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Swash

Swash , ou forewash na geografia , é uma camada turbulenta de água que sobe na praia depois que uma onda quebra. A ação do swash pode mover os materiais da praia para cima e para baixo na praia, o que resulta na troca de sedimentos entre a costa. A escala de tempo do movimento oscilante varia de segundos a minutos, dependendo do tipo de praia (consulte a Figura 1 para tipos de praia). Maior ondulação geralmente ocorre em praias mais planas. O movimento swash desempenha o papel principal na formação de características morfológicas e suas mudanças na zona swash. A ação swash também desempenha um papel importante como um dos processos instantâneos na morfodinâmica costeira mais ampla.

Figura 1. Classificação da praia por Wright e Short (1983) mostrando praias dissipativas, intermediárias e reflexivas.

Existem duas abordagens que descrevem os movimentos de swash: (1) swash resultante do colapso de furos de alta frequência ( f > 0,05 Hz) na face da praia; e (2) oscilação caracterizada por movimentos em pé de baixa frequência ( f <0,05 Hz). O tipo de movimento ondulante que prevalece depende das condições da onda e da morfologia da praia e isso pode ser previsto calculando o parâmetro de similaridade do surf εb (Guza & Inman 1975):

${\ displaystyle \ epsilon b = {\ frac {4 \ pi ^ {2} Hb} {2gT ^ {2} \ tan ^ {2} \ beta}},}$

Onde Hb é a altura do quebra-mar, g é a gravidade, T é o período da onda incidente e tan β é o gradiente da praia. Os valores εb> 20 indicam condições dissipativas em que o swash é caracterizado pelo movimento de ondas longas estacionárias. Os valores εb <2,5 indicam condições reflexivas em que o swash é dominado por furos de onda.

Uprush e backwash

Swash consiste em duas fases: upwash (fluxo onshore) e backwash (fluxo offshore). Geralmente, o uprush tem maior velocidade e duração mais curta do que o backwash. As velocidades em terra estão no máximo no início do aumento e, em seguida, diminuem, enquanto as velocidades em alto mar aumentam no final do retrolavagem. A direção da ascensão varia com o vento predominante, enquanto a retrolavagem é sempre perpendicular à linha da costa. Este movimento assimétrico de swash pode causar deriva litorânea , bem como transporte de sedimentos cross-shore .

Morfologia Swash

Figura 2. Zona oscilante e morfologia da face da praia mostrando a terminologia e os processos principais (modificado de Masselink & Hughes 2003)

A zona de swash é a parte superior da praia entre a praia e a arrebentação , onde ocorre intensa erosão durante as tempestades (Figura 2). A zona de swash é alternadamente úmida e seca. A infiltração (hidrologia) (acima do lençol freático ) e a exfiltração (abaixo do lençol freático ) ocorrem entre o fluxo de swash e o lençol freático da praia. Face da praia, berma, degrau da praia e cúspides da praia são as características morfológicas típicas associadas ao movimento ondulante. A infiltração (hidrologia) e o transporte de sedimentos pelo movimento do swash são fatores importantes que governam o gradiente da face da praia.

Beachface

A face da praia é a seção plana e relativamente íngreme do perfil da praia que está sujeita a processos de swash (Figura 2). A face da praia se estende da berma até o nível da maré baixa . A face da praia está em equilíbrio dinâmico com ação de swash quando a quantidade de transporte de sedimentos por upwash e backwash são iguais. Se a face da praia for mais plana do que o gradiente de equilíbrio, mais sedimento é transportado pela ascensão para resultar no transporte líquido de sedimentos onshore . Se a face da praia for mais íngreme do que o gradiente de equilíbrio, o transporte de sedimentos é dominado pela retrolavagem e isso resulta em transporte líquido de sedimentos offshore. O gradiente de equilíbrio da face da praia é governado por uma complexa inter-relação de fatores como o tamanho do sedimento, permeabilidade e velocidade de queda na zona de oscilação, bem como a altura e o período da onda. A face da praia não pode ser considerada isoladamente da zona de arrebentação para compreender as mudanças morfológicas e equilíbrios, visto que são fortemente afetados pela zona de arrebentação e processos de ondas rebaixadas, bem como os processos de zona de rebentamento.

Berm

A berma é a parte relativamente plana da zona de swash onde o acúmulo de sedimento ocorre no ponto mais distante do movimento de swash em direção à terra (Figura 2). A berma protege a praia e as dunas costeiras das ondas, mas a erosão pode ocorrer em condições de alta energia, como tempestades. A berma é mais facilmente definida em praias de cascalho e pode haver várias bermas em diferentes elevações. Em contraste, nas praias arenosas, o gradiente de backbeach, berma e praia pode ser semelhante. A altura da berma é governada pela elevação máxima do transporte de sedimentos durante a elevação . A altura da berma pode ser prevista usando a equação de Takeda e Sunamura (1982)

${\ displaystyle Zberm = 0,125Hb ^ {5/8} (gT ^ {2}) ^ {3/8},}$

onde Hb é a altura do disjuntor, g é a gravidade e T é o período da onda.

Passo da praia

O degrau da praia é uma escarpa submersa na base da face da praia (Figura 2). Os degraus da praia geralmente compreendem o material mais grosso e a altura pode variar de vários centímetros a mais de um metro. Os degraus da praia se formam onde o backwash interage com a onda incidente que se aproxima e gera vórtice. Hughes e Cowell (1987) propuseram a equação para prever a altura do passo Zstep

${\ displaystyle Zstep = {\ sqrt {HbTws}},}$

onde 'ws' é a velocidade de queda do sedimento. A altura do degrau aumenta com o aumento da altura da onda (quebra-vento) (Hb), período da onda (T) e tamanho do sedimento.

Cúspides de praia

Figura 3. Morfologia da cúspide da praia. A ascensão diverge nos chifres das cúspides e a retrolavagem converge nos embainamentos das cúspides. (Modificado de Masselink & Hughes 2003)

Backwash em uma praia

A cúspide da praia é um acúmulo de areia ou cascalho em forma de meia-lua em torno de uma depressão semicircular em uma praia. Eles são formados pela ação do swash e mais comuns em praias de cascalho do que areia. O espaçamento das cúspides está relacionado à extensão horizontal do movimento oscilante e pode variar de 10 cm a 50 m. Sedimentos mais grossos são encontrados no gradiente íngreme, apontando para o mar em 'chifres de cúspide' (Figura 3). Atualmente, existem duas teorias que fornecem uma explicação adequada para a formação das cúspides rítmicas da praia: as ondas estacionárias e a auto-organização .

Modelo de onda permanente

A teoria da onda estacionária, introduzida por Guza e Inman (1975), sugere que o swash se sobrepõe ao movimento das ondas estacionárias que viajam ao longo da costa. Isso produz uma variação na altura do swash ao longo da costa e, conseqüentemente, resulta em padrões regulares de erosão . As bordas das cúspides se formam nos pontos de erosão e os chifres das cúspides ocorrem nos nós das ondas da borda. O espaçamento da cúspide da praia pode ser previsto usando o modelo de onda de borda sub-harmônica

${\ displaystyle \ lambda = {\ frac {g} {\ pi}} T ^ {2} tan \ beta,}$

onde T é o período da onda incidente e tanβ é o gradiente da praia.

Este modelo explica apenas a formação inicial das cúspides, mas não o crescimento contínuo das cúspides. A amplitude da onda de borda diminui à medida que as cúspides aumentam, portanto, é um processo autolimitado.

Modelo de auto-organização

A teoria da auto-organização foi introduzida por Werner e Fink (1993) e sugere que as cúspides da praia se formam devido a uma combinação de feedback positivo que é operado pela morfologia da praia e movimento ondulante encorajando a irregularidade topográfica e feedback negativo que desencoraja o acréscimo ou erosão em cúspides de praia bem desenvolvidas. É relativamente recente que os recursos computacionais e as formulações de transporte de sedimentos se tornaram disponíveis para mostrar que as características morfológicas estáveis ​​e rítmicas podem ser produzidas por tais sistemas de feedback. O espaçamento da cúspide da praia, baseado no modelo de auto-organização, é proporcional à extensão horizontal do movimento oscilante S usando a equação

${\ displaystyle \ lambda = fS,}$

onde a constante de proporcionalidade f é c . 1,5.

Transporte de sedimentos

Transporte de sedimentos cross-shore

A troca de sedimentos através da costa, entre as zonas subaéreas e subaquosas da praia, é principalmente fornecida pelo movimento do swash. As taxas de transporte na zona de swash são muito maiores em comparação com a zona de arrebentação e as concentrações de sedimentos suspensos podem exceder 100 kg / m ³ próximo ao leito. O transporte de sedimentos onshore e offshore por swash desempenha, portanto, um papel significativo na acumulação e erosão da praia.

Existem diferenças fundamentais no transporte de sedimentos entre o aumento e a retrolavagem do fluxo de enxurrada. O aumento repentino, que é dominado principalmente pela turbulência do furo, especialmente em praias íngremes, geralmente suspende os sedimentos para o transporte. As velocidades de fluxo, as concentrações de sedimentos em suspensão e os fluxos em suspensão são máximos no início do aumento quando a turbulência é máxima. Em seguida, a turbulência se dissipa no final do fluxo onshore, depositando o sedimento suspenso no leito. Em contraste, a retrolavagem é dominada pelo fluxo de folhas e transporte de sedimentos da carga de fundo. A velocidade do fluxo aumenta no final da retrolavagem causando mais turbulência gerada pelo leito, o que resulta no transporte de sedimentos perto do leito. A direção do transporte líquido de sedimentos (onshore ou offshore) é amplamente governada pelo gradiente da face da praia.

Deriva Longshore

A deriva litorânea por swash ocorre devido à morfologia da cúspide da praia ou devido a ondas de entrada oblíqua causando um forte movimento de swash ao longo da costa. Sob a influência da deriva litorânea, quando não há fase de estagnação durante os fluxos de retrolavagem, os sedimentos podem permanecer suspensos para resultar no transporte de sedimentos offshore . A erosão da superfície da praia por processos de swash não é muito comum, mas a erosão pode ocorrer onde swash tem um componente significativo ao longo da costa.

Gestão

A zona de swash é altamente dinâmica, acessível e suscetível às atividades humanas. Esta zona pode estar muito próxima de propriedades desenvolvidas. Diz-se que pelo menos 100 milhões de pessoas no globo vivem a menos de um metro do nível médio do mar . Compreender os processos da zona de inundação e uma gestão inteligente é vital para as comunidades costeiras que podem ser afetadas por perigos costeiros , como erosão e tempestades . É importante notar que os processos de swash zone não podem ser considerados isoladamente, pois estão fortemente ligados aos processos de surf zone. Muitos outros fatores, incluindo atividades humanas e mudanças climáticas, também podem influenciar a morfodinâmica na zona de swash. Compreender a morfodinâmica mais ampla é essencial para uma gestão costeira bem-sucedida.

A construção de paredões tem sido uma ferramenta comum para proteger propriedades desenvolvidas, como estradas e edifícios, da erosão e recessão costeira . Porém, na maioria das vezes, proteger a propriedade com a construção de um paredão não garante a retenção da praia. A construção de uma estrutura impermeável como um quebra - mar dentro da zona de oscilação pode interferir no sistema morfodinâmico da zona de oscilação. A construção de um quebra - mar pode elevar o lençol freático , aumentar a reflexão das ondas e intensificar a turbulência contra a parede. Em última análise, isso resulta em erosão da praia adjacente ou falha da estrutura. As muralhas de rochas (também conhecidas como revestimentos ou riprap) e os tetrápodes são menos reflexivos do que as paredes marítimas impermeáveis, pois as ondas devem romper os materiais para produzir ondas e retrolavagens que não causam erosão. Detritos rochosos às vezes são colocados na frente de um paredão na tentativa de reduzir o impacto das ondas , bem como permitir que a praia erodida se recupere.

Compreender o sistema de transporte de sedimentos na zona de lavagem também é vital para projetos de alimentação de praia . Swash desempenha um papel significativo no transporte e distribuição da areia que é adicionada à praia. Houve falhas no passado devido à compreensão inadequada. A compreensão e a previsão dos movimentos dos sedimentos, tanto na zona de swash quanto na de surf, são vitais para o sucesso do projeto de alimentação.

Exemplo

A gestão costeira em Black Rock, na costa nordeste de Phillip Bay, Austrália, fornece um bom exemplo de uma resposta estrutural à erosão da praia que resultou em mudanças morfológicas na zona de swash. Na década de 1930, um paredão foi construído para proteger o penhasco da recessão em Black Rock. Isso resultou no esgotamento da praia em frente ao paredão , que foi danificada por repetidas tempestades no inverno. Em 1969, a praia foi alimentada com aproximadamente 5000m ³ de areia do interior para aumentar o volume de areia da praia para proteger o paredão. Isso aumentou o volume de areia em cerca de 10%, no entanto, a areia foi carregada pela deriva para o norte no outono para deixar o paredão exposto aos impactos das tempestades de inverno novamente. O projeto não levou em conta os padrões sazonais de deriva litorânea e subestimou a quantidade de areia para se alimentar, especialmente na parte sul da praia.

Pesquisa

Diz-se que a realização de pesquisas de morfologia e medições de campo na zona de swash é um desafio, uma vez que é um ambiente raso e aerado com fluxos de swash rápidos e instáveis. Apesar da acessibilidade à zona de swash e da capacidade de fazer medições com alta resolução em comparação com as outras partes da zona costeira, a irregularidade dos dados tem sido um impedimento para análises e comparações críticas entre teoria e observação. Vários métodos exclusivos foram usados ​​para medições de campo na zona de oscilação. Para medições de aumento de ondas, por exemplo, Guza e Thornton (1981, 1982) usaram um fio de dupla resistência de 80 m esticado ao longo do perfil da praia e mantido cerca de 3 cm acima da areia por suportes não condutores. Holman e Sallenger (1985) conduziram uma investigação inicial fazendo vídeos do swash para digitalizar as posições da linha de água ao longo do tempo. Muitos dos estudos envolvidos estruturas de engenharia, incluindo diques , molhes e quebra-mares , para estabelecer critérios de projeto que protegem as estruturas de galgamento por run-ups extremos. Desde a década de 1990, a hidrodinâmica de swash tem sido investigada mais ativamente por pesquisadores costeiros, como Hughes MG, Masselink J. e Puleo JA, contribuindo para o melhor entendimento da morfodinâmica na zona de swash incluindo turbulência, velocidades de fluxo, interação com o lençol freático da praia mesa e transporte de sedimentos . No entanto, as lacunas no entendimento ainda permanecem na pesquisa de swash, incluindo turbulência, fluxo de folha, transporte de sedimentos de carga de fundo e hidrodinâmica em praias ultra-dissipativas.

Veja também

Referências

Notas

Outro

• Guza, RT e Inman, D. 1975, "Edge waves and beach cusps". Journal of Geophysical Research, 80, pp. 2997–3012
• Hughes, MG e Cowell, PJ 1987, "Adaptação de praias reflexivas às ondas". Journal of Coastal Research, 3, pp. 153-167
• Takeda, I. e Sunamura, T. 1982, "Formation and height of berms". Transactions, Japanese Geomorphological Union, 3, pp. 145-157
• Werner, BT e Fink, TM 1993. "Cúspides de praia como padrões auto-organizados". Science, 260, pp. 968-971