Hydrodynamics and suspended sediment transport in the Camboriú estuary - Brazil: pre jetty conditions

Estuarine hydrodynamics is a key factor in the definition of the filtering capacity of an estuary and results from the interaction of the processes that control the inlet morphodynamics and those that are acting in the mixing of the water in the estuary. The hydrodynamics and suspended sediment transport in the Camboriú estuary were assessed by two field campaigns conducted in 1998 that covered both neap and spring tide conditions. The period measured represents the estuarine hydrodynamics and sediment transport prior to the construction of the jetty in 2003 and provides important background information for the Camboriú estuary. Each field campaign covered two complete tidal cycles with hourly measurements of currents, salinity, suspended sediment concentration and water level. Results show that the Camboriú estuary is partially mixed with the vertical structure varying as a function of the tidal range and tidal phase. The dynamic estuarine structure can be balanced between the stabilizing effects generated by the vertical density gradient, which produces buoyancy and stratification flows, and the turbulent effects generated by the vertical velocity gradient that generates vertical mixing. The main sediment source for the water column are the bottom sediments, periodically resuspended by the tidal currents. The advective salt and suspended sediment transport was different between neap and spring tides, being more complex at spring tide. The river discharge term was important under both tidal conditions. The tidal correlation term was also important, being dominant in the suspended sediment transport during the spring tide. The gravitational circulation and Stokes drift played a secondary role in the estuarine transport processes.As trocas de água e materiais através das desembocaduras de estuários são de difícil quantificação e são de fundamental importância para o entendimento do funcionamento de estuários e da zona costeira. A hidrodinâmica e transporte de sedimentos em suspensão no estuário do rio Camboriú foram estudados através da realização de duas campanhas de campo em 1998 cobrindo as condições de quadratura e sizígia. O período do levantamento foi anterior à obra de construção do molhe em 2003 que alterou a morfologia da desembocadura, fornecendo assim importantes informações base sobre o sistema. Cada experimento cobriu dois ciclos de maré com medições horárias de correntes, salinidade, concentrações de sedimentos em suspensão e nível de água. Os resultados mostram que o estuário é parcialmente misturado com estrutura vertical variando em função da amplitude e fase da maré. A estrutura dinâmica do estuário é balanceada entre os efeitos estabilizadores gerados pelo gradiente vertical de densidade, que permite produzir fluxo de empuxo e estratificação, e os efeitos turbulentos gerados pelo gradiente vertical de velocidade, que gera mistura vertical. A principal fonte de sedimentos para a coluna de água são os sedimentos de fundo, periodicamente resuspendidos pelas correntes de maré. O transporte advectivo de sal e sedimentos em suspensão foi diferente entre condições de quadratura e sizígia, sendo mais complexo durante a sizígia. A circulação gravitacional e a deriva de Stokes apresentam um papel secundário nos processos de transporte estuarinos.CNP

Hydrodynamics and suspended sediment transport in the Camboriú estuary - Brazil: pre jetty conditions

As trocas de água e materiais através das desembocaduras de estuários são de difícil quantificação e são de fundamental importância para o entendimento do funcionamento de estuários e da zona costeira. A hidrodinâmica e transporte de sedimentos em suspensão no estuário do rio Camboriú foram estudados através da realização de duas campanhas de campo em 1998 cobrindo as condições de quadratura e sizígia. O período do levantamento foi anterior à obra de construção do molhe em 2003 que alterou a morfologia da desembocadura, fornecendo assim importantes informações base sobre o sistema. Cada experimento cobriu dois ciclos de maré com medições horárias de correntes, salinidade, concentrações de sedimentos em suspensão e nível de água. Os resultados mostram que o estuário é parcialmente misturado com estrutura vertical variando em função da amplitude e fase da maré. A estrutura dinâmica do estuário é balanceada entre os efeitos estabilizadores gerados pelo gradiente vertical de densidade, que permite produzir fluxo de empuxo e estratificação, e os efeitos turbulentos gerados pelo gradiente vertical de velocidade, que gera mistura vertical. A principal fonte de sedimentos para a coluna de água são os sedimentos de fundo, periodicamente resuspendidos pelas correntes de maré. O transporte advectivo de sal e sedimentos em suspensão foi diferente entre condições de quadratura e sizígia, sendo mais complexo durante a sizígia. A circulação gravitacional e a deriva de Stokes apresentam um papel secundário nos processos de transporte estuarinos.Estuarine hydrodynamics is a key factor in the definition of the filtering capacity of an estuary and results from the interaction of the processes that control the inlet morphodynamics and those that are acting in the mixing of the water in the estuary. The hydrodynamics and suspended sediment transport in the Camboriú estuary were assessed by two field campaigns conducted in 1998 that covered both neap and spring tide conditions. The period measured represents the estuarine hydrodynamics and sediment transport prior to the construction of the jetty in 2003 and provides important background information for the Camboriú estuary. Each field campaign covered two complete tidal cycles with hourly measurements of currents, salinity, suspended sediment concentration and water level. Results show that the Camboriú estuary is partially mixed with the vertical structure varying as a function of the tidal range and tidal phase. The dynamic estuarine structure can be balanced between the stabilizing effects generated by the vertical density gradient, which produces buoyancy and stratification flows, and the turbulent effects generated by the vertical velocity gradient that generates vertical mixing. The main sediment source for the water column are the bottom sediments, periodically resuspended by the tidal currents. The advective salt and suspended sediment transport was different between neap and spring tides, being more complex at spring tide. The river discharge term was important under both tidal conditions. The tidal correlation term was also important, being dominant in the suspended sediment transport during the spring tide. The gravitational circulation and Stokes drift played a secondary role in the estuarine transport processes

Descarga sólida em suspensão do sistema fluvial do Guaíba, RS, e sua variabilidade temporal

The suspended load of the Guaíba fluvial system and its temporal variability were assessed. A dataset was assembled gathering river discharge daily data from the main rivers that form the Guaíba (Jacuí, Sinos and Caí rivers), and water turbidity data from a water treatment plant of Water and Sewage Municipal Department (DMAE), recorded at 30 minutes interval. The turbidity data were converted to suspended sediment concentration (SSC) throughout calibration procedures with samples of suspended sediments from the Guaíba. The turbidity monitoring station was also validated for representativeness to the Guaíba waters, with synoptic sampling.  The turbidity data were reduced do mean daily values. The function of the SSC (kg.m-3 ) as function of river discharge (Q, m3 .s-1) was built given the rating curve SSC(Q) = 0.0057 + 0.00450,2884 Q with r2 = 0,68. The suspended load was directly obtained by the product of river discharge and SSC. The results indicated that the suspended load varies considerably along the time, mainly during short period discharge peaks. The major ity of suspended load is carried with river discharge between 1,000 and 3,000 m3 .s-1 , representing 47.2% of the total. The averaged suspended load to Patos Lagoon for the 2003-2006 period was of the order of 1,1 x 106 t/yr, or, of about 400.000 m of sediments (2650 kg/m3 ) from the Guaíba's drainage basin towards the lagoon depositional sites, and further the continental shelf.O presente trabalho apresenta uma avaliação da variação temporal da descarga sólida em suspensão no sistema fluvial do Guaíba. Foi utilizada uma base de dados históricos entre 2003 a 2006, constituída de vazões diárias dos rios afluentes (rios Jacuí, Sinos e Caí), e da turbidez da água monitorada em intervalos de 30 minutos na estação de tratamento de água do Departamento Municipal de Água e Esgoto (DMAE). Os dados de turbidez foram convertidos em concentração de sedimentos em suspensão (CSS) através da calibração do sensor de turbidez com amostras de sedimentos em suspensão coletadas no Guaíba. Também foi realizada uma validação da estação de monitoramento para verificar se os dados obtidos a partir da estação representavam as condições simultâneas no Guaíba. Os dados de turbidez foram reduzidos para médias diárias. Foi elaborada a curva chave de CSS (em kg.m-3) em função da vazão (Q em m3.s-1), representada por CSS(Q) = 0,0057 + 0,0045 Q 0,2884 com r2 = 0,68. A descarga sólida em suspensão foi obtida pelo produto simples entre a vazão e a CSS. Os resultados demonstraram que a descarga sólida em suspensão varia consideravelmente ao logo do tempo, principalmente durante eventos de alta vazão de curta duração. A maior parte dos sedimentos em suspensão é transportada com valores de vazões entre 1.000 e 3.000 m3.s-1 e representou 47,2% do total. O valor médio de descarga sólida transportada para a Lagoa dos Patos entre os períodos de 2003 a 2006 foi da ordem de 1,1 x 106 t/ano, o que representa uma exportação da ordem de 400.000 m3 de sedimentos (2.650 kg/m3) da bacia de drenagem do rio Guaíba para os sistemas deposicionais lagunares e, posteriormente a plataforma continental adjacente

Intra-tidal variation of stratification in a semi-arid estuary under the impact of flow regulation

The Jaguaribe River is the largest semi-arid Brazilian river and represents an important water source for the state of Ceará. The Castanhão Weir, built to regulate the flow of the Jaguaribe, began operating successfully in the 1990s. As a result, the hydrodynamic regime of the estuary has undergone alteration and is no longer subject to the former annual climatological variability of the dry and rainy seasons. This paper introduces an assessment of the changes in the hydrological conditions resulting from the construction of the weir and investigates the structure of the density stratification in the estuary. A field experiment was conducted at the end of the dry season in November 2009, during which salinity and temperature were monitored at different levels for three tidal cycles. The temporal variations in salinity and temperature during the tidal cycles were 16 psu and 1.5°C, respectively. The salinity exhibited a vertical variation of four units, while the temperature variation was much lower. Several stratification indicators were calculated from the observed density: the stratification coefficient, the Brunt-Väisälä frequency and the potential energy anomaly. The results showed that the parameters behave similarly, differences being observed only in their relative magnitudes. The vertical structure of the estuary exhibited marked stratification during the ebb tide but vertical homogeneity during both flood and high tide. With the regularized flow existing under present conditions, the estuary exhibits hyposaline and a partially mixed structure for the period studied, despite the typical expectation of a hypersaline and well-mixed vertical structure.O rio Jaguaribe é o maior rio do semi-árido brasileiro, constituindo uma importante fonte de água para o estado do Ceará. Na década de 1990 entrou em operação o Açude do Castanhão com o objetivo de regularizar a vazão do rio Jaguaribe, o qual obteve grande sucesso. Como consequência foi alterado o regime hidrodinâmico do estuário, o qual atualmente não está mais sujeito a variabilidade climatológica anual de estações seca e chuvosa. O presente trabalho apresenta uma avaliação da mudança do regime hidrológico antes e após a construção do açude, e investiga a estrutura de estratificação da densidade nos estuários. Foi realizado um experimento de campo em novembro de 2009, no fim da estação seca, quando a salinidade e temperatura da água foram monitorados em diferentes níveis durante três ciclos de maré. A variação temporal da salinidade e temperatura durante os ciclos de maré foram de 16 psu e 1,5ºC, respectivamente. A salinidade chegou a apresentar variação vertical de 4 unidades, enquanto que a variação da temperatura foi bem inferior. Foram calculados parâmetros indicadores da estratificação a partir da densidade: coeficiente de estratificação; frequência de Brunt-Väisälä; e a anomalia da energia potencial. Os resultados mostraram que os parâmetros comportam-se da mesma maneira, apenas com diferença da magnitude relativa de seus valores. A estrutura vertical do estuário apresentou estratificação pronunciada durante a fase de vazante da maré, e verticalmente homogênea na fase de enchente da maré e durante a preamar. Dada as condições presentes, com vazão regularizada, o estuário apresenta padrão de estratificação parcialmente misturado e hiposalino, quando seria esperado uma condição bem misturada e hipersalina para o período estudado