Questa Tesi, fatta in co-tutela tra i programmi di dottorato in Geoscienze dell’UFRGS (Brasile) e di Scienze per l’Ambiente dell’UNIBO (Italia), è stata svolta nel settore nord della costa del Rio Grande do Sul (RS-Brasile) e nella zona costiera del comune di Ravenna nella Regione Emilia-Romagna (ER-Italia). Sono state fatte analisi integrando nuove tecnologie (aeromobile a pilotaggio remoto – APR e ground penetrating radar – GPR) e proponendo nuove metodologie di lavoro, con un buon rapporto costi-benefici, il quale permette che siano applicate sia da gruppi di ricerca, enti pubblici o compagnie private, nelle zone costiere, specificatamente, in zone costiere caratterizzate dai sistemi del tipo barriera-laguna. Gli studi sono stati svolti in due scale temporali diverse, con gli obbiettivi di analizzare l’evoluzione recente e la situazione attuale, dovute ai fattori naturali e antropici che agiscono sui sistemi costieri: (i) analisi sul lungo periodo per studiare e capire l’evoluzione costiera di entrambi i sistemi barriera-laguna nell’Olocene, dovuta alle anomalie climatiche che sono state responsabili per la morfologia attuale delle aree in studio, come i periodi glaciale nel RS o altre di ordini minori come la Piccola Età del Ghiaccio nell’ER.; (ii) analisi in scala temporale di corto periodo per capire il comportamento e lo stato attuale delle zone costiere studiate, tramite il confronto tra una zona costiera naturale e antropica adiacenti e il monitoraggio stagionale del comportamento del sistema costiero. I risultati ottenuti sono stati un modello della evoluzione costiera e una comparazione stagionale del comportamento del sistema duna/spiaggia di Ravenna e il paragone tra una area naturale adiacente a una antropizzata nella zona di Capão Novo (RS). I risultati delle analisi fatti per entrambe le scale temporali in studio, sono stati integrati e insieme ai dati e informazioni delle conoscenze previe, sono stati analizzati con l’obbiettivo di comprendere il comportamento dei sistemi costieri nella loro forma più complessa. L’applicazione delle nuove tecnologie e dei metodi proposti per questa Tesi hanno contribuito non solo alle ricerche delle zone costiere in ambito accademico, essendo anche una alternativa per i gestori locali sviluppare piani gestionale e di monitoraggio con basso costo, il quale può consentire che le decisioni all’interno della Gestione Integrata delle Zone Costiere, di corto e lungo periodo siano più efficaci e obbiettivi, prevenendo perdite di carattere sociali, economiche e ambientali. Esso inoltre, rappresenta anche un esempio di studio che può essere applicato e/o adattati agli studi in altri sistemi costieri similari. / Esta Tese, realizada em cotutela entre os programas de Pós-Graduação em Geociências da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (Brasil) e de Ciências para o Ambiente da Università di Bologna (Itália), foi desenvolvida no Litoral Norte do Rio Grande do Sul (RS-Brasil) e na zona costeira do município de Ravenna na região da Emilia-Romagna (ER-Itália). Foram executadas análises com base na integração de tecnologias de forma inédita, (veículo aéreo não tripulado – VANT e ground penetrating radar – GPR) e na proposição de novos métodos de trabalho com um custo-benefício que permite a sua aplicação seja por grupos de pesquisa, órgãos governamentais ou companhias privadas em zonas costeiras; especificamente, naquelas caracterizadas por sistemas de tipo barreira-laguna. O estudo foi empreendido em duas diferentes escalas temporais a fim de analisar a evolução recente e a situação atual, devido a fatores naturais e antrópicos que atuam sobre os sistemas costeiros: (i) análise de longo prazo para estudar e entender a evolução costeira de ambos os sistemas barreira-laguna no Holoceno, devido à anomalias climáticas que foram responsáveis pela morfologia atual, das áreas de estudo, como os períodos glaciais na área do RS e outras de ordem menor como a Pequena Idade do Gelo na ER.; (ii) análise em escala temporal de curto prazo para compreender o comportamento e o estado atual das zonas costeiras de interesse através da comparação e do monitoramento sazonal do comportamento do sistema costeiro em uma faixa de costa com segmentos com características natural e antrópica contíguos. Como resultados se obteve um modelo da evolução costeira e uma comparação sazonal do comportamento do sistema praia/duna em Ravenna; e a comparação entre uma área natural adjacente a uma antropizada na área de Capão Novo (RS). Os resultados e interpretações foram integrados, e junto com dados e informações de conhecimento prévio, foram analisados com o objetivo de compreender o comportamento dos sistemas costeiros na sua forma mais complexa. A aplicação das novas tecnologias e do método proposto por esta Tese, contribuem não somente para a pesquisa acadêmica das zonas costeiras, mas também servem como alternativa para gestores locais desenvolverem planos de manejo e de monitoramento de baixo custo, o que pode tornar as decisões dentro das iniciativas de Gestão Integrada das Zonas Costeiras mais eficazes e objetivas a curto e longo prazo, prevenindo perdas de cunho social, econômico e ambiental. Ademais, também é uma proposta que pode ser aplicada e/ou adaptada para o estudo de sistemas costeiros similares. / This Thesis, realised in co-tutorship among the doctorates programs in Geoscience in in the UFRGS (Brazil) and in Science for the Environmental in the UNIBO (Italy), was done in the north sector of the Rio Grande do Sul (RS-Brazil) and in the Ravenna municipality coastal zone in the Emilia-Romagna region (ER-Italy). Analyses were carried out using integrating new technologies (unmanned aerial vehicle – UAV and ground penetrating radar – GPR) and proposing new work methodologies with a benefit-cost ratio that allows them to be used by the research group, governmental agencies or private companies, and to be applied in studies in the coastal zones, particularly in the barrier-lagoon coastal systems type. The studies were done investigating two different temporal scales, in order to analyse the recent evolution and the actual state, due the natural and anthropic factors that act above the coastal systems: (i) a long period analyse was carried out to study and understand the coastal evolution during the Holocene in each barrier-lagoon system, due to climatic anomalies that are responsible for the actual morphology in both areas, as the glacial period for the RS or other with an minor order as the Little Ice Age in the ER; (ii) a short period analyse was done to investigate the behaviour and the actual state of coastal zones under study, comparing a natural coastal zone with an adjacent anthropic coastal zone, and monitoring seasonally the behaviour of the coastal system. The results obtained were the coastal evolution model and a seasonal comparison in the beach/dune system in the Ravenna zone; and the comparison between a natural adjacent at an anthropogenic zone at Capão Novo (RS). The results from the analyses, done for each temporal scale under study were integrated with the data and the information from the previous work were analysed with the aim to investigate the behaviour of the coastal systems in their most complex form. The application of the new technologies and the methodology proposed by this Thesis had a contribute not only for the research in the academics field, but may also be applied as an alternative by the local authorities to develop the management plan and monitoring programs with low cost, which allow make the decision inside the Integrated Coastal Zone Management, in both the long and short period, with more effectivity and objectivity. Furthermore, is propose that may be applied and/or adapted for the studies in similar coastal system.

A Barreira Costeira do Itapocú está localizada na porção norte do litoral do estado de Santa Catarina sobre os domínios dos municípios de Araquari e Barra Velha. Em sua porção central a barreira apresenta-se segmentada por influência da desembocadura do rio Itapocú. Registros históricos evidenciam a ocorrência comum, na barreira, de episódios de transposição de sedimentos devido à ocorrência de eventos de sobrelavagem. A barreira e os subambientes associados foram mapeados para os anos de 1938, 1957, 1978, 2005 e 2012. Adicionalmente, foram aplicados três índices de vulnerabilidade para os depósitos de sobrelavagem, conforme metodologia proposta por Garcia et al. (2010) – OSR, MOIR e CBO, e foram analisados os parâmetros granulométricos do sistema praia-duna atual e dos depositos de sobrelavagem em dois perfis transversais à barreira. A análise geomorfológica mostrou que as principais modificações observadas ao longo do tempo na BCI estiveram relacionadas à migração do canal de conexão da laguna com o oceano, anteriormente à sua fixação, bem como a eventos de sobrelavagem da barreira. Os depósitos de sobrelavagem apresentaram elevada frequência de ocorrência ao longo da barreira (OSR), onde a maior pôde ser observada no ano de 1957, atingindo 42% de todo o comprimento da barreira, em seu setor sul, e 60% no setor norte. Este padrão apresentou diminuição ao longo do tempo, e em 2012 cerca de 1% do comprimento do setor sul da barreira costeira apresentou sobrelavagem, enquanto o setor norte exibiu 19%. MOIR, índice referente às intrusões históricas de sobrelavagem e representando a recorrência de um máximo de intrusão, foi aplicado em intervalos de 10 metros e mostrou que eventos de transposição de sedimentos tendem a ocorrer todos os anos na área estudada, atingindo até 40 metros de intrusão. Para o ultimo ano de análise, 2012, o índice CBO apresentou três casos de valor máximo, indicando máxima vulnerabilidade de um rompimento da barreira costeira. No estudo comparativo entre os diferentes compartimentos do sistema praia-duna e dos depósitos de sobrelavagem não foi possível distinguir um claro padrão entre os subambientes com base nos parâmetros granulométricos. Entretanto, este padrão de não distinção pode indicar a usual influência de processos marinhos costeiros de sobrelavagem, atuantes sobre o sistema deposicional eólico. / The Itapocú coastal barrier is located in the northern coast of Santa Catarina State, on the domain of Barra Velha and Araquari cities. In its central part the barrier is segmented due to the influence of the Itapocú river mouth. Historical records demonstrate that the barrier experiments frequent overwash events. The barrier and associated environments were mapped for 1938, 1957, 1978, 2005 and 2012 dates. Additionally, three vulnerability indexes to the washover deposits were applied, according to Garcia et al. (2010) – OSR, MOIR and CBO, and the granulometric properties were analyzed for the modern beach-dune system and washover deposits in two cross sections. The morphological analysis showed that the main changes observed were related to inlet migration, before its fixation in 2011, and also to overwash events. The washover deposits showed high frequency of occurrence along the barrier (OSR), with the greater occurring in 1957, reaching 42% of its entire length in the south, and 60% in the north section. This pattern presented a decrease behavior over time, and in 2012 approximately 1% of the barrier length was overwashed in the south section and 19% in the north. The index MOIR, related to historical sediment intrusions of overwash processes, and representing a maximum intrusion was applied in 10m intervals and showed that washover events tend to occur in all years in the ICB, reaching 40m of intrusion. For the last year analyzed, 2012, the CBO index showed 3 situations of maximum intrusion, indicating 100% of barrier breaching vulnerability. In the comparative granulometric study, it was not possible to characterize the environmental deposits based on the granulometric parameters. However, non-discretize pattern can indicate the influence of coastal marine processes (overwash) acting over the eolian deposits.

Inicialmente, expusemos como feições geomorfológicas e medições visuais de onda, apresentadas em trabalhos anteriores, apontam para a possível existência de gradientes de energia de onda ao longo da costa sobre a Plataforma Continental Sul (PCS). Examinamos também as condições atmosféricas da PCS e encontramos que oscilações intrasazonais podem não somente modular diretamente os ventos e a pressão como também indiretamente modular o período e amplitude dos eventos de escala sinótica. Uma boa correlação entre a pressão e o índice da oscilação sul foi encontrada em escala de tempo interanual, atestando a modulação pelo ENSO. Em seguida, após descrever os dois modelos utilizados, as grades e as configurações, o presente estudo avaliou a validação dos resultados do modelo em escala de bacia versus a altimetria orbital e a validação dos resultados do modelo regional versus os dois dados de ondógrafo disponíveis sobre a PCS, discutindo o quanto o modelo reproduz a realidade local. Excluindo-se os erros localizados, os resultados de altura sig. do modelo WW3 na grade global e na grade do Atlântico Sul pode ser considerado como em muito boa concordância com as observações, apresentando semelhanças notáveis com os dados de altimetria. Em relação à modelagem regional, tanto a altura sig. quanto os períodos de pico como obtidos na grade de plataforma foram considerados como em boa concordância com as observações. As direções de pico, no entanto, foram classificados como pobre concordância. No entanto, as ondas de S ou SSE foram bem reproduzidas e são as ondas de ESE que foram erradamente representadas como E ou ENE pelo modelo. Os resultados na grade costeira também foram considerados como em muito bom acordo com observações para altura sig. e períodos de pico, mas apresentaram os mesmos conflitos sobre direções de pico. Acreditamos que essas ondas E ou ENE já foram produzidas de forma incorreta pelo modelo WW3 e em seguida transferidas através das condições de contorno. O aumento da resolução certamente desempenhou um papel e não pode ser descartada, uma vez que mostra melhores estatísticas e maior variabilidade dos resultados, mas foi a redução de atrito que representou a maior melhoria nas simulações da grade costeira. Por fim, utilizamos nossos resultados do modelo para mostrar como o bloqueio das ondas geradas pelos ventos de oeste pela América do Sul, caracterizando as plataformas do oeste do Atlântico Sul com um clima de ondas de baixa energia. Períodos de pico médios mais baixos foram encontrados sobre a PCS indicando duas regiões de geração de ondas. Em seguida, mostramos exemplos de ondas extremas induzidas por ciclones. Condições pré e pós-frontais particulares também foram mostradas para caracterizar as mudanças nas direções de onda em escala sinótica. Os espectros médios costa afora mostraram uma predominância das ondas S/SSW com um pico de energia secundária composta por ondas ENE/E, corroborando com a afirmação de que a PCS é essencialmente bimodal em direções de onda. A potência das ondas S/SSW diminui para o norte e das ondas ENE/E secundariamente diminui para o sul, o que nos permite afirmar que a PCS esta localizada entre a influência dos ventos de oeste e ciclones e a influência da Alta do Atlântico Sul. A distribuição interanual mostrou períodos distintos de ascensões da energia das ondas ENE/E e ESE, que são moduladas pelo ENSO. A distribuição intra-anual mostrou um núcleo de ondas S/SSW ocorrendo centrado no inverno entre abril e setembro. Há também um núcleo ENE/E que ocorre durante as primaveras em oposição as potências mais baixas encontradas durante o inverno. Máximas ondas de SE ocorrem durante abril e maio e, secundariamente, durante a primavera e estão associadas com os ciclones. Gradientes de energia de ondas junto à costa já são vistos na grade de plataforma, com maior energia localizada ao largo de ambos os cabos e da projeção costeira norte e apenas secundariamente ao largo da projeção costeira sul. Por outro lado, mínimo de energia é encontrado entre as projeções costeiras em Rio Grande e, secundariamente, entre os cabos e projeções costeiras. As declividades da plataforma média e externa não são refletidas nesse padrão de energia. Mais perto da costa, no entanto, em profundidades menores de 40 m o padrão de energia segue os contornos batimétricos após uma queda considerável da energia causada por atrito. Com base nestes resultados, sugere-se a profundidade de 40 m como o nível base de ondas dos dias de hoje e, consequentemente, o limite inferior da antepraia. O aumento da resolução na grade costeira permitiu-nos reconhecer que a energia das ondas possui uma relação mais direta com a largura da antepraia. Além disso, permitiu uma separação geomorfológica clara entre a enorme antepraia inferior e as maiores declividades da pequena antepraia superior e banco do Albardão. A energia das ondas na antepraia superior varia abruptamente ao longo da costa, diminuindo da metade norte para a metade sul, em uma relação clara com as declividades da plataforma média. Assim, a herança geológica expressa através da largura da antepraia e das declividades da plataforma média poderia ser mais importante para gerar variabilidade de onda do que as próprias variações de onda costa afora ao longo da costa. Uma refração quase completa é observada entre os espectros bimodais costa afora e os espectros na antepraia superior que foram encontrados principalmente como ondas ESE/SSE com maior importância da onda SE e em um espectro quase unimodal. Esses resultados mostram como a grande e rasa antepraia da PCS é responsável por uma refração intensa das ondas, forçando-as a aproximar-se do sistema praial com pequenos ângulos de ataque. Além disso, a semelhança entre os espectros na antepraia superior indicou o efeito de abrigo causado pelos cabos e projeções costeiras e uma “janela de refração” sobre a propagação de ondas até a costa, uma vez que ondas normais à costa chegam com energia maior do que ondas em ângulo. Entre cabos e projeções costeiras, onde as energias de onda mais baixas foram encontradas, há uma assimetria norte/sul notável com energias superiores para o norte por causa dessas janelas de refração, a qual se ajusta perfeitamente a posição relativa dos diferentes tipos de barreiras costeiras do Holoceno. Com isso, é possível afirmar que o atrito desempenha papel importante na diferenciação de onda ao longo da antepraia da PCS seja agindo sobre diferentes quantidades de refração ou agindo sobre as diferentes larguras da antepraia. Neste sentido, estes resultados permitem-nos definir que a orientação da linha de costa, a largura da antepraia e as declividades da plataforma média como os principais fatores que determinam o espectro de energia das ondas que chegam à costa da PCS. Os padrões gerais do clima de ondas da PCS puderam ser determinados aqui com a utilização de modelos numéricos, permitindo a quantificação dos gradientes de energia das ondas sobre a PCS e a argumentação sobre as razões de sua existência. / We initially expounded how geomorphologic features and sparse visual wave measurements, presented in previous works, point out to the possible existence of alongshore wave energy gradients over the Southern Brazilian Shelf (SBS).We have also examined the atmospheric conditions of the SBS, finding that intraseasonal oscillations can not only directly modulate the surface winds and sea level pressure but also indirectly modulate the period and amplitudes of synoptic-scale events. A good correlation between sea level pressure and the southern oscillation index on interannual timescales was also found, which attested the ENSO modulation. Then, after briefly describe the two models utilized and the model grids and settings, the present study evaluated the proposed validation of the basin-scale model results against orbital altimetry and the validation of the regional-scale model results against the two available wavebuoy data over the SBS, discussing the extent to which the model reproduced local reality. Excluding localized errors, the WW3 model results of sig wave height on the Global and on the S. Atlantic grid could be considered as in very good agreement with observations, presenting remarkable similarities with observed altimetry data. Regarding the regional-scale modeling, both sig. height and peak periods as obtained on the Shelf grid were considered as in a very good agreement with observations. The peak directions, however, were classified as in poor agreement with observations. Nevertheless, the S or SSE waves were closely reproduced and it is only the ESE wave that was erroneously represented as approximately E or ENE by the model. The model results on the curvilinear Coastal grid were also considered as in very good agreement with observations for sig. height and peak periods but presented the same conflicting results regarding peak directions. We believe that these E or ENE waves were already incorrectly produced by the basin-scale model WW3, which then transferred this error downwards through the boundaries conditions. Increased spatial resolution certainly played a role and cannot be discarded, once it shows overall better statistics and greater variability of results, but it was the lowering of bottom friction that represented the major improvement in the curvilinear grid simulations. Finally, we used our model results to show how the S. America blocks the waves generated by the westerlies, characterizing the western and southwestern S. Atlantic shelves with a general low energy mean wave climate. Lower mean peak periods were also found over the SBS indicating two important wave generation regions. We then showed examples of the extreme wave patterns induced by the presence of cyclones. Particular pre and post frontal conditions were also shown to fully characterize the synoptic-scale changes in the wave directions. The long-term mean offshore spectra showed predominance of S/SSW waves with secondary power peak composed by ENE/E waves, corroborating with the statement that SBS is essentially bimodal in wave directions. The power of S/SSW waves diminish northward and the power of ENE/E waves secondarily diminish southward, allowing us to state that SBS is located in the encounter between the influence of the westerlies and cyclones and the influence of the SAH. The interannual distribution as annual means showed distinctive rises periods in ENE/E wave power and secondarily in the ESE wave power, which are modulated by ENSO. The six-hourly intraxiannual distribution showed a core of S/SSW waves occurring centered in wintertime between April and September. There is also an ENE/E core that occurs mainly during the springs in opposition to the lower powers found during wintertime. Highest SE waves occur mainly during April and May and secondarily during the spring and are associated with the cyclones. Along-shelf wave energy gradients near the coast are already seen on the 2 km resolution shelf grid, with higher energy located off both capes and off the northern coastal projection and only secondarily off the southern coastal projection. On the other hand, energy minimum is found between coastal projections off Rio Grande and secondarily between capes and coastal projections. The outer and mid-shelf declivities are not reflected on this energy pattern. Nearer to the coast, however, over depths shallower than 40 m the energy pattern does follow the bathymetric contours after a considerable drop of wave energy caused by bottom friction. Based on these results, we suggest the 40 m depth as the present day mean wave base and consequently the lower limit of the present SBS shoreface. The increased resolution of the Coastal grid allowed us to recognize that mean wave energy is in a more direct relation with the local shoreface width. It also permitted a clear geomorphological separation between the huge lower shoreface and the greater declivities of the tiny upper shoreface and the Albardão ridge. The upper shoreface mean wave power varies abruptly, decreasing from the half north to the half south points, in a clear response to large-scale mid-shelf declivities. Thus, the geological inheritance expressed through the shoreface width and mid-shelf declivities might indeed most times be more important to generate wave variability than the offshore wave power along-shelf variations itself. Almost full refraction is observed between the bimodal offshore spectra and the upper shoreface spectra that were mostly found as ESE/SSE waves with increased SE wave importance and in an almost unimodal spectra. These results showed how the large and shallow SBS shoreface is responsible for an intense refraction of the waves, thus forcing them to approach the beach system with very small angles of attack. Additionally, the similarity between the mean power spectra of upper shoreface points indicated the sheltering effect caused by the capes and coastal projections and a windowing on the wave propagation until the shore, once shore normal waves reach the coast with higher energy than angled incoming waves. At between capes and coastal projections, where lower wave energies were found, there is a remarkable north/south asymmetry with higher energies to the north because of this refraction windowing, which closely fits the relative positioning of the different types of Holocene coastal barriers. Altogether, it is possible to state that bottom friction plays a major role on wave differentiation along the SBS shoreface either by acting over different amounts of refraction or by acting over the different shoreface widths. In this sense, these results allow us to define the shoreline orientation, the shoreface width and the mid-shelf declivities as the key factors determining the wave power spectra that ultimately reach the shore of the SBS. The general patterns of the SBS wave climate could indeed be successfully determined here with the use of numerical models, allowing the quantification of the wave energy gradients over the SBS and the argumentation about the reasons of their existence.

Questa Tesi, fatta in co-tutela tra i programmi di dottorato in Geoscienze dell’UFRGS (Brasile) e di Scienze per l’Ambiente dell’UNIBO (Italia), è stata svolta nel settore nord della costa del Rio Grande do Sul (RS-Brasile) e nella zona costiera del comune di Ravenna nella Regione Emilia-Romagna (ER-Italia). Sono state fatte analisi integrando nuove tecnologie (aeromobile a pilotaggio remoto – APR e ground penetrating radar – GPR) e proponendo nuove metodologie di lavoro, con un buon rapporto costi-benefici, il quale permette che siano applicate sia da gruppi di ricerca, enti pubblici o compagnie private, nelle zone costiere, specificatamente, in zone costiere caratterizzate dai sistemi del tipo barriera-laguna. Gli studi sono stati svolti in due scale temporali diverse, con gli obbiettivi di analizzare l’evoluzione recente e la situazione attuale, dovute ai fattori naturali e antropici che agiscono sui sistemi costieri: (i) analisi sul lungo periodo per studiare e capire l’evoluzione costiera di entrambi i sistemi barriera-laguna nell’Olocene, dovuta alle anomalie climatiche che sono state responsabili per la morfologia attuale delle aree in studio, come i periodi glaciale nel RS o altre di ordini minori come la Piccola Età del Ghiaccio nell’ER.; (ii) analisi in scala temporale di corto periodo per capire il comportamento e lo stato attuale delle zone costiere studiate, tramite il confronto tra una zona costiera naturale e antropica adiacenti e il monitoraggio stagionale del comportamento del sistema costiero. I risultati ottenuti sono stati un modello della evoluzione costiera e una comparazione stagionale del comportamento del sistema duna/spiaggia di Ravenna e il paragone tra una area naturale adiacente a una antropizzata nella zona di Capão Novo (RS). I risultati delle analisi fatti per entrambe le scale temporali in studio, sono stati integrati e insieme ai dati e informazioni delle conoscenze previe, sono stati analizzati con l’obbiettivo di comprendere il comportamento dei sistemi costieri nella loro forma più complessa. L’applicazione delle nuove tecnologie e dei metodi proposti per questa Tesi hanno contribuito non solo alle ricerche delle zone costiere in ambito accademico, essendo anche una alternativa per i gestori locali sviluppare piani gestionale e di monitoraggio con basso costo, il quale può consentire che le decisioni all’interno della Gestione Integrata delle Zone Costiere, di corto e lungo periodo siano più efficaci e obbiettivi, prevenendo perdite di carattere sociali, economiche e ambientali. Esso inoltre, rappresenta anche un esempio di studio che può essere applicato e/o adattati agli studi in altri sistemi costieri similari. / Esta Tese, realizada em cotutela entre os programas de Pós-Graduação em Geociências da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (Brasil) e de Ciências para o Ambiente da Università di Bologna (Itália), foi desenvolvida no Litoral Norte do Rio Grande do Sul (RS-Brasil) e na zona costeira do município de Ravenna na região da Emilia-Romagna (ER-Itália). Foram executadas análises com base na integração de tecnologias de forma inédita, (veículo aéreo não tripulado – VANT e ground penetrating radar – GPR) e na proposição de novos métodos de trabalho com um custo-benefício que permite a sua aplicação seja por grupos de pesquisa, órgãos governamentais ou companhias privadas em zonas costeiras; especificamente, naquelas caracterizadas por sistemas de tipo barreira-laguna. O estudo foi empreendido em duas diferentes escalas temporais a fim de analisar a evolução recente e a situação atual, devido a fatores naturais e antrópicos que atuam sobre os sistemas costeiros: (i) análise de longo prazo para estudar e entender a evolução costeira de ambos os sistemas barreira-laguna no Holoceno, devido à anomalias climáticas que foram responsáveis pela morfologia atual, das áreas de estudo, como os períodos glaciais na área do RS e outras de ordem menor como a Pequena Idade do Gelo na ER.; (ii) análise em escala temporal de curto prazo para compreender o comportamento e o estado atual das zonas costeiras de interesse através da comparação e do monitoramento sazonal do comportamento do sistema costeiro em uma faixa de costa com segmentos com características natural e antrópica contíguos. Como resultados se obteve um modelo da evolução costeira e uma comparação sazonal do comportamento do sistema praia/duna em Ravenna; e a comparação entre uma área natural adjacente a uma antropizada na área de Capão Novo (RS). Os resultados e interpretações foram integrados, e junto com dados e informações de conhecimento prévio, foram analisados com o objetivo de compreender o comportamento dos sistemas costeiros na sua forma mais complexa. A aplicação das novas tecnologias e do método proposto por esta Tese, contribuem não somente para a pesquisa acadêmica das zonas costeiras, mas também servem como alternativa para gestores locais desenvolverem planos de manejo e de monitoramento de baixo custo, o que pode tornar as decisões dentro das iniciativas de Gestão Integrada das Zonas Costeiras mais eficazes e objetivas a curto e longo prazo, prevenindo perdas de cunho social, econômico e ambiental. Ademais, também é uma proposta que pode ser aplicada e/ou adaptada para o estudo de sistemas costeiros similares. / This Thesis, realised in co-tutorship among the doctorates programs in Geoscience in in the UFRGS (Brazil) and in Science for the Environmental in the UNIBO (Italy), was done in the north sector of the Rio Grande do Sul (RS-Brazil) and in the Ravenna municipality coastal zone in the Emilia-Romagna region (ER-Italy). Analyses were carried out using integrating new technologies (unmanned aerial vehicle – UAV and ground penetrating radar – GPR) and proposing new work methodologies with a benefit-cost ratio that allows them to be used by the research group, governmental agencies or private companies, and to be applied in studies in the coastal zones, particularly in the barrier-lagoon coastal systems type. The studies were done investigating two different temporal scales, in order to analyse the recent evolution and the actual state, due the natural and anthropic factors that act above the coastal systems: (i) a long period analyse was carried out to study and understand the coastal evolution during the Holocene in each barrier-lagoon system, due to climatic anomalies that are responsible for the actual morphology in both areas, as the glacial period for the RS or other with an minor order as the Little Ice Age in the ER; (ii) a short period analyse was done to investigate the behaviour and the actual state of coastal zones under study, comparing a natural coastal zone with an adjacent anthropic coastal zone, and monitoring seasonally the behaviour of the coastal system. The results obtained were the coastal evolution model and a seasonal comparison in the beach/dune system in the Ravenna zone; and the comparison between a natural adjacent at an anthropogenic zone at Capão Novo (RS). The results from the analyses, done for each temporal scale under study were integrated with the data and the information from the previous work were analysed with the aim to investigate the behaviour of the coastal systems in their most complex form. The application of the new technologies and the methodology proposed by this Thesis had a contribute not only for the research in the academics field, but may also be applied as an alternative by the local authorities to develop the management plan and monitoring programs with low cost, which allow make the decision inside the Integrated Coastal Zone Management, in both the long and short period, with more effectivity and objectivity. Furthermore, is propose that may be applied and/or adapted for the studies in similar coastal system.

A barreira holocênica da região costeira de Santa Vitória do Palmar possui características morfológicas estratigráficas e evolutivas diferenciadas quando comparadas a outros segmentos da costa do Rio Grande do Sul. Dados obtidos na antepraia caracterizaram a batimetria e sedimentologia das regiões adjacentes a barreira, sugerem que a evolução da barreira foi fortemente controlada pelos altos topográficos podendo alterar o processo de migração da barreira durante o processo transgressivo condicionado pela elevação do nível do mar. E que a composição sedimentologica da antepraia contraposta as regiões costeiras adjacentes são importantes componetes quanto ao balanço sedimentar, na composição pretérita e atual da barreira. Imagens orbitais, fotografias aéreas e altimetria pelo sistema GNSS caracterizaram a morfologia, e sondagens SPT e a percussão em conjunto com dados de GPR integram a aquisição de dados do registro sedimentar subsupeficie. Análises sedimentológicas, paleontológicas e geocronológicas fundamentam a descrição e interpretação das fácies sedimentares e suas associações. Portanto ao longo da barreira no sentindo SW-NE da barra do Chuí até o Farol Sarita foram identificadas duas unidades deposicionais distintas. Uma unidade condicionada pela última Transgressão Marinha Pós Glacial apresentando características tipicamente transgressivas (retrogradacional), marcada pela sobreposição de depósitos da barreira sobre depósitos de fundos lagunares estuarinos. E outra unidade condicionada principalmente pelo balanço sedimentar durante a queda do nível do mar durante o Holoceno. Esta unidade entre a barra do arroio do Chui e a praia dos Concheiros possui carcterísticas transgressivas, com depósitos de margens lacustres sobre depósitos de fundos lacustres ou diretamente sobre depósitos pleistocênicos, e entre o Farolete Verga e o Farol Sarita é representada por uma porção regressiva, marcada pela progradação de ambientes de praia e antepraia em direção ao oceano. O modelo evolutivo da barreira holocênica inicia pela presença de depósitos de paleosolos pleistocênicos atribuídos ao máximo regressivo de 17,5 ka AP. Em torno de 10 ka AP sedimentos orgânicos representados por turfas demostram o melhoramento climático no início do Holocêno. Depósitos de fundo lagunares datados entre 7,5 e 5,7 ka AP sobrepostos por depósitos de margens lagunares demonstram francamente a fase transgressiva da barreira controlada pela subida do nível do mar. Provavelmente neste tempo na região NE (farolete Verga e Farol Sarita) já havia iniciado seu processo de progradação. A partir deste estágio, quando inicia a queda do NRM a barreira é controlada principalmente pelo balanço sedimentar. Entre 5,7 e 4,3 ka AP. a barreira ainda manteve uma ligação (inlet) entre a laguna e o mar, provavelmente próximo onde atualmente é localizada a desembocadura do arroio Chuí. A fase posterior (entre 4,3 e 2,5 ka AP) é marcada pelo isolamento do sistema lagunar, tonando-se assim um ambiente tipicamente lacustre. E finalmente entre 2,5 até a condição atual é marcada pela sobreposição de margens lacustre sobre fundos lacustres na região SW (barra do arroio Chuí a praia dos Concheiros) e contínua progradação na região NE (farolete Verga ao Farol Sarita) ambas recobertas por campos de dunas transgressivas ativas e relíqueas. Por fim a evolução da barreira costeira holocênica de Santa Vitória do Palmar é um exemplo que demonstra a complexidade na preservação e variabilidade de depósitos de um mesmo sistema deposicional, condicionadas principalmente pela elevação do nível do mar, balanço e composição sedimentar e controle da topografia antecedente. / The Holocene barrier of the coastal region of Santa Vitória do Palmar has different morphological, stratigraphic and evolutionary characteristics when compared to other segments of the Rio Grande do Sul coast. Data obtained in the shoreface characterize the bathymetry and the sedimentology of adjacent regions of the barrier, suggesting that its evolution was strongly controlled by topographic highs, which may alter the barrier migration during the transgression conditioned by sea level rise. The sedimentological composition of the shoreface, opposed of adjacent coastal regions, is an important component of sediment balance in the past and in the present. Satellite images, aerial photographs and altimetry through a GNSS system allowed characterizing the morphology, and SPT and percussion surveys integrated with GPR data composed the subsurface sedimentary record. Sedimentological, paleontological and geochronological analyzes underlie the description and interpretation of sedimentary facies and their associations. Along the barrier in SW-NE direction, from the Chui bar to the Sarita Lighthouse two distinct depositional units were identified. One unit is related to the Last Post Glacial Marine Transgression, featuring typically transgressive characteristics (retrogradational) marked by the overlap of barrier deposits over lagoon and estuarine bottoms. The other unit was mainly conditioned by the sedimentary balance during sea level fall in the Holocene. Between the Chui bar and the Concheiros beach this unit has transgressive characteristics, where lacustrine floor or Pleistocene deposits underlie lacustrine margin deposits. Between Verga and Sarita lighthouses this unit is represented by a regressive portion, marked by the progradation of beach and shoreface seaward. The evolutionary model of Holocene barrier starts with the record of Pleistocene paleosoils deposits, attributed to the regressive maximum of 17.5 ka. Around 10 ka BP organic sediments represented by peat demonstrate a climate improvement in the early Holocene. Deposits of lagoon bottom dated between 7.5 and 5.7 ka BP overlapping lagoon margin deposits demonstrate the transgressive phase of the barrier which was controlled by the rising sea level. At this time in NE region (Verga Lighthouse and Sarita Lighthouse), probably, barrier progradation has already begun. From this stage, when sea level started to fall, the barrier evolution was mainly controlled by sediment budget. Between 5.7 and 4.3 ka BP an inlet between the lagoon and the sea was still opened, probably near the actual location of Chuí River mouth. A later stage, between 4.3 and 2.5 ka BP, is marked by the isolation of the lagoon system, thus a typical lacustrine environment. The last stage, from 2.5 ka to the present, is marked by the overlap of lacustrine margins over its bottom in the SW region (Chuí River to Concheiros beach) and by a continuous progradation in the NE region (Verga to Sarita Lighthouse), both covered by active and relic transgressive dunes fields. Finally, the evolution of the Holocene coastal barrier of Santa Vitória do Palmar is an example that demonstrates the complexity and variability in the preservation of deposits along the same depositional system, which is mainly conditioned by the sea level, the sediment composition and balance, as well as the antecedent topography control.

A barreira holocênica da região costeira de Santa Vitória do Palmar possui características morfológicas estratigráficas e evolutivas diferenciadas quando comparadas a outros segmentos da costa do Rio Grande do Sul. Dados obtidos na antepraia caracterizaram a batimetria e sedimentologia das regiões adjacentes a barreira, sugerem que a evolução da barreira foi fortemente controlada pelos altos topográficos podendo alterar o processo de migração da barreira durante o processo transgressivo condicionado pela elevação do nível do mar. E que a composição sedimentologica da antepraia contraposta as regiões costeiras adjacentes são importantes componetes quanto ao balanço sedimentar, na composição pretérita e atual da barreira. Imagens orbitais, fotografias aéreas e altimetria pelo sistema GNSS caracterizaram a morfologia, e sondagens SPT e a percussão em conjunto com dados de GPR integram a aquisição de dados do registro sedimentar subsupeficie. Análises sedimentológicas, paleontológicas e geocronológicas fundamentam a descrição e interpretação das fácies sedimentares e suas associações. Portanto ao longo da barreira no sentindo SW-NE da barra do Chuí até o Farol Sarita foram identificadas duas unidades deposicionais distintas. Uma unidade condicionada pela última Transgressão Marinha Pós Glacial apresentando características tipicamente transgressivas (retrogradacional), marcada pela sobreposição de depósitos da barreira sobre depósitos de fundos lagunares estuarinos. E outra unidade condicionada principalmente pelo balanço sedimentar durante a queda do nível do mar durante o Holoceno. Esta unidade entre a barra do arroio do Chui e a praia dos Concheiros possui carcterísticas transgressivas, com depósitos de margens lacustres sobre depósitos de fundos lacustres ou diretamente sobre depósitos pleistocênicos, e entre o Farolete Verga e o Farol Sarita é representada por uma porção regressiva, marcada pela progradação de ambientes de praia e antepraia em direção ao oceano. O modelo evolutivo da barreira holocênica inicia pela presença de depósitos de paleosolos pleistocênicos atribuídos ao máximo regressivo de 17,5 ka AP. Em torno de 10 ka AP sedimentos orgânicos representados por turfas demostram o melhoramento climático no início do Holocêno. Depósitos de fundo lagunares datados entre 7,5 e 5,7 ka AP sobrepostos por depósitos de margens lagunares demonstram francamente a fase transgressiva da barreira controlada pela subida do nível do mar. Provavelmente neste tempo na região NE (farolete Verga e Farol Sarita) já havia iniciado seu processo de progradação. A partir deste estágio, quando inicia a queda do NRM a barreira é controlada principalmente pelo balanço sedimentar. Entre 5,7 e 4,3 ka AP. a barreira ainda manteve uma ligação (inlet) entre a laguna e o mar, provavelmente próximo onde atualmente é localizada a desembocadura do arroio Chuí. A fase posterior (entre 4,3 e 2,5 ka AP) é marcada pelo isolamento do sistema lagunar, tonando-se assim um ambiente tipicamente lacustre. E finalmente entre 2,5 até a condição atual é marcada pela sobreposição de margens lacustre sobre fundos lacustres na região SW (barra do arroio Chuí a praia dos Concheiros) e contínua progradação na região NE (farolete Verga ao Farol Sarita) ambas recobertas por campos de dunas transgressivas ativas e relíqueas. Por fim a evolução da barreira costeira holocênica de Santa Vitória do Palmar é um exemplo que demonstra a complexidade na preservação e variabilidade de depósitos de um mesmo sistema deposicional, condicionadas principalmente pela elevação do nível do mar, balanço e composição sedimentar e controle da topografia antecedente. / The Holocene barrier of the coastal region of Santa Vitória do Palmar has different morphological, stratigraphic and evolutionary characteristics when compared to other segments of the Rio Grande do Sul coast. Data obtained in the shoreface characterize the bathymetry and the sedimentology of adjacent regions of the barrier, suggesting that its evolution was strongly controlled by topographic highs, which may alter the barrier migration during the transgression conditioned by sea level rise. The sedimentological composition of the shoreface, opposed of adjacent coastal regions, is an important component of sediment balance in the past and in the present. Satellite images, aerial photographs and altimetry through a GNSS system allowed characterizing the morphology, and SPT and percussion surveys integrated with GPR data composed the subsurface sedimentary record. Sedimentological, paleontological and geochronological analyzes underlie the description and interpretation of sedimentary facies and their associations. Along the barrier in SW-NE direction, from the Chui bar to the Sarita Lighthouse two distinct depositional units were identified. One unit is related to the Last Post Glacial Marine Transgression, featuring typically transgressive characteristics (retrogradational) marked by the overlap of barrier deposits over lagoon and estuarine bottoms. The other unit was mainly conditioned by the sedimentary balance during sea level fall in the Holocene. Between the Chui bar and the Concheiros beach this unit has transgressive characteristics, where lacustrine floor or Pleistocene deposits underlie lacustrine margin deposits. Between Verga and Sarita lighthouses this unit is represented by a regressive portion, marked by the progradation of beach and shoreface seaward. The evolutionary model of Holocene barrier starts with the record of Pleistocene paleosoils deposits, attributed to the regressive maximum of 17.5 ka. Around 10 ka BP organic sediments represented by peat demonstrate a climate improvement in the early Holocene. Deposits of lagoon bottom dated between 7.5 and 5.7 ka BP overlapping lagoon margin deposits demonstrate the transgressive phase of the barrier which was controlled by the rising sea level. At this time in NE region (Verga Lighthouse and Sarita Lighthouse), probably, barrier progradation has already begun. From this stage, when sea level started to fall, the barrier evolution was mainly controlled by sediment budget. Between 5.7 and 4.3 ka BP an inlet between the lagoon and the sea was still opened, probably near the actual location of Chuí River mouth. A later stage, between 4.3 and 2.5 ka BP, is marked by the isolation of the lagoon system, thus a typical lacustrine environment. The last stage, from 2.5 ka to the present, is marked by the overlap of lacustrine margins over its bottom in the SW region (Chuí River to Concheiros beach) and by a continuous progradation in the NE region (Verga to Sarita Lighthouse), both covered by active and relic transgressive dunes fields. Finally, the evolution of the Holocene coastal barrier of Santa Vitória do Palmar is an example that demonstrates the complexity and variability in the preservation of deposits along the same depositional system, which is mainly conditioned by the sea level, the sediment composition and balance, as well as the antecedent topography control.

A Barreira Costeira do Itapocú está localizada na porção norte do litoral do estado de Santa Catarina sobre os domínios dos municípios de Araquari e Barra Velha. Em sua porção central a barreira apresenta-se segmentada por influência da desembocadura do rio Itapocú. Registros históricos evidenciam a ocorrência comum, na barreira, de episódios de transposição de sedimentos devido à ocorrência de eventos de sobrelavagem. A barreira e os subambientes associados foram mapeados para os anos de 1938, 1957, 1978, 2005 e 2012. Adicionalmente, foram aplicados três índices de vulnerabilidade para os depósitos de sobrelavagem, conforme metodologia proposta por Garcia et al. (2010) – OSR, MOIR e CBO, e foram analisados os parâmetros granulométricos do sistema praia-duna atual e dos depositos de sobrelavagem em dois perfis transversais à barreira. A análise geomorfológica mostrou que as principais modificações observadas ao longo do tempo na BCI estiveram relacionadas à migração do canal de conexão da laguna com o oceano, anteriormente à sua fixação, bem como a eventos de sobrelavagem da barreira. Os depósitos de sobrelavagem apresentaram elevada frequência de ocorrência ao longo da barreira (OSR), onde a maior pôde ser observada no ano de 1957, atingindo 42% de todo o comprimento da barreira, em seu setor sul, e 60% no setor norte. Este padrão apresentou diminuição ao longo do tempo, e em 2012 cerca de 1% do comprimento do setor sul da barreira costeira apresentou sobrelavagem, enquanto o setor norte exibiu 19%. MOIR, índice referente às intrusões históricas de sobrelavagem e representando a recorrência de um máximo de intrusão, foi aplicado em intervalos de 10 metros e mostrou que eventos de transposição de sedimentos tendem a ocorrer todos os anos na área estudada, atingindo até 40 metros de intrusão. Para o ultimo ano de análise, 2012, o índice CBO apresentou três casos de valor máximo, indicando máxima vulnerabilidade de um rompimento da barreira costeira. No estudo comparativo entre os diferentes compartimentos do sistema praia-duna e dos depósitos de sobrelavagem não foi possível distinguir um claro padrão entre os subambientes com base nos parâmetros granulométricos. Entretanto, este padrão de não distinção pode indicar a usual influência de processos marinhos costeiros de sobrelavagem, atuantes sobre o sistema deposicional eólico. / The Itapocú coastal barrier is located in the northern coast of Santa Catarina State, on the domain of Barra Velha and Araquari cities. In its central part the barrier is segmented due to the influence of the Itapocú river mouth. Historical records demonstrate that the barrier experiments frequent overwash events. The barrier and associated environments were mapped for 1938, 1957, 1978, 2005 and 2012 dates. Additionally, three vulnerability indexes to the washover deposits were applied, according to Garcia et al. (2010) – OSR, MOIR and CBO, and the granulometric properties were analyzed for the modern beach-dune system and washover deposits in two cross sections. The morphological analysis showed that the main changes observed were related to inlet migration, before its fixation in 2011, and also to overwash events. The washover deposits showed high frequency of occurrence along the barrier (OSR), with the greater occurring in 1957, reaching 42% of its entire length in the south, and 60% in the north section. This pattern presented a decrease behavior over time, and in 2012 approximately 1% of the barrier length was overwashed in the south section and 19% in the north. The index MOIR, related to historical sediment intrusions of overwash processes, and representing a maximum intrusion was applied in 10m intervals and showed that washover events tend to occur in all years in the ICB, reaching 40m of intrusion. For the last year analyzed, 2012, the CBO index showed 3 situations of maximum intrusion, indicating 100% of barrier breaching vulnerability. In the comparative granulometric study, it was not possible to characterize the environmental deposits based on the granulometric parameters. However, non-discretize pattern can indicate the influence of coastal marine processes (overwash) acting over the eolian deposits.

Inicialmente, expusemos como feições geomorfológicas e medições visuais de onda, apresentadas em trabalhos anteriores, apontam para a possível existência de gradientes de energia de onda ao longo da costa sobre a Plataforma Continental Sul (PCS). Examinamos também as condições atmosféricas da PCS e encontramos que oscilações intrasazonais podem não somente modular diretamente os ventos e a pressão como também indiretamente modular o período e amplitude dos eventos de escala sinótica. Uma boa correlação entre a pressão e o índice da oscilação sul foi encontrada em escala de tempo interanual, atestando a modulação pelo ENSO. Em seguida, após descrever os dois modelos utilizados, as grades e as configurações, o presente estudo avaliou a validação dos resultados do modelo em escala de bacia versus a altimetria orbital e a validação dos resultados do modelo regional versus os dois dados de ondógrafo disponíveis sobre a PCS, discutindo o quanto o modelo reproduz a realidade local. Excluindo-se os erros localizados, os resultados de altura sig. do modelo WW3 na grade global e na grade do Atlântico Sul pode ser considerado como em muito boa concordância com as observações, apresentando semelhanças notáveis com os dados de altimetria. Em relação à modelagem regional, tanto a altura sig. quanto os períodos de pico como obtidos na grade de plataforma foram considerados como em boa concordância com as observações. As direções de pico, no entanto, foram classificados como pobre concordância. No entanto, as ondas de S ou SSE foram bem reproduzidas e são as ondas de ESE que foram erradamente representadas como E ou ENE pelo modelo. Os resultados na grade costeira também foram considerados como em muito bom acordo com observações para altura sig. e períodos de pico, mas apresentaram os mesmos conflitos sobre direções de pico. Acreditamos que essas ondas E ou ENE já foram produzidas de forma incorreta pelo modelo WW3 e em seguida transferidas através das condições de contorno. O aumento da resolução certamente desempenhou um papel e não pode ser descartada, uma vez que mostra melhores estatísticas e maior variabilidade dos resultados, mas foi a redução de atrito que representou a maior melhoria nas simulações da grade costeira. Por fim, utilizamos nossos resultados do modelo para mostrar como o bloqueio das ondas geradas pelos ventos de oeste pela América do Sul, caracterizando as plataformas do oeste do Atlântico Sul com um clima de ondas de baixa energia. Períodos de pico médios mais baixos foram encontrados sobre a PCS indicando duas regiões de geração de ondas. Em seguida, mostramos exemplos de ondas extremas induzidas por ciclones. Condições pré e pós-frontais particulares também foram mostradas para caracterizar as mudanças nas direções de onda em escala sinótica. Os espectros médios costa afora mostraram uma predominância das ondas S/SSW com um pico de energia secundária composta por ondas ENE/E, corroborando com a afirmação de que a PCS é essencialmente bimodal em direções de onda. A potência das ondas S/SSW diminui para o norte e das ondas ENE/E secundariamente diminui para o sul, o que nos permite afirmar que a PCS esta localizada entre a influência dos ventos de oeste e ciclones e a influência da Alta do Atlântico Sul. A distribuição interanual mostrou períodos distintos de ascensões da energia das ondas ENE/E e ESE, que são moduladas pelo ENSO. A distribuição intra-anual mostrou um núcleo de ondas S/SSW ocorrendo centrado no inverno entre abril e setembro. Há também um núcleo ENE/E que ocorre durante as primaveras em oposição as potências mais baixas encontradas durante o inverno. Máximas ondas de SE ocorrem durante abril e maio e, secundariamente, durante a primavera e estão associadas com os ciclones. Gradientes de energia de ondas junto à costa já são vistos na grade de plataforma, com maior energia localizada ao largo de ambos os cabos e da projeção costeira norte e apenas secundariamente ao largo da projeção costeira sul. Por outro lado, mínimo de energia é encontrado entre as projeções costeiras em Rio Grande e, secundariamente, entre os cabos e projeções costeiras. As declividades da plataforma média e externa não são refletidas nesse padrão de energia. Mais perto da costa, no entanto, em profundidades menores de 40 m o padrão de energia segue os contornos batimétricos após uma queda considerável da energia causada por atrito. Com base nestes resultados, sugere-se a profundidade de 40 m como o nível base de ondas dos dias de hoje e, consequentemente, o limite inferior da antepraia. O aumento da resolução na grade costeira permitiu-nos reconhecer que a energia das ondas possui uma relação mais direta com a largura da antepraia. Além disso, permitiu uma separação geomorfológica clara entre a enorme antepraia inferior e as maiores declividades da pequena antepraia superior e banco do Albardão. A energia das ondas na antepraia superior varia abruptamente ao longo da costa, diminuindo da metade norte para a metade sul, em uma relação clara com as declividades da plataforma média. Assim, a herança geológica expressa através da largura da antepraia e das declividades da plataforma média poderia ser mais importante para gerar variabilidade de onda do que as próprias variações de onda costa afora ao longo da costa. Uma refração quase completa é observada entre os espectros bimodais costa afora e os espectros na antepraia superior que foram encontrados principalmente como ondas ESE/SSE com maior importância da onda SE e em um espectro quase unimodal. Esses resultados mostram como a grande e rasa antepraia da PCS é responsável por uma refração intensa das ondas, forçando-as a aproximar-se do sistema praial com pequenos ângulos de ataque. Além disso, a semelhança entre os espectros na antepraia superior indicou o efeito de abrigo causado pelos cabos e projeções costeiras e uma “janela de refração” sobre a propagação de ondas até a costa, uma vez que ondas normais à costa chegam com energia maior do que ondas em ângulo. Entre cabos e projeções costeiras, onde as energias de onda mais baixas foram encontradas, há uma assimetria norte/sul notável com energias superiores para o norte por causa dessas janelas de refração, a qual se ajusta perfeitamente a posição relativa dos diferentes tipos de barreiras costeiras do Holoceno. Com isso, é possível afirmar que o atrito desempenha papel importante na diferenciação de onda ao longo da antepraia da PCS seja agindo sobre diferentes quantidades de refração ou agindo sobre as diferentes larguras da antepraia. Neste sentido, estes resultados permitem-nos definir que a orientação da linha de costa, a largura da antepraia e as declividades da plataforma média como os principais fatores que determinam o espectro de energia das ondas que chegam à costa da PCS. Os padrões gerais do clima de ondas da PCS puderam ser determinados aqui com a utilização de modelos numéricos, permitindo a quantificação dos gradientes de energia das ondas sobre a PCS e a argumentação sobre as razões de sua existência. / We initially expounded how geomorphologic features and sparse visual wave measurements, presented in previous works, point out to the possible existence of alongshore wave energy gradients over the Southern Brazilian Shelf (SBS).We have also examined the atmospheric conditions of the SBS, finding that intraseasonal oscillations can not only directly modulate the surface winds and sea level pressure but also indirectly modulate the period and amplitudes of synoptic-scale events. A good correlation between sea level pressure and the southern oscillation index on interannual timescales was also found, which attested the ENSO modulation. Then, after briefly describe the two models utilized and the model grids and settings, the present study evaluated the proposed validation of the basin-scale model results against orbital altimetry and the validation of the regional-scale model results against the two available wavebuoy data over the SBS, discussing the extent to which the model reproduced local reality. Excluding localized errors, the WW3 model results of sig wave height on the Global and on the S. Atlantic grid could be considered as in very good agreement with observations, presenting remarkable similarities with observed altimetry data. Regarding the regional-scale modeling, both sig. height and peak periods as obtained on the Shelf grid were considered as in a very good agreement with observations. The peak directions, however, were classified as in poor agreement with observations. Nevertheless, the S or SSE waves were closely reproduced and it is only the ESE wave that was erroneously represented as approximately E or ENE by the model. The model results on the curvilinear Coastal grid were also considered as in very good agreement with observations for sig. height and peak periods but presented the same conflicting results regarding peak directions. We believe that these E or ENE waves were already incorrectly produced by the basin-scale model WW3, which then transferred this error downwards through the boundaries conditions. Increased spatial resolution certainly played a role and cannot be discarded, once it shows overall better statistics and greater variability of results, but it was the lowering of bottom friction that represented the major improvement in the curvilinear grid simulations. Finally, we used our model results to show how the S. America blocks the waves generated by the westerlies, characterizing the western and southwestern S. Atlantic shelves with a general low energy mean wave climate. Lower mean peak periods were also found over the SBS indicating two important wave generation regions. We then showed examples of the extreme wave patterns induced by the presence of cyclones. Particular pre and post frontal conditions were also shown to fully characterize the synoptic-scale changes in the wave directions. The long-term mean offshore spectra showed predominance of S/SSW waves with secondary power peak composed by ENE/E waves, corroborating with the statement that SBS is essentially bimodal in wave directions. The power of S/SSW waves diminish northward and the power of ENE/E waves secondarily diminish southward, allowing us to state that SBS is located in the encounter between the influence of the westerlies and cyclones and the influence of the SAH. The interannual distribution as annual means showed distinctive rises periods in ENE/E wave power and secondarily in the ESE wave power, which are modulated by ENSO. The six-hourly intraxiannual distribution showed a core of S/SSW waves occurring centered in wintertime between April and September. There is also an ENE/E core that occurs mainly during the springs in opposition to the lower powers found during wintertime. Highest SE waves occur mainly during April and May and secondarily during the spring and are associated with the cyclones. Along-shelf wave energy gradients near the coast are already seen on the 2 km resolution shelf grid, with higher energy located off both capes and off the northern coastal projection and only secondarily off the southern coastal projection. On the other hand, energy minimum is found between coastal projections off Rio Grande and secondarily between capes and coastal projections. The outer and mid-shelf declivities are not reflected on this energy pattern. Nearer to the coast, however, over depths shallower than 40 m the energy pattern does follow the bathymetric contours after a considerable drop of wave energy caused by bottom friction. Based on these results, we suggest the 40 m depth as the present day mean wave base and consequently the lower limit of the present SBS shoreface. The increased resolution of the Coastal grid allowed us to recognize that mean wave energy is in a more direct relation with the local shoreface width. It also permitted a clear geomorphological separation between the huge lower shoreface and the greater declivities of the tiny upper shoreface and the Albardão ridge. The upper shoreface mean wave power varies abruptly, decreasing from the half north to the half south points, in a clear response to large-scale mid-shelf declivities. Thus, the geological inheritance expressed through the shoreface width and mid-shelf declivities might indeed most times be more important to generate wave variability than the offshore wave power along-shelf variations itself. Almost full refraction is observed between the bimodal offshore spectra and the upper shoreface spectra that were mostly found as ESE/SSE waves with increased SE wave importance and in an almost unimodal spectra. These results showed how the large and shallow SBS shoreface is responsible for an intense refraction of the waves, thus forcing them to approach the beach system with very small angles of attack. Additionally, the similarity between the mean power spectra of upper shoreface points indicated the sheltering effect caused by the capes and coastal projections and a windowing on the wave propagation until the shore, once shore normal waves reach the coast with higher energy than angled incoming waves. At between capes and coastal projections, where lower wave energies were found, there is a remarkable north/south asymmetry with higher energies to the north because of this refraction windowing, which closely fits the relative positioning of the different types of Holocene coastal barriers. Altogether, it is possible to state that bottom friction plays a major role on wave differentiation along the SBS shoreface either by acting over different amounts of refraction or by acting over the different shoreface widths. In this sense, these results allow us to define the shoreline orientation, the shoreface width and the mid-shelf declivities as the key factors determining the wave power spectra that ultimately reach the shore of the SBS. The general patterns of the SBS wave climate could indeed be successfully determined here with the use of numerical models, allowing the quantification of the wave energy gradients over the SBS and the argumentation about the reasons of their existence.

Questa Tesi, fatta in co-tutela tra i programmi di dottorato in Geoscienze dell’UFRGS (Brasile) e di Scienze per l’Ambiente dell’UNIBO (Italia), è stata svolta nel settore nord della costa del Rio Grande do Sul (RS-Brasile) e nella zona costiera del comune di Ravenna nella Regione Emilia-Romagna (ER-Italia). Sono state fatte analisi integrando nuove tecnologie (aeromobile a pilotaggio remoto – APR e ground penetrating radar – GPR) e proponendo nuove metodologie di lavoro, con un buon rapporto costi-benefici, il quale permette che siano applicate sia da gruppi di ricerca, enti pubblici o compagnie private, nelle zone costiere, specificatamente, in zone costiere caratterizzate dai sistemi del tipo barriera-laguna. Gli studi sono stati svolti in due scale temporali diverse, con gli obbiettivi di analizzare l’evoluzione recente e la situazione attuale, dovute ai fattori naturali e antropici che agiscono sui sistemi costieri: (i) analisi sul lungo periodo per studiare e capire l’evoluzione costiera di entrambi i sistemi barriera-laguna nell’Olocene, dovuta alle anomalie climatiche che sono state responsabili per la morfologia attuale delle aree in studio, come i periodi glaciale nel RS o altre di ordini minori come la Piccola Età del Ghiaccio nell’ER.; (ii) analisi in scala temporale di corto periodo per capire il comportamento e lo stato attuale delle zone costiere studiate, tramite il confronto tra una zona costiera naturale e antropica adiacenti e il monitoraggio stagionale del comportamento del sistema costiero. I risultati ottenuti sono stati un modello della evoluzione costiera e una comparazione stagionale del comportamento del sistema duna/spiaggia di Ravenna e il paragone tra una area naturale adiacente a una antropizzata nella zona di Capão Novo (RS). I risultati delle analisi fatti per entrambe le scale temporali in studio, sono stati integrati e insieme ai dati e informazioni delle conoscenze previe, sono stati analizzati con l’obbiettivo di comprendere il comportamento dei sistemi costieri nella loro forma più complessa. L’applicazione delle nuove tecnologie e dei metodi proposti per questa Tesi hanno contribuito non solo alle ricerche delle zone costiere in ambito accademico, essendo anche una alternativa per i gestori locali sviluppare piani gestionale e di monitoraggio con basso costo, il quale può consentire che le decisioni all’interno della Gestione Integrata delle Zone Costiere, di corto e lungo periodo siano più efficaci e obbiettivi, prevenendo perdite di carattere sociali, economiche e ambientali. Esso inoltre, rappresenta anche un esempio di studio che può essere applicato e/o adattati agli studi in altri sistemi costieri similari. / Esta Tese, realizada em cotutela entre os programas de Pós-Graduação em Geociências da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (Brasil) e de Ciências para o Ambiente da Università di Bologna (Itália), foi desenvolvida no Litoral Norte do Rio Grande do Sul (RS-Brasil) e na zona costeira do município de Ravenna na região da Emilia-Romagna (ER-Itália). Foram executadas análises com base na integração de tecnologias de forma inédita, (veículo aéreo não tripulado – VANT e ground penetrating radar – GPR) e na proposição de novos métodos de trabalho com um custo-benefício que permite a sua aplicação seja por grupos de pesquisa, órgãos governamentais ou companhias privadas em zonas costeiras; especificamente, naquelas caracterizadas por sistemas de tipo barreira-laguna. O estudo foi empreendido em duas diferentes escalas temporais a fim de analisar a evolução recente e a situação atual, devido a fatores naturais e antrópicos que atuam sobre os sistemas costeiros: (i) análise de longo prazo para estudar e entender a evolução costeira de ambos os sistemas barreira-laguna no Holoceno, devido à anomalias climáticas que foram responsáveis pela morfologia atual, das áreas de estudo, como os períodos glaciais na área do RS e outras de ordem menor como a Pequena Idade do Gelo na ER.; (ii) análise em escala temporal de curto prazo para compreender o comportamento e o estado atual das zonas costeiras de interesse através da comparação e do monitoramento sazonal do comportamento do sistema costeiro em uma faixa de costa com segmentos com características natural e antrópica contíguos. Como resultados se obteve um modelo da evolução costeira e uma comparação sazonal do comportamento do sistema praia/duna em Ravenna; e a comparação entre uma área natural adjacente a uma antropizada na área de Capão Novo (RS). Os resultados e interpretações foram integrados, e junto com dados e informações de conhecimento prévio, foram analisados com o objetivo de compreender o comportamento dos sistemas costeiros na sua forma mais complexa. A aplicação das novas tecnologias e do método proposto por esta Tese, contribuem não somente para a pesquisa acadêmica das zonas costeiras, mas também servem como alternativa para gestores locais desenvolverem planos de manejo e de monitoramento de baixo custo, o que pode tornar as decisões dentro das iniciativas de Gestão Integrada das Zonas Costeiras mais eficazes e objetivas a curto e longo prazo, prevenindo perdas de cunho social, econômico e ambiental. Ademais, também é uma proposta que pode ser aplicada e/ou adaptada para o estudo de sistemas costeiros similares. / This Thesis, realised in co-tutorship among the doctorates programs in Geoscience in in the UFRGS (Brazil) and in Science for the Environmental in the UNIBO (Italy), was done in the north sector of the Rio Grande do Sul (RS-Brazil) and in the Ravenna municipality coastal zone in the Emilia-Romagna region (ER-Italy). Analyses were carried out using integrating new technologies (unmanned aerial vehicle – UAV and ground penetrating radar – GPR) and proposing new work methodologies with a benefit-cost ratio that allows them to be used by the research group, governmental agencies or private companies, and to be applied in studies in the coastal zones, particularly in the barrier-lagoon coastal systems type. The studies were done investigating two different temporal scales, in order to analyse the recent evolution and the actual state, due the natural and anthropic factors that act above the coastal systems: (i) a long period analyse was carried out to study and understand the coastal evolution during the Holocene in each barrier-lagoon system, due to climatic anomalies that are responsible for the actual morphology in both areas, as the glacial period for the RS or other with an minor order as the Little Ice Age in the ER; (ii) a short period analyse was done to investigate the behaviour and the actual state of coastal zones under study, comparing a natural coastal zone with an adjacent anthropic coastal zone, and monitoring seasonally the behaviour of the coastal system. The results obtained were the coastal evolution model and a seasonal comparison in the beach/dune system in the Ravenna zone; and the comparison between a natural adjacent at an anthropogenic zone at Capão Novo (RS). The results from the analyses, done for each temporal scale under study were integrated with the data and the information from the previous work were analysed with the aim to investigate the behaviour of the coastal systems in their most complex form. The application of the new technologies and the methodology proposed by this Thesis had a contribute not only for the research in the academics field, but may also be applied as an alternative by the local authorities to develop the management plan and monitoring programs with low cost, which allow make the decision inside the Integrated Coastal Zone Management, in both the long and short period, with more effectivity and objectivity. Furthermore, is propose that may be applied and/or adapted for the studies in similar coastal system.

A Barreira Costeira do Itapocú está localizada na porção norte do litoral do estado de Santa Catarina sobre os domínios dos municípios de Araquari e Barra Velha. Em sua porção central a barreira apresenta-se segmentada por influência da desembocadura do rio Itapocú. Registros históricos evidenciam a ocorrência comum, na barreira, de episódios de transposição de sedimentos devido à ocorrência de eventos de sobrelavagem. A barreira e os subambientes associados foram mapeados para os anos de 1938, 1957, 1978, 2005 e 2012. Adicionalmente, foram aplicados três índices de vulnerabilidade para os depósitos de sobrelavagem, conforme metodologia proposta por Garcia et al. (2010) – OSR, MOIR e CBO, e foram analisados os parâmetros granulométricos do sistema praia-duna atual e dos depositos de sobrelavagem em dois perfis transversais à barreira. A análise geomorfológica mostrou que as principais modificações observadas ao longo do tempo na BCI estiveram relacionadas à migração do canal de conexão da laguna com o oceano, anteriormente à sua fixação, bem como a eventos de sobrelavagem da barreira. Os depósitos de sobrelavagem apresentaram elevada frequência de ocorrência ao longo da barreira (OSR), onde a maior pôde ser observada no ano de 1957, atingindo 42% de todo o comprimento da barreira, em seu setor sul, e 60% no setor norte. Este padrão apresentou diminuição ao longo do tempo, e em 2012 cerca de 1% do comprimento do setor sul da barreira costeira apresentou sobrelavagem, enquanto o setor norte exibiu 19%. MOIR, índice referente às intrusões históricas de sobrelavagem e representando a recorrência de um máximo de intrusão, foi aplicado em intervalos de 10 metros e mostrou que eventos de transposição de sedimentos tendem a ocorrer todos os anos na área estudada, atingindo até 40 metros de intrusão. Para o ultimo ano de análise, 2012, o índice CBO apresentou três casos de valor máximo, indicando máxima vulnerabilidade de um rompimento da barreira costeira. No estudo comparativo entre os diferentes compartimentos do sistema praia-duna e dos depósitos de sobrelavagem não foi possível distinguir um claro padrão entre os subambientes com base nos parâmetros granulométricos. Entretanto, este padrão de não distinção pode indicar a usual influência de processos marinhos costeiros de sobrelavagem, atuantes sobre o sistema deposicional eólico. / The Itapocú coastal barrier is located in the northern coast of Santa Catarina State, on the domain of Barra Velha and Araquari cities. In its central part the barrier is segmented due to the influence of the Itapocú river mouth. Historical records demonstrate that the barrier experiments frequent overwash events. The barrier and associated environments were mapped for 1938, 1957, 1978, 2005 and 2012 dates. Additionally, three vulnerability indexes to the washover deposits were applied, according to Garcia et al. (2010) – OSR, MOIR and CBO, and the granulometric properties were analyzed for the modern beach-dune system and washover deposits in two cross sections. The morphological analysis showed that the main changes observed were related to inlet migration, before its fixation in 2011, and also to overwash events. The washover deposits showed high frequency of occurrence along the barrier (OSR), with the greater occurring in 1957, reaching 42% of its entire length in the south, and 60% in the north section. This pattern presented a decrease behavior over time, and in 2012 approximately 1% of the barrier length was overwashed in the south section and 19% in the north. The index MOIR, related to historical sediment intrusions of overwash processes, and representing a maximum intrusion was applied in 10m intervals and showed that washover events tend to occur in all years in the ICB, reaching 40m of intrusion. For the last year analyzed, 2012, the CBO index showed 3 situations of maximum intrusion, indicating 100% of barrier breaching vulnerability. In the comparative granulometric study, it was not possible to characterize the environmental deposits based on the granulometric parameters. However, non-discretize pattern can indicate the influence of coastal marine processes (overwash) acting over the eolian deposits.