Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Neste trabalho estudamos a gÃnese de campos de dunas costeiras atravÃs do modelo DUNE desenvolvido por Sauermann et al. (2001) e Kroy et al. (2002), e posteriormente aprimorado por SchwÃmmle e Herrmann (2004). O modelo DUNE foi desenvolvido para calcular o transporte de grÃos por saltaÃÃo e para a formaÃÃo de dunas de areia. Depois, passou a levar em consideraÃÃo tambÃm o crescimento da vegetaÃÃo (DurÃn e Herrmann, 2006a).
Inicialmente investigamos a gÃnese e os primeiros estÃgios de desenvolvimento de campos costeiros de dunas na presenÃa do crescimento da vegetaÃÃo. O modelo à aplicado para calcular a evoluÃÃo da areia transportada na mesma direÃÃo do vento para dentro de um terreno onde ocorre o crescimento da vegetaÃÃo. Antes, o modelo reproduziu a fixaÃÃo da areia e consequente estabilizaÃÃo de dunas barcanas na presenÃa das plantas, resultando na formaÃÃo de dunas parabÃlicas (DurÃn et al., 2006a). Aqui, buscamos o entendimento dessa competiÃÃo entre o transporte de areia e o crescimento da vegetaÃÃo no desenvolvimento de dunas transversais na presenÃa do crescimento de plantas, quando encontramos uma altura mÃxima para a duna transversal sob a influÃncia da vegetaÃÃo. Em seguida realizamos um estudo detalhado do desenvolvimento de campos de dunas levando em consideraÃÃo variaÃÃes nos parÃmetros relevantes: largura da praia, disponibilidade de sedimentos, intensidade do vento, a velocidade de crescimento da vegetaÃÃo e a altura mÃxima atingida pelas plantas. Diferentes morfologias foram obtidas para os campos de duna costeiras que dependem fundamentalmente da taxa de crescimento caracterÃstica da vegetaÃÃo e da velocidade de cisalhamento do vento, e que conseguem reproduzir padrÃes encontrados em campos reais.
Depois investigamos no trabalho, a gÃnese e o desenvolvimento de campos de dunas costeiros na presenÃa de um nÃvel de Ãgua dinÃmico. Para isso complementamos o modelo com uma superfÃcie de Ãgua dinÃmica. Buscamos aqui, obter e compreender a influÃncia de uma superfÃcie de Ãgua exposta no terreno no desenvolvimento e na morfologia das dunas. De maneira que, buscamos tambÃm um entendimento quantitativo da dinÃmica de campos de dunas costeiros como funÃÃo das condiÃÃes climÃticas locais, jà que a dinÃmica do nÃvel de Ãgua està ligada ao regime de chuvas (Jimenez et al., 1999; Levin et al., 2009). Os resultados mostram que, para ventos com velocidade de cisalhamento u∗ constante, o principal efeito da presenÃa da Ãgua à tornar as dunas no campo mais regulares em sua forma e tamanho. à medida que o deslocamento no nÃvel de Ãgua Aw se torna maior, as dunas sofrem uma transiÃÃo, passando de barcanas para cadeias de dunas barcanÃides e depois para dunas transversais, reduzindo as alturas mÃximas atingidas pelas dunas. A Ãgua espalha a areia por todo campo e diminui a existÃncia de Ãreas livres da presenÃa de areia, impedindo a formaÃÃo de dunas e levando à formaÃÃo de um leito arenoso de relevo suave. Quando fixamos a altura mÃxima atingida pelo nÃvel de Ãgua e aumentamos o seu tempo de exposiÃÃo tew acima do chÃo, as dunas no campo apresentam padrÃo mais regular na forma e na altura da mesma maneira que acontece quando cresce o deslocamento no nÃvel de Ãgua. Para um vento unidirecional oscilando senoidalmente fora de fase em relaÃÃo a oscilaÃÃo do nÃvel de Ãgua, de maneira contrÃrio ao vento constante, à medida que Aw se torna maior, maiores sÃo as dunas no campo, e as dunas passam de cadeias de dunas barcanÃides para dunas barcanas isoladas. Nesse caso, a areia fica retida nas dunas e nÃo temos a formaÃÃo de um leito de areia à medida que Aw cresce. Jà no caso de um vento senoidal em fase com a oscilaÃÃo do nÃvel de Ãgua as dunas somente surgem para pequenas variaÃÃes no nÃvel de Ãgua. Esses resultados concordam com observaÃÃes realizadas em campos reais por Kocurek et al. (1992), reproduzindo as fase destrutivas e construtivas que se alternam em campos de dunas sob a influÃncia de um nÃvel de Ãgua oscilante, devido Ãs mudanÃas climÃticas sazonais. Conseguimos com o modelo reproduzir alguns padrÃes de morfolÃgicos de dunas que sÃo encontrados nos LenÃÃis Maranhenses. A comparaÃÃo dos resultados obtidos nas simulaÃÃes com as imagens de satÃlite da regiÃo à bastante satisfatÃria, tanto do ponto de vista qualitativo, quanto do ponto de vista quantitativo. / In this work we study the genesis of coastal dune fields using the DUNE model developed by Sauermann et al. (2001) and Kroy et al. (2002), and later perfected by SchwÃmmle and Herrmann (2004). The model was developed to calculate the transport of grains by saltation and the formation of sand dunes, and then it takes account the growth of vegetation (DurÃn and Herrmann, 2006a).
Initially we investigate the genesis and the early stages of development of coastal dune fields in the presence of vegetation growth. The model is applied to calculate the evolution of sand transported in the same direction of the wind into a land where there is vegetation growth. In previous work, the model reproduced the fixation of sand grains and the stabilization of dunes. Consequently, the barchans dunes in the presence of plants can be transformed into parabolic dunes (DurÃn et al., 2006a). Here, we seek the understanding of competition between the sand transport and vegetation growth in the development of transverse dunes under the influence of plant growth, when we find a maximum height for transverse dunes under the influence of vegetation. Then we conduct a detailed study of the development of dune fields taking into account changes in the relevant parameters: the width of the beach, availability of sand sediment, wind intensity, the vegetation growth rate and the maximum height reached by the plants. Different morphologies are obtained for the coastal dune fields which depend crucially on the characteristic vegetation growth rate and the wind shear velocity, which can reproduce patterns found in actual fields.
After we investigate, the genesis and development of coastal dune fields in the presence of a dynamic water level. In other to do it we complement this model with a dynamic water surface. Here we try to obtain and understand the influence of a exposed water surface over the ground in the development and morphology of the dunes. In this way, we also try a quantitative understanding of the dynamics of coastal dune fields as a function of local climatic conditions, since the dynamics of the water level is linked to rainfall (Jimenez et al., 1999, Levin et al., 2009). The results show that for a constant wind shear velocity u∗ the main effect of the presence of water is to produce the dunes in the field more regular in their shape and size. As the shift Aw in the water level becomes larger, the dunes undergo a transition from barchans dunes to chains of barchans dunes, and then to transverse dunes, reducing the maximum height reached by the dunes in the field. The water spreads the sand across the field and reduces the existence of areas which are free of the sand presence, preventing the formation of dunes and leading to the formation of a sandy bed with a smooth surface. When we increase the time which the water level tew is above the ground, the dunes in the field pattern are more regular in shape and height in the same way as when we increase the shift in water level. For a unidirectional wind sinusoidally oscillating out of phase with respect to fluctuation of water level, in opposition to the constant wind, as Aw becomes larger, higher are the dunes in the field, and they undergo a transition from chains of barchans dunes to isolated barchans dunes. In this case, the sand is retained in the dunes and we do not observe the formation of a sand bed as Aw grows. In the case of a sinusoidal wind in phase with the oscillation of the water level, the dunes appear only for small shifts in the water level. These results agree with the observations of real sand dune fields (Kocurek et al., 1992), reproducing the constructive and destructive phases which alternate in dune fields under the influence of an oscillating water level due to seasonal climatic changes. In the simulations we reproduce some morphological patterns of sand dunes that are found in the LenÃÃis Maranhenses sand dune field. Comparison between simulation results and satellite images of this region is quite satisfactory from a qualitative point of view and from a quantitative point of view.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:www.teses.ufc.br:3683 |
| Date | 16 August 2010 |
| Creators | Marco CÃsar Monteiro de Morais Luna |
| Contributors | Hans JÃrgen Herrmann, Eric Josef Ribeiro Parteli |
| Publisher | Universidade Federal do CearÃ, Programa de PÃs-GraduaÃÃo em FÃsica, UFC, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFC, instname:Universidade Federal do Ceará, instacron:UFC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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