Tempo de residência do estuário da Baía da Babitonga (SC) através de modelagem numérica

Abstract

Resumo: Uma maneira de qualificar e quantificar a condição de um sistema estuarino e sua capacidade de se renovar, é através do tempo de residência (TR). A compreensão dos processos hidrodinâmicos locais pode servir como ferramenta para se compreender processos biogeoquímicos, assim como suas escalas e variabilidade temporal. Em um estuário, as taxas de renovação da água e o tempo de residência são produtos de um sistema dinâmico, regido principalmente pela maré e descarga fluvial, que caracterizam os gradientes de pressão que dominam a hidrodinâmica local. O estuário da Baía da Babitonga está localizado no litoral norte de Santa Catarina, Brasil, seus padrões de circulação e tempo de residência são pouco conhecidos. Ele está margeado pelo município industrial de Joinville e os municípios portuários de Itapoá e São Francisco do Sul. Essa pressão antrópica precisa ser monitorada, visando uma abordagem sustentável deste ecossistema. A proposta deste trabalho é caracterizar a hidrodinâmica através da modelagem numérica 2D, utilizando o modelo hidrodinâmico MOHID, e avaliar as variações sazonais do tempo de residência do estuário. Para estimar o tempo de residência, o módulo lagrangeano do MOHID é aplicado nos resultados hidrodinâmicos, permitindo mensurar a trajetória e o tempo necessário para as partículas saírem do sistema. O padrão de circulação do estuário da Baía da Babitonga é regido pelos gradientes barotrópicos, predominantemente pela maré, de acordo com resultados gerados a partir das campanhas de coleta in situ, assim com da validação dos resultados do modelo 2DH. Os resultados do tempo de residência a partir do módulo lagrangeano para o estuário como um todo foi de 28 dias no verão e 25 dias durante o inverno de 2019. Também foram gerados resultados em seis setores dentro do estuário, sendo que o tempo de residência não ultrapassou o período de 12 dias em nenhum deles. Os resultados do tempo de residência, assim como a capacidade do estuário de se renovar, qualificam e quantificam a situação do estuário, podendo ser utilizado como suporte para situações emergenciais da região ou até mesmo de fomento para estudos que utilizem o tempo de residência como referência.

Abstract: One way to qualify and quantify the condition of an estuarine system and its capacity to renew itself is through the residence time (RT), the understanding of local processes can serve as a tool to understand biogeochemical processes, as well as their scales and temporal variability. In an estuary, water renewal rates and residence times are products of a dynamic system, mainly governed by the tide and fluvial discharge, characterizing the pressure gradients that dominate local hydrodynamics. The Babitonga Bay estuary is located on the northern coast of Santa Catarina, Brazil. The behavior of circulation and residence time in the estuary as a whole is poorly understood. It houses the industrial municipality of Joinville and the port municipalities Itapoá and São Francisco do Sul. This anthropic pressure needs to be monitored, aiming at a sustainable and productive approach to this ecosystem. The purpose of this work is to characterize the hydrodynamics through numerical modeling and to evaluate seasonal variations in the estuary residence time. The hydrodynamic model adopted was MOHID, which allows the generation of barotropic (2DH) and baroclinic (3D) simulations. The residence time was estimated using the MOHID Lagrangian module, allowing to measure the trajectory and the time necessary for the particles to leave the system. The circulation pattern of the Babitonga Bay estuary is governed by the barotropic gradients, predominantly by the tide, an argument according to results generated from the in situ collection campaigns, as well as the validation of the results of the 2DH model. The residence time results from the Lagrangian module for the estuary as a whole were 28 days in the summer and 24.97 days during the winter of 2019. Results were also generated in six sectors within the estuary, with the residence time did not exceed 12 days in any of them. The results of the residence time, as well as the estuary's capacity to renew itself, qualify and quantify the situation of the estuary, and can be used as a support for emergencies in the region or even to encourage studies that use the residence time as a reference.