Tidal inlet migration and formation: the case of the Ararapira inlet – Brazil

The aim of this study is to assess the morphological evolution of the Ararapira (Brazil) barrier-inlet system, at different time scales. Based on satellite imagery, elevation data, and in-situ observations, we quantify the morphological evolution of the region. Results show that the Ararapira inlet migrated continuously southwards, moving updrift, with erosion at its southern margin and intercalated erosion and accretion at the northern margin. At approximately 5.5 km north of the old inlet, the gradual narrowing of the sandy barrier due to channel meandering and coastal erosion resulted in its breaching, in August 2018. We document the initial stages of the new inlet, which after opening, presents intense erosion at its southern margin, resulting in the channel widening to ~1 km. After the barrier breaches, the system begins to adjust to a new equilibrium condition, with the widening of the new inlet being balanced by the gradual closure of the old inlet. These drastic environmental changes control the functioning of such systems, and our results provide important background information for their use and management

Processos morfodinâmicos no complexo estuarino de Paranaguá - Paraná - Brasil : um estudo a partir de dados in situs e Landsat-TM

Orientador: Eduardo MaroneCo-orientadores: Rodolfo José Angulo, Evlyn M. L.M. NovoAcompanha CD-ROMTese (doutorado) - Universidade Federal do ParanáResumo: A análise morfodinâmica do sistema costeiro aborda os processos causadores e transformadores de feições morfológicas, bem como as forças geradoras desses processos e seus mecanismos de interação. A grande variabilidade espacial e temporal dos processos costeiros e estuarinos é um desafio para o entendimento geral tanto da freqüência quanto da magnitude desses processos, bem como de seu grau de influência no transporte e balanço de sedimentos, na morfologia costeira e nos processos ecológicos. A capacidade de análise sinóptica das imagens de satélite, dados históricos e obtidos in situ, e o potencial de análise espacial do geoprocessamento, foram empregados na identificação e compreensão dos processos morfodinâmicos no Complexo Estuarino de Paranaguá (CEP) e região costeira adjacente. O CEP possui dois eixos principais (L-0 e N-S), cujas condições ambientais (salinidade, temperatura, correntes, sólidos em suspensão, turbidez e clorofila) foram monitoradas mensalmente durante 26 meses. O eixo L-O, comparado ao eixo N-S, apresenta maior produtividade primária e sofre maior influência da bacia de drenagem. Os processos estuarinos, mais importantes, relacionados ao transporte de sedimentos são o aporte de sedimentos fluviais, de escala temporal sazonal e episódica, e a zona de máxima turbidez, a qual é regulada pela maré de sizígia. Nas margens arenosas da desembocadura do CEP, a evolução da linha de costa foi monitorada, entre 1985 e 2000, por oito imagens do satélite Landsat, as quais se mostraram úteis para tal finalidade. As alterações morfológicas apresentam padrões diferenciados de resposta, em diferentes locais da desembocadura, sob a ação das forçantes (ondas, correntes e ventos). As alterações de maior magnitude estão relacionadas à modificação no padrão anual de ventos, que por sua vez influi no estado de agitação do mar, sendo a intensificação de ventos dos quadrantes Sul e Sudeste indutora de processos erosivos. Há indícios de que estas alterações no padrão de ventos e a conseqüente variação na linha de costa estejam vinculadas ao momento de inversão entre os eventos El Nino-La Nina. O comportamento das correntes na região costeira foi descrito, e o transporte de sedimentos por tração foi estimado, utilizando dados obtidos por correntômetro eletromagnético no canal de acesso ao CEP. A deriva litorânea foi confirmada como sendo preferencialmente para Norte. O transporte por tração dos sedimentos de fimdo ocorre tranversalmente e longitudinalmente à linha de costa. As correntes de maré são as causadoras do transporte transversal à costa, o qual predomina no sentido costa afora. O transporte longitudinal à costa ocorre quase exclusivamente em momentos de intensa energia de ondas e preferencialmente para Norte. Uma imagem Landsat-7 foi obtida em um desses momentos de intensa energia, geralmente ocasionados devido à entrada de frentes meteorológicas, onde três tipos de processos costeiros (pluma estuarina, correntes de retomo e frente de superfície), relacionados a transporte de sedimentos, puderam ser descritos. A pluma estuarina, intensificada pela ressuspensão dos sedimentos de fimdo, ultrapassou a isóbata dos 20 metros. Correntes de retomo erosivas foram vinculadas a um processo de circulação de maior magnitude, envolvendo troca de propriedades entre a zona de surfe e a plataforma rasa. Fortes correntes de maré vazante de sizígia e a ressuspensão de sedimentos regularam o processo de evolução de uma frente de superfície de escala temporal de 30 horas e escala espacial da ordem de 10 km. Nesta frente foi observado transporte de sedimentos tanto transversalmente quanto ao longo da linha de costa. O CEP é particularmente vulnerável a eventos de grande energia que nele atuam, principalmente na escala temporal "evento" (dias a meses) e age como um fomrcedor de propriedades (sedimentos, nutrientes, poluentes) para a plataforma rasa. Palavras-chave: Morfodinâmica; Processos; Estuário; Zona Costeira; Transporte de Sedimentos; Monitoramento Ambiental; Landsat; Linha de Costa; Baía de Paranaguá.Abstract: The moiphodynamic analysis of coastal systems can be applied to the study of processes that generate and transform morphologic features, as well as to understand the forcings of those processes and their interaction mechanisms. The great space and temporal variability of coastal and estuarine processes are a challenge for the general understanding of the frequency and magnitude of those processes, its influence on the sediment transport and budget, in the coastal morphology and ecological processes. The capacity of synoptic analysis of satellite images, historical data and in situ collected information, as well as the potential of geoprocessing for space analysis, were used in the identification and understanding of the morphodynamic processes in the Estuarine Complex of Paranaguá (CEP) and adjacent coastal area. The CEP has two main axes (E-W and N-S), whose environmental conditions (salinity, temperature, currents, suspended particulate matter, turbidity and chlorophyll) were monthly monitored during 26 months. The E-W axis compared to the N-S axis presents larger primary productivity and it suffers larger influence of the drainage basin. The more important estuarine processes are related to the transport of sediments, the contribution of fluvial sediments, and some episodic phenomena as well as other of seasonal scale. The maximum turbidity zone is regulated by the spring tide dynamic. In the sandy margins of the outlet of the CEP, the evolution of the coastline was monitored between 1985 and 2000 using eight Landsat images, which were shown useful for such purpose. The morphologic alterations showed differentiated patterns of response in different places of the outlet and under the action of the main acting forces (waves, currents and winds). The larger alterations are related to the modification in the annual pattern of winds, which influences the sea state. The intensification of winds of South and Southeast responsible for erosional processes. There are indications that these inter-annual alterations in the wind regime, and the consequent variation in the coastline, are linked to transition among the El Nino to La Nina events. The current behaviour in the coastal area was described, and the bedload transport of sediments was estimated using data obtained by electromagnetic currentmeters moored in the access channel of the CEP. The drift current was confirmed as being drive mainly to North. The bedload transport of the bottom sediments happens across and along the coastline. The tidal currents are responsible for the across-coast transport, which prevails in the seaward sense. The longitudinal transport happens almost exclusively in events of intense wave energy and mainly to the North. A Landsat-7 image was obtained in one of those moments of intense energy, generally due to the passage of meteorological fronts, where three types of coastal processes related to the sediment transport (estuarine plume, rip currents and surface front) could be described. The estuarine plume, intensified by the ressuspension of the bottom sediments, surpassed the isobath of 20 meters. Erosional rip currents were linked to a larger magnitude circulation process, involving change of properties between the surf zone and the inner continental shelf. High flooding spring tidal currents and the sediments ressuspension seems to regulate the evolutionary process of a surface front of temporary scale of around 30 hours and a space scale of the order of 10 km. In this front, sediment transport was observed obliquely as well as along the coastline. The CEP is particularly vulnerable to events of great energy that act in it, mainly in the "event" time scales (days to months) and it acts as an exporter of properties (sediments, nutrients, pollutants, etc.) for the inner continental shelf. Key Words: Morphodynamic Processes; Estuary; Coastal Zone; Sediments Transport; Environmental Monitoring; Landsat; Coastline; Bay of Paranaguá

CORRENTES COSTEIRAS E TRANSPORTE DE SEDIMENTOS NOS CANAIS DE NAVEGAÇÃO DO ESTUÁRIO DA BAÍA DE PARANAGUÁ

A variabilidade das correntes costeiras e a capacidade dessas correntes em transportar sedimentos por traçãoforam analisadas, na área externa do canal de acesso marítimo do Complexo Estuarino de Paranaguá, a partirde dados de dois fundeios do tipo L, localizados a aproximadamente 3,5 km da costa, e realizados entre os dias16/04/97 e 17/06/97. A dinâmica local, bem como o transporte dos sedimentos arenosos do fundo, é governadaprincipalmente pelas correntes de maré, as quais agem preferencialmente transversalmente à costa e no sentidocosta afora. Contudo, em situações de elevada energia, associadas à maior agitação do mar, a componentelongitudinal à costa ganha importância na circulação residual, intensificando o transporte de sedimentos em direção e ao longo da costa.The coastal currents variability and ability to carry sediment by bed load transport at the external area of thenavigation channel of Paranaguá’s estuary complex were analyzed from data obtained from two type L mooringslocated about 3.5 km from the coast, taken between 4/16/1997 and 6/17/1997. The local dynamics, as well asthe bottom transport of sandy sediments are ruled mainly by tidal currents which work mostly perpendicular andoutward from the coast. However, in a high energy situation associated to increased ocean wave energy, theparallel component to the coast gains prominence in the residual circulation, enhancing the sediment transport towards and along the coast

Fontes e variabilidade da turbidez costeira : o sensor modis como ferramenta

Orientador: Mauricio Almeida NoernbergMonografia (graduação) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências da Terra, Centro de Estudos do Mar, Curso de Graduação em OceanografiaResumo: A radiância emergente normalizada no comprimento de onda de 555 nm (nLw555), um dos produtos das imagens geradas pelo sensor MODIS-Aqua, foi utilizada na representação da turbidez costeira entre o sul do estado de São Paulo e o estado de Santa Catarina. Com o objetivo de identificar os processos causadores da turbidez e entender sua dinâmica na costa, fez-se, além da análise visual, a integração dos níveis de nLw555 retirados de sete transectos localizados nas desembocaduras dos principais rios e estuários da área de estudo com dados de precipitação e ventos adquiridos de estações meteorológicas costeiras. A análise das informações obtidas através dos transectos permitiu caracterizar a complexidade ótica da região estudada e, com a observação das imagens e dados meteorológicos, atribuí-la às variabilidades temporais e espaciais. Dos aspectos observados, destacam-se: altos níveis de nLw555 nos primeiros quilômetros de toda a costa, relacionados a proximidade dos aportes fluviais e às baixas profundidades, as quais podem proporcionar tanto o confinamento dos sólidos suspensos quanto a reflexão do fundo; aumento do nível de turbidez em períodos chuvosos, como esperado, embora pareça não haver uma correlação linear entre a quantidade de chuvas e a turbidez gerada; diferenciação entre os processos dominantes ao longo da área, sendo a turbidez nas áreas estuarinas preferencialmente atribuída a processos de dispersão e ressuspensão, apresentando valores menos intensos se comparada a turbidez da desembocadura dos rios, com gradientes mais definidos e de rápida dissipação; e influência da configuração da linha de costa e o tipo de relevo na persistência dos sinais de turbidez, bem como nos processos de mistura e dissipação quando associada a incidência de ventos mais fortes. Durante o outono e inverno, foi identificada a presença de águas com elevados índices de nLw555, resultado do transporte dos deságües do Rio da Prata e da Lagoa dos Patos pela Corrente das Malvinas, conferindo grande complexidade ótica e hidrográfica à região, com a distinção de diversos processos e feições oceanográficas. No que se refere a observação da coloração do oceano, o sensor MODIS e a nLw555 apresentam elevado potencial, sendo uma alternativa viável para o entendimento da complexidade e da variabilidade temporal e espacial dos processos vigentes na zona costeira

Extraçao da batimetria em áreas rasas do complexo estuarino de Paranaguá, PR a partir de uma imagem de satélite LANDSAT 7 - ETM+

Resumo: Imagens de satélites provém, a baixos custos, mapas batimétricos de áreas que são difíceis de mapear por meios hidrográficos tradicionais. No setor norte do Complexo Estuarino de Paranaguá o último levantamento batimétrico foi realizado na década de 50. Um mapa batimétrico dessa região, mesmo sem a acurácia das cartas náuticas será de utilidade tanto para o planejamento de estudos e modelagem ambiental, quanto para a navegação de embarcações de pequeno porte. Neste trabalho, foram correlacionados dados de uma área com profundidade conhecida com uma imagem do satélite Landsat 7 - ETM+ em diferentes bandas e razões de bandas e a diferentes intervalos de profundidade. A partir destes, foram selecionados dois métodos de extração de batimetria. O primeiro consistiu no modelo simples de banda única, onde utilizou-se o canal infra-vermelho próximo, com boa correlação para o intervalo de profundidade de 0,36 m a 4,1 m. O Índice de Diferença Normalizada da Água foi o segundo e melhor método testado obtendo alta correlação para o intervalo de 0,36 m a 4,5 m de profundidade. A aplicação deste método, de fácil execução, pode ser de grande valia para regiões onde não existam ou estejam desatualizados os dados batimétricos. Os mapas gerados são bastante fiéis para áreas rasas, considerando-se que aproximadamente 75% da área do Complexo apresentam profundidade inferior a 5 metros

HYDRODYNAMICS AND BIO-OPTICAL ASSESSMENT OF TWO PRISTINE SUBTROPICAL ESTUARIES IN SOUTHERN BRAZIL

Measuring small-scale physical processes and how they affect the spatial patterns of sea water's optical constituents plays a key role in understanding the functioning of complex coastal ecosystems such as estuaries. The spatial variations of physical and bio-optical water properties were investigated during one spring tidal cycle in austral summer, on two transects across the channel of the Medeiros and Itaqui sub-estuaries. These sub-estuaries are a biosphere reserve, and part of the Paranaguá Estuarine System, located on the Southern Brazilian coast. Both sub-estuaries were classified as Type 1a, wellmixed with low stratification. The salinity variations are in phase with the water level, and the tidal propagation is well represented by a standing wave. The vertical velocity profiles showed little vertical shear, and the intensity of the u-component of the velocity varied semi-diurnally. The upper estuary salt transport was dominated by tidal diffusion in an unstable water column. The optical environment presented a mixed dominance of optically active substances, as indicated by the absorption coefficients of dissolved and particulate matter. The colored dissolved organic matter (CDOM) showed overall conservative behavior and was dominant in light absorption below 550 nm in the Medeiros, while nonalgal particles play the most important role in light absorption in the Itaqui in the blue absorption band. The phytoplanktonic contribution is prominent in the red domain and increases as a function of saline intrusion. However, due to the influence of freshwater discharge and the re-suspension of bottom sediments induced by physical processes, the concentrations of the optical components in the water column do not generally have any simple relationships between them.A quantificação de processos de transporte de pequena escala e a compreensão de como eles afetam o padrão espacial dos constituintes ópticos da água são peça chave no funcionamento de um ecossistema costeiro. A variação espacial e local de propriedades físicas e bio-ópticas da água foi analisada durante um ciclo de maré de sizígia do verão austral, bem como as estimativas do transporte advectivo e dispersivo de sal na secção transversal da boca dos subestuários Mederiros e Itaqui. Estes subestuários fazem parte do Sistema Estuarino de Paranaguá, sul do Brasil, e também integram a reserva da biosfera. Ambos os subestuários foram classificados com Tipo 1a, bem misturados com pouco estratificação. As variações da salinidade estão em fase com o nível da água, e a propagação da onda de maré se dá na forma de uma onda estacionária. Os perfis verticais de velocidade mostraram pouco cisalhamento vertical, e a intensidade da componente u de velocidade variou semidiurnamente. O transporte de sal estuário acima foi dominado pela difusão da maré em uma coluna de água instável. O ambiente óptico apresentou uma dominância mista dos componentes opticamente ativos, como indicado pelos coeficientes de absorção dos materiais dissolvidos e particulados. A matéria orgânica dissolvida colorida (CDOM) apresentou um comportamento conservativo com dominância da luz abaixo de 500 nm em Medeiros, enquanto que no subestuário Itaqui as partículas não algais foram dominantes na faixa azul . A contribuição do fitoplâcton é alta na faixa do vermelho e aumenta em função da intrusão salina. Contudo, devido à influência da descarga de água doce e a ressupensão de sendimentos induzida por processos físicos as concentrações dos componentes ópticos na coluna d'água geralmente não apresentam uma relação simples entre si