Estudo da resposta hidrodinâmica de um lago costeiro submetido a cenários de vento constante com o modelo MIKE21. Caso da Lagoa do Peri. Florianópolis - SC

Abstract

Lagos costeiros são importante para sociedade, pois permitem a utilização múltipla de suas águas através do abastecimento público, recreação, pesquisa, entre outros. Para garantir esses usos, demandam a atenção de seus gestores, pois, não raro, sofrem ameaças de floração de cianobactérias com potencial tóxico. Para estudá-los, utiliza-se de modelos hidrodinâmicos que são capazes de representar o movimento de suas águas, permitindo seu gerenciamento adequado. A Lagoa do Peri, lago costeiro localizado no sul da ilha de Florianópolis (SC), é o objeto de estudo deste trabalho, que busca iniciar um estudo de sua hidrodinâmica, através do modelo MIKE21. Primeiramente, analisou-se a viabilidade da utilização de batimetrias simplificadas para representar as feições de circulação do lago real, os giros e seiche. As batimetrias simplificadas são: uma elipse simples (e) e uma elipse com um esporão triangular (t). Além disso, buscou-se entender as respostas do modelo frente às variações de intensidade (4 e 8 m/s) e direção (nordeste e sul) do vento. Variando-se essas entradas e adicionando-se um teste com vazões afluentes, foram realizadas 12 simulações no total. As respostas obtidas são apresentadas em termos de campos de velocidade e elevação da superfície. A simplificação demasiada da batimetria e impediu que esta apresentasse qualquer semelhança aos resultados obtidos com a batimetria real (r). A presença do esporão triangular na batimetria t alterou a circulação no lago, criando feições semelhantes àquelas obtidas com a batimetria r. As diferentes direções de vento aplicadas alteraram os giros formados e a distribuição espacial da intensidade da corrente, porém, manteve-se a média da corrente e a frequência de ocorrência das intensidades. O aumento da intensidade do vento intensificou a corrente, no entanto, a circulação apresentou as mesmas feições com formações de giros semelhantes. O módulo de transporte de partículas indicou as áreas em que as partículas acumularam-se para os ventos nordeste e sul. Para partículas dispersas no primeiro metro deste lago, o vento nordeste atuou levando-as para a região mais próxima à captação e às praias, enquanto que o vento sul as acumulou no lado oposto, próximo à encosta. Para partículas dispersas em camadas de 3,6 metros não houve uma área específica em que se acumularam. Ambas as direções de vento carregaram partículas próximas ao ponto de captação, nesta condição. Além disso, para os dois casos de vento algumas partículas permaneceram no giro ciclone ao norte, feição esta observada em todas as simulações com aplicação de vento.

Coastal lakes are important to society because they have a fundamental role in the local ecosystem and provide multiple water usages, such as: public water supply, recreation, research, among others. Nevertheless, the water quality is constantly threatened due to the presence of cyanobacteria with high toxic potential. Therefore, it demands attention of managers. Hydrodynamic models have been used to study these systems because it is able to quantify aspects, such as velocity and surface elevation, and represent features of its dynamics, such as gyres and seiches. Thus, it provides substantial knowledge to an adequate management. The aim of this study is to start a study to understand the basic hydrodynamics due to wind blowing in a coastal lake, Lagoa do Peri, Florianópolis (SC). To understand the response of the model, it has been applied different wind directions (northeast and south) and intensities (4 and 8 m/s). It was analyzed if the real lake circulation features can be represented by simplified bathymetries. The constructed bathymetries are: bathymetry e, which is elliptical, bathymetry t, elliptical with a triangular cuspate. By varying these inputs and adding a test simulation with discharge, 12 simulations were complete. The results are presented and compared in terms of velocity, surface elevation and features formed as gyres and seiches. The bathymetry e didn’t represent the same features created in the real bathymetry (r). The bathymetry t represented most of the features showed in bathymetry r due to the presence of the cuspate. The rise in the wind intensity intensified the current speed in the lake, but it did not change the features formed. The variation of wind direction changes the features formed and the distribution of the current speed in the lake, but it does not change the frequency of current speed formed. The particle tracking module showed the area where particles accumulate, depending on the wind direction. It has been used different layers to disperse the particles. The results show that the thicker the layer is, the longer it takes to accumulate on the border. The northeast wind carried particles in 1 meter deep layer to the east part of the lake, near the bath and water supply area. On the other hand, the south wind took particles to the opposite side of the lake. Particles in the first 3,6 meters were not accumulated in an specified area. Both wind directions took a few particles near the bath and water supply area. Also, it was observed that some particles still retained in the cyclonic gyre in the north of lake. This feature was present in all simulations with wind forcing.