Desenvolvimento e avaliação de um equipamento lagrangiano para aquisição de dados de correntes na zona de arrebentação praial

Abstract

Resumo: A zona de arrebentação praial é o ambiente mais dinâmico da zona costeira, onde processos hidrodinâmicos e geomorfológicos variam consideravelmente em um curto período de tempo e espaço devido à dissipação da energia transportada pelas ondas. Nesse sentido, é fundamental o estudo e monitoramento deste ambiente para um melhor conhecimento da dinâmica do local, principalmente com foco no planejamento de uso e ocupação da costa. Entretanto, a aquisição de dados na zona de arrebentação representa um grande desafio, devido à dificuldade de navegação e fixação de equipamentos e também pela considerável variabilidade espacial no módulo e na direção das correntes. O presente trabalho, portanto, teve como objetivo desenvolver e avaliar um derivador lagrangiano de baixo custo para ser utilizado na obtenção de intensidades de correntes na zona de arrebentação com objetivo de fornecer informações que permitam validar modelos numéricos que simulem a hidrodinâmica da região considerando a interação entre ondas e correntes. O derivador desenvolvido possui um corpo feito em impressão 3D contendo um sistema de eletrônica embarcada de baixo custo e alta capacidade de personalização, com um sensor de posicionamento por satélite (GNSS) não-diferencial e telemetria de dados em tempo real via protocolo de rádio LoRa. Para avaliar a qualidade do GNSS utilizado, três testes foram realizados, indicando um erro médio absoluto da velocidade na ordem de 1-2 cm/s e boa precisão do sensor para a representação de velocidades médias. Em seguida, três amostragens foram realizadas na zona de arrebentação considerando diferentes condições meteorológicas e oceanográficas para comparar os dados com resultados de modelos numéricos já implementados na mesma região. Os resultados obtidos pelo derivador indicaram uma boa representação das intensidades simuladas pelo modelo que simula efeitos hidrodinâmicos gerados pela interação entre ondas e correntes, entretanto, indicou uma tendência do modelo em formar correntes longitudinais para Sul em duas das três amostragens, enquanto os equipamentos se deslocaram para Norte nas três campanhas. Esse mesmo efeito foi verificado ao comparar o modelo com dados medidos por ADCP. Com base nos resultados obtidos, foi possível confirmar a hipótese levantada inicialmente de que mesmo um equipamento lagrangiano de baixo custo portando um GNSS não-diferencial pode gerar importantes informações sobre as correntes geradas pela quebra de ondas na região praial, possibilitando um melhor conhecimento dessa região e também a validação de modelos numéricos.

Abstract: Surf zone is the most dynamic environment in the coastal zone, where hydrodynamic and geomorphological processes vary considerably in a short period of time and space due to the dissipation of energy carried by waves. In this sense, the study and monitoring of this environment are essential for a better understanding of the dynamics of the region, mainly with a focus on planning the use and occupation of the coast. However, the acquisition of data in the surf zone represents a great challenge, due to the difficulty of navigation and equipment anchoring and also due to the considerable spatial variability in the speed and direction of the currents. The present work, therefore, aimed to develop and evaluate a low-cost lagrangian equipment to be used to obtain current velocities in the surf zone in order to provide information to validate numerical models that simulate the hydrodynamics of the region considering the interaction between waves and currents. The developed drifter has a body made with 3D printing containing a low-cost onboard electronics system with a non-differential satellite positioning sensor (GNSS) and real-time data telemetry via LoRa radio protocol. To evaluate the quality of the GNSS used, three tests were performed, indicating a mean absolute error for speeds in the order of 1-2 cm/s and good sensor accuracy for representing average velocities. Then, three samplings were carried out in the surf zone considering different meteorological and oceanographic conditions to compare the data with results from numerical models already implemented in the same region. The results obtained by the drifter indicated a good representation of the intensities calculated by the model that simulates hydrodynamic effects generated by the interaction between waves and currents, however, it indicated a tendency of the model to indicate longshore currents to the South in two of the three samples, while the equipment moved north in the three campaigns. This same effect was verified when comparing the model with data measured by ADCP. Based on this, it was possible to confirm the hypothesis initially raised that even a low-cost Lagrangian equipment carrying a non-differential GNSS can generate important information about the currents generated by wave breaking in the surf zone, allowing a better knowledge of this region and also the validation of numerical models.