ASSESSMENT OF TIDE AND WIND EFFECTS ON THE HYDRODYNAMICS AND INTERACTIONS BETWEEN TIJUCAS BAY AND THE ADJACENT CONTINENTAL SHELF, SANTA CATARINA, BRAZIL

Abstract

ABSTRACT. The importance of understanding coastal processes and their relationships to continental shelves has become increasingly important as coastal areasexperience great socio-economic growth. In this context, Tijucas Bay and its interactions with the adjacent continental shelf was a subject of study through the use ofa numerical model (MOHID Water Modeling System) for analysis of its hydrodynamics, exchanges of water masses between the bay and the continental shelf and thewater"™s residence time in the bay. Simulations were run for 30 or more days. Boundary conditions for the simulations were tides, constant river discharge (24 m3.s-1)and winds. Wind time series represented typical conditions in the region, with NE winds (3 m.s-1) forcing the domain for five days, then turning in the counterclockwisedirection for 12 hours until they were oriented in the SE direction (8 m.s-1), remaining two days in this direction and again turning counterclockwise for 12 hours andending in the NE direction. Three scenarios have been proposed for the experiment; scenario 1 was forced by tides and river discharge, and scenarios 2 and 3 wereforced by tides, river discharge and winds. The difference between scenarios 2 and 3 was the wind direction at the beginning of the simulations: scenario 2 began withNE winds, and scenario 3 began with SE winds. The results showed that the hydrodynamics and water exchange of Tijucas Bay were strongly influenced by tide andwind. The tide provided the input and output water pattern in the bay, while the wind accelerated the process, increasing the speed of exchange between the bay and theadjacent shelf. Superficial layers were the most affected by the winds. The easternmost portion of the bay exhibited the greatest current speeds, with a tendency to forma gyre current with water input at one end and output at the other, depending upon wind direction. In the shallower regions, currents exhibited their greatest speeds,while in the deeper areas, the inverse was found. The residence time for scenario 1 was 75 days, and for scenarios 2 and 3, the residence times were 19 and 15 days,respectively. The hydrodynamics of Tijucas Bay is a sum of processes related to its forcings; however, it is important to highlight the role of winds as one of the majordeterminants of the dynamics of this region, directly affecting transport throughout the bay.

Keywords: circulation, estuary-shelf interaction, residence time.

RESUMO. Atualmente o entendimento de processos costeiros e sua relação com a plataforma continental ganha importância a medida em que as regiões costeira tornam-se áreas de grande expansão sócio-econômica. Neste contexto, a Baía de Tijucas e sua interação com a plataforma adjacente foi alvo de investigação através do uso de modelo numérico (MOHID) para análise da hidrodinâmica, troca de massas de água entre baía e plataforma e tempo de residência da baía. As simulações correram por 30 dias ou mais. As condições de fronteiras para as simulações foram maré, descarga fluvial constante (24 m3.s-1) e ventos. As séries temporais deventos representam condições típicas da região com ventos NE (3 m.s-1) forçando o domínio por 5 dias girando no sentido anti-horário durante 12 horas até a direção SE (8 m.s-1), permanecendo por 2 dias nesta direção e novamente girando no sentido anti-horário por 12 horas até a direção NE. Três cenários foram propostos parao experimento, cenário 1 foi forçado por marés e descarga fluvial, cen´arios 2 e 3 forçados por marés, descarga fluvial e ventos. A diferenc¸a entre os cenários 2 e 3 é a direçãoo do vento no início das simulações, cenário 2 começa com vento NE e cenário 3 com vento SE. Os resultados mostram que a hidrodinâmica e a troca de água da Baía de Tijucas são fortemente influenciadas pela maré e pelo vento. A maré proporciona um padrão de entrada e saída de água da baía, enquanto o vento acelera oprocesso aumentando as velocidades de troca entre baía e plataforma adjacente. As camadas superficiais são mais afetadas pelos ventos. As extremidades da baía nasua porção mais a leste apresentam as maiores velocidades das correntes, a tendência é a formação de uma corrente em forma de giro com entrada de água por uma extremidade e saída por outra, dependendo da direção do vento. Nas partes mais rasas as correntes apresentam maiores velocidades enquanto nas partes mais profundas é o inverso. O tempo de residência para o cenário 1 foi de 75 dias, enquanto os cenários 2 e 3 apresentaram tempo de residência de 19 e 15 dias, respectivamente.A hidrodinâmica da Baía de Tijucas é um somatório de processos relacionados às suas forçantes. Entretanto ´e importante destacar o papel dos ventos como um dosprincipais condicionantes da dinâmica desta região afetando diretamente o transporte baía afora.

Palavras-chave: circulação, interação estuário-plataforma, tempo de residência.