenic processes. The Middle Coastal region of Rio Grande do Sul (RS) – the southernmost State of Brazil, comprises a variety of ecosystems recognized as highly important for conservation. Threats to their integrity include Pinus sp forestry and its rapid invasiveness over natural areas, like the surroundings of Paurá Lagoon (-31°34’, -51°17’ and -31°35’, -51º18’). Through remote sensing and field observations, the present study sought to identify, quantify and map the main thematic classes of land use and coverage in the vicinities of the Paurá Lagoon. Changes and influencing factors over 26 years were studied using four Landsat TM 5 satellite images, dated from 06/02/1985, 30/07/1996, 23/05/2006 and 28/10/2011. Besides lagoon water, eight other thematic classes were identified and quantified: Dune, Vegetated Dune, Restinga Forest, Wet Grassland/Marsh, Sandy Field/Exposed Soil, Pasture Field, Forestry and Forested Dune. Various relevant changes in the landscape were observed, measured and compared over time, including the occupation of the legally-bound permanent preservation areas (PPA) by Pinus sp and its subsequent partial
* Submission: 21 MAR 2017; Peer review: 4 AGO 2017; Revised: 29 ABR 2018; Accepted: 1 MAY 2018; Available on-line: 2 JUL 2018
Katia Helena Lipp-Nissinen et al.
26
Katia Helena Lipp-Nissinen et al. (2018)
disposal in compliance with environmental licensing. Creation of a local conservation unit is recommended. Measures are suggested for an integrated management of this coastal environment, enabling preservation of the landscape and its mosaic of ecosystems in conjunction with sustainable land use. Information raised in this paper may assist planning and decision-making for licensing, management and monitoring of the Paurá Lagoon region and other similar important coastal regions.
Keywords: coastal ecosystems, invasive and exotic trees, Pinus, priority areas for conservation, remote sensing.
RESUMO: Estudos sobre o uso e a cobertura do solo podem auxiliar o monitoramento e a gestão de paisagens e áreas prioritárias para conservação, especialmente aquelas ameaçadas por processos antropogênicos. A região do Litoral Médio do Rio Grande do Sul (RS) - o Estado mais meridional do Brasil, dispõe de uma variedade de ecossistemas reconhecidos como de alta importância para a conservação. Ameaças à sua integridade incluem a silvicultura de Pinus sp e a sua rápida capacidade de invasão de áreas naturais, como ocorre próximo à Lagoa do Paurá (-31° 34’, -51° 17’ e -31° 35’, -51º18’). Através de sensoriamento remoto e observações em campo, o presente estudo procurou identificar, quantificar e mapear as principais classes temáticas de uso e cobertura do solo nas imediações da Lagoa do Paurá. Alterações e seus fatores influenciadores foram estudados em um período de mais de 26 anos, por meio de quatro imagens do satélite Landsat TM 5, datadas de 06/02/1985, 30/07/1996, 23/05/2006 e 28/10/2011. Além da água da lagoa, outras oito classes temáticas foram identificadas e quantificadas: Duna, Duna Vegetada, Mata de Restinga, Campo Úmido/Banhado, Campo/Solo Exposto, Campo de Pastagem, Silvicultura e Duna Reflorestada. Várias mudanças relevantes na paisagem foram observadas, medidas e comparadas ao longo do tempo, incluindo a ocupação das áreas de preservação permanente (APP) por Pinus sp e seu posterior corte parcial, em conformidade com o licenciamento ambiental. A criação de uma unidade de conservação local é recomendada. São sugeridas medidas para a gestão integrada deste ambiente costeiro, que permitam a preservação da paisagem e do mosaico de ecossistemas, conjuntamente com o uso sustentável do solo. A informação levantada neste trabalho pode assistir o planejamento e a tomada de decisões para licenciamento, gestão e monitoramento da região da Lagoa do Paurá e de outras regiões costeiras semelhantes.
Palavras-chave: ecossistemas costeiros, árvores exóticas e invasoras, Pinus, áreas prioritárias para conservação, sensoriamento remoto.
1. INTRODUCTIONThe accelerated rate of natural landscape and environment change is largely due to anthropogenic processes, such as agriculture, forestry and urbanization. According to Chapin et al. (2000), land cover change is likely to be the most significant variable impacting on biodiversity for at least the next 100 years. This is an issue of great concern, especially for priority and environmentally fragile areas that should be protected. As reviewed by Zhou et al. (2011), several researchers have addressed this issue by studying land cover and land use. Geoprocessing tools are useful to diagnose, quantify and spatially represent changes in landscapes and conflicts of land use and occupation. These tools provide powerful support to coastal environmental planning and management. Moreover, as emphasized and reviewed by Mayer and Lopez (2011), the analysis of changes in land cover and land use using remote sensing can be an important tool to implement, control, monitor and evaluate actions and policies by environmental agencies. Information derived should be especially useful to coastal priority areas for conservation. The Eastern Middle Coast of Rio Grande do Sul State is one of the regions listed among the priority areas for
conservation in Brazil (Ministério do Meio Ambiente, 2007). This geographical area is 270 km long and corresponds to approximately 45% of the Coastal Plain of Rio Grande do Sul (CPRS) total coastal length (FEPAM, 2015; Mäder et al., 2011). According to Schäfer et al. (2009a), the CPRS presents a set of unique, highly complex, aquatic and terrestrial ecosystems. It was originated from the accumulation of juxtaposed sedimentary deposits in four parallel ‘barrier-lagoon’ systems formed during the Quaternary period. From these deposits and in parallel to the seashore, a line of freshwater lakes, lagoons, wetlands surrounded by wet and dry Pampean fields, fields of dunes and restinga-type forested dunes has developed with a rich biodiversity. For instance, the diversity of intercontinental migratory bird species is notable, and the Lagoa do Peixe National Park (PNLP) was created for their conservation in 1986 (Presidência da República do Brasil, 1986). The PNLP integrates the International Network of Hemispheric Reserves for Wetlands Birds Conservation and, since 1993, it is one of the 13 Brazilian sites currently designated for preservation by the Ramsar International Convention (Ministério do Meio Ambiente, w/d; Ramsar, w/d).
27
Temporal dynamics of land use and cover in Paurá Lagoon region, Middle Coast of Rio Grande do Sul (RS), Brazil
Nevertheless, this ecologically important region faces anthropogenic impacts, such as exotic tree forestation, agriculture and husbandry, and still lacks the envisaged environmental zoning management tool for proper territorial planning and protection. Forestation with Pinus sp, focused on the furniture and resin industries, is one of the most impactful factors threatening the Eastern Middle Coast ecosystems. According to Gianuca and Tagliani (2012), this activity began in the region’s municipality of São José do Norte in the 1970s, with federal incentives from the former Brazilian Institute of Forestry Development – IBDF. With the advent of the medium density fiberboard (MDF) and Medium Density Particleboard (MDP) wood industry and its multiple furnishing and marine applications, the regional pine forestry has increased to become a major source of local income. Pinus sp plantations occupy an area of approximately 13,000 hectares, contributing with 73% of the GDP and employing more than half of the municipality’s labor.However, Pinus trees have a great invasive potential (Richardson and Rejmánek, 2004). Once introduced and adapted to the environment, they rapidly reproduce to occupy the space of other species, producing significant changes in the natural ecological processes. Pinus can become dominant; alter the landscape and, especially, the habitat of native fauna and flora species (Ziller and Galvão, 2002). These negative effects of Pinus plantations in both natural and semi-natural ecosystems have been intensively studied in the Southern hemisphere, where the planted species are non-native (Lavi et al., 2005).Investigations on Pinus spread in the presently studied coastal region were conducted previously by others using remote sensing and geoprocessing techniques. Portz et al. (2011) identified the spatial distribution of pine plantation inside and in the surroundings of the PNLP for more than two decades (1986-2009). Burgueño et al. (2013), working in the vicinities of the PNLP, assessed the interrelationship of cords of transgressive dunes with Pinus plantations. Comparing images of 1964 and 2007, Gianuca and Tagliani (2012) analysed landscape changes around Pinus plantations in the region of Barra do Estreito (São José do Norte). Focusing on these and other potential impact factors, further investigations are still needed on the components of land cover and land use, and on the historical dynamics of landscapes in conservation priority areas of the Eastern Middle Coast.In this context, the objectives of this study were to identify, quantify and map the main thematic classes of land cover and land use in the surroundings of Paurá Lagoon (São José do Norte). To that end, comparative temporal analyses of Landsat TM 5 satellite images were
sought to check variations in area and distribution over a period of time, and to point out the possible contributing factors of landscape changes.
2. MATERIAL AND METHODS
2.1. Study AreaThe Paurá Lagoon is located south of PNLP, in the rural area of the municipality of São José do Norte, Eastern Middle Coast of Rio Grande do Sul, between the coordinates -31°34’, -51°17’ and -31°35’, -51º18’ (Figure 1). The municipality is part of the stretch comprised of a large sandbank (restinga) which separates the Patos Lagoon and the Atlantic Ocean, where there is predominance of dune fields, marine and lagoon plains (Viero and Silva, 2010). The oblong shaped Paurá Lagoon is positioned in the southwest-northeast direction, in parallel and distant ca. 1.8 km to the marine coastline. It is one of the shallowest freshwater lagoons of the coastal plain, with an average depth of 0.77 m, 1.81 km of length and 0.7 km² of area, according to measurements of Schäfer et al. (2009b) in the summer of 2008. Seasonal differences regarding Paurá lagoon surface area and its surrounding permanent preservation area were previously presented by Miranda and Lipp-Nissinen (2017).The fauna is rich in invertebrates, vertebrates of open land areas, bird life and aquatic species (Cordeiro and Hasenack, 2012; Scherer, 2009; Schäfer et al., 2009a). There are livestock in the fields and pine forestry activities in commercial orchards. Next to the Paurá Lagoon, Pinus forestry has been developed continuously as a commercial activity since 1976. The enterprise was regulated by the State Environmental Agency for the first time in 2010, through the Operating License No. 06793/2010 (FEPAM, 2010).Previous surveys (Paranapanema, 1999; Schäfer et al., 2009a and 2009b) indicated that the soils are predominantly planosols, secondarily associated with quartz sands and humic gleysols in portions more poorly drained. Those studies also described the regional climate as subtropical, Cfa type according to the Köppen system, moderate temperate, rainy, mostly with northeast winds and with an average annual temperature above 18°C.The Paurá Lagoon region and the whole Middle Coast were included in the “RS Biodiversity Project - Biodiversity as a Contributing Factor to the Development of Rio Grande do Sul” a public priority policy for nature conservation through sustainable and traditional land uses (Rio Grande do Sul, 2008).
28
Katia Helena Lipp-Nissinen et al. (2018)
Figure 1 - Location of the study area in the municipality of São José do Norte, Eastern Middle Coast of RS State. In detail, polygon of the study area surrounding the Paurá Lagoon, Landsat TM 5 (1985) image, RGB321
band composition, scale 1: 40,000.
Figura 1 - Mapa do município de São José do Norte, Litoral Médio Leste do estado do RS. Em detalhe, polígo-no da área de estudo no entorno da Lagoa do Paurá, imagem Landsat TM 5 (1985), composição de bandas
RGB321, escala 1:40.000.
29
Temporal dynamics of land use and cover in Paurá Lagoon region, Middle Coast of Rio Grande do Sul (RS), Brazil
2.2. Selection of Satellite ImagesLandsat TM 5 satellite images have been downloaded from the Brazilian National Institute for Space Research (INPE) database (http://www.dgi.inpe.br/CDSR/). The Landsat 5 sensor TM (Thematic Maper) provides images from 1984 to 2013, which were captured through its seven bands in the electromagnetic spectrum, in the 0.45 to 2.35 μm interval (INPE, 2014). The geometrical resolution of the images in bands 1, 2, 3, 4, 5 and 7 is 30 m, meaning that each image pixel represents a ground area of 0.9 ha. For band 6, the thermal band, geometric resolution is 120m, that is, each pixel is 1.4 ha (INPE, 2014). The images captured by Landsat TM 5 cover a ground area of 185 km x 185 km, with a temporal resolution of 16 days, that is, the same area is revisited by the satellite over the period of 16 days (INPE, 2014).Four satellite scenes were chosen for the study, dated 02/06/1985, 30/07/1996, 23/05/2006 and 28/10/2011. These were selected among the best accessible images at orbit 221 and point 082 having the lowest cloud cover possible (maximum 50% coverage) and time intervals sufficient to depict changes in land cover during the 1985-2011 period.The Landsat TM 5 images were registered using the free software SPRING 4.3.3, considering a mean square error of less than one pixel. Image georeferencing was performed using 25 ground control points from a GeoCover image obtained from the Global Land Cover Facility, University of Maryland, USA (2014). The following parameters were used: TM sensor, orbit 221, point 082, WRS - 2, GeoCover, and image dated November 12, 2002.The images georeferenced in the UTM coordinate system and Datum SAD69 were inserted in a SPRING 4.3.3 database. The combination of spectral bands RGB543 was chosen as the best setting for the identification of thematic classes of land use and coverage.
2.3. Classification and mapping of land use and coverage The four georeferenced images, composed in RGB543 bands, were inserted into the ArcGIS® Desktop 10.0 application for identification procedures, interpretation, mapping and measurement of classes. Contrast and lighting were adjusted to enhance the visualization of the components of each image.Placing the Paurá Lagoon in the center, a rectangle of 1,894 ha was defined as the study area of influence (Figure 1). Manual identification of thematic classes in each image was done by comparing textural, spatial, spectral, and contextual features of the targets, through
visual interpretation on the scale of 1:40,000. These data were analysed together with observations made during field visits. In situ identification and localization of different types of land coverage were conducted: sand dunes, vegetated dunes, pastures, pine forestry, native forests, wet fields, water bodies and exposed soil. In addition, historical aerial photographs, literature descriptions, and cartographic documents were assessed to provide additional information on the study area. These analyses were useful to clarify dubious points in transitional areas between classes, for example: between scarcely vegetated dunes and plain sand dunes, and between pastures and wet fields. Interactive vectorization was performed to more accurately delimitate the small portions of the thematic polygons using a 1:6,000 scale.Field visits to the study area were conducted on 19 July 2013 (winter) and 28 January 2014 (summer) for site recognition and visual confirmation of findings from satellite image analyses.
3. RESULTS AND DISCUSSIONThe following eight classes of land use and land cover were defined and identified from the four images and field observations, resulting in four temporal thematic maps (Figure 2): Dune, Vegetated Dune, Restinga Forest, Wet Field/Marshland, Sandy Field/Exposed Soil, Pasture Field, Forestry and Forestry on Dune. Additionally, lagoon’s water area was also estimated in each image. As from the 1996 image, the Forestry on Dune class appears over a portion of Vegetated Dune located to the northeast and perpendicularly of the lagoon (Figure 2).Nominated classes are defined below. Some definitions were based on previous descriptions of similar regions within the RS Middle Eastern Coast done by other authors.Dune: Includes sandy fields next to the beach and mobile or sessile dunes of small height, with or without thin and sparse vegetation, which generate high reflection of solar rays from its mineral composition (adapted from Schäfer et al., 2009b).Vegetated Dune: Sand dune area colonized by vegetation with sufficient density to present different radiance value compared to that from the Dune class. It is generally located behind or next to the Dune class (adapted from Schäfer et al., 2009b).Restinga Forest: Area on the elevation of a sandbank (an interior, secondary dune) colonized by relatively midrange and low height native, tree species, with notable abundance of Myrtaceae family members, ex.: Eugenia spp, presence of large figueira trees (Ficus cestrifolia Schott), jerivá palms (Syagrus romanzofiana
30
Katia Helena Lipp-Nissinen et al. (2018)
(Cham.) Glassman), cockspur-coral trees (corticeira or seibo - Erythrina cristagalli L.), several types of lianas and other common components of sandbank woods at this latitude (adapted from Scherer, 2009).Forestry: Commercial Pinus sp planting areas.Pasture Field: Cattle grazing area covered by grass, herbaceous and shrub plants, native or introduced.Forestry in Dune: Short dunes covered with older planting and newer natural dispersion of pine trees.Wet Field/Marshland: Wetlands permanently or seasonally flooded, covered with macrophytes, such as water
hyacinth, lilies and grasses (Schäfer et al., 2009b). These sparse, transition areas are usually bordering the lower north and south shores of the lagoon.Sandy Field/Exposed Soil: Exposed sandy soil areas, in some cases covered with very sparse herbaceous vegetation, resultant from the removal of Pinus trees, inside or around forestry plots (adapted from Schäfer et al., 2009b).After vectorization, the areas occupied by each thematic class were quantified, Table 1. In Figure 3, the percentages of each thematic class, on the total study area and in each of the years studied, are presented.
Figure 2. Maps of land use and coverage in Paurá Lagoon surroundings, in 1985, 1996, 2006 and 2011.
Figura 2. Mapas de uso e cobertura do solo no entorno da Lagoa do Paurá, em 1985, 1996, 2006 e 2011.
31
Temporal dynamics of land use and cover in Paurá Lagoon region, Middle Coast of Rio Grande do Sul (RS), Brazil
Among the changes observed in the period 1985-2011, the increase in area of Vegetated Dune, from 109 ha to 428 ha, was the most remarkable. During the 26 years, that class almost quadrupled in area, from 6% coverage (1985) to 23% (2011) of the total study area. This increase in vegetation over the Dune class took place, largely, with the introduction of favorable conditions to plant colonization.
This was facilitated by Pinus trees planted on the dunes located northeast and perpendicularly to the lagoon. The stands of pines worked as a physical barrier against the strong northeastern winds, a common stress factor in this region. In addition, pine trees, planted and naturally dispersed over dunes, allowed the accumulation of ground moisture, which enabled plant growth and the spread of vegetation on the sand.These conditions also favored colonization of herbaceous and shrub species more adapted to the coastal zone, contributing to the establishment of Vegetated Dunes. This fact is confirmed by Cordazzo et al. (2006) thoroughly studying the plants of southern Brazilian coastal dunes. For these authors, natural plant establishment in this region is dependent on the reduction of stress factors common to the coast, such as wind and salinity, and the increase in soil moisture, similarly to what has probably occurred in the present study area. The adaptability of herbaceous and shrub species to stressors may be decisive for fixing vegetation on dunes and their cover increase, as related by those authors. The decrease of dune area, estimated at 702 ha, 586 ha, 449 ha and 409 ha in 1985, 1996, 2006 and 2011, respectively, is mainly related to the increase of the Vegetated Dune class on the east and northeast lagoon’s shore (Figure 2). The Dune class represented the largest percentage area in 1985: 37% of the total, decreasing to 22% in 2011. In accordance to Souza and Grüber (2005), free dunes are a class in constant movement, with strong dynamics causing permanent changes to the local landscape. In the area of this study, as well as along the RS coast, the northeast wind is generally responsible for the movement of the dune sands, mainly to the southwest. Regarding to this dynamic, Tomazelli (1993 apud Souza and Grüber, 2005) estimated the average annual rate of migration of coastal mobile dunes in RS as 26 m/year. Consequently, sand from dunes tends to enter and deposit itself on the bottom of the water bodies, such as the Paurá Lagoon. In addition, plants occupying the frontal dunes, especially the grass Panicum racemosum and the daisy-of-dunes, Senecio crassifolius, having high plasticity, ability to withstand climate-soil rapid variations and to spread rhizomatous extensions, are able to perform a pioneer role, fixing the dunes. Such pioneer vegetation contributes to the succession of other invasive, more selective plants in secondary dunes. Calliari et al. (2005), studying the variability of dunes along RS coast, concluded that the orientation of the coastline against the prevailing NE wind is the most important factor in determining the height of the frontal dunes and the width of the beach. According to these authors, the Middle Coast layout being, in some sections, obliquely negative in relation to the NE wind determines the formation of quite low dunes (< 0.5 m), as the ones found in this study area. As a result, a sandy plain with deflation basins, low vegetation (20 to 45%) and the incidence of large blowouts are characteristics of those beaches.
Figure 3 – Percentage area occupied by each thematic class in the total area mapped in 1985, 1996, 2006 and 2011.
Figura 3 – Percentagem de área ocupada por cada classe temática no total de área mapeada nos anos de 1985, 1996, 2006 e 2011.
Thematic ClassArea (ha)
1985 1996 2006 2011Sandy Field/Exposed Soil 467 197 226 255
Pasture Field 83 120 115 117
Wet field/Marshland 141 108 90 99
Dune 702 584 447 409
Vegetated Dune 109 215 345 428
Lagoon Water 82 84 71 69
Restinga Forest 77 93 86 61
Forestry in Dunes - 61 66 29
Forestry 230 430 444 423
Total 1891 1891 1891 1891
Table 1 - Area occupied by the thematic classes in the study area around Paurá Lagoon, in 1985, 1996, 2006 and 2011.
Tabela 1 - Área ocupada pelas classes temáticas na área de estudo em redor da Lagoa do Paurá, em 1985, 1996, 2006 e 2011.
32
Katia Helena Lipp-Nissinen et al. (2018)
Towards north and northeast of Paurá Lagoon, there is a narrow spillway draining to the sea. Corroborating other regional studies (Calliari et al., 2005 and Cordazzo et al., 2006), that water course may be responsible for features observed during visits to the study area and on satellite images: diversification, increased plant growth and consequent accumulation of sand and fixing dunes of greater height. The gradual reduction of Wet Field/Marshland areas from 141 ha to 108 ha and then to 90 ha, respectively, in 1985, 1996 and 2006, occurred both at the south end, and in the northern end of the lagoon. The temporal analysis of the images indicates the sands mobilized by the wind as the reduction factors of Wet Field/Marshland and the expansion of Dune class in the southern end of the lagoon. While in its northern part, the planting and dispersal of Pinus, equivalent to the Forestry in Dune class, came to occupy part of the wet grassland on that margin (Figures 2 and 4). The high consumption of water characteristic of the woody, fast-growing pine trees could drain those wet and flooded lowlands.A small and gradual reduction in the lagoon flooded area occurred in the second half of the reporting period: 82 ha in 1985, 84 ha in 1996, 71 ha in 2006, and 69 ha in 2011. Previous results from a 20 years-historical series study evidenced that among the factors which can influence the Paurá lagoon dimensions are rainfall and evapotranspiration (Miranda and Lipp-Nissinen, 2017). According to Schäfer et al. (2009b), the location and shallowness of the Paurá Lagoon contribute to its asymmetry, which favors further conformational changes caused by wind and migratory dunes. As in other similar lakes, these tend to slowly and gradually decrease the body of water by colmatation. In this process, sedimentation by fine sand and coarse uptake of silt occurs inside the small ponds and lagoons, especially those located next to dunes and sandy fields. Concomitantly, the solidification
caused by the presence of the mixture with sea water tends to accelerate the clogging of these water bodies, reducing its depth and current movements (Chomenko and Schäfer, 1984).The Restinga Forest area variation overtime – 77 ha in 1985, 93 ha in 1996, 86 ha in 2006 and 61 ha in 2011 – was possibly due to the negative pressure of human activities, as indicated by field observations. The proximity of pine stands to this important natural component of the regional landscape entails the spontaneous spread of the exotic trees and its establishment at the edges of the forest fragment (Figures SI-I.1 and SI-I.2), facilitating their competition over native plant species. Maintenance of those Pinus stands at the northwest of the lagoon, without a strict control through proper management, will further compromise the vulnerable biodiversity in this forest remnant, altering the local landscape. Burgueño et al. (2013) reported that several studies, conducted in other restinga forest remnants in lacustrine environments nearby Paurá Lagoon, demonstrated the negative effects of Pinus sp invasions. Burgueño et al. (2013) and Foti et al. (2012) have shown that the differences in hydroperiod (i.e., percentage of time that a site is inundated) induce lower abundance of native species in natural wetland environments. According to those authors, hydroperiod influences abiotic and biotic factors affecting native fauna and flora composition, such as dissolved oxygen, pH, nutrients, and primary production, predation and competition. In addition, rapid growth, high competitiveness, compared to grasses and woody shrubs, and the large reservoir of pine seeds in the soil from plantations since the decades of 1970 and 1980, also explain the extent of the Pinus invasion. Further, ecophysiological features of Pinus (Manzanera et al., 2016) provide competence for tree colonization in dry, poor soils and marginal habitats, such as the low interdune areas, the dunes and the edges
Figure 4 – View of Paurá Lagoon’s north bank margin (summer, January 2014). C/B: Wet Field/Swamp; P: Forestry in Dune (old pine plantation); D: natural dispersion of pine; L: Lagoon; MR: Restinga Forest.
Figura 4 – Vista da margem norte da Lagoa do Paurá (Verão, janeiro 2014). C/B: Campo Úmido/Banhado; P: Silvicultura em Duna (antigo talhão plantado); D: dispersão natural de Pinus; L: Lagoa; MR: Mata de Restinga.
33
Temporal dynamics of land use and cover in Paurá Lagoon region, Middle Coast of Rio Grande do Sul (RS), Brazil
of floristic fragments, resulting in its invasive success and the consequential temporal changes in diversity and extension, and the fragmentation of native restinga forest remnants surrounding Paurá Lagoon.Similar results from Anjos and Buffon (2013), while mapping land use and cover in the Tainhas State Park, northern RS, showed an increase of more than 60 times the pine area. That thematic class, defined as ‘Pinus sp. Forestry’ by those authors, was appointed as the main reduction factor of the ‘Natural Forest’ class in Tainhas Park, between 1984 and 2009.Another factor observed in the present study is the presence of cattle, commuting from the adjacent pasture field (SI-I.4) to the restinga forest in search of shelter and food. This way, the animals can degrade, or hinder the development of restinga forest. Although the number of animals currently seen in the field does not characterize the activity as intensive farming, cattle trampling and grazing could still harm herbaceous, shrub and tree components of the restinga fragment. As a result, open spaces and less native plant regeneration and growth would occur, mainly in the fragment borders. Similar situation was found by Scherer (2009) studying other stretches of restinga forest in the Middle Coast, and in other regions of RS Southern Coastal Plain.Over the studied period, the area of Pinus Forestry class changed as follows: 230 ha (12%) in 1985, 430 ha (23%) in 1996, 444 ha (23%) in 2006 and 423 ha (22%) in 2011.In the 1996 image, new pine cropping is seen towards the southwest and northwest directions of the study area, occupying portions of Sandy Field/Exposed Soil (Figure 2). In 2006, there was a slight increase in the Forestry category, while a significant reduction is seen in the 2011 image, resulting from the cutting of a portion of older trees in the northwest of the lagoon (Figure 2).The large amount of pine trees dispersed from the plantations and the speed of its establishment in fragile and important ecosystems in the study area, tend to lead to major changes in the local landscape. Preventive measures are necessary through frequent monitoring and control actions, such as removal of pine tree plots very close to native vegetation, identification and clear cutting of invasive trees, as well as the removal of pine branches and other related waste on the ground.With respect to the northwest portion of the study area, the elimination of pine trees therein is recommended, to increase the distance between the pine plantation and the restinga forest fragment. Control measures such as continuous cutting were also proposed by Portz et al. (2011) in a study that showed expansion of plantations and ca. four times natural dispersion of Pinus between 1986 and 2009 in the surroundings of Peixe and Pai João
lagoons, both located to the north of the present study area.Variations in the quantified dimensions of Sandy Field/Soil Exposed areas are mainly related to alternating pine tree planting with cutting in the areas of forest nursery. The placement of this thematic class was 467 ha (25%) in 1985, 197 ha (10%) in 1996, 226 ha (12%) in 2006 and 255 ha (14%) in 2011.Field observations in January 2014, along with results from geoprocessing and image analysis, indicated that the methodology used was suitable to identify the most notable changes in the area. These procedures enabled understanding of land use and cover dynamics in the period from 1985 to 2011 and 2014.The smallest and more tenuous landscape changes, such as the colonization of a large number of young Pinus saplings over the legally protected lagoon dunes and marginal permanent preservation areas (PPA) (Figure 4 and SI-I.3), however, were not efficiently revealed by the scale and resolution of the Landsat TM 5 images available. During the field visits, many young pine trees were seen naturally setting up as PPA invaders in the same places where older planted trees had already been cut, as demonstrated by the 2011 map (Figure 2). Similarly, naturally dispersed pines were observed in other PPA areas, such as the edges of the Restinga Forest remnant and on dunes to the east and south of the lagoon.The removals of the old planted trees in dunes and marginal PPA occurred, most likely, in compliance to legal conditions after the regularization of the activity through its licensing by the State Environmental Agency (FEPAM, 2010). Hence, remote sensing monitoring of locations that have a continuous presence of invasive plant species should be further supported by field in situ observations. Moreover, a refinement in the methodology, for instance using satellite images from sensors with different radiometric and spatial resolutions, could result in a more accurate classification. Although, it should be considered that the acquisition of satellite images, not freely available as those from the Landsat series, can increase administrative costs. This study had no intention to test or develop an image classification method. The method employed here, of feature extraction through interactive vectorization, was based on the in situ visual knowledge of the targets, their textural, spectral and shape aspects, and also on the spatial relation among the identifiable targets in the satellite images.Findings from this study emphasize the importance of a structured and operational geographical information system (GIS) in public environmental agencies to assist remote sensing work related to research, planning,
34
Katia Helena Lipp-Nissinen et al. (2018)
control and management of ecologically important and vulnerable regions, as the Southern Brazilian coast.
4. CONCLUSIONSIn this study, Landsat TM 5 satellite freely available images combined with field observations were suitable to identify, quantify and map the area of interest, enabling the recognition of landscape changes in the Paurá Lagoon and surroundings over 29 years, since 1985. The use of higher spatial and radiometric resolution satellite images may further improve the accuracy and effectiveness of the methodology.Among the changes highlighted in the study area, the anthropogenic influence was clearly visible. Permanent preservation areas were occupied either by earlier deliberate Pinus planting, or by its natural, fast dispersion. The establishment of pine trees on dunes worked as a physical barrier against the wind, facilitating the increase of humidity and expansion of herbaceous vegetation over dunes. Following licensing of the commercial enterprise, cutting of pine trees in the PPA around the lagoon and in the Forestry in Dune class was not efficient to eradicate Pinus dispersion on dunes and margins, nor its invasion towards the native restinga forest and neighboring fields.Management measures for natural landscape protection should be adopted in the area, in line with conservation priorities. These include a systematic management of the commercial pine forestry, fencing of livestock grazing areas, constant cutting, cleaning and control to eradicate pine trees in dunes, wetlands, borders of the restinga forest and within the legally bound of 100 m PPA along the lagoon margin. The creation of a protected conservation area, including the Paurá Lagoon region is recommended. Findings and recommendations from this study can be considered during the renewal of existing, or new, environmental licenses for pine forestry enterprises in the coastal area. Location of pine dispersions in legally protected areas, for instance, would indicate the removal and control of those trees as requirements for licensing. The information generated herein could also assist planning and decision-making towards integrated management and conservation in the study area and other economic-ecologically important coastal regions.
ACKNOWLEDGEMENTS Thanks to the Brazilian National Council for Science and Technology - CNPq, for granting the Undergraduate Scientific Initiation Scholarships to Bruna de Sá Piñeiro and Letícia Sebastião Miranda through the PIBIC CNPq-FEPAM agreement. We also express our gratitute to the anonymous reviewers and the JICZM/RGCI editors for valuable suggestions to this manuscript.
REFERENCESAnjos, T.S.; Buffon, I. (2013) - Estudo da dinâmica do uso do solo na
área destinada ao Parque Estadual do Tainhas, Rio Grande do Sul, Brasil, com ênfase na silvicultura de Pinus sp. e sua importância na perda de ecossistemas campestres. Anais XVI Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto. Foz do Iguaçu, PR, Brasil. pp. 1806-1813. ISBN 978-8517000669. Available on-line at http://marte2.sid.inpe.br/rep/dpi.inpe.br/marte2/2013/05.28.23.18.33.
Burgueño, L.E.T.; Quadro, M.S.; Barcelos, A.A.; Saldo, P.A.; Weber, F.S.; Junior, M.K.; Souza, L.H. (2013) - Impactos ambientais de plantios de Pinus sp. em zonas úmidas: o caso do Parque Nacional da Lagoa do Peixe, RS, Brasil. Revista Biodiversidade Brasileira (ISSN 2236-2886), 3(2):192-206, Brasília, Brasil. Available on-line at http://www.icmbio.gov.br/revistaeletronica/index.php/BioBR/article/view/355.
Calliari, L.R.; Pereira, P.S.; Oliveira, A.O. de; Figueredo, S.A. (2005) - Variabilidade das dunas frontais no Litoral Norte e Médio do Rio Grande do Sul. Revista Gravel (ISSN 1678-5975), 3(1):15-30, Porto Alegre, RS, Brasil. Available on-line at http://www.ufrgs.br/gravel/ /3/Gravel_3_03.pdf.
Chapin, F.S.III, Zavaleta, E.S., Eviner, V.T., Naylor, R.L., Vitousek, P.M., Reynolds, H.L., Hooper, D.U., Lavorel, S., Sala, O.E., Hobbie, S.E., Mack, M. C., Diaz, S. (2000) - Consequences of changing biodiversity. Nature, 405, 234– 242. DOI 10.1038/35012241.
Chomenko, L.A.; Schäfer, A. (1984) - Interpretação biogeográfica da distribuição do gênero Littoridina (Hydrobiidae) nas lagoas costeiras do Rio Grande do Sul, Brasil. Revista Amazoniana (ISSN 0065-6755), 9(1): 127-149, Manaus, AM, Brasil.
Cordazzo, C. V.; Paiva, J. B.; Seeliger, U. (2006) Guia Ilustrado das Plantas das Dunas da Costa Sudoeste Atlântica. 107 p., USEB, Pelotas, Brazil. ISBN:978-8589985024.
Cordeiro, J.L.P; Hasenack, H. (2012) - Cobertura vegetal atual do Rio Grande do Sul. In: Pillar, V.D.; Müller, S.C.; Castilhos, Z.M.S.; Jacques, A.V.A. (ed.) Campos sulinos - conservação e uso sustentável da biodiversidade. pp.285-299, Ministério do Meio Ambiente, Brasília, Brasil. ISBN 978-8577381173. Available on-line at http://www.mma.gov.br/estruturas/chm/_arquivos/campossulinos_parte1_14.pdf.
FEPAM (2010) - Licença de Operação de Regularização nº06793/2010. Fundação Estadual de Proteção Ambiental Henrique Luis Roessler, (FEPAM), Porto Alegre, RS, Brasil. Available on-line at http://www.fepam.rs.gov.br/licenciamento/Area1/default.asp (Accessed April 2015).
FEPAM (2015) - Gerenciamento Costeiro - Programa GERCO: O Litoral Médio. Fundação Estadual de Proteção Ambiental Henrique Luis Roessler, Porto Alegre, RS, Brasil. Available on-line at http://www.fepam.rs.gov.br/programas/gerco_medio.asp (Accessed April 2015).
Foti, R.; Jesus, M; Rinaldi, A.; Rodriguez-Iturbe, I. (2012) - Hydroperiod controls the organization of plant species in wetlands. PNAS, (109)48:19596-19600. DOI: 10.1073/pnas.1218056109
Gianuca, K.S.; Tagliani, C.R.A. (2012) - Análise em um Sistema de Informação Geográfica (SIG) das alterações na paisagem em ambientes adjacentes a plantios de pinus no Distrito do Estreito, município de São José do Norte, Brasil. Journal of Integrated Coastal Zone Management, 12(1):43-55. DOI: 10.5894/rgci285. Available on-line at http://www.aprh.pt/rgci/rgci285.html.
Global Land Facility (2014) – US Global Land Survey, University of Maryland, College Park, USA. Available on-line at
35
Temporal dynamics of land use and cover in Paurá Lagoon region, Middle Coast of Rio Grande do Sul (RS), Brazil
http://glcf.umd.edu/research/portal/geocover.
INPE - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais. (2014). Available on-line at http://www.dgi.inpe.br/CDSR/. (Accessed April 2015).
Lavi, A.; Perevolotsky; A.; Kigel, J.; Noy-Meir, I. (2005) - Invasion of Pinus halepensis from plantations into adjacent natural habitats. Applied Vegetation Science, 8(1):85 - 92. DOI: 10.1111/j.1654-109X.2005.tb00632.x
Mäder, A.; Petry, M.V.; Efe, M.A. (2011) - Litoral Médio do Rio Grande do Sul. In: Valente, R.M.; Silva, J.M.C.; Straube, F.C.; Nascimento, J.L.X. (org.). Conservação de Aves Migratórias Neárticas no Brasil. 400p. il., Conservação Internacional, Belém, PA, Brasil. ISBN 978-8598830155. Available on-line at https://ppbio.inpa.gov.br/sites/default/files/Livro%20Aves%20migratorias%20nearticas%20no%20brasil%20-%20Conservation%20International.pdf.
Manzanera, J.A.; Aranzazu Gómez-Garay; Beatriz Pintos; Manuel Rodríguez-Rastrero; Eugenio Moreda; Javier Zazo; Eugenio Martínez-Falero; Antonio García-Abril. (2016) Sap flow, leaf-level gas exchange and spectral responses to drought in Pinus sylvestris, Pinus pinea and Pinus halepensis. iForest, (10):204-214. DOI: 10.3832/ifor1748-009
Mayer, A. L.; Lopez, R.D. (2011) - Use of remote sensing to support forest and wetlands policies in the USA. Remote sensing, (3):1211-1233. DOI: 10.3390/rs3061211
Ministério do Meio Ambiente (s/d) - Sítios Ramsar Brasileiros. Ministério do Meio Ambiente, Brasília, Brasil. In: http://www.mma.gov.br/biodiversidade/biodiversidade-aquatica/zonas-umidas-convencao-de-ramsar/sitios-ramsar-brasileiros (Accessed April 2015).
Miranda, L.S.; Lipp-Nissinen, K.H. (2017) – Delimitation of the permanent preservation areas of Paurá Lagoon (Middle Coast of Rio Grande do Sul, Brazil) using multitemporal satellite image analysis. Journal of Integrated Coastal Zone Management, 17(1):65-95. DOI: 10.5894/rgci-n117
Paranapanema (1999) - Projeto Bujuru: Complexo Mineiro - lavra, beneficiamento e transporte de minerais pesados. Relatório de Impacto Ambiental - RIMA. Magna Engenharia. 1v. Porto Alegre, RS, Brasil.
Portz, L.; Manzolli, R.P.; Saldanha, D. L.; Correa, I. C. S. (2011) - Dispersão de espécie exótica no Parque Nacional da Lagoa do Peixe e seu entorno. Revista Brasileira de Geografia Física (ISSN 1984-2295), 01:033-044, Recife, Brasil. Available on-line at http://www.revista.ufpe.br/rbgfe/index.php/revista/article/viewFile/171/152.
Ramsar (s/d) – Brazil Country Profile. The Ramsar Convention on Wetlands. The Ramsar Convention Secretariat, Gland, Switzerland. In: http://www.ramsar.org/wetland/brazil (Accessed February 2016).
Rio Grande do Sul (2008) Projeto RS Biodiversidade. Secretaria do Ambiente e Desenvolvimento Sustentável, Porto Alegre, Brasil. In: http://www.biodiversidade.rs.gov.br/arquivos/12156251430_Projeto_Conservacao_da_Biodiversidade_com_Fator_de_
Contribuicao_ao_Desenvolvimento_do_Estado_do_RioGrande_do_Sul.pdf (Accessed February 2016).
Richardson, D.; Rejmanek, M. (2004) - Conifers as invasive aliens: A global survey and predictive framework. Diversity and Distributions, (10):321-331. DOI: 10.1111/j.1366-9516.2004.00096.x.
Schäfer, A.E.; Lanzer, R.M.; Pereira, R. (2009a) - Atlas Socioambiental dos municípios de Mostardas, Tavares, São José do Norte e Santa Vitória do Palmar. 372p. Il., EDUCS. Caxias do Sul, RS, Brasil. Available on-line at https://docs.google.com/file/d/0Byw_g7Puk0zzeDBrMEs1Z04tRWM/edit. ISBN: 857-0615175
Schäfer, A. E.; Marchetto, C.; Bianchi, A. (org). (2009b) - Recursos hídricos dos municípios de Mostardas, Tavares, São José do Norte, Santa Vitória do Palmar. Manual de gestão sustentada: EDUCS. Caxias do Sul, RS, Brasil. ISBN 978-8570615190
Scherer, A. (2009) - Estrutura e Aspectos Fitogeográficos de Fragmentos Florestais na Restinga Sulbrasileira. 130p. Dissertação Mestrado, Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Porto Alegre, RS, Brasil. Available on-line at https://www.lume.ufrgs.br/bitstream/handle/10183/17479/000700434.pdf?sequence=1.
Souza, R.R.; Gruber, N.L.S. (2005) - Zoneamento do campo de dunas de Cidreira, considerando a sua dinâmica eólica. Anais do X Congresso da Associação Brasileira de Estudos do Quaternário. Available on-line at http://www.abequa.org.br/trabalhos/0202_zoneamento_abequa.pdf.
Viero, A.C.; Silva, D.R.A. da (org.) (2010) - Geodiversidade do Estado do Rio Grande do Sul. Programa Geologia do Brasil: Levantamento da Geodiversidade. CPRM. 250 p. Porto Alegre, RS, Brasil. Available on-line at http://www.cprm.gov.br/
Ziller, S.R.; Galvão, F.A. (2002) - A Degradação da Estepe Gramíneo-Lenhosa no Paraná por Contaminação Biológica de Pinus elliottii e P. taeda. Revista Floresta (ISSN eletrônico 1982-4688), 2(1):41-47. Curitiba, PR, Brasil. DOI: 10.5380/rf.v32i1.2348. Available on-line at http://ojs.c3sl.ufpr.br/ojs/index.php/floresta/article/view/2348.
Zhou, Q; Li, B.; Chen, Y. (2011) - Remote Sensing Change Detection and Process Analysis of Long-Term Land Use Change and Human Impacts. Ambio, 40(7): 807–818. DOI: 10.1007/s13280-011-0157-1
REFERRED LEGISLATIONMinistério do Meio Ambiente. (2007) - Portaria MMA nº 9, de 23
de janeiro de 2007. Available on-line at http://www.mma.gov.br/estruturas/chm/_arquivos/ biodiversidade31.pdf. (Accessed April 2015).
Presidência da República Federativa do Brasil (1986) - Decreto Federal Nº 93.546, de 6 de Novembro de 1986. Cria o Parque Nacional da Lagoa do Peixe. Available on-line at http://www2.camara.leg.br/legin/fed/decret/1980-1987/decreto-93546-6-novembro-1986-443749-publicacaooriginal-1-pe.html. (Accessed July 2014).
36
Katia Helena Lipp-Nissinen et al. (2018)
37
Katia Helena Lipp-Nissinen et al. (2018), Temporal dynamics of land use and cover in Paurá Lagoon region, Middle Coast of Rio Grande do Sul (RS), Brazil, Journal of Integrated Coastal Zone Management / Revista de Gestão Costeira Integrada, 18(1):25-39.
DOI: 10.5894/rgci-n106 Supporting Information
SUPPORTING INFORMATION IIMPACT FACTORS ON RESTINGA AND DUNE ECOSYSTEMS OF
PAURÁ LAGOON
The restinga is a sandbank formed by sand deposits parallel to the shoreline, generally elongated in shape, produced by sedimentation processes, with different biota communities having generally marine, or estuarial, influence. The term restinga is commonly used in Brazil to describe both the coastal landscape and the associated vegetation (Silva et al., 2010). The restinga vegetation, according to the Brazilian National Council for the Environment (CONAMA, 1996), includes all the plant communities, physiognomically distinct under marine and fluvial-marine influence. These communities, distributed in mosaics, are characterized by herbaceous, shrubby and arboreal plants and also by areas naturally devoid of vegetation. Such vegetation occurs in regions of great ecological diversity, being considered edaphic communities more dependent on the soil nature and their water content than on the climate (Magnago et al., 2012). The restinga vegetation plays a fundamental role in the stabilization of sediments and maintenance of natural drainage, as well as in the preservation of resident and migratory fauna associated with the sandbank (CONAMA, 1999). The dunes are also protected by the legislation. Fixed or semi-fixed dunes have a greater pedological development associated with the settlement and increase of a vegetation cover, which provide an environmental stability by mitigating the influence of winds and, therefore, fixing it in the landscape (Pinheiro et al., 2013). Along the Middle Coast of Rio Grande do Sul State, Pinus forestry has been established since the 1970’s. However, this woody invasive species spreads easily from the forestry plots, invading restinga and dune ecosystems, where it can damage the biota, when not properly handled. In the study area, Pinus spp specimens from the nearby forestry plots are invading the borders of the remnant restinga forest (Figures SI-I.1 and SI-I.2) and also expanding over the dunes and Paurá lagoon margins (Figure SI-I.3).
Figure SI-I 1) Proximity between Pinus trees dispersed from forestry plots and the native restinga forest. P – Pinus, MR – restinga forest.
Figura SI-I 1) Proximidade entre as árvores de Pinus dispersas do talhão de silvicultura e a mata de restinga. P – Pinus, MR – mata de restinga.
PMR
38
Katia Helena Lipp-Nissinen et al. (2018), Temporal dynamics of land use and cover in Paurá Lagoon region, Middle Coast of Rio Grande do Sul (RS), Brazil, Journal of Integrated Coastal Zone Management / Revista de Gestão Costeira Integrada, 18(1):25-39.
[Supporting Information I]
Figure SI-I 2) Pinus trees invading the native restinga forest. P – Pinus, MR – restinga forest.
Figure SI-I 2) Exemplares de Pinus invadindo a mata de restinga. P – Pinus, MR – mata de restinga.
Figure SI-I.3 Natural dispersion of new pine trees (DP) and old pine forestry planting (OP) in permanent preservation areas of margin and dunes of Paurá Lagoon.
Figura SI-I.3 Dispersão natural de novas árvores de Pinus (DP) e plantio antigo de silvicultura de Pinus (OP) em áreas de preservação permanente de margem e dunas da
Lagoa do Paurá.
Highlighting the ecological importance of the Paurá lagoon area, a report from Bugin et al. (2015) related 21 plant species belonging to 14 families, mostly from restinga forest, but also from fields and dunes, classified into the 2014 national official lists of species endangered of extinction. Regarding endangered fauna species, the same report cites four species of annual fish (Austrolebias minuano, Austrolebias wolterstorffi Cynopoecilus fulgens, Rivulus riograndensis), three of felids (Leopardus geoffroyi, Leopardus guttulus, Puma yagouaroundi), two of rodends (Ctenomys flamarioni, Ctenomys minutes, Dasyprocta azarae), one of big-eared brown bat (Histiotus velatus), and one of mustelids (Lontra longicaudis) occurring in the study area.
MR P MR
P
DP
OP
39
Katia Helena Lipp-Nissinen et al. (2018), Temporal dynamics of land use and cover in Paurá Lagoon region, Middle Coast of Rio Grande do Sul (RS), Brazil, Journal of Integrated Coastal Zone Management / Revista de Gestão Costeira Integrada, 18(1):25-39.
[Supporting Information I]
Figure SI-I.4 - Cattle grazing on field adjacent to Paurá Lagoon (foreground). Sequence towards the back: wet grassland/swamp, Pinus invaders and range of natural dunes.
Figura SI-I.4 - Presença de gado em campo de pastagem adjacente à Lagoa do Paurá. Na sequência da frente para o fundo: campo úmido/banhado, Pinus invasores e faixa
de dunas naturais.
Another impact factor on the study area is the presence of cattle grazing in the dry and wet fields and borders of the restinga forest (Figure SI-I.4). Besides cattle trampling, which affects mostly the development of herbaceous and shrubby plants in the field, the animals can cause various injuries to the trees, for example, by eating branches, leaves and reproductive parts, rubbing, lowering and breaking trunks or canopies to reach their apex for food.
Knowledge of the impacts, characterization and mapping of the different thematic classes in the study area may assist environmental agencies decision making towards sustainable land use and measures for conservation of these priority coastal ecosystems.
REFERENCESBugin, A. et al. (2015) - Avaliação ecológica rápida - Lagoa do Paurá. 239 pp. ABG Engenharia e Meio Ambiente. Projeto RS Biodiversidade.
Secretaria Estadual do Meio Ambiente, Porto Alegre, Brazil. http://www.biodiversidade.rs.gov.br/arquivos/1443187520AER_RSBIO_LAGOA_DO_PAURA.pdf.
Magnago, L. F.S.; Martins, S.V.; Schaefer, C.E.G.R.; Neri, A. V. (2012) - Restinga forests of the Brazilian coast: richness and abundance of tree species on different soils. Anais da Academia Brasileira de Ciências, 84(3), 807-822. DOI: https://dx.doi.org/10.1590/S0001-37652012000300023.
Pinheiro, M.V.A.; Moura-Fé, M.M.; Freitas, E.M.N. (2013) - Os ecossistemas dunares e a legislação ambiental brasileira. The dune ecosystems and the Brazilian environmental legislation. Geo UERJ, 24(2). DOI: http://dx.doi.org/10.12957/geouerj.2013.5546.
Silva, R. M., Mehlig, U., Santos, J.U. M.; Menezes, M.P.M. (2010) - The coastal restinga vegetation of Pará, Brazilian Amazon: a synthesis. Brazilian Journal of Botany, 33(4), 563-573. DOI: https://dx.doi.org/10.1590/S0100-84042010000400005.
REFERRED LEGISLATIONCONAMA - CONSELHO NACIONAL DO MEIO AMBIENTE (1999) - Resolução n ° 261/1999, 30 junho 1999. Available on-line in:
http://www.mma.gov.br/port/conama/res/res99/res26199.html (Accessed June 2016).
CONAMA - CONSELHO NACIONAL DO MEIO AMBIENTE (1996) - Resolução n ° 07/1996, 23 julho 1996. Available on-line in: http://www.mma.gov.br/port/conama/legiabre.cfm?codlegi=206 (Accessed June 2016).
40
Journal of Integrated Coastal Zone Management / Revista da Gestão Costeira Integrada 18(1):41-48 (2018) http://www.aprh.pt/rgci/pdf/rgci-n119_Sampaio.pdf | DOI:10.5894/rgci-n119
41
Leaf area index and vegetation cover of the Paripe river mangrove, Pernambuco, Brazil, in 1997 and 2017
Índice de área foliar e cobertura vegetal no manguezal do rio Paripe, Pernambuco, Brasil, em 1997 e 2017
Thereza Christina Costa Medeiros1, Everardo Sampaio2, Diego Marcelino Nascimento3
1 Fundação Universidade Federal de Tocantins, Congregação de Geografia. Email: [email protected] Universidade Federal de Pernambuc, Departamento de Energia Nuclear. Email: [email protected].
3 Universidade Federal de Pernambuco, Departamento de Energia Nuclear. Email: [email protected].
ABSTRACT: The leaf area index (LAI) was estimated for Rhizophora mangle, Laguncularia racemosa and Avicennia schaueriana, based on the average leaf size, number of leaves in each growth apex, number of apices per plant and number of plants per hectare. Crown projection areas were also determined. The number, size and biomass of leaves per growth apex varied little among plant stem diameter classes and were higher in R. mangle than in L. racemosa and A. schaueriana. The number of apices and the crown projection area increased greatly in plants with larger stem diameters. R. mangle contributed (82%) to most of the total leaf area index (3.96), due to the combination of high plant densities, large plants, many apices and large leaves. The leaf areas corresponded to normalized difference vegetation indices (NDVI) from 0.68 to 0.77 in 1997 and from 0.74 to 0.80 in 2017. Therefore, contrary to many other mangroves in the world, the vegetation of the Paripe river has been relatively protected from human impact in the last twenty years.
Keywords: leaf size and mass; crown area; species; Rhizophora mangle; NDVI change
RESUMO: O índice de área foliar (IAF) foi estimado para Rhizophora mangle, Laguncularia racemosa e Avicennia schaueriana, baseado na área média das folhas, no número de folhas por ápice de crescimento, no número de ápices por planta e no número de plantas por ha. Também foi determinada a área de projeção das copas. O número, tamanho e biomassa das folhas em cada ápice de crescimento variou pouco com a classe de diâmetro do caule das plantas e foram maiores em R. mangle que em L. racemosa e A. schaueriana. O número de ápices e as projeções
* Submission: 5 JUN 2017; Peer review: 1 OCT 2017; Revised: 6 NOV 2017; Accepted: 6 NOV 2017; Available on-line: 2 JUL 2018
Thereza Christina Costa Medeiros et al.
42
Thereza Christina Costa Medeiros et al. (2018)
das copas aumentaram muito em plantas com maiores diâmetros de caule. R. mangle é o que mais contribui (82%) para o índice de área foliar do manguezal (3.96), pela combinação de alta densidade de plantas e plantas grandes, com muitas e grandes folhas. As áreas foliares corresponderam a índices de vegetação (NDVI) de 0.68 a 0.77, em 1997, e de 0.74 a 0.80, em 2017. Portanto, ao contrário do que tem acontecido com muitos manguezais no mundo, a vegetação do rio Paripe tem sido relativamente protegida dos impactos humanos nos últimos 20 anos.
Palavras-chave: tamanho e biomassa de folhas, área de copa, espécies, Rhizophora mangle, mudanças de NDVI
1. INTRODUCTIONMangroves occur along the coasts of tropical and subtropical areas, forming dense forests wherever climatic and geomorphological conditions are appropriate (Kuenzer et al., 2011). They provide important ecological and economic services and, concomitantly, are one of the most threatened ecosystems worldwide, with dramatic declines in cover area in the last half century (Kuenzer et al., 2011; Cougo et al., 2015). From the landward they are threatened by growing populations and from seaward by climate change (Walters et al., 2008), in a way that more than one third of the total mangrove area was lost in the last two decades (Kuenzer et al., 2011). Therefore, there is an increasing interest in studying mangroves from different points of view (Kovacs et al., 2009; Zhu et al., 2015).One of the more meaningful parameters in mangrove studies is its leaf area index (LAI). It is an indicator of ecological processes, such as photosynthesis, plant and soil respiration (Lovelock 2008) and evapotranspiration rates, of net primary productivity and of energy exchange rates between plants and atmosphere (Kamal et al., 2016). It can be used to predict future growth and changes in canopy structure, fundamental aspects of environmental management.Leaf area index can be determined by different methodologies. There is a growing tendency to make measurements based on satellite images, that are easily available and can cover large areas (Kamal et al., 2016), but local measurements using portable sensors are also used (Kovacs et al., 2005). Ultimately, all these indirect methods have to be validated by labor consuming determinations of leaf areas in all plants of specific plots (Kamal et al., 2016).In Brazil, there are very few published studies on mangrove LAI determinations (Lima et al., 2013). In fact, studies are scarce in relation to any mangrove leaf characteristics (Lima et al., 2013; Medeiros & Sampaio 2013; Arrivabene et al., 2014). Satellite data have been correlated to plant density and mangrove basal area and biomass in the Brazilian northern region (Cougo et al., 2015) but not LAI, and they have been used more often to map mangrove areas and their uses, particularly in this
region (Rodrigues & Souza Filho, 2011; Tenório et al., 2015) but also in other Brazilian regions (Pereira et al., 2012; Santos et al., 2014). Considering the necessity to fill the gap in knowledge of Brazilian mangrove leaf characteristics, the objectives of this study were: 1) to determine LAI indices for the tree species that compose the mangrove vegetation of the Paripe river, in Itamaracá municipality, Pernambuco state, Brazil; 2) to relate these LAI indices to normalized difference vegetation indices (NDVI) obtained from satellite images; and 3) to compare NDVI values for this mangrove with a 20-year interval to detect changes in vegetation cover and possible indications of human impact.
2. MATERIAL AND METHODS
2.1 Study areaThe study was conducted in the estuary of the Paripe river (07o 41’ 39” to 07o 48’54” latitude south and 34o 49’12” to 34o 53’13” longitude west), in Itamaracá island, Pernambuco state, Brazil (Figure 1). The Paripe river is 4.5 km long and belongs to the group of small coastal basins of Pernambuco, its basin extending for 37.3 ha, 29.4 of them covered by mangroves. The estuary is classified as type 2, according to the Tom (1982) classification, since it has a predominance of sea over river water, an almost flat topography and shallow channels, remaining flooded for 25 to 75% of the day (Medeiros & Sampaio 2008). The tides are semidiurnal, with a 12.4-hour periodicity and amplitude that vary from 1.35 to 1.90 m in the syzygy and 0.90 to 1.32 m in the quadrature.The climate is AS´, according to the Köppen classification, characterized as hot and humid with autumn-winter rains, rainiest months being May to July and driest months November and December (Figure 1). Average temperatures are around 25°C, with absolute maxima of 30.1°C and absolute minima of 19.6°C. The salinity regime is classified as marine polyhyaline; salinity being higher during high tides of the dry season, when it reached a 32.6‰ in the superficial waters of the river mouth and 30.7‰ upriver. Soils are sandy to loamy, those of the river mouth composed of 80 to 85% sand,
43
Leaf area index and vegetation cover of the Paripe river mangrove, Pernambuco, Brazil, in 1997 and 2017
8 to 12% silt and 5 to 10% clay (Medeiros & Sampaio, 2008).The mangrove belongs to the riverine type, according to the Lugo & Snedaker (1974) physiographic classification. Rhizophora mangle L., Laguncularia racemosa Gaertn. and Avicennia schaueriana Stapf & Leechman are the tree component species, with average density of 3487 plant ha-1, diameter of 7.2 cm, height of 5.2 m, and basal area of 14.1 m2 ha-1 (Medeiros & Sampaio, 2008). Anthropic movement within the mangrove is high, to capture crabs, oysters, fishes and other animals.
2.2 Plant and mangrove characteristicsThe leaf area index of the mangrove was calculated, in 1997, based on the density and leaf area of plants of the three species, divided into five stem-diameter-at-breast-height (DBH) (1.3 m) classes (2.5 to 5 cm; >5 to 10 cm; >10 to 20 cm; >20 to 30 cm; and >30 to 40 cm
Figure 1 – Localization of the Paripe river mangrove in Itamaracá municipality, Pernambuco state, Brazil with its regional climatic diagram.
Figura 1 - Localização do manguezal do rio Paripe, no município de Itamaracá, estado de Pernambuco, Brasil, com seu diagrama climático regional.
DBH). None of the three species had plants in all classes: only L. racemosa had plants in the >30 to 40 cm DBH class but had no plant in the two previous classes; and A. schaueriana also had no plant in the >20 to 30 cm class. Trees representing each class were chosen, had their canopy projection area determined, were cut and had their masses of leaves determined. Twenty-two trees of R. mangle were cut, 23 of L. racemosa and 16 of A. schaueriana, at least four trees in each class, except in the class of largest size, in which only one tree was cut. The canopy projection area was determined measuring the two largest orthogonal diameters and assuming an ellipsoid shape (Schaeffer-Novelli & Cintron, 1986). All leaves were collected, weighed and sampled to determine dry weight after oven-dried at 65°C. One hundred shot tips (apices) of each diameter class and species were randomly selected and had their leaves counted, weighted and each one leaf had its area determined. The growth apex is the terminal structure of each branch
44
Thereza Christina Costa Medeiros et al. (2018)
where leaves, flowers, fruits and new apices are formed (Medeiros & Sampaio, 2013). The number of apices of each cut tree was estimated dividing its total leaf mass by the average leaf mass of one apex. The leaf area of each plant was estimated multiplying its number of apices by the average apex leaf area of its diameter class and species. The plant leaf area index was estimated dividing the plant leaf area by its canopy projection area. The leaf area of each species in the mangrove was estimated multiplying the average leaf area of each diameter class by the plant density in each class, previously determined (Medeiros & Sampaio, 2008). The leaf index of the mangrove was calculated as the sum of the leaf areas of the different species.The mangrove area was determined based on the vectorization, in a computer screen, of images obtained from the Google Earth software, version 7.1.8.3036 (32-bit). The mangrove vegetation was differentiated from other land covers (water, urban, agriculture and others) based on visual observation. Based on images from the TM sensor of the Landsat 5 satellite, with a spatial resolution of 30 m, dated from September 18, 1997, the normalized difference vegetation indices (NDVI) were calculated. The same vegetation index was calculated from the Sentinel 2A satellite, with a resolution of 10 m, dated January 3, 2017.
3. RESULTSThe number of leaves per growth apex (including young, mature and senescent ones) and their size and biomass varied little among plant stem diameter classes. This was expected since these morphological variables are little affected by the size of the plants. Therefore, only the general averages are presented (Table 1). Since the size and biomass of the leaves and the number of leaves per apex were higher in R. mangle, the area and biomass of leaves per apex were more than double in this species than in L. racemosa and A. schaueriana.The number of apices per plant increased as the size of the plants increased (Tables 2 to 4). A linear increase in the stem diameter class corresponded to a more than proportional increase in the number of apices because the diameter is a one-dimension unit and the apices are distributed in the whole tridimensional crown volume. In R. mangle, there was a 45-fold increase in the number of apices from the 2.5-5 cm to the >20-30 cm diameter class (Table 2). In L. racemosa (Table 3), the increase was higher (114-fold) because some of the plants of this species that occupied the fringe of the mangrove attained the largest size among all trees in the vegetation (>30-40 cm diameter class). Apart from this border area, the trees of L. racemosa were much smaller, none belonging to the >20-30 cm diameter class. Also smaller were the
A. schaueriana plants, reaching at the most the >10-20 cm diameter class, with only a 4-fold increase in the number of growth apices (Table 4). Since the leaf area and biomass of the average apex was statistically similar for all plant sizes, within each species, the total leaf area and leaf biomass per plant increased proportionally to number of apices per plant.The crown projection area, as a two-dimensional unit, also increased with the increase in stem diameter, being 25-, 19- and 3.5-fold higher from the class of the smallest to the class of the largest diameters, in R. mangle, L. racemosa and A. schaueriana, respectively (Tables 2 to 4). The leaf area index (LAI) of the average plant in each stem diameter class, as the ratio of the plant leaf area and its crown projection area, varied in an irregular pattern with plant size. In R. mangle and A. schaueriana, the largest LAI (2.0 and 1.8) were estimated for the <5-10 cm diameter class while in L. racemosa the LAI increased until the class of largest diameters (3.0 in the >30-40 cm class), which corresponded to the largest trees in the mangrove.Considering the plant densities of each diameter class and species and their leaf areas, their contribution to the leaf area of the whole mangrove vegetation can be estimated (Tables 2 to 4). R. mangle contributed the most (3.26 of the total 3.96, 82%) due to the combination of high plant densities, large plants, many apices and large leaves, while A. schaueriana contributed the least (0.15, 4%), mainly as a result of few and small plants. The contribution of L. racemosa (0.55, 14%) was levered by the large plants of the border area.
Characteristic R. mangle L. racemosa A. schaueriana
Leaf length (cm) 10.2 ± 0.27 7.5 ± 0.14 6.9 ± 0.15
Leaf width (cm) 4.5 ± 0.1 3.8 ± 0.1 3.9 ± 0.1
Leaf area (cm2) 32.4 ± 1.4 21.0 ± 0.8 18.4 ± 0.8
Leaf biomass (g) 0.75 ± 0.04 0.53 ± 0.02 0.37 ± 0.02Leaf mass per area (g cm-2) 0.023 0.025 0.020
Number of leaves per apex 9.74 6.62 8.11
Apex leaf area (cm2 apice-1) 315.8 138.9 149.4
Apex leaf biomass (g apice-1) 7.3 3.5 3.0
Table 1 - Leaf characteristics in growth apices of Rhizophora mangle, Laguncularia racemosa and Avicennia schaueriana in the
Paripe river, Pernambuco.
Tabela 1 - Características das folhas nos ápices de crescimento de Rhizophora mangle, Laguncularia racemosa e Avicenia shaueriana
no rio Paripe, Pernambuco.
45
Leaf area index and vegetation cover of the Paripe river mangrove, Pernambuco, Brazil, in 1997 and 2017
The mangrove area could be divided into five different sectors based on their NDVI indices obtained from images of 1997 (Figure 2). The indices varied from 0.68, in the lower left mangrove limit, to 0.77, in the upper right mangrove limit. Twenty years later, four of the five sectors had higher indices (0.77 to 0.80) and only one had a lower index (0.74), and this sector was the one with the highest index in 1997.
4. DISCUSSIONThe average areas of the leaves of all three species were similar to those reported by Lima et al. (2013) but lower than those reported by Arrivabene et al. (2014), both in mangroves at higher latitudes in Brazil (Paraná and Espírito Santo states), while the biomasses were in the same range; thus, the leaf mass per area (LMA) was higher at the Paripe river mangrove (Table 1). This indicates that they have higher sclerophylly indices and may have higher longevity (Lima et al., 2013). Their longevities were discussed in another article (Medeiros & Sampaio, 2013) and were longer than those in Venezuelan (Suárez, 2003) and one Northern Brazilian (Menezes et al., 2008) mangroves but in the same range as those in Florida (Ross et al., 2001) and another Northern Brazilian (Mehlig, 2006) mangroves. The absence of data on leaf number, area and biomass per apex in South American
Table 2 - Characteristics of Rhizophora mangle plants of different stem diameter and their contribution to mangrove leaf and crown
areas in the Paripe river, Pernambuco.
Tabela 2 - Características das plantas de Rhizophora mangle com diferentes diâmetros de caule e suas contribuições para as áreas
foliares e de copas no rio Paripe, Pernambuco, Brasil.
CharacteristicStem diameter class (cm)
2.5 – 5 >5 – 10 >10 – 20 >20 – 30Growth apices (apex plant-1) 77 647 2022 3479
Plant leaf area (m2 plant-1) 2.4 20.4 63.9 109.9
Plant leaf biomass (kg plant-1) 0.6 4.7 14.8 25.4
Crown projection area (m2 plant-1) 3.1 10.2 41.2 79.0
Plant leaf area index (m2 m-2) 0.8 2.0 1.6 1.4
Plant density (plant ha-1) 1722 651 188 29
Mangrove leaf area (m2 ha-1) 4133 13280 12013 3187
Mangrove crown area (m2 ha-1) 5338 6640 7746 2291
Table 3 - Characteristics of Laguncularia racemosa plants of different stem diameter and their contribution to mangrove leaf and
crown areas in the Paripe river, Pernambuco.
Tabela 3 - Características das plantas de Laguncularia racemosa com diferentes diâmetros de caule e suas contribuições para as áreas foliares e de copas no rio Paripe, Pernambuco, Brasil.
CharacteristicStem diameter class (cm)
2.5 – 5 >5 – 10 >10 – 20 >30 – 40
Growth apices (apex plant-1) 132 283 1155 15085
Plant leaf area (m2 plant-1) 1.8 3.9 16.0 209.0
Plant leaf biomass (kg plant-1) 0.5 1.0 4.1 52.9
Crown projection area (m2 plant-1) 3.6 8.7 18.9 70.1
Plant leaf area index (m2 m-2) 0.5 0.4 0.8 3.0
Plant density (plant ha-1) 202 448 29 14
Mangrove leaf area (m2 ha-1) 364 1747 464 2926
Mangrove crown area (m2 ha-1) 727 3898 548 981
Table 4 - Characteristics of Avicennia schaueriana plants of different stem diameter and their contribution to mangrove leaf and crown
areas in the Paripe river, Pernambuco.
Tabela 4 - Características das plantas de Avicenia shaueriana com diferentes diâmetros de caule e suas contribuições para as áreas
foliares e de copas no rio Paripe, Pernambuco, Brasil.
CharacteristicStem diameter classes (cm)
2.5 – 5 >5 – 10 >10 – 20Growth apices (apex plant-1) 232 516 852
Plant leaf area (m2 plant-1) 3.5 7.7 12.7
Plant leaf biomass (kg plant-1) 0.7 1.5 2.6
Crown projection area (m2 plant-1) 3.0 4.3 16.5
Plant leaf area index (m2 m-2) 1.2 1.8 0.8
Plant density (plant ha-1) 29 159 14
Mangrove leaf area (m2 ha-1) 102 1224 178
Mangrove crown area (m2 ha-1) 87 684 231
46
Thereza Christina Costa Medeiros et al. (2018)
Atlantic mangroves, except those reported for the same mangrove area (Medeiros & Sampaio, 2013), prevents further discussion on the subject. In Asia, leaf longevity and the number of leaves per shoot are greater in higher latitudes (Wilson & Saintilan, 2012) but the species are not the same present in Brazilian mangroves.As the plants grew bigger, their numbers of apices, leaf areas, leaf biomasses and crown projection areas increased, as expected. However, the leaf area indices of individual trees peaked in the >5-10 (R. mangle and A. schaueriana) or >10-20 cm (L. racemosa) diameter classes. Therefore, plants at intermediate sizes had more layers of leaves in crowns that seemed to be squeezed by larger plants that are more able to compete for light. Once the plants reach the top of the canopy, they can spread their crowns and may do without some of the leaves in the lower layers, which receive less light and may have a worse balance of photosynthesis and construction and/or maintenance costs (Suárez, 2003; Suárez & Medina, 2005; Li et al., 2011).This stacking of leaf layers is reflected in the overall leaf area index (LAI) of the mangrove (3.96), which is higher than those of all species and size classes, independently considered. This LAI is also composed of the overlapping of the crowns. The sum of all crown projection areas (2.92 ha ha-1 = R. mangle, 2.20 + L. racemosa, 0.62 + A. schaueriana, 0.10) indicates an overlapping of almost three crown layers occupying the same space.
This overlapping is responsible for the relatively high LAI of the Paripe river mangrove. It is higher than those of mangroves in São Paulo state (1.17 to 1.48; Lima et al., 2013), but still higher values can be reached in different areas: 5.33 in heterogeneous mangroves in Australia and Indonesia (Kamal et al., 2016); 5.6 in the Dominican Republic (Sherman et al., 2003); 5.7 in large mangroves in the United States of America (Araújo et al., 1997; Lagomasino et al., 2014); and up to 7.53 in mangroves in Mexico (Kovaks et al., 2009). Values similar or slightly below that of the Paripe river have been reported for many places (Cintron & Schaeffer-Novelli, 1985; Clough, 1998; Sherman et al., 2003; Kovacs et al., 2005). The high LAI in the Paripe river mangrove is consistent with the high leaf production along the year: 13.96 Mg ha-1 (Medeiros & Sampaio 2013).The NDVI indices of the different mangrove sectors varied from 0.68 to 0.77, in 1997, and from 0.74 to 0.84, in 2017. Those are relatively short ranges and all quite high, close to the saturation values (Mutanga et al., 2012) where the indices do not respond linearly to increases in vegetation cover (Kamal et al., 2016). Mangroves that occupy larger areas, with higher variation in vegetation cover, may have larger NDVI ranges. Kamal et al. (2016) reported Landsat TM based NDVI values varying from 0.40 to 0.65 for a mangrove in Australia where the LAI varied from 0.26 to 3.23 and averaged 1.27 and NDVI values varying from 0.45 to 0.69 for a
Figure 2 - Normalized difference vegetation index (NDVI) values in 1997 and 2017 in the Paripe river mangrove in Itamaracá municipality, Pernambuco state, Brazil.
Figura 2 - Valores de Índice de Vegetação da Diferença Normalizada (NDVI) em 1997 e 2017 no manguezal do rio Paripe, município de Itamaracá, estado de Pernambuco, Brasil.
47
Leaf area index and vegetation cover of the Paripe river mangrove, Pernambuco, Brazil, in 1997 and 2017
mangrove in Indonesia, where the LAI varied from 0.88 to 5.33 and averaged 2.98. In both areas, higher NDVI values occurred where the vegetation had higher density canopy cover with overlapping leaves, independently of the mangrove structure and species composition. Mangroves dominated by R. mangle in Florida, USA, had NDVI values ranging from 0.61 to 0.86, with LAI of up to 5.7 (Lagomasino et al., 2014). A larger variation was observed in the Mexican Pacific mangroves (Kovacs et al., 2009) where the NDVI varied from less than 0.1 to close to 0.60, with LAI from 0.11 to 7.53. The Paripe river mangrove NDVI and LAI values are higher than those in Australia and Indonesia and similar to those in the USA, indicating a vegetation with a high canopy cover. The higher NDVI values in the Paripe river than in Mexico and the similarity with NDVI values in Florida mangroves, in spite of the higher LAI in the North American mangroves, can be attributed to the saturation of the optical index (Kuenzer et al., 2011) and the different vegetation structures, having the taller North American mangroves more overlapping leaf layers.The fact that 20 years later the NDVI values were even higher in four of the sectors indicates that the mangrove may still be accumulating leaf layers, and possibly still growing and accumulating more biomass. In 1997, the aboveground biomass was estimated to be 105 Mg ha-1, (Medeiros & Sampaio, 2008) below that of mangroves of the same species in other northern and northeastern Brazilian states (Souza & Sampaio, 2001; Deus et al., 2003; Cougo et al., 2015). However, the plants were bigger than those in other southern Brazilian mangroves (Soares 1999; Bernini & Rezende 2004; Soares & Schaeffer-Novelli, 2005). The slight NDVI decrease in the upper right sector corresponds to some human interference from the neighboring agricultural field. A similar trend of higher NDVI indices, after these 20 years, was observed in the images of other mangrove areas along the border of Itmaracá island (data not shown). Therefore, as an overall picture, the increases in the NDVI indices imply that, contrary to many other mangroves in the world, the vegetation of the Paripe river has been relatively protected from human impact.
5. CONCLUSIONSThe number, size and biomass of leaves per growth apex varied little among plant stem diameter classes and were higher in R. mangle than in L. racemosa and A. schaueriana. Their leaf mass per area (LMA) and sclerophylly indices were higher than in southern Brazilian mangroves. The number of apices and the crown projection area increased significantly in plants with larger stem diameters.
The mangrove leaf area index (3.96) was higher than those of southern Brazilian mangroves. R. mangle contributed (82%) to most of the total leaf area index, due to the combination of high plant densities, large plants, many apices and large leaves.The leaf areas corresponded to normalized difference vegetation indices (NDVI) from 0.68 to 0.77 in 1997 and from 0.74 to 0.80 in 2017. Therefore, contrary to many other mangroves in the world, the vegetation of the Paripe river has been relatively protected from human impact in the last twenty years.
REFERENCESAraújo, R.J.; Jaramillo, J.C.; Snedaker, S.C. (1997) - Leaf area index
and leaf size differences in two red mangrove forest types in South Florida. Bulletin of Marine Science, 60:643-647.
Arrivabene, H.P.; Souza, I.; Có, W.L.O.; Rodella, R.A.; Wunderlin, D.A.; Milanez, C.R. (2014) - Functional traits of selected mangrove species in Brazil as biological indicators of different environmental conditions. Science of the Total Environment, 476–477: 496–504.
Bernini, E.; Rezende, C.E. (2004) - Estrutura da vegetação em florestas de mangue do estuário do rio Paraíba do Sul, Estado do Rio de Janeiro, Brasil. Acta Botanica Brasilica, 18:491–502.
Cintrón, G.; Schaeffer-Novelli, Y. (1985) - Características y desarrollo estructural de los manglares del Norte y Sul América. Ciencia Interamericana, 5 (¼): 4-15.
Clough, B.F. (1998) - Mangrove forest productivity and biomass accumulation in Hinchinbrook Channel, Australia. Mangrove and Salt Marshes, 2: 191-198.
Cougo, M.F.; Souza-Filho, P.W.M.; Silva, A.Q.; Fernandes, M.E.B.; Santos, J.R.; Abreu, M.R.S.; Nascimento Jr., W.R.; Simard, M. (2015) - Radarsat-2 backscattering for the modeling of biophysical parameters of regenerating mangrove forests. Remote Sensing, 7: 17097–17112. https://doi.org/10.3390/rs71215873.
Deus, M.S.M.; Sampaio, E.V.S.B.; Rodrigues, S.M.C.B.; Andrade, V.C. (2003) - Estrutura da vegetação lenhosa de três áreas de manguezal do Piauí com diferentes históricos de antropização. Brasil Florestal, 78:53–60.
Kamal, M.; Phinn, S.; Johansen, K. (2016) - Assessment of multi-resolution image data for mangrove leaf area index mapping. Remote Sensing of Environment, 176: 242–254.
Kovacs, J.M.; Wang, J.; Flores-Verdugo, F. (2005) - Mapping mangrove leaf area index at the species level using IKONOS and LAI-2000 sensors for the Agua Brava Lagoon, Mexican Pacific. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 62: 377-384. https://doi.org/10.1016/j.ecss.2004.09.027.
Kovacs, J.; King, J.; Flores de Santiago, F.; Flores-Verdugo, F. (2009) - Evaluating the condition of a mangrove forest of the Mexican Pacific based on an estimated leaf area index mapping approach. Environmental Monitoring and Assessment, 157: 137-149.
Kuenzer, C., Bluemel, A., Gebhardt, S., Quoc, T.V., & Dech, S. (2011) - Remote sensing of mangrove ecosystems: A review. Remote Sensing, 3: 878-928. https://doi.org/10.3390/rs3050878.
48
Thereza Christina Costa Medeiros et al. (2018)
Lagomasino, D.; Price, R.M.; Whitman, D.; Campbell, P.K.E.; Melesse, A. (2014) - Estimating major ion and nutrient concentrations in mangrove estuaries in Everglades National Park using leaf and satellite reflectance. Remote Sensing of Environment, 154: 202-218.
Li, F.; Yang, Q.; Zan, Q.; Tam, N.; Shin, P.K.S.; Vrijmoed, L.L.P.; Cheung, S.G. (2011) - Differences in leaf construction cost between alien and native mangrove species in Futian, Shenzhen, China: Implications for invasiveness of alien species. Marine Pollution Bulletin, 62: 1957–1962.
Lima, N.G.B.; Galvani, E.; Falcão, R.M.; Cunha-Lignon, M. (2013) - Air temperature and canopy cover of impacted and conserved mangrove ecosystems: a study of a subtropical estuary in Brazil. Journal of Coastal Research, 65:1152-1157.
Lovelock, C.E. (2008) - Soil respiration and belowground carbon allocation in mangrove forests. Ecosystems, 11: 342-354. https://doi.org/10.1007/s10021-008-9125-4.
Lugo, A. E.; Snedaker, S. C. (1974) - The ecology of mangroves. Annual Review of Ecology and Systematics, 5: 39-61.
Medeiros, T.C.C.; Sampaio, E.V.S.B. (2008) - Allometry of aboveground biomasses in mangrove species in Itamaracá, Pernambuco, Brazil. Wetlands Ecology and Management, 16: 323-330. https://doi.org/10.1007/s11273-007-9069-z
Medeiros, T.C.C.; Sampaio, E.V.S.B. (2013) - Leaf and flower formation in shoot tips of mangrove trees in Pernambuco, Brazil. Wetlands Ecology and Management, 21:209-217. https://doi.org/10.1007/s11273-013-9291-9.
Mehlig, U. (2006) - Phenology of the red mangrove, Rhizophora mangle L., in the Caeté estuary, Pará, equatorial Brazil. Aquatic Botany, 84:158–164.
Menezes, M.P.M.; Berger, U.; Mehlig, U. (2008) - Mangrove vegetation in Amazonia: A review of studies from the coast of Pará and Maranhão States, north Brazil. Acta Amazonica, 38:403–420.
Mutanga, O.; Adam, E.; Cho, M.A. (2012) - High density biomass estimation for wetland vegetation using WorldView-2 imagery and random forest regression algorithm. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 18: 399-406.
Pereira, F.R.S.; Kampel, M.; Cunha-Lignon, M. (2012) - Mapping of mangrove forests on the southern coast of São Paulo, Brazil, using synthetic aperture radar data from ALOS/PALSAR. Remote Sensing Letters, 3: 567–576.
Rodrigues, S.W.P.; Souza Filho, P.W.M. (2011) - Use of multi-sensor data to identify and map tropical coastal wetlands in the Amazon of Northern Brazil. Wetlands, 31:11-23. https://doi.org/10.1007/s13157-010-0135-6.
Ross, M.S.; Ruiz, P.L.; Telesnicki, G.J.; Meeder, J.F. (2001) - Estimating above-ground biomass and production in mangrove
communities of Biscayne National Park, Florida (USA). Wetlands Ecology and Management, 9:27–37.
Santos, L.C.M., Matos, H.R., Schaeffer-Noveli, Y., Cunha-Lignon, M., Bitencourt, M.D., Koedam, N., Dahdouh-Guebas, F. (2014) - Anthropogenic activities on mangrove areas (São Francisco River Estuary, Brazil Northeast): a GIS-based analysis of CBERS and SPOT images to aid in local management. Ocean and Coastal Management, 89: 39-50.
Schaeffer-Novelli, Y.; Cintrón, G. (1986) - Guia para estudo das áreas de manguezal: estrutura, função e flora. Caribbean Ecological Research, Sâo Paulo.
Sherman, R.E.; Fahey, T.J.; Martinez, P. (2003) Spatial patterns of biomass and aboveground net primary productivity in a mangrove ecosystem in the Dominican Republic. Ecosystems, 6:384–398.
Soares, M.L.G. (1999) - Estrutura vegetal e grau de perturbação dos manguezais da Lagoa da Tijuca, Rio de Janeiro, RJ, Brasil. Revista Brasileira de Biologia, 59: 503–515.
Soares, M.L.G.; Schaeffer-Novelli, Y. (2005) Above-ground biomass of mangrove species. I. Analysis of models. Estuarine and Coast Shelf Science, 65:1–18.
Souza, M.M.A.; Sampaio, E.V.S.B. (2001) Variação temporal da estrutura dos bosques de mangue de Suape - PE. Acta Botanica Brasilica, 15:1–12.
Suárez, N.; Medina, E. (2005) - Salinity effect on plant growth and leaf demography of the mangrove, Avicennia germinans L. Trees, 19: 721-727.
Suárez, N. (2003) - Leaf longevity, construction, and maintenance costs of three mangrove species under field conditions. Photosynthetica, 41: 373-381.
Tenório, G.S.; Souza Filho, P.W.M.; Ramos, E.M.L.S.; Alves, P.J.O. (2015) - Mangrove shrimp farm mapping and productivity on the Brazilian Amazon coast: Environmental and economic reasons for coastal conservation. Ocean and Coastal Management, 104: 65-77.
Tom, B.G.; Wright, L.D. (1982) - Geomorphology of the Purari River (Wabo) Hydroelectric Scheme. Environmental Studies, 17: 1-24.
Walters, B.B., Rönnbäck, P., Kovacs, J.L., Crona, B., Hussain, S.A., Badola, R., Primavera, J.H., Barbier, E., Dahdouh-Guebas, F. (2008) - Ethnobiology, socioeconomics and management of mangrove forests: a review. Aquatic Botany, 89: 220-236.
Wilson, N.C. & Saintilan, N. (2012) - Growth of the mangrove species Rhizophora stylosa Griff. at its southern latitudinal limit in eastern Australia. Aquatic Botany, 101: 8-17.
Zhu, Y.; Liu, K.; Liu, L.; Wang, S.; Liu, H. (2015) - Retrieval of mangrove aboveground biomass at the individual species level with Worldview-2 images. Remote Sensing, 7: 12192-12214. https://doi.org/10.3390/rs70912192.
Journal of Integrated Coastal Zone Management / Revista da Gestão Costeira Integrada 18(1):49-69 (2018) http://www.aprh.pt/rgci/pdf/rgci-n120_Nemes.pdf | DOI:10.5894/rgci-n120
49
Desenvolvimento Experimental de uma Estratégia de Controle Morfodinâmico de Perfil de Praia Arenosa
Dominada por Ondas
Experimental Development of a Morphodynamic Profile Control Strategy for Wave-Dominated Beaches
Douglas Duarte Nemes1, Marcos Nicolás Gallo2, Francisco Pedocchi3
1 Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa em Engenharia COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro, CP 68508, bloco I, sala 100, Rio de Janeiro, [email protected]
2 Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa em Engenharia COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro, CP 68508, bloco I, sala 100, Rio de Janeiro, [email protected]
3 Universidad de la República, Facultad de Ingeniería, Instituto de Mecánica de los Fluidos e Ingenería Ambiental. Montevideo, Uruguai; [email protected]
RESUMO: As estratégias de engenharia costeira para adaptação da população e suas atividades socioeconômicas ao redor dos oceanos é um tema que está em toda a história da civilização. Um dos desafios atuais é conter os processos erosivos no litoral, onde muitas cidades estão sentindo os efeitos do recuo da linha de costa. Para isto, as necessidades da sociedade moderna devem ser incluídas nos projetos de engenharia costeira, os quais devem ser desenvolvidos tendo em conta os conceitos naturais da dinâmica de cada sistema. O objetivo do presente estudo é demonstrar que um perfil arenoso, similar ao de praias do tipo intermediárias e que são vulneráveis ao processo erosivo, pode ser adaptado para se tornar um perfil predominantemente dissipativo, através da presença de um banco arenoso distal capaz de induzir a rebentação das ondas. No desenvolvimento desta estratégia foram utilizados os conceitos da morfodinâmica transversal de praias arenosas e o de estruturas costeiras submersas porosas. Para o efeito, uma estrutura porosa foi posicionada no antinó da oscilação hidrodinâmica longitudinal do sistema criado num canal de ondas. Com isso foi possível acumular sedimentos e ativar a formação de um banco arenoso distal. Esta forma morfológica passou a induzir a rebentação de ondas. Por sua vez, foi gerada uma larga e turbulenta zona de rebentação que passou a dissipar mais energia do que a ‘natural’. Um sistema morfodinâmico dissipativo foi criado durante os testes com ondas de alta e baixa energia. A estratégia de utilizar uma estrutura submersa com alta porosidade tem a vantagem de se integrar no
* Submission: 8 JUN 2017; Peer review: 2 AGO 2017; Revised: 2 JUN 2018; Accepted: 2 JUN 2018; Available on-line: 2 JUL 2018
Douglas Duarte Nemes et al.
50
Douglas Duarte Nemes et al. (2018)
processo morfodinâmico natural. Além disso, é uma estrutura leve em relação às tradicionais soluções de engenharia costeira, e que pode ser economicamente mais atrativa.
Palavras-chave: Engenharia Costeira; Estruturas Submersas Porosas; Bancos de Areia.
ABSTRACT: Coastal engineering strategies to adapt population and their socioeconomic activities around the oceans is a theme that is constantly present in the history of civilization. One of the main current challenges is to contain erosive processes on the shore, where many cities are feeling the effects of the coastline retreat. For this reason, the needs of modern society must be included in coastal engineering projects, which should be developed taking into account the natural concepts of the dynamics of each system. This is the motivation of the present study, which aims to demonstrate that a sandy profile that is vulnerable to erosive processes can be managed to become a predominantly dissipative profile, by introducing a sandy bank able to induce wave breaking. For this strategy, concepts of transverse morphodynamics of sandy beaches and of submerged porous coastal structures were used. When the structure was placed in the location of the anti-node of the system`s longitudinal hydrodynamic oscillation within a wave channel, it was possible to control the transport of sediments. The strategy was to accumulate the sediments inside the porous structure to replicate the shape of a distal sandy bank, which started to induce waves’ breaking. In turn, a wide and turbulent breaking zone was generated able to dissipate more energy than the ‘natural’ breaking zone. A dissipative morphodynamic system was predominant during the high and low wave energy scenarios. The strategy of using a submersible structure with high porosity has the advantage of being integrated in the natural morphodynamic processes. In addition, this is a lightweight structure compared to the traditional coastal engineering solutions, and it can be economically more attractive.
Keywords: Coastal Engineering; Submerged Porous Breakwater; Sandbars.
1. INTRODUÇÃOO desenvolvimento e aprimoramento de estratégias de engenharia costeira tornaram-se essenciais para controlar o problema crônico de erosão costeira, muito evidente nas cidades litorâneas. Os centros de pesquisas com foco em engenharia costeira vêm demonstrando a vulnerabilidade dos principais centros urbanos costeiros face às modificações climáticas globais de ventos, ondas e nível médio do mar (Neves e Muehe, 2008; Muehe, 2010). Qualquer alteração da energia que atinge o sistema praial causa a reorganização da morfodinâmica do sistema. O aporte de sedimentos da praia também está sendo afetado, principalmente pela existência de barragens nos rios (Yang, 2011). A consequência é o rebaixamento do nível topográfico da praia em relação ao nível médio da água do mar que, também está aumentando, colapsando a infraestrutura urbana da costa, além de gerar riscos à população e transtornos socioeconômicos (Short e Klein, 2016).Quando o ciclo retroalimentado de praias arenosas é modificado ou interrompido, a variabilidade sazonal de erosão e acreção não é mais sustentável. O engordamento de praia é a principal estratégia da engenharia costeira para tentar controlar o processo erosivo/destrutivo dominante (Van Rijn, 2011). Este método envolve buscar uma jazida sedimentar compatível com a sedimentologia do sistema praial, para além da logística de transporte
deste material (Medeiros et al., 2014). Muitas vezes, esta estratégia ainda necessita do acompanhamento de outra obra acoplada, por exemplo com esporões, quebra-mares, sacos geotêxtil e estruturas porosas (Benedet et al., 2016), para que uma eventual perda de sedimentos não torne a estratégia insustentável e ineficiente a médio-longo prazo (> 5 anos). O objetivo do presente estudo é desenvolver uma estratégia para reter os sedimentos no sistema praial, especificamente na zona de rebentação de ondas, a fim de estabelecer um processo dissipativo da energia das ondas e estabilizar a morfologia de um perfil vulnerável à erosão.Para proteger a costa da ação de ondas, o processo de indução da rebentação o mais longe possivel da face da praia é o mais eficiente para dissipar a energia das ondas. Uma extensa zona de rebentação torna o processo extremamente eficiente, garantido a estabilidade morfológica na face da praia e sustentando o ciclo retroalimentado de erosão e acreção, num ciclo de ondas extremas e de calmarias, respectivamente.Para isto, o presente estudo apresenta o desenvolvimento de uma estratégia com uma estrutura submersa porosa através de testes controlados em um perfil arenoso construído em um canal de ondas. A capacidade de ativar a formação do banco distal e induzir a rebentação das ondas foi possível com a prática do conceito de trabalhar com a natureza (working with nature), utilizando o
51
Desenvolvimento Experimental de uma Estratégia de Controle Morfodinâmico de Perfil de Praia Arenosa Dominada por Ondas
conhecimento da hidrodinâmica gerada no sistema para construir o processo de dissipação da energia que atinge a praia.
2. MATERIAIS E MÉTODOSO desenvolvimento da presente estratégia de engenharia costeira parte do princípio da organização morfológica transversal de praias arenosas, como resultado da granulometria (velocidade de sedimentação, ws) e do clima de ondas (altura, Hb, e período, T) na zona de rebentação (Wright e Short, 1984). Em resultado disso, a primeira expressão do transporte de sedimentos transversal do sistema praial é observada nos bancos arenosos (Hoefel e Elgar, 2003), os quais são as principais formas morfológicas do sistema praial na dissipação da energia das ondas (Wright et al., 1982).A hidrodinâmica gerada pela presença de ondas sobre um perfil arenoso é a referência para o desenvolvimento de estratégias de engenharia costeira para a dissipação da energia das ondas. A quantidade de movimento e massa gerada pela incidência de ondas sobre um perfil arenoso causa um sistema oscilatório que permanece estacionário quando há interação entre o fluxo incidente e o refletido (Figura 1- Ilustração do posicionamento dos bancos no perfil arenoso e da oscilação da superfície livre da água após a interação entre a onda refletida e a onda incidente, apresentada por Bowen (1980), utilizando o valor de β = 0.0769 (1:13) (A). Resultado da aplicação da equação 3, identificando o posicionamento teórico dos Antinós/Bancos e dos Nós/Cavas para diferentes períodos de onda (B).). Com efeito, cada onda que incide, rebenta e atinge a praia é refletida (com energia muito menor) no sentido contrário ao da incidência. A onda incidente e a onda refletida são ondas progressivas que se deslocam em sentidos contrários, dominando o balanço hidrodinâmico do sistema.Cada uma das ondas (H/L, altura/comprimento de onda) reproduzidas no modelo vai definir uma oscilação estacionária singular ao longo do eixo longitudinal (x) do canal. Isto pode ser representado matematicamente por uma função de Bessel de ordem zero (Bowen, 1980),
Jo(x) = 1 – [(x/2)2/(1!)2] + [(x/2)4/(2!)2] - [(x/2)6/(3!)2] + [(x/2)8/(4!)2] - [(x/2)10/(5!)2] + [(x/2)12/(6!)2] - [(x/2)14/(7!)2]... (1)
onde a forma da interação entre as ondas é descrita por um potencial no eixo horizontal,
Øx = Jo (4χ)1/2 (2)
em que χ representa a distância adimensional transversal
de nós e antinós que cruzam o eixo X,
χ = ω2 X / g tanβ (3)
em que ɷ é a frequência angular desta oscilação estacionária (2π/T) e β o ângulo que o perfil arenoso da praia faz com a horizontal. Os valores adimensionais de χ já são conhecidos (Short, 1999) para cada nó (1.4, 6.6, 17.6, 33.8, 54.8) e antinó (3.5, 12.3, 25.8, 44.5, 67.8) formado ao longo do eixo dos (Figura 1- Ilustração do posicionamento dos bancos no perfil arenoso e da oscilação da superfície livre da água após a interação entre a onda refletida e a onda incidente, apresentada por Bowen (1980), utilizando o valor de β = 0.0769 (1:13) (A). Resultado da aplicação da equação 3, identificando o posicionamento teórico dos Antinós/Bancos e dos Nós/Cavas para diferentes períodos de onda (B).). Short (1999) explica que o resultado da convergência e divergência do fluxo hidrodinâmico da coluna d’água oscilante de maneira estacionária gera convergência e divergência no transporte de sedimentos. Isto permite identificar o posicionamento das formas morfológicas de bancos e cavas no sistema, através dos consecutivos nós/antinós formados no eixo longitudinal (Figura 1- Ilustração do posicionamento dos bancos no perfil arenoso e da oscilação da superfície livre da água após a interação entre a onda refletida e a onda incidente, apresentada por Bowen (1980), utilizando o valor de β = 0.0769 (1:13) (A). Resultado da aplicação da equação 3, identificando o posicionamento teórico dos Antinós/Bancos e dos Nós/Cavas para diferentes períodos de onda (B).), respectivamente,
Xn = (g χ tanβ) / (ω2) (4)
Esta é uma expressão que sugere o posicionamento longitudinal dos bancos arenosos e da cava (Bowen, 1980), para várias ondas incidentes. No presente estudo foi utilizada esta formulação teórica para examinar a formação de duas formas básicas de perfil de equilíbrio (Figura 2 - Apresentação dos dois tipos de perfil de equilíbrio básicos que são criados num canal de ondas, sugeridos por Gourlay (1980), onde Zc é a altura da Crista da Berma ou do Sopé da Duna em relação ao nível de água no canal, Nágua, Nm é o nível médio na presença de ondas, Xd é a distância do Sopé da Duna modificado pelas ondas na face da praia até ao Banco Distal que induz a rebentação da onda, e Hb é a altura da onda na rebentação.) em canais de ondas (Gourlay, 1980): a) Perfil Refletivo; b) Perfil dissipativo.Na Figura 2 - Apresentação dos dois tipos de perfil de equilíbrio básicos que são criados num canal de ondas, sugeridos por Gourlay (1980), onde Zc é a altura da
52
Douglas Duarte Nemes et al. (2018)
Nó
Antinó
X1
X2
X3
Xd
Cava BancoNível MédioPerfil Arenoso InicialPerfil Modificado
Oscilação Estacionária
A
Figura 1- Ilustração do posicionamento dos bancos no perfil arenoso e da oscilação da superfície livre da água após a interação entre a onda refletida e a onda incidente, apresentada por Bowen (1980), utilizando o valor de β = 0.0769 (1:13) (A). Resultado da aplicação da equação 3, identificando o posicionamento teórico dos Antinós/Bancos e dos Nós/Cavas
para diferentes períodos de onda (B).
Figure 1- Illustration of the sandbars positioning at the beach profile and of the water free surface oscillation after the interaction between the reflected and the incident waves, presented by Bowen (1980), using the value of β = 0.0769 (1 : 13)
(A). Results of equation 3, identifying the theoretical positioning of Antinodes/Bars and Nodes/Trough for different wave periods (B).
53
Desenvolvimento Experimental de uma Estratégia de Controle Morfodinâmico de Perfil de Praia Arenosa Dominada por Ondas
Sopé da Duna
Zona de Rebentação
Zona de Rebentação
Banco Proximal Banco
Distal
Crista da Berma
ZcHb
Zc
Nm
Nágua
Nm
Nágua
Hb
Degrau
Xd
Xd
a) Perfil Refletivo
b) Perfil Dissipativo
Figura 2 - Apresentação dos dois tipos de perfil de equilíbrio básicos que são criados num canal de ondas, sugeridos por Gourlay (1980), onde Zc é a altura da Crista da Berma ou do Sopé da Duna em relação ao nível de água no canal, Nágua, Nm é o nível médio na presença de ondas, Xd é a distância do Sopé da Duna modificado pelas ondas na face da
praia até ao Banco Distal que induz a rebentação da onda, e Hb é a altura da onda na rebentação.
Figure 2 - Presentation of the two basic types of equilibrium profiles that are created in a wave channel, suggested by Gourlay (1980), where Zc is the height of Berm Crest or Dune in relation to the Water Level in the channel, Nwater, Nm is the average level in the presence of waves, Xd is the distance from the Dune toe modified by the waves to the Distal
sand bar that induces the wave breaking and Hb is the wave height in the surf zone.
Figura 3 - Mobilidade da Praia da Reserva, litoral do Rio de Janeiro (Brasil), de acordo com as ondas que atingiram a praia ao longo de 2015.
Figure 3 - Mobility of the Reserve Beach at the coast of Rio de Janeiro (Brazil) according to the waves that reached the beach during the year 2015.
54
Douglas Duarte Nemes et al. (2018)
Crista da Berma ou do Sopé da Duna em relação ao nível de água no canal, Nágua, Nm é o nível médio na presença de ondas, Xd é a distância do Sopé da Duna modificado pelas ondas na face da praia até ao Banco Distal que induz a rebentação da onda, e Hb é a altura da onda na rebentação. é possível perceber que no perfil refletivo (a) a energia da onda será dissipada na zona de espraiamento, enquanto no perfil dissipativo (b) o banco distal induzirá a rebentação da onda e os processos de dissipação ocorrerão na zona de rebentação. O modo de formação destes perfis de equilíbrio será representado num canal de ondas com fundo móvel, cujo desafio foi ativar a formação morfológica de perfis dissipativos com ondas incidentes de diferentes caracteristicas.
2.1 Modelo Físico de Fundo MóvelOs ensaios em modelo físico foram conduzidos no Laboratório de Mecânica dos Fluidos e Engenharia Ambiental da Universidade de La República, Uruguai. Foi utilizado um canal de ondas de 18.5 m de comprimento, 0.51 m de largura e 0.7 m de altura com paredes laterais de vidro. Um batedor elétrico do tipo pistão gerou ondas monocromáticas, sendo a profundidade de água igual a 0.3 m, sem variação de nível. A escala geometrica (e) utilizada foi de 1/20, respeitando a semelhança de Froude existente entre as dimensões de comprimento (L) e tempo (T). Conservando o número de Froude, obtém-se a relação entre a escala das velocidades (eU), dos comprimentos (eL) e do tempo (eT),
eL = eT2 (5)
A referência para definir as caracteristicas das ondas e do perfil morfológico (d50 0.300mm – 0.500mm) foi o estudo de Nemes (2016). O autor analisou a mobilidade da praia da Reserva (Figura 3 - Mobilidade da Praia da Reserva, litoral do Rio de Janeiro (Brasil), de acordo com as ondas que atingiram a praia ao longo de 2015.), litoral do Rio de Janeiro (Brasil), em resposta à presença
de um afloramento rochoso na zona de rebentação de ondas. Esta é uma praia oceânica do tipo intermediária, governada pela elevada energia de ondas incidentes (alturas de onda significativas e períodos de onda entre 0.5 m e 2.7 m e 4 s e 18 s, respectivamente, e alturas de onda máximas de 4.5 m) com regime de micro maré (1.2 m). Este tipo de praia foi escolhido pois, segundo Wright e Short (1984), são as mais comuns no planeta. Além disso, a presença de uma estrutura rochosa na zona de rebentação das ondas é coincidente com a formação do banco arenoso da praia da Reserva (Nemes, 2016). Mesmo evoluindo morfologicamente para estados refletivos, neste setor da praia, existe acumulação de sedimentos no banco rochoso que a caracteriza como dissipativa, a partir da rebentação das ondas neste local. No canal de ondas, os parâmetros altura de onda (H) e período de onda (T) foram aferidos na parede lateral de vidro, com medições de tempo e espaço, respectivamente com cronómetro e régua graduada. As medições foram realizadas a 4 m do gerador de ondas, onde também foi posicionado o instrumento acústico Ultra Velocimeter Profiler (UVP). O UVP registra a velocidade das partículas na coluna de água ao longo de um feixe acústico de 1.0 m, compreendendo 325 células de medição. Este equipamento foi instalado a 0.15 m do fundo do canal, com o feixe acústico na direção do batedor de ondas a uma distância de 4 m (Figura 4 - Esquema ilustrativo das dimensões do canal de ondas e a condição de contorno do fundo inicial do talude com um declive de 1:13.). O sensor UVP foi utilizado para controlar as harmônicas presentes no canal e, no mesmo local, a altura (Ho) e período (T) da onda foram conferidos com uma régua e cronômetro, respectivamente Os dados do UVP foram utilizados para identificar a presença de sub-harmônicas nos testes realizados para as várias condições de agitação, tendo sido validados apenas os testes com influência da harmônica principal gerada pelo batedor de ondas. Para realizar a decomposição das harmônicas de ondas registradas no canal foram
Motor elétrico
Eixo
BraçoPistão
Gerador de OndasCanal de Ondas
18.5m
0.7m0.3m UVP
0.15m4 mPraia (d50 0.5mm)
1:136 m
T e H
Figura 4 - Esquema ilustrativo das dimensões do canal de ondas e a condição de contorno do fundo inicial do talude com um declive de 1:13.
Figure 4 - Illustration of the wave channel dimensions and the contour condition of the initial bottom slope with an inclination of 1:13.
55
Desenvolvimento Experimental de uma Estratégia de Controle Morfodinâmico de Perfil de Praia Arenosa Dominada por Ondas
utilizadas quatro células com medições de velocidade de correntes e aplicado o método de Mosquera e Pedocchi, (2013). A Figura 5 apresenta dois resultados (A e B) da aplicação dessa metodologia, onde a partir do espectro de velocidade (1) foi reconstituído o perfil de velocidades (2) e a superfície livre (3) no canal. Desse modo, o sistema construído fica totalmente controlado de forma a melhor representar a evolução morfológica com a hidrodinâmica longitudinal gerada pelo harmônico principal de cada teste (Figura 5). O fundo móvel foi construído com areia (2.650 kg/m3) de granulometria, d50, 0.500 mm e inclinação de 1:13 (Figura 4 - Esquema ilustrativo das dimensões do canal de ondas e a condição de contorno do fundo inicial do talude com um declive de 1:13.). Para definir esta condição inicial foram tidos em consideração os trabalhos que avaliam as distorções de escalas em modelos de fundo móvel (Heller, 2011; Ranieri, 2007), além de experiências realizadas antes do presente estudo, a fim de reproduzir da melhor maneira as formas morfológicas de praias intermediárias: bancos, cavas e berma (Figura 2 - Apresentação dos dois tipos de perfil de equilíbrio básicos que são criados num canal de ondas, sugeridos por Gourlay (1980), onde Zc é a altura da Crista da Berma ou do Sopé da Duna em relação ao nível de água no canal, Nágua, Nm é o nível médio na presença de ondas, Xd é a distância do Sopé da Duna modificado pelas ondas na face da praia até ao Banco Distal que induz a rebentação da onda, e Hb é a altura da onda na rebentação.). Segundo Van Rijn et al.
(2011), o mais relevante é a representação adequada dos volumes de erosão da praia e da duna em relação à praia protótipo. Estas referências foram apresentadas na Figura 3 - Mobilidade da Praia da Reserva, litoral do Rio de Janeiro (Brasil), de acordo com as ondas que atingiram a praia ao longo de 2015., descrevendo a mobilidade da Praia da Reserva (Nemes, 2016). Apesar da longa tradição da modelação física, importa destacar que os efeitos de escala gerados em modelos físicos costeiros ainda são um problema que não está completamente resolvido (Ranieri, 2007). Não existe um estudo onde todos os parâmetros relevantes tivessem sido escalonados para o modelo físico (Heller, 2011). Dessa forma, a semelhança dos processos de acreção ou erosão de praia não é incluída automaticamente na escala de Froude, mesmo que o material no modelo satisfaça a semelhança das condições de arraste (Motta, 1985). Por isso, a utilização de areia de granulometria similar em canais de ondas parece ser mais realística nos processos que envolvem a zona de rebentação e espraiamento, onde o fluxo é unidirecional e os parâmetros das ondas podem ser ajustados para o tipo de resposta morfológica desejada (Paul et al., 1972; Heller, 2011). A principal vantagem é a similaridade das formas morfológicas de equilíbrio (Noda, 1978) que são controladas pelo ângulo de repouso do sedimento, viabilizando o propósito dos testes (Paul et al., 1972) e a sua interpretação. Já a utilização de materiais mais leves resulta em acelerações inferiores das partículas no modelo e, consequentemente,
Figura 5 - Resultados do registro de velocidades horizontais com um UVP para duas ondas diferentes (A e B): (1) densidade espectral de velocidades geradas pelas ondas; (2) reconstrução do perfil de velocidades horizontais e; (3) decomposição
harmônica das ondas geradas no canal.
Figure 5 - Results of horizontal velocities recorded with a UVP for two different waves (A and B): (1) spectral density of velocities generated by the waves; (2) reconstruction of the horizontal velocity profile and; (3) harmonic decomposition of
the waves generated in the channel.
A
B
1
1
2
2
3
3
56
Douglas Duarte Nemes et al. (2018)
em taxas de transporte superiores e na criação de zonas de acumulação de partículas (Kamphuis e Nairn, 1984). A utilização de areia similar à referência tem sido utilizada em diversos estudos (Cheng et al., 2016, 0.15 mm; Alsina et al., 2012, 0.250 mm; Ranasinghe et al., 2006, 0.25 mm; Wang et al., 2002, 0.150 mm; Smith et al., 2003, 0.150 mm; Noda, 1978). Embora também sejam utilizados materiais de fundo mais leves (Neves et al., 2015, silicato de gravidade específica 1.55, 0.273 mm; Turner et al., 2001, PVC 0.4 mm e 1.33x103 kg/m3), eles não são mais utilizados para representar processos que ocorrem na zona de rebentação das ondas (Kamphuis, 1985). Cada tipo de onda possui uma assimetria característica (Drake e Calantoni, 2001; Hoefel e Elgar, 2003; Nielsen, 2006) que, por sua vez, define um fator de fricção no fundo e uma tensão resultante que determina o transporte de sedimentos (Nielsen, 1992; Van Rijn, 1993). É por isso que perfis arenosos são agrupados em função do tipo de onda (Gourlay, 1980), definindo formas morfológicas de equilíbrio básico que respeitam o ângulo de repouso do sedimento.Os perfis de equilíbrio morfológico foram definidos quando a mobilidade das feições de bancos e cavas foram menores do que 5% em relação ao início do teste. Este monitoramento foi realizado através de marcações com um marcador no vidro lateral do canal de ondas. O teste foi interrompido quando o transporte de sedimentos passou a ser insignificante (Motta, 1985; Wang e Kraus, 2005), ou seja, as formas morfológicas permaneceram em equilíbrio dinâmico. Mesmo que Gourlay (1980) e outros autores (Grasso et al., 2009) tenham demonstrado que a configuração inicial de um perfil arenoso não afeta o perfil de equilíbrio final, no presente estudo foram utilizados os resultados de perfis de equilíbrio de diferentes ondas para serem modificados posteriormente por ondas com outras características. Estes testes foram designados de ‘Perfil Herdado’. A mobilidade temporal e espacial do perfil em cada teste foi registrado com uma câmera de vídeo modelo Sony CyberShort de 24 Megapixels, posicionada lateralmente na parede de vidro do canal. Com as imagens referenciadas espacialmente f (x,z) em cada teste, os contornos dos perfis de equilíbrio foram obtidas no software de sistema de informações espaciais ArcGis10.1. Com esta informação, foi calculado o volume de sedimentos mobilizado no modelo, utilizando a área limitada pelo contorno das formas (altura), comprimento do perfil arenoso ou da forma e a largura do canal (0.5 m).
2.2 Estrutura Submersa PorosaNos últimos anos os estudos com estruturas submersas
porosas (Figura 6), submerged porous breakwater - SPBW, têm aumentado com o objetivo de atenuar a energia das ondas (Losada et al., 1996; Pilarczyk, 2003; Ting et al., 2004; Kobayashi et al., 2007; Nishihata et al., 2012; Wu e Hsiao, 2013; Akbari e Namin, 2013; Wu et al., 2014; Metallinos et al., 2016), bem como para reduzir a perda de sedimentos de uma alimentação de praia (Benedet et al., 2016), por exemplo. Porém, a resposta do sistema sedimentar à presença da estrutura é negligenciada por todos. Vários estudos realizados com SPBW (Losada et al., 1996; Pilarczyk, 2003; Ting et al., 2004; Kobayashi et al., 2007; Nishihata et al., 2012; Wu e Hsiao, 2013; Akbari e Namin, 2013; Wu et al., 2014; Metallinos et al., 2016) descrevem usualmente o índice de reflexão e transmissão da onda, referindo também a ocorrência de uma dissipação de até 25% da energia da onda, no interior e no exterior do SPBW (Wu et al., 2014). Um interessante estudo hidrodinâmico tridimensional com uma onda solitária, simulada por Wu et al. (2014), mostra as partículas fluidas passando pelos poros e criando vórtices ao seu redor. Os autores puderam perceber que algumas partículas foram depositadas na retaguarda da estrutura e outras transportadas em sentido contrário ao de propagação da onda. Além disso, algumas partículas não saíram do SPBW, ocorrendo acumulação no seu interior. Wu et al. (2014) inferem que isto pode ser um problema para a utilização na costa, pois se a partícula fosse um sedimento iria alterar a porosidade da estrutura e a eficiência na dissipação da energia da onda. Por outro lado, se ocorre a acumulação no seu interior de partículas finas, como sedimentos, isto pode ser acoplado à dinâmica do sistema praial e interagir com os processos físicos, a fim de construir um banco imerso e passar a induzir a rebentação da onda. Mas isso depende da natureza do transporte turbulento na zona de rebentação, que depende de cada tipo de onda (Ting e Kirby, 1994). O principal objetivo foi desenvolver um SPBW capaz de se acoplar à hidrodinâmica de um perfil arenoso dominado por ondas, a fim de acumular sedimentos no seu interior e gerar uma zona de rebentação de ondas.Neste estudo foi construída uma estrutura porosa para ficar submersa no perfil arenoso (SPBW). A forma e dimensões foram baseadas nas barras imersas formadas pelos testes de ‘Perfil Inicial’ e de ‘Perfil Herdado’. Para isto, foi construída uma estrutura trapezoidal da seguinte forma (Figura 7 A, B): foram utilizadas quatro barras de metal com 0.01 m de diâmetro para formar uma base de 0.6 m x 0.5 m. Outras quatro barras com comprimentos de 0.13 m e diâmetro de 0.004 m foram usadas para estabelecer a altura da estrutura submersa. Não foi usada nenhuma estrutura rígida para fixar a base menor do trapézio (0.25 m, Figura 7 C). Esta armação
57
Desenvolvimento Experimental de uma Estratégia de Controle Morfodinâmico de Perfil de Praia Arenosa Dominada por Ondas
A B C D
Figura 6 - Exemplos de estruturas costeiras submersas e porosas estudadas por (A) Nishihata et al., (2012), (B) Wu et al. (2014), (C) Ting et al. (2004) e (D) Pilarczyk (2003).
Figure 6 - Examples of submerged and porous coastal structures studied by (A) Nishihata et al., (2012), (B) Wu et al. (2014), (C) Ting et al. (2004) and (D) Pilarczyk (2003).
Figura 7 - Ilustração do processo de idealização e evolução conceitual do projeto de um modelo de estrutura submersa porosa (SPBW) (A, B), construção da armação da estrutura (C), “costura”
das malhas de PEAD na armação (D) e projeto digital da parte responsável pela retenção de sedimentos e a formação de um banco arenoso no sistema praial (E).
Figure 7 - Illustration of the process of idealization and conceptual evolution of the design of a submerged porous breakwater (SPBW) (A, B), construction of prototype structure (C), sewing of High Density Polyethylene (HDPE) mesh in the prototype structure (D), and design of the part responsible for the sediment retention and the formation of a sandbar in the beach system (E).
Figura 8 - Esquemas ilustrativos do canal de ondas e a condição de contorno inicial com: posicionamento de uma estrutura submersa porosa (#) e totalmente vazia ‘SPBW’ no perfil arenoso (A); estrutura submersa porosa (#) totalmente cheia ‘SPBW Cheio’ em sua base (B); e barra imersa
no perfil, designado como ‘Perfil Engorda do Banco Distal’ (C).
Figure 8 - Schematic diagram of the wave channel and the initial boundary condition with: posi-tioning of a submerged porous breakwater (#) and totally empty ‘SPBW’ in the sandy profile (A); a porous submerged breakwater (#) fully filled ‘SPBW Full’ at its base (B); and immersed bar in the
profile, named “Nourishment Sandbar Profile’ (C).
Motor elétrico
Eixo
BraçoPistão
Gerador de OndasCanal de Ondas
18.5m
0.7m0.3m UVP
0.15m4 mPraia (d50 0.5mm)
α 4˚6 m
XBN
0.07m
T e Ho
Motor elétrico
BraçoPistão
Gerador de OndasCanal de Ondas
18,5m
0,7m0,3m UVP
0,15m4 mPraia (d50 0,5mm)
α 4˚6 m
0,07m
XBN
T e Ho
Motor elétrico
BraçoPistão
Gerador de OndasCanal de Ondas
18.5m
0.7m0.3mPraia (d50 0.5mm)
α 4˚6 m
0.10m
XBN
A
CB
58
Douglas Duarte Nemes et al. (2018)
Figura 9 - Perfil arenoso modificado por ondas com (a,b) a instalação de uma estrutura submersa porosa (SPBW) no local de um antinó distal; (c) verificação da capacidade de reter areia no interior da SPBW e formação de um banco; (d) rebentação de ondas
sobre o banco formado pelo SPBW; (e) formação de um perfil predominantemente dissipativo.
Figure 9 - Wave-modified sandy profile with (a, b) installation of a submerged porous breakwater (SPBW) at the distal antinode; (c) verification of the ability to retain sand within the SPBW and formation of a sandbar; (d) wave breaking on the bank formed by the
SPBW; e) formation of a predominantly dissipative profile.
possui um volume de 55.250 cm3 e foi “costurada” com malhas de polietileno de alta densidade (PEAD, ‘tela de mosquiteiro’), em seu interior (Figura 7 D). O volume das malhas utilizado foi de aproximadamente 27.625 cm3, resultando num protótipo de estrutura costeira submersa com porosidade aproximada de 67% (Figura 7 E). Esta variável foi calculada através da imersão de toda a estrutura flexível (malhas) num volume de controlo (proveta graduada de 7 L), o que resultou num deslocamento de 33% do volume de água.Dessa forma, os testes com a estrutura submersa foram definidos da seguinte forma:
• ‘SPBW’: nomeia os testes que possuem uma estrutura submersa porosa (vazia) no perfil arenoso (Figura 8 A). O posicionamento da base da estrutura foi ajustado para os limites do antinó distal para as ondas utilizadas, aproximadamente a 200 cm (X3 e X4, Figura 1- Ilustração do posicionamento dos bancos no perfil arenoso e da oscilação da superfície livre da água após a interação entre a onda refletida e a onda incidente, apresentada por Bowen (1980), utilizando o valor de β = 0.0769 (1:13) (A). Resultado da aplicação da equação 3, identificando o posicionamento
teórico dos Antinós/Bancos e dos Nós/Cavas para diferentes períodos de onda (B).) do limite superior do perfil arenoso (duna). Na Figura 9 (a-e) está apresentado o objetivo do presente estudo com a introdução de um SPBW num perfil refletivo. A acumulação de areia no interior do SPBW formou uma barra imersa que passou a induzir a rebentação das ondas no local, originando uma larga e turbulenta zona de rebentação. A energia das ondas no espraiamento não foi suficiente para atingir as zonas mais emersas do sistema arenoso criado. O objetivo foi atingido quando um perfil dissipativo de ondas foi estabelecido com uma estrutura porosa submersa (Figura 9, a-e). Ao longo destes testes foi observada a resposta da praia com a estrutura preenchida de areia, bem como o perfil de equilíbrio formado quando a estrutura ficou vazia.
• ‘SPBW cheio’: este termo nomeia os testes com a estrutura posicionada sobre o perfil arenoso e completamente preenchida de areia na condição de contorno inicial (Figura 8 - Esquemas ilustrativos do canal de ondas e a condição de contorno inicial com: posicionamento de uma estrutura submersa
59
Desenvolvimento Experimental de uma Estratégia de Controle Morfodinâmico de Perfil de Praia Arenosa Dominada por Ondas
porosa (#) e totalmente vazia ‘SPBW’ no perfil arenoso (A); estrutura submersa porosa (#) totalmente cheia ‘SPBW Cheio’ em sua base (B); e barra imersa no perfil, designado como ‘Perfil Engorda do Banco Distal’ (C). B). Verificou-se a capacidade de formação da formação arenosa dissipativa de ondas (banco) ao longo de diferentes cenários e a mobilidade das feições emersas do perfil.
• Perfil Engorda do Banco Distal: neste teste foi construído um banco imerso de areia (mesmo material do perfil) no perfil arenoso (Figura 8 - Esquemas ilustrativos do canal de ondas e a condição de contorno inicial com: posicionamento de uma estrutura submersa porosa (#) e totalmente vazia ‘SPBW’ no perfil arenoso (A); estrutura submersa porosa (#) totalmente cheia ‘SPBW Cheio’ em sua base (B); e barra imersa no perfil, designado como ‘Perfil Engorda do Banco Distal’ (C). C), comum na engenharia costeira (Spielman et al., 2011). Foram realizados testes com duas alturas de ondas, cujo objetivo foi comparar o resultado do perfil de equilíbrio com os resultados obtidos nos testes do Perfil Natural, Perfil Herdado, SPBW e SPBW cheio.
3. RESULTADOSNa Tabela 1 são apresentados 60 perfis de equilíbrio devidos à ação de ondas com valores de altura e período variando entre 1.1 e 3.6 m e de 4.66 a 13.86 s, respectivamente. A combinação destes valores representa o clima de ondas tipico de uma praia oceânica exposta a ondas de elevada energia (Nemes, 2016). A análise da variabilidade morfológica dos perfis de equilíbrio dos testes ‘Perfil Natural’ (Figura 10 a) e ‘Perfil Herdado’ (Figura 10 b) mostra que estes apresentaram formas típicas de crista da berma, espraiamento, degrau, cava e banco arenoso emerso e imerso (Tabela 1 - Testes efetuados para várias alturas e periodos de ondas. e Figura 10). A transição entre um perfil refletivo e dissipativo é estabelecida para valores de declividade da onda crítico entre 2 e 2.5 (Tabela 1 - Testes efetuados para várias alturas e periodos de ondas.). O banco imerso mais afastado da praia só foi reproduzido pelos tipos de ondas com declividade acima de 2. Na natureza esta configuração sugere um perfil dissipativo. Durante os testes o fenômeno destrutivo/erosivo também foi reproduzido, simulando a natureza de recessão do limite superior do perfil, ou seja, a erosão da duna (Tabela 1 - Testes efetuados para várias alturas e periodos de ondas.). Isto ocorreu quando o perfil arenoso (‘Perfil Herdado’) não apresentou obstáculos imersos como
condição inicial para as ondas seguintes. Esta situação possibilitou a incidência da energia das ondas na zona mais emersa do perfil, causando a recessão do perfil até – 18 cm da duna (Figura 10 a), equivalente a 3.6 m no protótipo. Na ausência de uma forma morfológica dissipativa predominante no perfil da praia (Figura 10 a), ocorreu uma mobilidade horizontal significativa do perfil (Figura 10 a).Os resultados obtidos com a introdução da estrutura porosa (SPBW) no perfil arenoso (Figura 10 - Perfis de equilibrio gerados pelos testes ‘Perfil Natural’ e ‘Perfil Herança’ (a), ‘Perfil SPBW’ (b), ‘Perfil SPBW Cheio’ (c) e ‘Perfil Engorda do Banco Distal’ (d). Nos testes (b) os casos destacados a vermelho demonstram que o SPBW não reteve areia no seu interior. b) demonstram que o sistema foi capaz de ativar a formação de um banco imerso, com a formação de um perfil dissipativo. A amplitude vertical e horizontal de variação do perfil arenoso foi significativamente reduzida após a introdução do SPBW (b) em relação aos perfis ‘Natural e Herdado’ (a). Esta redução foi de aproximadamente 50% da mobilidade da crista da berma, o que definiu perfis com declives mais suaves. A forma do banco imerso construído artificialmente pelo SPBW foi muito similar aos formados pelos perfis ‘Natural’ e ‘Herdado’ (Figura 11). Na Figura 10 - Perfis de equilibrio gerados pelos testes ‘Perfil Natural’ e ‘Perfil Herança’ (a), ‘Perfil SPBW’ (b), ‘Perfil SPBW Cheio’ (c) e ‘Perfil Engorda do Banco Distal’ (d). Nos testes (b) os casos destacados a vermelho demonstram que o SPBW não reteve areia no seu interior. b, estão destacados a vermelho os perfis de equilíbrio onde se impediu a retenção de areia. Isto foi feito colocando um calço de um centímetro entre o perfil e o SPBW. Desse modo, a estrutura porosa sugerida para proteção costeira apenas tem como objetivo dissipar a energia da onda aquando da sua passagem pela estrutura porosa (Pilarczyck, 2003, Ting et al., 2004; Akbari e Namin, 2013, Wu e Hsiao, 2013; Wu et al., 2014 e Metallinos et al., 2016). Apesar de estudos anteriores referirem que há uma dissipação média de 25% da energia das ondas por uma estrutura porosa, o resultado do perfil arenoso ainda é muito similar ao Perfil Natural (Figura 10 - Perfis de equilibrio gerados pelos testes ‘Perfil Natural’ e ‘Perfil Herança’ (a), ‘Perfil SPBW’ (b), ‘Perfil SPBW Cheio’ (c) e ‘Perfil Engorda do Banco Distal’ (d). Nos testes (b) os casos destacados a vermelho demonstram que o SPBW não reteve areia no seu interior. a). A Figura 10 - Perfis de equilibrio gerados pelos testes ‘Perfil Natural’ e ‘Perfil Herança’ (a), ‘Perfil SPBW’ (b), ‘Perfil SPBW Cheio’ (c) e ‘Perfil Engorda do Banco Distal’ (d). Nos testes (b) os casos destacados a vermelho demonstram que o SPBW não reteve areia no seu interior. b demonstra que é mais
60
Douglas Duarte Nemes et al. (2018)
REAL (m) REAL (s)eL = Hmod/Hreal eT = √(eL)Escala de H Escala deT
0.05 0.22364 SPBW Cheio 2.98 5.5 1.1 13.31 0.404 SPBW Cheio 2.98 5.7 1.14 13.31 0.414 SPBW Cheio 2.7 6.6 1.32 12.06 0.583 SPBW 2.7 6.8 1.36 12.06 0.601 Perfil Natural 2.55 6.8 1.36 11.41 0.673 SPBW 2.55 6.8 1.36 11.41 0.672 Herdado 2.55 6.8 1.36 11.41 0.671 Herdado 2.55 6.8 1.36 11.41 0.674 SPBW Cheio 2.98 9.5 1.9 13.31 0.691 Perfil Natural 2.98 11 2.22 13.31 0.802 Perfil Natural 2.98 11 2.22 13.31 0.801 Perfil Natural 2.98 11 2.22 13.31 0.802 Engorda do Banco Distal 2.55 8.2 1.64 11.41 0.812 Herdado 2.98 13 2.5 13.31 0.901 Perfil Natural 2.34 8.2 1.64 10.47 0.961 Perfil Natural 2.34 8.2 1.64 10.47 0.962 Perfil Natural 2.98 13 2.66 13.31 0.963 SPBW 2.98 14 2.7 13.31 0.983 SPBW 3.1 16 3.1 13.86 1.034 SPBW Cheio 1.88 6 1.2 8.41 1.094 SPBW Cheio 1.88 6 1.2 8.41 1.092 Perfil Natural 2.01 7 1.4 9.00 1.113 SPBW 1.88 6.5 1.3 8.41 1.184 SPBW Cheio 2.07 8.1 1.62 9.26 1.213 SPBW 2.07 8.2 1.64 9.26 1.231 Perfil Natural 1.88 6.8 1.36 8.41 1.232 Perfil Natural 1.88 6.8 1.36 8.41 1.232 Perfil Natural 1.88 6.8 1.36 8.41 1.231 Herdado 1.88 6.8 1.36 8.41 1.232 Herdado 1.88 6.8 1.36 8.41 1.232 Perfil Natural 2.55 13 2.54 11.41 1.253 SPBW 1.88 7 1.4 8.41 1.274 SPBW Cheio 2.07 8.5 1.7 9.26 1.272 Herdado 2.01 8.2 1.64 9.00 1.302 Herdado 2.01 8.2 1.64 9.00 1.302 Herdado 2.98 18 3.6 13.31 1.302 Herdado 2.98 18 3.6 13.31 1.303 SPBW 2.55 15 3.02 11.41 1.483 SPBW 2.55 15 3.02 11.41 1.482 Herdado 2.55 15 3.02 11.41 1.482 Perfil Natural 1.57 7.6 1.52 7.02 1.972 Herdado 1.57 7.6 1.52 7.02 1.974 SPBW Cheio 2.07 14 2.7 9.26 2.012 Engorda do Banco Distal 2.01 14 2.7 9.00 2.134 SPBW Cheio 2.01 14 2.7 9.00 2.134 SPBW Cheio 2.07 15 2.9 9.26 2.172 Perfil Natural 1.88 13 2.56 8.41 2.323 SPBW 2.27 20 3.9 10.14 2.432 Herdado 2.27 20 3.9 10.14 2.431 Perfil Natural 1.7 11 2.22 7.61 2.463 SPBW 1.35 7 1.4 6.04 2.464 SPBW Cheio 1.35 7.6 1.52 6.04 2.673 SPBW 2.013 17 3.4 9.00 2.673 SPBW 2.01 17 3.4 9.00 2.694 SPBW Cheio 1.34 7.5 1.5 5.97 2.693 SPBW 1.42 9 1.8 6.34 2.874 SPBW Cheio 1.34 8.6 1.72 5.97 3.092 Perfil Natural 1.44 12 2.4 6.45 3.692 Perfil Natural 1.44 13 2.56 6.45 3.942 Herdado 1.04 13 2.5 4.66 7.36
Perfil de Equilibrio (d/l)T (s) Hi (cm) Perfil de fundoFase
Declividade (Ho/Lo)
Tabela 1 - Testes efetuados para várias alturas e periodos de ondas.
Table 1 - Tests performed for various wave heights and wave periods.
Nível d’água
Sopé da duna
Recessão da duna
Crista da berma
Zona de espraiamento
Degrau
Banco arenoso natural
Banco arenoso do SPBW
Perfis de Equilíbrio
61
Desenvolvimento Experimental de uma Estratégia de Controle Morfodinâmico de Perfil de Praia Arenosa Dominada por Ondas
Figura 10 - Perfis de equilibrio gerados pelos testes ‘Perfil Natural’ e ‘Perfil Herança’ (a), ‘Perfil SPBW’ (b), ‘Perfil SPBW Cheio’ (c) e ‘Perfil Engorda do Banco Distal’ (d). Nos testes (b) os casos destacados a vermelho demonstram que o SPBW
não reteve areia no seu interior.
Figure 10 - Equilibrium profiles generated by the ‘Natural Profile’ and ‘Inheritance Profile’ (a), ‘SPBW Profile’ (b), ‘Full SPBW Profile’ (c) and ‘Nourishment Sandbar Profile’ (d). In tests (b) the cases highlighted in red demonstrate that the SPBW
did not retain sand in its interior.
Figura 11 - Comparação entre os bancos do Perfil Natural e os bancos formados com o SPBW.
Figure 11 - Comparison between the Natural Profile sandbars and the sandbars formed by the SPBW.
62
Douglas Duarte Nemes et al. (2018)
Figura 12 - Perfis de equilíbrio para 4 ondas distintas, mas com declividades (H/L) similares.
Figure 12 - Equilibrium profiles for four different waves, but with similar steepness (H/L).
Figura 14 - Imagem do perfil arenoso do teste “Perfil Herança”.
Figure 14 - Image of the sandy profile of the “Inheritance Profile” test.
0.0
0.4
0.8
1.2
1.6
2.0
2.4
2.8
3.2
3.6
4.0
0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255 270 285 300
Perfil Natural e Herança Perfil SPBW Perfil Engorda do Banco Distal
Ho
/ Lo
Xn = χ g tan βω2
cm
Perfil SPBW
Bancos/Antinós TeóricosPerfis Natural e Herdado
Perfis SPBWPerfis Engorda do Banco Distal Limite de Posicionamento
do SPBW
Figura 13 - Variabilidade de posicionamento dos bancos imersos calculados de acordo com Bowen (1980), para as ondas medidas nos testes realizados com fundo móvel sem e com estrutura submersa porosa.
Figure 13 - Positioning variability of sandbars calculated according to Bowen (1980), for the waves measured in the tests carried out with movable bed with and without submerged porous structure.
0.0
0.4
0.8
1.2
1.6
2.0
2.4
2.8
3.2
3.6
4.0
0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255 270 285 300
Perfil Natural e Herança Perfil SPBW Perfil Engorda do Banco Distal
Ho
/ Lo
Xn = χ g tan βω2
cm
Perfil SPBW
Bancos/Antinós TeóricosPerfis Natural e Herdado
Perfis SPBWPerfis Engorda do Banco Distal Limite de Posicionamento
do SPBW
63
Desenvolvimento Experimental de uma Estratégia de Controle Morfodinâmico de Perfil de Praia Arenosa Dominada por Ondas
Figura 15 - Imagem do perfil arenoso com uma estrutura submersa porosa sem a retenção de areia, criando morfologias similares a um “Perfil Natural”.
Figure 15 - Image of the sandy profile with a submerged porous structure without the retention of sand, creating morphologies similar to a “Natural Profile”.
Figura 16 - Evolução de um perfil com a (a) engorda do banco distal e o (b) perfil de equilíbrio gerado pela ação das ondas.
Figure 16 - Evolution of a profile with (a) nourishment sandbar and (b) equilibrium profile generated by wave action.
Figura 17 - Imagem do perfil arenoso com uma estrutura submersa porosa gerando uma configuração morfológica dissipativa através da retenção de sedimentos no seu interior.
Figure 17 - Image of the sandy channel with a porous submerged structure generating a dissipati-ve morphological configuration through sediment retention in its interior.
R² = 0.8557
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
0 0.5 1 1.5 2 2.5Δx / Xn
Vol
ume
Emer
so/ V
olum
e Im
erso
Figura 18 - Volume de sedimentos ao longo do perfil de equilibrio para cada cenário em relação à largura do espraiamento (Δx) e da zona de dissipação (Xn ).
Figure 18 - Sediment volume along the equilibrium profile for each scenario in rela-tion to the run-up width (Δx) and the dissipation zone (Xn ).
Perfis Natural e Herdado Perfis SPBW Perfis Engorda do Banco Distal
64
Douglas Duarte Nemes et al. (2018)
eficiente proteger a linha de costa induzindo a rebentação das ondas, com o método que ativa a formação de um banco mais afastado da zona emersa da praia. Isto também reduz o declive do perfil e a variabilidade horizontal das formas emersas sendo, portanto, mais eficiente do que tentar dissipar parte da energia das ondas com uma estrutura porosa (Figura 10 - Perfis de equilibrio gerados pelos testes ‘Perfil Natural’ e ‘Perfil Herança’ (a), ‘Perfil SPBW’ (b), ‘Perfil SPBW Cheio’ (c) e ‘Perfil Engorda do Banco Distal’ (d). Nos testes (b) os casos destacados a vermelho demonstram que o SPBW não reteve areia no seu interior. b). Os resultados da evolução do perfil de equilíbrio com o ‘SPBW Cheio’ estão apresentados na Figura 10 - Perfis de equilibrio gerados pelos testes ‘Perfil Natural’ e ‘Perfil Herança’ (a), ‘Perfil SPBW’ (b), ‘Perfil SPBW Cheio’ (c) e ‘Perfil Engorda do Banco Distal’ (d). Nos testes (b) os casos destacados a vermelho demonstram que o SPBW não reteve areia no seu interior. c. O espalhamento do excesso de areia sobre o SPBW gerou a formação de múltiplos bancos imersos, gerando mais dissipação da energia das ondas antes do espraiamento. Isto pode ser observado pela baixa variabilidade horizontal e vertical do perfil arenoso, confirmando a eficiência da estratégia da engenharia em reter sedimentos e a estabilizar o perfil. Já a estratégia de construção de um banco arenoso imerso no perfil da praia (Figura 10 - Perfis de equilibrio gerados pelos testes ‘Perfil Natural’ e ‘Perfil Herança’ (a), ‘Perfil SPBW’ (b), ‘Perfil SPBW Cheio’ (c) e ‘Perfil Engorda do Banco Distal’ (d). Nos testes (b) os casos destacados a vermelho demonstram que o SPBW não reteve areia no seu interior. d) resulta no espalhamento total da areia e na construção de uma barra emersa íngreme para uma das ondas, o que já foi descrito por Spielmann et al. (2011). Isto é ineficiente para a estratégia de dissipação da energia das ondas mais afastadas da zona emersa do perfil. Por outro lado, é uma eficiente técnica para reposição de sedimentos na face praial (Spielman et al., 2011).Na Figura 12 é apresentada uma comparação dos resultados para três declividades da onda (H/Lo) e os perfis de equilíbrio utilizando estratégias de engenharia costeira diferentes. Os tipos de ondas selecionados permitem formar o perfil de degrau ou refletivo (Figura 12 a), o perfil de transição (Figura 12 b) e o perfil com bancos arenosos imersos (Figura 12 c). Em todos os casos, ao introduzir o SPBW o declive do perfil diminuiu e a mobilidade da crista de berma foi reduzida. Mesmo com a presença dos bancos naturais (c), após a introdução do SPBW e com este totalmente cheio, o declive da praia diminuiu significativamente. As formas imersas construídas com a utilização de um
SPBW demonstram ser significativamente eficientes na redução da inclinação e variabilidade horizontal e vertical do perfil. Na Figura 13 está apresentado o resultado do posicionamento teórico da formação da barra (, antinó) para cada período de onda combinado com as medições dos bancos do ‘Perfil Natural’ e ‘Herdado’ (♦), Engorda do Banco Distal ( ), ‘SPBW’ sem retenção de sedimentos ( ) e o ‘SPBW’ com retenção de areia e ‘SBW cheio’ ( ). A comparação dos resultados medidos com os teóricos (Figura 13 - Variabilidade de posicionamento dos bancos imersos calculados de acordo com Bowen (1980), para as ondas medidas nos testes realizados com fundo móvel sem e com estrutura submersa porosa.) sugere que:
• O posicionamento dos bancos do “Perfil Natural” e “Herdado” (Figura 13 - Variabilidade de posicionamento dos bancos imersos calculados de acordo com Bowen (1980), para as ondas medidas nos testes realizados com fundo móvel sem e com estrutura submersa porosa. ♦) foi semelhante ao teórico, embora se possam observar ligeiros desvios, provavelmente provocados por efeitos de escala. Geralmente a zona de rebentação apresentava uma extensão reduzida, com elevados níveis de espraiamento (Figura 14) e vulnerabilidade aos processos erosivos da duna;
• O resultado da utilização do SPBW sem retenção de sedimentos (Figura 13 - Variabilidade de posicionamento dos bancos imersos calculados de acordo com Bowen (1980), para as ondas medidas nos testes realizados com fundo móvel sem e com estrutura submersa porosa. ) demonstrou que o banco arenoso imerso se desenvolveu de forma semelhante à formação teórica. Isto significa que tentar dissipar a energia da onda apenas com uma estrutura porosa não é eficiente para controlar a morfodinâmica do perfil arenoso transversal (Figura 15);
• A partir de um perfil praial com o método de Engorda do Banco Distal (Figura 16) os resultados demonstram que a hidrodinâmica do sistema consegue “espalhar” a areia e o perfil de equilíbrio torna-se similar ao ‘Perfil Natural’. Como intervenção de dissipação da energia das ondas este método não apresenta a necessária eficácia e longevidade, sendo fundamental a reconstituição do banco antes de cada teste (Figura 13 - Variabilidade de posicionamento dos bancos imersos calculados de acordo com Bowen (1980), para as ondas medidas nos testes realizados com fundo móvel sem e com estrutura submersa
65
Desenvolvimento Experimental de uma Estratégia de Controle Morfodinâmico de Perfil de Praia Arenosa Dominada por Ondas
porosa. );
• O posicionamento de um SPBW (Figura 13 - Variabilidade de posicionamento dos bancos imersos calculados de acordo com Bowen (1980), para as ondas medidas nos testes realizados com fundo móvel sem e com estrutura submersa porosa. ) sobre um antinó do sistema oscilatório demonstrou a capacidade de ativar ou mesmo controlar o posicionamento de um banco arenoso distal sobre o perfil. A acumulação de areia no SPBW reduziu a profundidade neste local e passou a induzir a rebentação das ondas. Um perfil dissipativo foi alcançado com o SPBW totalmente preenchido com areia (Figura 17), permitindo uma estabilidade vertical e horizontal para todas as ondas testadas.
Com a introdução de uma estrutura submersa porosa
(SPBW) foi possível controlar a morfodinâmica do perfil arenoso. Isto pode ser observado pelo volume de areia que permaneceu imerso na zona de rebentação (Figura 18 - Volume de sedimentos ao longo do perfil de equilibrio para cada cenário em relação à largura do espraiamento (Δx) e da zona de dissipação (Xn ).) em forma de bancos arenosos. O controlo da largura da zona de rebentação num perfil de praia do tipo oceânica determina a distribuição sedimentar do sistema. De um modo geral, um perfil do tipo refletivo foi transformado num perfil com banco distal de rebentação de onda, ou perfil dissipativo.
4. DISCUSSÃOA modificação da distribuição da energia da onda sobre um perfil arenoso e a sua transferência para a morfodinâmica do sistema é muito eficiente (Wright e Short, 1984; Longuet-Higgins e Stewart, 1964). Os testes realizados no
Perfil Refletivo
Perfil Dissipativo
Bancos Arenosos
Degrau
Face da Praia
Nível Médio
Zona de Espraiamento
Banco Formado com a Estrutura Submersa Porosa
Perfil Dissipativo Controlado
A
B
C
Figura 19 - Ilustração do tipo de perfis de praias arenosas e o controle morfodinâmico dissipativo com a introdução de uma estrutura submersa porosa (adaptado de Pilkey et al., 2011).
Figure 19 - Illustration of the type of sandy beach profiles and of the dissipative morphodynamic control with the introduction of a submerged porous structure (adapted from Pilkey et al., 2011).
66
Douglas Duarte Nemes et al. (2018)
canal de ondas com fundo móvel permitiram reproduzir o balanço hidrodinâmico gerado por ondas de elevada e baixa declividade (H/L). Isto permitiu observar a formação dos perfis de equilíbrio refletivo (Figura 19 - Ilustração do tipo de perfis de praias arenosas e o controle morfodinâmico dissipativo com a introdução de uma estrutura submersa porosa (adaptado de Pilkey et al., 2011). A) e dissipativo (Figura 19 - Ilustração do tipo de perfis de praias arenosas e o controle morfodinâmico dissipativo com a introdução de uma estrutura submersa porosa (adaptado de Pilkey et al., 2011). B), semelhantes aos observados em estudos anteriores (Bowen, 1980). Já com a modificação da zona de rebentação das ondas relativamente à situação natural (Figura 19 - Ilustração do tipo de perfis de praias arenosas e o controle morfodinâmico dissipativo com a introdução de uma estrutura submersa porosa (adaptado de Pilkey et al., 2011). C), a morfologia do perfil foi alterada.O presente estudo analisou a hipótese de combinar o mecanismo de ação hidrodinâmica natural de cada tipo de onda (Bowen, 1980) com o posicionamento de uma estrutura submersa porosa (SPBW) numa zona distal de formação de antinós (200 cm, Figura 13 - Variabilidade de posicionamento dos bancos imersos calculados de acordo com Bowen (1980), para as ondas medidas nos testes realizados com fundo móvel sem e com estrutura submersa porosa.). Os resultados demonstraram que esta estratégia de engenharia de costeira foi eficiente para ativar a formação de uma barra submersa capaz de induzir a rebentação das ondas. Isto foi realizado utilizando a hipótese de retenção de partículas em suspensão e arrastadas numa estrutura submersa porosa, proposta por Wu et al. (2014). Uma zona mais extensa de dissipação da energia das ondas limitou as modificações horizontais e verticais do perfil arenoso (Figura 12 - Perfis de equilíbrio para 4 ondas distintas, mas com declividades (H/L) similares. b). O comportamento hidrodinâmico para cada onda organiza o perfil morfológico da praia a sotamar da estrutura submersa (Ting e Kirby, 1995). Isto deve-se a que a variação de nível e o excesso de quantidade de movimento provocado pelas ondas em águas pouco profundas não são interrompidos com as estruturas submersas. Além disso, a largura da crista do banco arenoso formado pelo SPBW é similar à dos bancos arenosos antes da sua instalação, não sendo suficientemente amplo para poder reduzir totalmente a transmissão da onda (Kobayashi et al., 2007). Convém esclarecer que utilizando o SPBW com a retenção de areia no seu interior não é modificado o tipo de praia, de acordo com a classificação de Wright e Short (1984). Com o SPBW, a praia passa a apresentar um banco de rebentação mais distal do que o normal, o que por sua vez ainda preserva a quantidade de movimento e massa (sobrelevação do nível) na linha de costa. Por
outro lado, a energia da onda na zona de espraiamento é significativamente reduzida, protegendo a linha da costa.O desenvolvimento da estratégia de engenharia costeira submersa com uma estrutura porosa (SPBW) atende às exigências de redução do volume de materiais necessários numa obra costeira (Black e Mead, 2009), bem como potencializa a sua estabilidade e eficiência sobre um perfil arenoso (Sumer e Fredsoe, 2012). Há um potencial risco de erosões ao redor da base de obras impermeáveis no sistema praial, principalmente com estruturas apoiadas sobre o perfil arenoso (Borrero e Nelsen, 2003; Jackson et al., 2003; Neves et al., 2015; Kiran et al., 2015). Geralmente, para recuperar uma obra em colapso são utilizados ajustes com materiais porosos (Stauble e Tabar, 2003; Sumer e Fredsoe, 2012; Sumer, et al.,2001; Dean et al., 1997). Por isso é importante desenvolver uma estratégia com uma estrutura que se integre no sistema hidrodinâmico natural de perfis arenosos.Quando uma estrutura de fundo permeável é utilizada para dissipar parte da energia da onda, Ting et al. (2004), Wu et al. (2014) explicam que apenas a fase entre a elevação da superfície livre da água provocado pela passagem da onda e o seu campo de velocidades são modificados. As forças de resistência ao escoamento (Kobayashi et al., 2007; Akbari e Namin, 2013), através da diferença de fase entre o fluxo interno e o externo quando a onda passa pela estrutura submersa porosa (Losada et al., 1996), podem resultar no desenvolvimento de um perfil morfológico suave (Jacobsen e Fredsoe, 2014). Contudo, a maior eficiência para controlar a variabilidade morfológica do perfil arenoso observou-se com uma larga zona de rebentação da onda.Os resultados alcançados com os testes de um SPBW em fundo móvel não podem ser obtidos com um tipo de estrutura impermeável (Neves et al., 2015). Os princípios físicos de uma estrutura submersa impermeável (Ahrens, 1987; Ahrens e Fulford, 1988; Losada et al., 1996; Beji e Battjes, 1993) modificam o padrão natural dos fluxos horizontais na coluna de água da zona de rebentação (Sumer, et al., 2001), criando outro tipo de estrutura oscilante a sotamar após a redução da transmissão da onda sobre a sua crista (Kobayashi et al., 2007).
5. CONCLUSÕESOs testes conduzidos num canal de ondas com fundo móvel demonstraram que o posicionamento de uma estrutura submersa porosa (SPBW) no antinó da oscilação estacionária sobre o perfil arenoso consegue ativar os processos de sedimentação até formar um banco arenoso dissipativo no local. O mecanismo que controla a organização sedimentar transversal à praia e a formação das estruturas arenosas foi considerado para referência
67
Desenvolvimento Experimental de uma Estratégia de Controle Morfodinâmico de Perfil de Praia Arenosa Dominada por Ondas
de posicionamento do SPBW no perfil. As dimensões geométricas do modelo de estrutura submersa porosa (SPBW) foram baseadas nas formações morfológicas do ‘Perfil Natural’. Foi assim desenvolvida uma estrutura submersa porosa de modo integrado com a morfodinâmica do perfil arenoso. O presente estudo considerou a teoria que explica a formação de bancos imersos no perfil arenoso transversal e definiu com uma estrutura porosa que foi capaz de controlar a variabilidade morfológica horizontal e vertical sobre a ação de diferentes tipos de ondas. Um perfil com características refletivas e vulnerável à erosão foi transformado num perfil dissipativo, com banco distal de rebentação de onda, com uma zona de rebentação mais extensa e com baixo declive da zona emersa. Estas características fazem com que esta estratégia de engenharia tenha como potencial uso a proteção e estabilização de uma praia arenosa com processos erosivos.O estudo foi realizado com um modelo físico construído à escala geométrica de 1/20, para a qual as escalas para modelos de fundos móveis são razoavelmente bem entendidas, ao contrário dos erros e das incertezas devidos aos efeitos de escala (Van Rijn et al., 2011). As conclusões do presente estudo expressam a dinâmica qualitativa de um perfil transversal de praia do tipo oceânica exposta à ação de ondas, onde as formações morfológicas e o modelo de estrutura costeira desenvolvido obedecem à escala definida.Por se tratar de uma estrutura porosa, é mais leve do que a tradicional instalação de quebra-mares e obras aderentes em enrocamento ou perpendiculares à linha de costa, podendo ser economicamente mais atrativa. Além disso, as conclusões obtidas neste estudo incentivam a realização de novos testes experimentais, com modelos hidrodinâmicos tridimensionais. A análise do comportamento do SPBW com ondas irregulares e oblíquas em relação à praia possibilitaria o desenvolvimento de um protótipo otimizado.
AGRADECIMENTOSOs autores agradecem à Fundação Capes, Ministério de Educação do Brasil, processo 4581/14-8; aos colegas que contribuíram para o presente estudo do Instituto de Mecánica de los Fluidos e Ingeniería Ambiental (IMFIA, Facultad de Ingeniería, Uruguai) e do Laboratório de Dinâmica de Sedimentos Coesivos (LDSC, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Brasil).
REFERÊNCIASAhrens, J. P. (1987) – Characteristics of Reef Break Waters, U.S.
Army Corps of Engineers Coastal Engineering Research Center, TR 87-17, Vicksburg, MS, 66p. Available on-line at http://oai.dtic.mil/oai/oai?verb=getRecord&metadataPrefix= html&identifier=ADA189036
Ahrens, J. P.; Fulford, E. T. (1988) – Wave Energy Dissipation by Reef Breakwaters. Oceans ‘88, Marine Technology Society, Washington, pp.1244-1249. Available on-line at http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?arnumber=794965
Akbari, H.; Namin, M. M. (2013) – Moving particle method for modeling wave interaction with porous structures. Coastal Engineering, 74:59–73. Available on-line at http://doi.org/10.1016/j.coastaleng.2012.12.002
Alsina, J. M.; Cáceres, I.; Brocchini, M.; Baldock, T. E. (2012) – An experimental study on sediment transport and bed evolution under different swash zone morphological conditions. Coastal Engineering, 68:31–43. http://doi.org/10.1016/ j.coastaleng.2012.04.008
Beji, S.; Battjes, J. A. (1993) – Experimental Investigation of Wave Propagation Over a Bar. Coastal Engineering, 19:151-162. DOI: 0378-3839/93/$06.00
Benedet, L.; Dobrochinski, J. P. F; Walstra, D. J. R.; Klein, A. H. F.; Ranasinghe, R. A. (2016) – Morphological modeling study to compare different methods of wave climate schematization and evaluate strategies to reduce erosion losses from a beach nourishment Project. Coastal Engineering, 112:69–86. Available on-line at http://dx.doi.org/10.1016/j.coastaleng.2016.02.005
Black, K.; Mead, S. (2009) – Design of Surfing Reefs. Reef Journal, 1:177-191. Available on-line at http://thereefjournal.com/files/14._Black_and_Mead.pdf
Borrero, J. C., NELSEN, C. (2003) - Results of a Comprehensive Monitoring Program at Pratte’s Reef,, Artificial Surfing Reefs, pp.83–98. Available on-line at https://journals.tdl.org/icce/index.php/icce/article/view/1172
Bowen, A. J. (1980) – Simple Models of Nearshore Sedimentation. In: McCann, S. B. (ed.), The Coastline of Canada, Geological Survey of Canada, 80:1–11. ISBN 0-660-1071 0-4.
C.E.M. (2006) – Coastal Engineering for Environmental Enhancement. In: Coastal Engineering Manual. Coastal Engineering Research Center, US Army Corps of Engineers US Government Printing Office, Washington, DC, 1720p. Available on-line at http://www.usace.army.mil/inet/usace-docs/eng-manuals/cecw.htm
Cheng, J.; Wang, P.; Smith, E. R. (2016) – Hydrodynamic Conditions Associated with an Onshore Migrating and Stable Sandbar. Journal of Coastal Research, 32(1):153–163. http://dx.doi.org/10.2112/JCOASTRES-D-14-00174.1
Dean, R. G.; Chen, R.; Browder, A. E. (1997) – Full scale monitoring study of a submerged breakwater, Palm Beach, Florida, USA. Coastal Engineering, 29:291-315. https://doi.org/10.1016/S0378-3839(96)00028-2
Drake, T. G.; Calantoni, J. (2001) – Discrete Particle Model for Sheet Flow Sediment Transport in the Nearshore. Journal of Geophysical Research, 106:19859-19868.
Grasso, F.; Michallet, H.; Barthélemy, E.; Certain, R. (2009) – Physical modeling of intermediate cross-shore beach morphology: transients and equilibrium states. Journal of Geophysical Research Atmospheres, 114(C09001). https://doi.org/10.1029/2009JC005308
Gourlay, M. R. (1980) – Beaches: Profiles, Processes and Permeability. In: Proceedings 17th Coastal Engineering Conference, Sydney, p.1320-1339. ISBN: 978-0-7844-7959-9.
68
Douglas Duarte Nemes et al. (2018)
Heller, V. (2011) – Scale Effects in Physical Hydraulic Engineering Models. Journal of Hydraulic Research, 49(3):293–306. DOI: http://dx.doi.org/10.1080/00221686.2011.578914
Hoefel, F. G.; Elgar, S. (2003) – Wave-Induced sediment transport and sandbar migration. Science, 299:1885-1887. Available on-line at http://falk.ucsd.edu/reading/hoefel_science03.pdf
Jacobsen, N. G.; Fredsoe, J. (2014) - Formation and Development of a Breaker Bar Under Regular Waves. Part 2: Sediment Transport and Morphology. Coastal Engineering, 88:55–68. http://dx.doi.org/10.1016/j.coastaleng.2013.12.008
Jackson, L. A., Tomlinson, R. B., Mcgrath, J. E., Turner, I. (2003) – Monitoring of a Multifunctional Submerged Geotextile Reef Breakwater, Gold Coast, Australia. In: Proceedings 28th International Conference of Coastal Engineering, Cardiff, pp. 1923-1935. https://doi.org/10.1142/9789812791306_0162
Kamphuis, J. W., Nairn, R. B. (1984) – Scale Effects in Large Coastal Mobile Bed Models. Proceedings 19th International Conference on Coastal Engineering, Houston, 2322--2338. https://doi.org/10.1016/0378-3839(86)90036-0
Kiran, A. S., Ravichandran, V., Sivakholundu, K. M. (2015) – Stability Analysis and Design of Offshore Submerged Breakwater Constructed Using Sand Filled Geosynthetic Tubes. In: 8th Proceedings International Conference on Asian and Pacific Coasts, Procedia Engineering, 116:310–319. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2015.08.295
Kobayashi, N.; Meigs, L. E.; Ota, T.; Melby, J. A. (2007) – Irregular Breaking Wave Transmission over Submerged Porous Breakwater. Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering, 133:104-116. Available on-line at http://ascelibrary. https://doi. org/doi/full/10.1061/(ASCE)0733-950X(2007)133%3A2(104)
Longuet-Higgins, M. S.; Stewart, R. W. (1964) – Radiation stresses in water waves; a physical discussion, with applications. Deep-Sea Research, 11:529-562. https://doi.org/10.1016/0011-7471(64)90001-4
Losada, I. J., Silva, R., Imada, M. A. (1996) – 3-D non-breaking regular wave interaction with submerged breakwaters. Coastal Engineering, 28:229-248. DOI: https://doi.org/10.1016/0378-3839(96)00019-1
Medeiros, N.; Dias, M. S.; Neto, A. A.; Muehe, D. (2014) – Mapeamento Acústico de Areias Submersas para Recuperação de Praias do Rio de Janeiro, Brasil. Revista de Gestão Costeira Integrada, 14:149-158. https://doi.org/10.5894/rgci429
Metallinos, A. S.; Repousis, E. G.; Memos, C. D. (2016) - Wave Propagation Over a Submerged Porous Breakwater with Steep Slopes. Ocean Engineering, 111:424–438. http://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2015.11.015
Mosquera, R.; pedocchi, F. (2013) – Decomposition of Incident and Reflected Surface Waves Using an Ultrasonic Velocity Profiler. Coastal Engineering, 71:52–59. http://doi.org/10.1016/j.coastaleng.2012.08.002
Motta, V. F. (1985) – Modelos Costeiros de Fundo Móvel. Revista Brasileira de Fundo Móvel, Rio de Janeiro, 238p.
Muehe, D. (2010) – Brazilian Coastal Vulnerability to Climate Change. Pan-American Journal of Aqua Science, 5(2):173–183. Available on-line at http://www.panamjas.org/pdf_artigos/PANAMJAS_5(2)_173-183.pdf
Nemes, D. D. (2016) – Variabilidade Morfodinâmica de uma Praia Intermediária com a Presença de um Afloramento Rochoso Submerso. 244p. Tese de Doutorado, Universidade Federal do Rio de Janeiro, RJ, Brasil. Unpublished. https://doi.org/10.13140/RG.2.2.27454.08006.
Neves, C. F., Muehe, D. (2008) – Vulnerabilidade, impactos e adaptação a mudanças do clima: a zona costeira, In: Parcerias Estratégicas, n.27, Brasília, Centro de Gestão e Estudos Estratégicos: Ministério da Ciência e Tecnologia, pp.217-295. Available on-line at http://seer.cgee.org.br/index.php/parcerias_estrategicas/article/view/325
Neves, L.; Moreira, A.; Taveira-Pinto, F.; Lopes, M. L.; Veloso-Gomes, F. (2015) – Performance of submerged nearshore sand-filled geosystems for coastal protection. Coastal Engineering, 95:147–159. http://doi.org/10.1016/j.coastaleng.2014.10.005.
Nielsen, P., 1992, “Coastal Bottom Boundary Layers and Sediment Transport”, Advanced Series on Ocean Engineering, v.4. World Scientific, Singapore.
Nielsen, P. (2006) – Sheet Flow Sediment Transport Under Waves With Acceleration Skewness and Boundary Layer Streaming. Coastal Engineering, 53(9):749-758. http://doi.org/10.1016/j.coastaleng.2006.03.006.
Nishihata, T.; Tajima, Y.; Sato, S. (2012) – Numerical Analysis of Wave and Nearshore Current Fields Around Low-Crested Permeable Detached Breakwaters. In: Proccedings of 33th Conference on Coastal Engineering, Santander, pp.1-10. Available on-line at https://journals.tdl.org/icce/index.php/icce/article/view/6801.
Noda, E. K. (1978) – Scale Relations for Equilibrium Profiles. In: Proceedings 16th Coastal Engineering Conference, ASCE, 2:1531-1541. Available on-line at https://icce-ojs-tamu.tdl.org/icce/index.php/icce/article/view/3353
Paul, M. J.; Kamphuis, J. W.; Brebner, A. (1972) – Similarity of Equilibrium Beach Profiles. Coastal Engineering, (13):1217-1236. Available on-line at https://doi.org/10.9753/icce.v13.%25p.
Pilarczyk, K. W. (2003) – Design of Low-Crested (Submerged) Structures – An Overview. In: Proccedings 6th International Conference on Coastal and Port Engineering in Developing Countries, Colombo, 19p. Available on-line at http://www.artificialreefs.org/ScientificReports/DesignLowCrestedStructures.pdf
Pilkey, O. H.; Neal, W. J.;Kelley, J. T.; Cooper, J. A. G. (2011) - Beaches of The World. In: Pilkey, O. H.; Neal, W. J.;Kelley, J. T.; Cooper, J. A. G. (eds.). The World’s Beaches: A Global Guide to the Science of the Shoreline, University of California Press, Berkeley, California: 302p. ISBN-13: 978-0520268722
Ranasinghe, R.; Turner, I.; Symonds, G. (2006) – Shoreline Response to Submerged Structures: a Numerical and Physical Modeling. Coastal Engineering Journal, 53:589–611. https://doi.org/ 10.1016/j.coastaleng.2005.12.004
Ranieri, G. (2007) – The Surf Zone Distortion of Beach Profiles in Small-Scale Coastal Models. Journal of Hydraulic Research, 45(2): 261–269. http://dx.doi.org/10.1080/00221686.2007.9521761
Van Rijn, L. C. (1993) – Fluid Velocity and Bed Shear Stress. In: Rijn, L. C. V. (ed.), Principles of sediment transport in rivers-estuaries and coastal seas, pp.2.1-2.48. Aqua Publications, Amsterdam, Netherlands. ISBN: 90-800356-2-9.
69
Desenvolvimento Experimental de uma Estratégia de Controle Morfodinâmico de Perfil de Praia Arenosa Dominada por Ondas
Van Rijn, L. C. (2011) – Coastal Erosion and Control. Ocean & Coastal Management, 54:867-887. http://doi.org/10.1016/j.ocecoaman.2011.05.004.
Van Rijn, L. C., Tonnon, P. K., Sánchez-Arcilla, A., Cáceres, I., Grüne, J. (2011) – Scaling laws for beach and dune erosion processes. Coastal Engineering, 58:623–636, https://doi.org/10.1016/j.coastaleng.2011.01.008
Short, A. D. (1999) – Beaches. In.: Short, A. D. (Ed.), Handbook of Beach and Shoreface Morphodynamics, p.3-17, 1999. ISBN: 0 471 96570 7
Short, A. D.; Klein, A. H. F. (2016) – Brazilian Beach Systems: Introduction. In: Short, A. D., Klein, A. H. F. (eds.). Brazilian Beach System, Coastal Research Library, 17:1-35. ISBN 978-3-319-30392-5.
Smith, E. R.; Wang, P.; Zhang, J. (2003) – Evaluation of the CERC Formula Using Large-Scale Model Data. Coastal and Hydraulics Laboratory - Engineer Research and Development Center Waterways Experiment Station - Vicksburg, Mississippi, 14p. Available on-line at http://scholarcommons.usf.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1238&context=gly_facpub
Spielmann, K.; Certain, R.; Astruc, D.; Barusseau, J. P. (2011) – Analysis of submerged bar nourishment strategies in a wave-dominated environment using a 2DV process-based model. Coastal Engineering, 58:767–778. http://doi.org/10.1016/j.coastaleng.2011.03.015.
Stauble, D. K.; Tabar, J. R. (2003) – The Use of Submerged Narrow-Crested Breakwaters for Shoreline Erosion Control. Journal of Coastal Research, 19: 684-722. Available on-line at https://www.jstor.org/stable/4299207?seq=1#page_scan_tab_contents
Sumer, B. M.; Whitehouse, R. J. S.; Tørum, A. (2001) – Scour Around Coastal Structures: a Summary of Recent Research. Coastal Engineering, 44(2):153– 190. http://doi.org/10.1016/S0378-3839(01)00024-2.
Sumer, M. B. E.; Fredsoe, J. (2012) – Scour around breakwaters. In: The Mechanics of Scour in the Marine Environmet. World Science, 17, Singapore. ISBN: 978-981-02-4930-4.
Ting, C. L.; Lin, M. C.; Cheng, C. Y. (2004) – Porosity Effects on Non-Breaking Surface Waves Over Permeable Submerged Breakwaters. Coastal Engineering, 50:213–224. http://doi.org/ 10.1016/j.coastaleng.2003.10.003
Ting, F. C. K.; Kirby, J. T. (1994) – Observation of Undertow and Turbulence in a Laboratory Surf Zone. Coastal Engineering, 24:51-80. https://doi.org/10.1016/0378-3839(94)90026-4.
Ting, F. C. K., Kirby, J. T. (1995) – Dynamics of Surf-Zone Turbulence in a Strong Plunging Breaker. Coastal Engineering, 24:177-204. https://doi.org/10.1016/0378-3839(94)00036-W
Turner, I. L., Leyden, V. M., Cox, R. J. Jackson, L. A., Mcgrath, J. E. (2001) – Physical Model Study of the Gold Coast Artificial Reef. Journal of Coastal Research, Special Issue, 29:131-146. Available on-line at https://www.jstor.org/stable/25736211?seq=1#page_scan_tab_contents
Wang, P.; Kraus, N. C. (2005) – Beach Profile Equilibrium and Patterns of Wave Decay and Energy Dissipation across the Surf Zone Elucidated in a Large-Scale Laboratory Experiment. Journal of Coastal Research, 21:522–534. http://dx.doi.org/10.2112/03-003.1
Wang, P.; Ebersole, B. A.; Smith, E. R.; Johnson, B. D. (2002) – Temporal and spatial variations of surf-zone currents and suspended sediment concentration. Coastal Engineering , 46:175–211. http://dx.doi.org/10.1016/S0378-3839(02)00091-1.
Wright, L. D.; Guza, R. T.; Short, A. D. (1982) – Dynamics of a High-Energy Dissipative Surf Zone. Marine Geology, 45:41-62. https://doi.org/10.1016/0025-3227(82)90179-7.
Wright, T. D.; Short, A. D. (1984) – Morfodynamics Variability of Surf Zones and Beach: A Syntheisis. Marine Geology, 56:93–118. https://doi.org/10.1016/0025-3227(84)90008-2.
Wu, Y. T.; Hsiao, S. C. (2013) – Propagation of Solitary Waves Over a Submerged Permeable Breakwater. Coastal Engineering, 81:1–18. http://doi.org/10.1016/j.coastaleng.2013.06.005.
Wu, Y. T.; Yeh, C. L.; Hsiao, S. C. (2014) – Three-dimensional numerical simulation on the interaction of solitary waves and porous breakwaters. Coastal Engineering, 85:12–29. http://doi.org/10.1016/j.coastaleng.2013.12.003.
Yang, S. L. (2011) – 50,000 dams later: Erosion of the Yangtze River and its delta. Global and Planetary Change, 75:14-20. http://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2010.09.006.
