A hidrodinâmica e sedimentologia do rio Guaíba analisados por sensores geoacústicos e orbitais

Esta Tese aborda a hidrodinâmica e a sedimentologia de fundo, subfundo e em suspensão no Guaíba utilizando sensores geoacústicos e orbitais. Foram realizados 26 campanhas para coletas de diferentes conjuntos de dados: sísmica de fundo e subfundo, amostras de fundo in situ, corrente e vazão com um perfilador acústico de correntes por Doppler (PADC), sedimento em suspensão in situ. Diferentes embarcações foram utilizadas, a depender da natureza do trabalho realizado. Os dados de sedimentos em suspensão serviram de entrada a dois modelos de regressão para estimar a concentração de sedimentos em suspensão (CSS), ambos feitos com dados do satélite Landsat 8, sensor OLI (Operational Land Imager), e do PACD. Os dados do PACD, além da regressão, serviram para fornecem informações sobre a corrente e vazão. Os dados sísmicos (perfilador sísmico Stratabox 10 kHz e Sonar de Varredura Lateral) serviram para um mapeamento sistemático dos padrões geoacústicos para reconhecimento dos processos hidrodinâmicos e sedimentares atuantes. Todos os conjuntos de dados indicam que a corrente do Guaíba tem predomínio de Norte para Sul. As formas de fundo como ripples e dunas subaquosas assimétricas, presentes nos registros sísmicos, confirmam esse predomínio e indicam um comportamento fluvial do sistema aquático. Essas formas de fundo foram mapeadas na entrada, exutório e em áreas do canal de navegação, nas seções longitudinais com menor extensão. Essa presença sugere diferentes tipos de ambientes que são influenciados basicamente pela seção longitudinal. Seções mais estreitas provocam as maiores velocidades das correntes e uma maior competência do sistema para o transporte de sedimentos. As áreas no interior do Guaíba, sob o ponto de vista das correntes, possuem menor competência de transporte e são, portanto, ambientes com menor energia hidrodinâmica comparadas com as áreas de entrada e saída desse sistema. Esse comportamento também foi observado nos perfis de corrente de PACD e nas plumas de sedimento dos mapas de CSS nas condições de maiores descargas líquidas. A ação de ventos e geração de ondas também é uma forçante presente nesse sistema. As áreas mais rasas, principalmente na margem oeste e sudoeste do Guaíba, apresentaram maiores concentrações em algumas datas com os mapas de CSS, resultado da resuspensão do sedimento pelas ondas. Essas áreas, sob o ponto de vista da influência das ondas, possuem alta energia hidrodinâmica e são ambientes de erosão. Dessa forma, o Guaíba está sujeito às forçantes vento/onda e descarga líquida de forma coexistente. O comportamento do sedimento é influenciado por esses dois fatores de forma simultânea ou apenas por uma forçante, a depender da descarga líquida dos rios tributários, da intensidade do vento e geração de ondas. Além disso, a profundidade, o tamanho e posição do sedimento também influenciam o comportamento do sedimento. Embora tenha forçantes distintas, a predominância do fluxo de Norte para Sul, com correntes atuando em toda a coluna d‘água sugere que o Guaíba possui declividade no canal, condição para definir um canal fluvial. Esses fatores são condições que permitem concluir que esse sistema possui predomínio de comportamento de rio.This thesis approaches the hydrodynamics and sedimentology of the bottom, subbottom, and in suspension in the Guaíba using geoacoustic and orbital sensors. Twenty-six campaigns were carried out to sample different datasets: bottom and sub-bottom seismics, field bottom samples, currents and river discharge measured by an acoustic Doppler current profiler (ADCP), and field suspended sediment. Different vessels were used depending on the nature of the conducted work. The suspended sediment data served as input to the two regression models for estimating sediment suspension concentration (SSC), both made with data from the Landsat 8 satellite, OLI (Operational Land Imager), and PACD. The ADCP data in addition to the regression analysis provided information on currents and river discharge. Seismic data (acquired by a 10-kHz Stratabox seismic profiler and a Side-Scan Sonar) were used to systematically map the geoacoustic patterns in order to identify hydrodynamic and sedimentary processes. All datasets indicate that the Guaíba river current has a predominant north-to-south direction. The bottom forms such as ripples and asymmetrical subaquatic dunes present in seismic records confirmed this predominance and indicated a river behavior. These background ondulations were mapped at the upstream end, river mouth, and in the navigation channel areas in short longitudinal sections. The presence of subaqueous dunes correspond to different types of environments that are mainly influenced by the longitudinal section. Narrower sections lead to higher current velocities and a greater system competence for sediment transport. The interior areas from the Guaíba River showed less transportation competence when considering its currents. Therefore, these are environments with lower hydrodynamic energy when compared to the upstream end and river mouth areas. This behavior was also observed in the ADCP current profiles and in the sediment plumes from the SSC maps under higher net river discharges. Winds and the wave generation are also important forces present in this system. Mainly the shallower areas at the western and southwestern margins of the Guaíba River presented higher concentrations on the SSC maps on some dates, which were a result of the sediment resuspension driven by waves. These areas have high hydrodynamic energy and are erosional environments when considering the wave influence. Thus, the Guaíba River is simultaneously subjected to wind/wave forcing and net river discharge. The sediment behavior is concurrently influenced by these two forces or only by one depending on the net discharge from the tributary rivers, wind intensity, and generation of waves. Furthermore, the sediment depth and size also influence the sediment behavior. Although it has distinct forcing, the predominant north-to-south direction of the flow with currents reaching the entire water column suggests that the Guaíba system has a slope in the channel, a condition that defines a river channel. These factors are the requirements that allow to conclude that this system has a prevailing river behavior