Fluvial modulation of hydrodynamics and salt transport in a highly stratified estuary

D'Aquino, Carla de Abreu; Pereira Filho, Jurandir; Schettini, Carlos Augusto França

Abstracts

An oceanographic campaign was conducted in the Araranguá river estuary during the period from May 11th to 13th of 2006 in order to produce a first hydrographic characterization of this system. The campaign was carried out during the spring tide period, and coincidentally after an intense rain event in the region which produced a peak in river discharge. Water level, currents and salinity time series were recorded hourly during a 50-hour period, at a site nearly 7 km upstream from the estuarine mouth. Two longitudinal distributions of salinity along the estuary were also recorded. The hydrographic data time-series were used to compute the advective salt flux in order to investigate the changes in the transport terms as a function of the change in discharge. The results showed that the estuarine structure was strongly modulated by the river discharge. The drop in water level of about 0.5 m during the first 24 hours was directly related to the ebb phase of the river flood. The water column was highly stratified throughout the period, therefore the stratification increased during the last 24 hours. The currents were stronger, ebbing and uni-directional at the beginning and became weaker and bidirectional as the water level went down, assuming a tidal pattern. The total salt transport in the first 25 hours was of -13.6 kg.m-1.s-1 (seawards), decreasing to 3 Kg.m-1.s-1 during the last 25 hours (landwards). It was also noticeable that the pH in the estuary, recorded together with the salinity, was around 5, showing that the water quality in the estuary is affected by the coal mining activity in the hydrographic basin.

Estuarine circulation; Salt wedge; Flash flood

Uma campanha oceanográfica foi realizada no estuário do rio Araranguá durante o período de 11 e 13 de maio de 2006, objetivando fazer uma primeira caracterização hidrográfica do sistema. A campanha foi realizada em condição de maré de sizígia, e coincidentemente após um evento de chuvas intensas na região que produziu um pico de descarga fluvial. Séries temporais de nível da água, correntes e salinidade foram registradas durante 50 horas, em um local aproximadamente 7 km da desembocadura. Dois levantamentos longitudinais de salinidade também foram realizados. Os dados hidrográficos foram utilizados para calcular o fluxo advectivo de sal visando investigar os termos do transporte em função da mudança da descarga fluvial. Os resultados mostram que a estrutura estuarina foi fortemente modulada pela vazão fluvial. O nível da água baixou em torno de 0,5 m durante as primeiras 25 horas em relação direta com o decaimento da enchente do rio. Embora a coluna de água fosse altamente estratificada durante todo o período, e a estratificação aumentou durante as últimas 25 horas. As correntes foram mais intensas, de vazante e uni-direcionais no início, tornando mais fracas bidirecionais à medida que o nível da água baixou, adquirindo um padrão de maré. O transporte total de sal nas primeiras 25 horas foi de -13,6 Kg.m-1.s-1 (sentido do mar), mudando para 3 Kg.m-1.s-1 nas últimas 25 horas (sentido de terra). Foi também notável que o pH no estuário, registrado junto com a salinidade, em torno de 5, indicando que a qualidade da água ficou afetada pela atividade de mineração de carvão que ocorre na bacia hidrográfica.

Circulação estuarina; Cunha salina; Enchente relâmpago

ACHTERBERG, E. P.; HERZL, V. M. C.; BRAUGARDT, C. B.; MLLWARD, G. E. Metal behavior in an estuary polluted by acid mine drainage: the role of particulate matter. Environ. Pollut, v. 121, p. 283-292, 2003.
ALTHOFF, D. A. Irrigação do arroz: salinidade da água dos mananciais do sul de SC. Florianópolis: EMPASC, 1990. 24 p.
ANDRADE, M. C. Mineração e Meio Ambiente ENESMA, V. 3, 1983, Florianópolis, p. 40-49.
ARAÚJO, C. E. S.; FRANCO, D.; MELO, E.; PIMENTA, F. 2003. Wave regime characteristics of southern brazilian coast. COPEDEC, 6., 2003. Proceedings... 2003. Paper n. 97, 15 p. CD-ROM.
BRAUNGARDT, C. B.; ACHTERBERG, E. P.; ELBAZ-POULICHET, F.; MORLEY, N. M. Metal geochemistry in a mine-polluted estuarine system in Spain. Appl. Geochem, v. 18, p. 1757-1771, 2003.
BOWDEN, K. F. The mixing processes in a tidal estuary. J. Air Wat. Pollut , v. 7, p. 343-356, 1963.
CAMERON, W. N.; PRITCHARD, D. W. Estuaries. In: HILL, M. N. (Ed.). The sea New York: Wiley Interscience, 1963. p. 306-332.
DYER, K. R. The salt balance in stratified estuaries. Estuar. coast. Mar. Sci, v. 2, p. 273-281, 1974.
DYER, K. R. 1977. Lateral circulation effects in estuaries. In: Estuaries, geophysics and the environment Washington, D.C.: National Academic Press, 1977. p.22-29.
DYER, K. R. Sediment transport processes in estuaries. In: PERILLO, G. M. E. (Ed.). Geomorphology and sedimentology of estuaries New York: Elsevier, 1995. p. 423-449.
DYER, K.R. Estuaries: A physical introduction 2^nd . Ed. New York: John Wiley and Sons, 1997. 195 p.
EPAGRI. Sistema de produção de arroz irrigado em Santa Catarina: (Pré-germinado). Florianópolis. 1998. 79 p. EPAGRI. Sistema de Produção, 32.
FISCHER, H. B. Mixing and dispersion in estuaries. A. Rev Fluid Mech., v. 8, p. 107-133, 1976.
GAIDIZINSKI, M. C. A rizipiscicultura no município de Meleiro 114 p. 2001. Dissertação de Mestrado – Departamento de Geociências, Universidade Federal de Santa Catarina, 2001.
GAPLAN – GABINETE DE PLANEJAMENTO DE SANTA CATARINA. Atlas de Santa CatarinaRio de Janeiro: Aerofoto Cruzeiro,.1986. 173 p.
GOTHE, C. A. V. Diagnóstico ambiental da região carbonífera Catarinense ENESMA, V.3. Florianópolis, 1989. p. 62-96.
GOTHE, C. A. V. Avaliação dos impactos ambientais da indústria carbonífera nos recursos hídricos da região sul-catarinense Florianópolis: Universidade Federal de Santa Catarina, 1993. UFSC. Dissertação de Mestrado em Geografia.
Hansen, D.V. & Rattray, M. 1966 New dimensions on estuarine classification. Limnol. Oceanogr., v. 11, p. 319-326,
HILLE, E.; SCHETTINI, C. A. F.; RIBEIRO, M. R. Estrutura termohalina no litoral de Santa Catarina nos anos de 2005 e 2006. In: BRAGA, E. S. (Ed.). Oceanografia e mudanças globais. São Paulo: EDUSP, 2008. p. 371-382.
HUNKINS, K. Salt dispersion in the Hudson estuary. J. phys. Oceanogr., v. 11, p. 729-738, 1981.
KJERFVE, B. Circulation and salt flux in a well mixed estuary. In: KREEKE, VAN DE. (Ed). Physics of shallow estuaries and bays New York: Spring-Verlag, 1986, p.22-29.
KREBES, A. S. J. Contribuição ao conhecimento dos recursos hídricos subterrâneos da bacia hidrográfica do rio Araranguá, SC Tese de doutorado, 2004. Universidade Federal de Santa Catarina, 2004.
MEDEIROS, C.; KJERFVE, B. Longitudinal salt and sediment fluxes in a tropical estuary: Itamaracá, Brazil. J. coast. Res, v. 21, n. 4, p. 751-758, 2005.
MIRANDA, L. B. Propriedades e variáveis físicas das águas da plataforma continental do Rio Grande do Sul Tese de Doutorado, 1972. São Paulo, Universidade de São Paulo, 1972.
MIRANDA, L. B.; CASTRO FILHO, B. M. On the salt transport in the Cananéia sea during a spring tide experiment. Rev. Bras. Oceanogr, v. 44, n. 2, p. 123133, 1996.
MIRANDA, L. B.; CASTRO, B. M.; KJERFVE, B. Princípios de Oceanografia Física de Estuários São Paulo: Editora da Universidade de São Paulo, 2002. 424 p.
MÖLLER JR., O. O.; PIOLA, A. R.; FREITAS, A. C.; CAMPOS, E. J. D. The effects of river discharge and seasonal winds on the shelf off southeastern South America. Continent. Shelf Res., doi: 10.1016/j.csr.2008.03.012.
NICHOLS, M. M.; BIGGS, R. B. 1985. Estuaries. In: DAVIS JR., R. A. (Ed). Coastal environments. sedimentary New York: Springer Verlag, p.77-186, 1985.
PEREIRA, M. D.; SCHETTINI, C. A. F.; OMACHI, C. Y. Caracterização de feições oceanográficas na plataforma de Santa Catarina através de imagens orbitais. Revta Bras. Geofís, v. 27, n. 1, p. 81-93, 2009.
PUGH, D. Tides, surges and mean sea level: a handbook for engineers and scientists. New York: John Wiley, 1987.
RÖRIG, L. R.; TUNDISI, J. G.; SCHETTINI, C. A. F.; PEREIRA FILHO, J.; MENEZES, J. T.; ALMEIDA, T. C. M.;URBAN, S. R.; RADETSKI, C. M.; SPERB, R. C.; STRAMOSK, C. A.; MACEDO, R. S.; CASTRO-SILVA, M. A.; PEREZ, J. A. A. From a water resource to a point pollution source: the daily journey of a coastal urban stream. Braz. J. Biol., v. 67, n. 1, p. 631-637, 2007.
SANTA CATARINA. Secretaria de Estado do Desenvolvimento Rural e da Agricultura. Zoneamento da disponibilidade e da qualidade hídrica da bacia do rio Araranguá. Florianópolis: 1997. Documento Síntese, v. 1.
SCHEIBE, L. F. 2002. O carvão em Santa Catarina: mineração e conseqüências ambientais. Cadernos de Planejamento e Gestão Ambiental, n. 2, 2002. FEPAM. Porto Alegre/RS.
Schetini, C. A. F. Caracterização física do estuário do rio Itajaí-Açu. Rev. Bras. Rec. Hidric,v. 7,n.1,p. 123-142, 2002a.
SCHETTINI C. A. F. Near bed sediment transport in the Itajaí-Açu River estuary, southern Brazil. In: WINTERWERP, J. C; KRANENBURG, C (Ed.). Fine sediment dynamics in the marine environment. New York: Elsevier, 2002b. p. 499-512.
SCHETTINI C.A.F., CARVALHO J. L.B., JABOR, P. Comparative hydrology and suspended matter distribution of four estuaries in Santa Catarina State, Southern Brazil. WORKSHOP ON COMPARATIVE STUDIES OF TEMPERATE COAST ESTUARIES, Bahia Blanca, 1996. Proceedings... 1996. p 29-32.
SCHETTINI, C. A. F.; CARVALHO, J. L. B. . Hidrodinâmica e distribuição de sólidos em suspensão no estuário do rio Itajaí-açu (relatório). Notas Tec. Facimar, v. 2, p. 131-140, 1998.
SCHETTINI, C. A. F.; PEREIRA FILHO, J.; SPILLERE, L.C. Caracterização oceanográfica e biogeoquímica dos estuários dos Rios Tavares e Defuntos, Reserva Extrativista de Pirajubaé, Florianópolis, SC. Notas Téc. Facimar, v.4, p.11-28, 2000.
SCHETTINI, C. A. F.; TOLDO JR, E. E. Fine sediment transport modes in the Itajaí-açu estuary, Southern Brazil. J. coast. Res, v. 39(SI), p. 515-519, 2006.
SCHETTINI, C. A. F.; RICKLEFS, K.; TRUCCOLO, E. C.; GOLBIG, V. Synoptic hydrography of a highly stratified estuary. Ocean Dynam., v. 56, n. 3-4, p. 308, 2006.
SIEGLE, E.; ASP, N. E. 2007. Wave refraction and longshore transport patterns along the southern Santa Catarina coast. Braz. J. Oceanogr., vol. 55, no. 2, p.109120, 2007.
TRUCCOLO, E. C.; FRANCO, D.; SCHETTINI, C. A.F. The low frequency sea level oscillations in the northern coast of Santa Catarina, Brazil. J. coast. Res, v. 39(SI), p. 547-552, 2006.
VILLELA, R. Mineração de carvão em Santa Catarina e o meio ambiente. ENESMA, V. 3, 1989, Florianópolis, p .50-61.
WHITE, I., MELVILLE, M. D, WILSON, B. P.; SAMMUT, J. Reducing acidic discharges from wetlands in eastern Australia. Wetlands Ecol. Mgnts, v. 5, p. 55-72, 1997.

Publication Dates

Publication in this collection
06 Aug 2010
Date of issue
June 2010

History

Received
09 Dec 2008
Accepted
10 Mar 2010
Reviewed
04 Apr 2009

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

[1] ACHTERBERG, E. P.; HERZL, V. M. C.; BRAUGARDT, C. B.; MLLWARD, G. E. Metal behavior in an estuary polluted by acid mine drainage: the role of particulate matter. Environ. Pollut, v. 121, p. 283-292, 2003.

[2] ALTHOFF, D. A. Irrigação do arroz: salinidade da água dos mananciais do sul de SC. Florianópolis: EMPASC, 1990. 24 p.

[3] ANDRADE, M. C. Mineração e Meio Ambiente ENESMA, V. 3, 1983, Florianópolis, p. 40-49.

[4] ARAÚJO, C. E. S.; FRANCO, D.; MELO, E.; PIMENTA, F. 2003. Wave regime characteristics of southern brazilian coast. COPEDEC, 6., 2003. Proceedings... 2003. Paper n. 97, 15 p. CD-ROM.

[5] BRAUNGARDT, C. B.; ACHTERBERG, E. P.; ELBAZ-POULICHET, F.; MORLEY, N. M. Metal geochemistry in a mine-polluted estuarine system in Spain. Appl. Geochem, v. 18, p. 1757-1771, 2003.

[6] BOWDEN, K. F. The mixing processes in a tidal estuary. J. Air Wat. Pollut , v. 7, p. 343-356, 1963.

[7] CAMERON, W. N.; PRITCHARD, D. W. Estuaries. In: HILL, M. N. (Ed.). The sea New York: Wiley Interscience, 1963. p. 306-332.

[8] DYER, K. R. The salt balance in stratified estuaries. Estuar. coast. Mar. Sci, v. 2, p. 273-281, 1974.

[9] DYER, K. R. 1977. Lateral circulation effects in estuaries. In: Estuaries, geophysics and the environment Washington, D.C.: National Academic Press, 1977. p.22-29.

[10] DYER, K. R. Sediment transport processes in estuaries. In: PERILLO, G. M. E. (Ed.). Geomorphology and sedimentology of estuaries New York: Elsevier, 1995. p. 423-449.

[11] DYER, K.R. Estuaries: A physical introduction 2^nd . Ed. New York: John Wiley and Sons, 1997. 195 p.

[12] EPAGRI. Sistema de produção de arroz irrigado em Santa Catarina: (Pré-germinado). Florianópolis. 1998. 79 p. EPAGRI. Sistema de Produção, 32.

[13] FISCHER, H. B. Mixing and dispersion in estuaries. A. Rev Fluid Mech., v. 8, p. 107-133, 1976.

[14] GAIDIZINSKI, M. C. A rizipiscicultura no município de Meleiro 114 p. 2001. Dissertação de Mestrado – Departamento de Geociências, Universidade Federal de Santa Catarina, 2001.

[15] GAPLAN – GABINETE DE PLANEJAMENTO DE SANTA CATARINA. Atlas de Santa CatarinaRio de Janeiro: Aerofoto Cruzeiro,.1986. 173 p.

[16] GOTHE, C. A. V. Diagnóstico ambiental da região carbonífera Catarinense ENESMA, V.3. Florianópolis, 1989. p. 62-96.

[17] GOTHE, C. A. V. Avaliação dos impactos ambientais da indústria carbonífera nos recursos hídricos da região sul-catarinense Florianópolis: Universidade Federal de Santa Catarina, 1993. UFSC. Dissertação de Mestrado em Geografia.

[18] Hansen, D.V. & Rattray, M. 1966 New dimensions on estuarine classification. Limnol. Oceanogr., v. 11, p. 319-326,

[19] HILLE, E.; SCHETTINI, C. A. F.; RIBEIRO, M. R. Estrutura termohalina no litoral de Santa Catarina nos anos de 2005 e 2006. In: BRAGA, E. S. (Ed.). Oceanografia e mudanças globais. São Paulo: EDUSP, 2008. p. 371-382.

[20] HUNKINS, K. Salt dispersion in the Hudson estuary. J. phys. Oceanogr., v. 11, p. 729-738, 1981.

[21] KJERFVE, B. Circulation and salt flux in a well mixed estuary. In: KREEKE, VAN DE. (Ed). Physics of shallow estuaries and bays New York: Spring-Verlag, 1986, p.22-29.

[22] KREBES, A. S. J. Contribuição ao conhecimento dos recursos hídricos subterrâneos da bacia hidrográfica do rio Araranguá, SC Tese de doutorado, 2004. Universidade Federal de Santa Catarina, 2004.

[23] MEDEIROS, C.; KJERFVE, B. Longitudinal salt and sediment fluxes in a tropical estuary: Itamaracá, Brazil. J. coast. Res, v. 21, n. 4, p. 751-758, 2005.

[24] MIRANDA, L. B. Propriedades e variáveis físicas das águas da plataforma continental do Rio Grande do Sul Tese de Doutorado, 1972. São Paulo, Universidade de São Paulo, 1972.

[25] MIRANDA, L. B.; CASTRO FILHO, B. M. On the salt transport in the Cananéia sea during a spring tide experiment. Rev. Bras. Oceanogr, v. 44, n. 2, p. 123133, 1996.

[26] MIRANDA, L. B.; CASTRO, B. M.; KJERFVE, B. Princípios de Oceanografia Física de Estuários São Paulo: Editora da Universidade de São Paulo, 2002. 424 p.

[27] MÖLLER JR., O. O.; PIOLA, A. R.; FREITAS, A. C.; CAMPOS, E. J. D. The effects of river discharge and seasonal winds on the shelf off southeastern South America. Continent. Shelf Res., doi: 10.1016/j.csr.2008.03.012.

[28] NICHOLS, M. M.; BIGGS, R. B. 1985. Estuaries. In: DAVIS JR., R. A. (Ed). Coastal environments. sedimentary New York: Springer Verlag, p.77-186, 1985.

[29] PEREIRA, M. D.; SCHETTINI, C. A. F.; OMACHI, C. Y. Caracterização de feições oceanográficas na plataforma de Santa Catarina através de imagens orbitais. Revta Bras. Geofís, v. 27, n. 1, p. 81-93, 2009.

[30] PUGH, D. Tides, surges and mean sea level: a handbook for engineers and scientists. New York: John Wiley, 1987.

[31] RÖRIG, L. R.; TUNDISI, J. G.; SCHETTINI, C. A. F.; PEREIRA FILHO, J.; MENEZES, J. T.; ALMEIDA, T. C. M.;URBAN, S. R.; RADETSKI, C. M.; SPERB, R. C.; STRAMOSK, C. A.; MACEDO, R. S.; CASTRO-SILVA, M. A.; PEREZ, J. A. A. From a water resource to a point pollution source: the daily journey of a coastal urban stream. Braz. J. Biol., v. 67, n. 1, p. 631-637, 2007.

[32] SANTA CATARINA. Secretaria de Estado do Desenvolvimento Rural e da Agricultura. Zoneamento da disponibilidade e da qualidade hídrica da bacia do rio Araranguá. Florianópolis: 1997. Documento Síntese, v. 1.

[33] SCHEIBE, L. F. 2002. O carvão em Santa Catarina: mineração e conseqüências ambientais. Cadernos de Planejamento e Gestão Ambiental, n. 2, 2002. FEPAM. Porto Alegre/RS.

[34] Schetini, C. A. F. Caracterização física do estuário do rio Itajaí-Açu. Rev. Bras. Rec. Hidric,v. 7,n.1,p. 123-142, 2002a.

[35] SCHETTINI C. A. F. Near bed sediment transport in the Itajaí-Açu River estuary, southern Brazil. In: WINTERWERP, J. C; KRANENBURG, C (Ed.). Fine sediment dynamics in the marine environment. New York: Elsevier, 2002b. p. 499-512.

[36] SCHETTINI C.A.F., CARVALHO J. L.B., JABOR, P. Comparative hydrology and suspended matter distribution of four estuaries in Santa Catarina State, Southern Brazil. WORKSHOP ON COMPARATIVE STUDIES OF TEMPERATE COAST ESTUARIES, Bahia Blanca, 1996. Proceedings... 1996. p 29-32.

[37] SCHETTINI, C. A. F.; CARVALHO, J. L. B. . Hidrodinâmica e distribuição de sólidos em suspensão no estuário do rio Itajaí-açu (relatório). Notas Tec. Facimar, v. 2, p. 131-140, 1998.

[38] SCHETTINI, C. A. F.; PEREIRA FILHO, J.; SPILLERE, L.C. Caracterização oceanográfica e biogeoquímica dos estuários dos Rios Tavares e Defuntos, Reserva Extrativista de Pirajubaé, Florianópolis, SC. Notas Téc. Facimar, v.4, p.11-28, 2000.

[39] SCHETTINI, C. A. F.; TOLDO JR, E. E. Fine sediment transport modes in the Itajaí-açu estuary, Southern Brazil. J. coast. Res, v. 39(SI), p. 515-519, 2006.

[40] SCHETTINI, C. A. F.; RICKLEFS, K.; TRUCCOLO, E. C.; GOLBIG, V. Synoptic hydrography of a highly stratified estuary. Ocean Dynam., v. 56, n. 3-4, p. 308, 2006.

[41] SIEGLE, E.; ASP, N. E. 2007. Wave refraction and longshore transport patterns along the southern Santa Catarina coast. Braz. J. Oceanogr., vol. 55, no. 2, p.109120, 2007.

[42] TRUCCOLO, E. C.; FRANCO, D.; SCHETTINI, C. A.F. The low frequency sea level oscillations in the northern coast of Santa Catarina, Brazil. J. coast. Res, v. 39(SI), p. 547-552, 2006.

[43] VILLELA, R. Mineração de carvão em Santa Catarina e o meio ambiente. ENESMA, V. 3, 1989, Florianópolis, p .50-61.

[44] WHITE, I., MELVILLE, M. D, WILSON, B. P.; SAMMUT, J. Reducing acidic discharges from wetlands in eastern Australia. Wetlands Ecol. Mgnts, v. 5, p. 55-72, 1997.

Brasil

Brasil

Fluvial modulation of hydrodynamics and salt transport in a highly stratified estuary

Abstracts

Publication Dates

History