Processos associados à geração de escarpas de praia

Tese de mestrado em Ciências do Mar, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2016O litoral é uma zona de elevada importância antropogénica, pois é a zona mais densamente habitada em todo o mundo. É, também, uma região com elevado dinamismo, o que torna necessário a sua compreensão. Em eventos de maior energia, como é o caso das tempestades, o litoral pode sofrer alterações morfodinâmicas muito intensas num período de horas ou de dias. Como tal, é necessário compreender os fenómenos que provocam estas alterações para que seja possível prever e prevenir que as mesmas afetem negativamente a população. Um dos fenómenos em que ocorre a uma elevada taxa de erosão num curto intervalo de tempo é a formação de escarpas de praia. Nesta dissertação propõe-se que a formação de escarpas de praia se dá quando ocorre uma diminuição brusca no declive da face de praia. Esta modificação é devida a uma variação brusca e significativa da agitação marítima incidente com efeitos no limite do máximo espraio. O objetivo principal desta dissertação é verificar esta hipótese e, associado a este objetivo, contribuir para o desenvolvimento de métodos experimentais que permitam o estudo da formação e evolução de escarpas de praia “in situ”. Para a compreensão deste fenómeno concretizaram-se campanhas de campo à microescala e analisaram-se bases de dados, tanto do projeto CISML (Criação e Implementação de um Sistema de Monitorização no Litoral abrangido pela área de jurisdição da administração da região hidrográfica do Tejo - Andrade et al., 2013) como da base de dados da praia de Narrabeen, Austrália (Turner et al., 2016) de forma a identificar os fatores que condicionam a formação e a evolução de escarpas de praia. Nas campanhas realizadas verificou-se a elevada importância do declive da face de praia, bem como a subida da maré na formação, e evolução, das escarpas de praia formadas em relevos artificiais. Verificou-se também a importância do tamanho dos relevos artificiais, das condições oceanográficas da campanha e dos métodos de medição para a obtenção de resultados conclusivos. Na análise realizada às bases de dados, observou-se que existe uma relação entre a evolução do perfil de praia com a agitação marítima. Confirmaram-se os resultados de alguns modelos conceptuais já existentes (Sunamura (1984) em dados de campo e Komar e Gaughan (1972)) e excluíram-se outros (Rector (1954) e Sunamura (1984) em dados de laboratório). Observou-se que a agitação marítima não é o único fator que atua na formação de escarpas de praia, existindo outros fatores como a subida de maré, e a quantidade de sedimento presente na praia que permita uma erosão intensa, que também condicionam a sua formação e evolução. Verificou-se que o parâmetro morfodinâmico K* do modelo Sunamura (1985) constitui uma boa aproximação para o reconhecimento das condições para a formação de escarpas de praia. As escarpas identificadas nas bases de dados analisadas apresentam uma correspondência com valores de K* elevados. No entanto, em determinadas características de agitação marítima com elevado potencial para a formação de escarpas (i.e. valores de K* elevados) não foram observadas escarpas, nas bases de dados, porque: 1) o processo de escarpa efetivamente não se concretizou (e o modelo não se ajustou completamente às praias estudadas) ou 2) porque o fenómeno de escarpa pode não ter sido registado (devido ao elevado período entre campanhas, na ordem de trimestral e mensal respetivamente para CISML e Narrabeen). Propôs-se a hipótese de perfis de verão serem mais aptos à formação de escarpas de praia devido à presença de grandes quantidades de sedimentos que estão disponíveis para serem erodidos rapidamente (característica da formação de escarpa). Em contrapartida, os perfis de inverno, onde existe menos sedimento disponível a formação de escarpa, é pouco provável a sua formação na berma, pois esta implica uma elevada taxa de erosão num curto espaço de tempo, algo impossível para uma praia com pouca quantidade de sedimentos. Nestes casos pode ocorrer formação de escarpa na duna. Após a vasta utilização de variadas técnicas para a obtenção dos resultados descritos, foi possível propor um modelo conceptual de estudos de previsão de formação de escapas de praia que se baseia na observação ou previsão de uma variação brusca na agitação marítima. Esta variação brusca nas características de agitação marítima pode levar, por sua vez, a uma variação brusca no declive da praia. Associando este fator, à previsão da zona onde vai atuar o espraio (run-up) e o tipo de perfil de praia que esteja presente é possível antecipar a formação de escarpa, bem como o local da sua geração.The coast is an area of high anthropogenic importance because it is the most densely populated area in the world. It is also a region with great dynamism, which makes its understanding essential. In high energy events, such as storms, the coast may suffer intense morphodynamic changes over a period of hours or days. Thus, it is necessary to understand the phenomena that cause these changes so it is possible to predict and prevent a negative impact on the population. One of the phenomena that occur at a high shear rate in a short period of time is the formation of beach scarps. This thesis suggests that the formation of beach scarps occurs when a sudden decrease in the beach face slope happens. This change is due to a sudden and significant change in the incident waves with effect on the maximum limit of wave run-up. The main objective of this work is to verify this hypothesis and, related with this objective, to contribute to the development of experimental methods to study the "in situ" formation and evolution of beach scarps. In order to understand this phenomena, microscale field campaigns were performed alongside with the analysis of existent databases, both from the CISML project (Criação e Implementação de um Sistema de Monitorização no Litoral abrangido pela área de jurisdição da administração da região hidrográfica do Tejo - Andrade et al., 2013) and from the database of Narrabeen beach, Australia (Turner et al., 2016), in order to identify the factors that influence the formation and evolution of beach scarps. The results of the experiments showed the high importance of the beach face slope and the rising tide in the formation and evolution of beach scarps, formed in artificial berms. The importance of the dimensions of the artificial reliefs was also highlighted, alongside with the oceanographic conditions during the field campaign and the measuring methods to obtain conclusive results. In the database’s analysis, it was observed a relationship between the evolution of beach profile and the oceanographic conditions. The results of some conceptual models exited in literature were confirmed (Sunamura (1984) on field data and Komar and Gaughan (1972)), while others were excluded (Rector (1954) and Sunamura (1984) on laboratory data). It was also observed that the incident waves are not the only factor that influences the scarp formation on beaches, there are other factors, such as the rising tide and the amount of available sediment on the beach, which also affect scarp formation and evolution. It was also found that the morphodynamic parameter K* the Sunamura model (1985) is a good approximation for the recognition of potential conditions for the formation of beach scarps. The slopes identified in the analyzed databases show a correspondence with high K* values. However, in certain wave characteristics with high potential for the formation of escarps (i.e. high K* values), scarps were not observed due to: 1) the escarpment process did not happen (and the model did not fit completely to the studied beaches) or 2) because the escarpment phenomena may have not been registered (due to the high period between surveys, in the order of three monthly and monthly, respectively to CISML and Narrabeen). The following hypothesis was suggested: summer profiles are more prone to the formation of beach scarps due to the availability of large amounts of sediments that can be quickly eroded (characteristic for the beach scarp formation). In contrast, winter profiles have less sediment available to the formation of escarps. In these profiles the formation on berm scarps is less probable, as this implies a high rate of erosion in a short time, something impossible for a beach with a small amount of sediments. In these cases, a scarp formation can occur in the dune. After extensive use of various techniques to obtain the results described, it was possible to propose a conceptual model for studies that predict the formation of beach scarps. This model is based on the observation or prediction of a sudden change in the wave regime. This sharp variation in wave characteristics can lead, in turn, to a sharp variation in the beach slope. Associating this factor, with the prediction of the run up location, and the type of beach profile it is possible to anticipate the formation of scarp, as well as its location