Revista Recursos Hídricos

DOI:10.5894/rh38n2-cti4
Este artigo é parte integrante da Revista Recursos Hídricos, Vol. 38, Nº 2, 81-98, dezembro de 2017.

Prognóstico ambiental da qualidade de água de uma lagoa costeira sufocada e urbana após ligação com o mar via dutos afogados

Environmental envisage of water quality in a shoked urban coastal lagoon after connection with the sea via
drowned pipes

Lidiane dos Santos Lima ¹, Paulo Cesar Colonna Rosman ²

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1 Universidade Federal do Rio de Janeiro - CT - sala C209 COPPE-PEnO – Área de Engenharia Costeira & Oceanográfica, CEP: 21941-972 - Rio de Janeiro – RJ, Brasil.; lslima@oceanica.ufrj.br
2 Universidade Federal do Rio de Janeiro - CT - sala C209 COPPE-PEnO – Área de Engenharia Costeira & Oceanográfica, CEP: 21941-972 - Rio de Janeiro – RJ, Brasil.; pccrosman@ufrj.br

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RESUMO
As lagoas costeiras nas áreas urbanas podem apresentar desafios na qualidade de suas águas devido a interações antropogênicas e ambientais. O caso da Lagoa Rodrigo de Freitas, LRF, localizada na zona sul da cidade do Rio de Janeiro, enquadra-se nesta categoria. A LRF está conectada ao mar por um canal de 850 metros de comprimento chamado Canal Jardim de Alah, cuja largura varia de 9.5 a 18 m e área hidráulica mínima de 4.5m² em relação ao nível médio do mar (NMM). A boca do canal encontra o mar na zona de surf com arco de praia de 3.8 km: à esquerda a praia do Leblon é de 1.2 km e à direita as praias de Ipanema e Arpoador. Estas são praias populares na cidade do Rio de Janeiro, Brasil. O canal Jardim de Alah é instável em termos hidro-sedimentológicos e a extensão de sua embocadura muitas vezes é obstruída pela areia, sendo necessárias operações de dragagem frequentes para mantê-la aberta. Devido sua fraca capacidade hidrodinâmica, o canal funciona principalmente como a saída mais importante do sistema de macrodrenagem da bacia LRF. O intercâmbio de água e a renovação entre a LRF e o mar ocorre apenas por algumas horas após uma operação de dragagem. Após a dragagem, na maior parte do tempo, a embocadura do canal é obstruída pela areia no final da primeira maré enchente. Este artigo analisa as melhorias na troca e renovação da água entre a lagoa e o mar, resultantes de um eficiente canal modificado conectado ao mar através de 4 tubos submersos, em arranjo semelhante a um sifão. Nesta conexão aperfeiçoada, a seção hidráulica mínima do canal em relação ao NMM é de 21 m². À medida que as seções de fluxo de entrada de tubos no mar estão a cerca de 200 metros do litoral, em região com profundidade de 10 m, a conexão da LRF com o mar torna-se de 1150 m de comprimento.
A LRF tem uma coluna d’água média em torno de 3 m. Durante décadas, a lagoa permaneceu praticamente estagnada e muitas vezes estratificada com a camada inferior de 1 m apresentando valores de salinidade uniformes superiores a 20 ups e às vezes perto de 30 ups. Já a camada 1 m superior apresenta frequentemente valores de salinidade quase uniformes que são aproximadamente metade da camada inferior. Uma consequência direta desse padrão estratificado estagnado é que a camada inferior é anóxica na maioria das vezes. Com a conexão aprimorada com o mar, a lagoa apresentará um padrão dinâmico de estratificação variando com as marés, aumentando os valores de salinidade em direção ao canal e diminuindo em direção à afluência dos rios Macacos e Cabeças na margem norte da lagoa. Os gradientes de salinidade horizontal e vertical tornaram-se tipicamente estuarinos, o que favorece a diversidade biológica. Com a entrada de água do mar rica em oxigênio duas vezes ao dia, a decomposição atualmente anóxica da biomassa morta no fundo mudará, criando uma demanda bioquímica de oxigênio durante o período inicial da mudança dos padrões de circulação. O presente estudo apontou que a proposta de uma conexão permanente entre a Lagoa Rodrigo de Freitas e o mar cumpre o objetivo de mitigar os problemas ambientais relacionados às condições anóxicas na camada inferior da lagoa, sanando definitivamente os seguintes problemas ambientais: má qualidade de água devido ao estoque excessivo de nutrientes na LRF que se acumulam devido ao fato de que o sistema atual não exporta os nutrientes acumulados; o processo de dragagem contínuo do canal Jardim de Alah, que implica em altos custos de manutenção para manter sua capacidade de saída e garantia de macrodrenagem da bacia LRF; a perda de características estuarinas devido à estagnação e uniformidade das águas da lagoa, resultando em redução da biodiversidade e baixa qualidade ambiental. A LRF permanentemente interligada ao mar voltaria a apresentar padrões de gradiente com salinidades típicas dos sistemas estuarinos, o que levaria a um aumento significativo da diversidade biológica. As simulações computacionais da circulação hidrodinâmica e da qualidade da água mostraram resultados efetivos, sugerindo uma solução definitiva para os problemas crônicos e seculares da lagoa. 

Palavras-chave:Modelagem computacional, Lagoas costeiras, Lagoa Rodrigo de Freitas, Qualidade das águas, Dutos afogados.

ABSTRACT
Coastal lagoons in urban areas may present challenges in the quality of their waters due to anthropogenic and environmental interactions. The case of Rodrigo de Freitas Lagoon, LRF, located in the south zone of the city of Rio de Janeiro, fits in this category. The LRF is connected to the sea by the 850 m long Jardim de Alah canal, whose width varies from 9.5 to 18 m, and minimum hydraulic area of 4. 5m² relative to mean sea level (MSL). The mouth of the canal meets the sea in the surf zone of a 3.8 km beach arch: to the left is Leblon beach with its 1.2 km, and to the right the beaches of Ipanema and Arpoador. These are popular beaches in the city of Rio de Janeiro, Brazil. The Jardim de Alah canal is unstable in hydro-sedimentological terms, its mouth stretch if often clogged by sand, and frequent dredging operations are necessary to keep it open. Due to its poor hydrodynamic capacity, the canal operates mostly as the main outflow of the macro-drainage system of the LRF basin. Water exchange and renewal between the LRF and the sea occurs only for a few hours following a dredging operation. After being dredged, most often the mouth stretch of the canal is shoaled and clogged by sand at the end of the first flood tide. This article analyses the improvements in water exchange and renewal between the lagoon and the sea, resulting from an efficient modified canal connected to the sea via 4 submerged pipes, in a siphon like arrangement. In this improved connection, the minimum hydraulic section of the canal relative to MSL is 21 m². As the pipes inflow-outflow sections at the sea are about 200 m seaward of the coastline, in a region with a depth of 10m, the connection of the LRF to the sea becomes 1150 m long.
The LRF has a mean water column around 3 m. For decades, the lagoon remains quasi stagnant and often stratified with the bottom 1m layer presenting uniform salinity values above 20 ups, and sometimes near 30 ups. The top 1m layer often presents quasi uniform salinity values that are about half of the bottom layer. A direct consequence of this stagnant stratified pattern is that the bottom layer is anoxic most of the time. With the enhanced connection to the sea, the lagoon will present a dynamic stratification pattern varying with tides, with salinity values increasing towards the Jardim de Alah canal and decreasing toward the affluence of the Macacos and Cabeças rivers in the northern shore of the lagoon. The horizontal and vertical salinity gradients became typically estuarine, which favors biological diversity. With the inflow of oxygen rich sea water twice a day, the now anoxic decomposition of the dead biomass in the bottom will change, creating a biochemical oxygen demand during the initial period of change of circulation patterns. The present study pointed out that the proposal of a permanent connection between the Rodrigo de Freitas Lagoon and the sea fulfills the objective of mitigating the environmental problems related to anoxic conditions in the bottom layer of the lagoon, definitively healing the following environmental problems: poor quality of water due to the excessive stock of nutrients in the LRF that accumulate due to the fact that the current system does not export the nutrients it has accumulated; the continuous shoaling process of the Jardim de Alah canal, which entails high maintenance costs to maintain its outflowing capacity and guarantee of the macro drainage of the LRF basin; The loss of estuarine characteristics due to the stagnation and uniformity of the lagoon waters, resulting in reduced biodiversity and poor environmental quality. The LRF permanently interconnected to the sea would return to show patterns of salinity gradient typical of estuarine systems, which would lead to a significant increase in biological diversity. The computational simulations of hydrodynamic circulation and water quality showed effective results, suggesting a definitive solution to the chronic and secular problems of the lagoon.

Keywords: Computational modeling, Coastal lagoons, Rodrigo de Freitas Lagoon, Water quality, Drowned pipelines.

 

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