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Particle tracking-modeling of morphologic changes in the Ria de Aveiro
Tidal currents in an estuary carry all types of dissolved, suspended or floating material. Particle tracking models constitute powerful tools in assessing the transport of this material, through the study of the particles trajectoriesand settling positions. Thus, this work aims at using a Lagrangian particle tracking model driven by hydrodynamic fields to study the impact of morphologic anthropogenic and natural changes in sediments transport at Ria de Aveiro. In fact, as many coastal systems, Ria de Aveiro is in progressive degradation associated to the lack of maintenance and to the strong currents occurring in its channels, which erode theirprotective walls. Hence, the model VELApart, which is driven by the hydrodynamic model ELCIRC (previously calibrated for this lagoon), was applied for two configurations of the Ria de Aveiro: one representing the present situation of the lagoon and another representing a scenario with the enlargement of its flooded area. According tomodel results, morphologic changes influence the sediments pathways and final position, as well as the settling time. Generally for the flooded bathymetry the sediments travel a longer distance and the preferential zones of deposition are inside the flooded area, while for the present configuration sediments settle down in the mainadjacent channels. The settling times also increase with the enlargement of the flooded area.
Year: 2011
Number Pages:
1560 - 1564.
Author(s): Picado, A.; Silva, P. A.; Fortunato, A. B.; Dias, J. M.
: Journal of Coastal Research, ICS2011 (Proceedings)
Keywords: Settling time; Sediments pathway; Sediments transport; Flooded areas
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Performance of intertidal topography video monitoring of a meso-tidal reflective beach in South Portugal
This study discusses site-specific system optimizationefforts related to the capability of a coastal videostation to monitor intertidal topography. The systemconsists of two video cameras connected to a PC, and isoperating at the meso-tidal, reflective Faro Beach (Algarvecoast, S. Portugal). Measurements from the period February4, 2009 to May 30, 2010 are discussed in this study.Shoreline detection was based on the processing of varianceimages, considering pixel intensity thresholds for featureextraction, provided by a specially trained artificial neuralnetwork (ANN). The obtained shoreline data return ratewas 83%, with an average horizontal cross-shore root meansquare error (RMSE) of 1.06 m. Several empiricalparameterizations and ANN models were tested to estimatethe elevations of shoreline contours, using wave and tidaldata. Using a manually validated shoreline set, the lowestRMSE (0.18 m) for the vertical elevation was obtainedusing an ANN while empirical parameterizations based onthe tidal elevation and wave run-up height resulted in anRMSE of 0.26 m. These errors were reduced to 0.22 m afterapplying 3-D data filtering and interpolation of thetopographic information generated for each tidal cycle.Average beach-face slope tan(
Year: 2011
Number Pages:
1521-1540pp.
Author(s): Vousdoukas, M. I.; Ferreira, P. M.; Almeida, L. P.; Dodet, G.; Psaros, F.; Andriolo, U.; Taborda, R.; Silva, A. N.
Editor: Ocean Dynamics
Keywords: Remote sensing; Nearshore; Coastal erosion; Artificial neural networks; Coastal morphodynamics; Video monitoring
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Rehabilitation and protection of Colwyn Bay beach: a case study
Colwyn Bay beach is undergoing a process of erosion. The present study aims at characterizing the beachdynamics and developing alternative solutions for beach rehabilitation and protection. The method applied tocharacterize the foreshore morphological evolution was the assessment of the shoreline evolution, the analysis ofthe foreshore 3D evolution and the analysis of cross-shore profile evolution. The sedimentologic contents of thebeach were characterized based on the analysis of superficial samples. The hydrodynamic characterization wasbased on the analysis of the wave climate at three inshore points in front of the beach and of the tidal and surgelevels. These data provided the necessary information for the characterization of the longshore transport andevaluation of the beach active zone. The first part of developing alternative solutions was the definition of theoptimum long-term recharged beach profile, which, due to the high tidal range, was calculated based on the2S-EBP method. The beach berm was designed to avoid direct wave action on the seawall existent at the beachbackshore. For that, a morphodynamic model was applied to test the beach retreat under storm events. Finally,alternative long-term solutions based on a nourishment strategy were tested with two shoreline evolution models.Two initial alternative solutions of beach recharge with different grain size sand followed by six alternativesolutions of beach recharge with sand retention structures arrangements were tested. The results, herequalitatively and qu
Year: 2011
Author(s): Oliveira, F. S. B. F.; Freire, P.; Sancho, F. E.; Vicente, C.; Clímaco, M.
: Journal of Coastal Research
Editor: Journal of Coastal Research
Volume:
Nº. 64, Vol.II.
Keywords: Beach nourishment; Beach dynamics; Erosion
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Sediment transport in nonlinear skewed oscillatory flows: Transkew experiments
New experiments under sheet flow conditions were conducted in an oscillating water tunnel to study the effects of flow acceleration on sand transport.The simulated hydrodynamic conditions considered flow patterns that drive cross-shore sediment transport in the nearshore zone: the wave nonlinearitiesassociated with velocity and acceleration skewness and a negative mean current, the undertow. Net transport rates were evaluated from the sedimentbalance equation and show that (1) the acceleration skewness in an oscillatory flow produces a net sediment transport in the direction of the highestacceleration; (2) the net transport in the presence of an opposing current is negative, against the direction of the highest acceleration, and reduces with anincrease in flow acceleration; and (3) velocity skewness increases the values of the net onshore transport rates.
Year: 2011
Number Pages:
72-80pp.
Author(s): Silva, P. A.; Abreu, T.; Van der A, D. A.; Sancho, F. E.; Ruessink, B. G.; Werf, J.; Ribberink, J.
: Journal of Hydraulic Research
Editor: Journal of Hydraulic Research
Keywords: Wave skewness; Wave asymmetry; Sheet flow; Sediment transport; Flow acceleration
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Short-Term Sediment Transport at a Backbarrier Beach
This article defines short-term (tidal cycle) sediment-transport patterns at a backbarrier beach based on detailed fieldstudies. Fieldwork was planned to record nonstorm, spring tide conditions that enable the definition of backgroundsediment dynamics at the study area. The experiment was set at two beach morphologies: beach face and sandbank.Current meters were deployed at both sites. Fluorescent tracer techniques were applied to determine rates and directionof transport. Topographic surveys and sediment sampling were undertaken. During the experiment, limited tracerdisplacement and small morphological changes occurred. The low magnitude changes are representative of predominant,low-energy hydrodynamic conditions. Sediment transport was primarily longshore orientated and dependent on thevelocity of tidal currents. Tidal currents had the potential for sediment transport only during a short period of the tidalcycle and had higher velocities during ebb, which results in a net sediment transport orientated towards the nearby inlet.It is suggested that there is dependence on sediment transport rate at the study site and on the variability of tidalcurrents, which are greatly influenced by the distance to, and conditions of, the nearby Anca
Year: 2011
Number Pages:
1076-1084pp.
Author(s): Carrasco, A. R.; Ferreira, Ó.; Pacheco, A.; Freire, P.
: Journal of Coastal Research
Editor: Journal of Coastal Research
Keywords: Hydrodynamic conditions; Fluorescent tracer; Sediment dynamics
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Surf hydrodynamics in front of collapsing coastal dunes
The hydrodynamics of the surf zone in front of collapsing coastal dunes are examined. The data was gatheredduring the HYDRALAB-III funded Transnational Access experiment performed at the CIEM large-scale waveflume. Here, it is presented results of the cross-shore evolution of several flow parameters at four positions. Despikedand band-pass filtered ADV velocity data were used to enable a focus on only the short-wave component.As the waves approach the shore they reduce their (velocity) skewness, but increase their vertical asymmetry.Despite the non-negligible wave reflection, the theoretical wave model of Abreu et al. (2010) was applied tosuccessfully reproduce the measured velocities. Lastly, an estimate of the bed shear stress exerted by the shortwavecomponents is presented.
Year: 2011
Number Pages:
144-148pp.
Author(s): Sancho, F. E.; Abreu, T.; D´Alessandro, F.; Tomasicchio, G.; Silva, P. A.
: Journal of Coastal Research
Editor: Journal of Coastal Research
Keywords: Non-linear waves; Velocity asymmetry; Velocity skewness; Bed shear stress
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The importance of the topo-hydrogaphy in the prediction of the short and medium-term evolution of the coastal zone
N/A
Year: 2011
Number Pages:
239-242pp.
Author(s): Oliveira, F. S. B. F.; Freire, P.; Clímaco, M.
Editor: Instituro Hidrográfico
Keywords: Beach; Shoreline; Morphodynamics; Prediction; Coastal evolution
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Waves, wind and tidal forcing on a sandpit morphodynamics
Due to the increasing demand of sand for construction and beach nourishment, offshore extraction is being considered as an alternative source. Long term morphological changes caused by such an extraction must bepredicted because they can affect the sediments budget and potentially promote coastal erosion. Numerical models are powerful tools that can help in the evaluation of environmental impacts induced by this activity.The objective of this study is to describe the morphodynamics in the area surrounding a sandpit through the use of the MORSYS2D modelling system. The sandpit under study is located offshore Vale do Lobo, an importantbeach and golf resort located on the Southern Portuguese coast. The numerical solutions of the mean flow and the wave height around the pit were obtained with MORSYS2D between March 28 and April 29, 2008 when two storm events with significant wave height (Hs) greater than 2.5 m occurred.The numerical results are analysed in terms of the sand fluxes and bathymetry changes induced by wind and tidal currents and wave orbital velocities. The results show the strong impact of storm events in the morphologic evolution of the pit and surrounding area. The value for Hs > 2.5m was also confirmed as determinant for thesediment dynamics.
Year: 2011
Number Pages:
1170 - 1174.
Author(s): Rosa, J.; Silva, P. A.; Bertin, X.; Fortunato, A. B.
: Journal of Coastal Research, ICS2011 (Proceedings)
Volume:
SI 64.
Keywords: Morphodynamic model; Continental shelf; Sand extraction
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Analytical approximate wave form for asymmetric waves
A simple analytical formulation that reproduces a skewed, nonlinear near-bed wave orbital velocity is presented. It contains four free parameters, where two are solely related to the velocity and accelerationskewnesses. The equation is compared with other models and is validated against field and laboratoryexperiments. The results reveal that it can simulate a wide range of nonlinear wave shapes, reproducing satisfactorily the measured nonlinear wave particle velocity. Also, the new expression overcomes somelimitations of the other models. The new formulation is therefore capable of being used in many engineering applications that require the use of representative wave forms.
Year: 2010
Number Pages:
13p.
Author(s): Abreu, T.; Silva, P. A.; Sancho, F. E.; Temperville, A.
: Coastal Engineering
Volume:
57, 7.
Keywords: Orbital velocity; Acceleration skewness; Wave asymmetry; Wave skewness
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Application of empirical models to bay shaped beaches in Portugal
Three models were applied to analyse the planform of bay-shaped Portuguese beaches. They are based on empirical mathematical functions: the logarithmic spiral bay equation, the hyperbolic tangent bay equation, and the parabolic bay equation. These models were applied to analyse the fitting to the beach planform of 42 beaches on the Portuguese Atlantic coast which was calculated through the validation against the waterline extracted from rectified aerial photographs. The logarithmic spiral model fits well the curved zone of the beaches, in particular small beaches with two headlands. Despite the good fitting of the hyperbolic tangent model for one headland beach, its process of approximation to the solution was less intuitive than the processes of the other two models, therefore its application was more exhaustive. A comparative analysis between the logarithmic spiral model and the hyperbolic tangent model revealed the best fit of the first. The application of the parabolic model allowed to conclude that despite the majority of the beaches analysed being in dynamic equilibrium condition due to the high energy wave regime of the Portuguese Atlantic coast, their planform was very close to the planform in static equilibrium condition due to the high dynamics of the coastal environment
Year: 2010
Number Pages:
pp. 124-131.
Author(s): Oliveira, F. S. B. F.; Barreiro, O. M.
: Coastal Engineering
Volume:
Vol. 57, No. 2.
Keywords: Portuguese bay beaches; Headland bay beach; Shoreline modelling; Beach planform
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Comunicação
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An Integrated Approach for Flood Risk Assessment in Estuaries
Abstract: Floods in estuaries are associated to different hazard sources, such as high tide levels, stormsurges and large fresh water discharges. In adjacent urban areas, the impact of estuarine high waterlevels is often amplified due to inadequate drainage conditions. As requested by the EuropeanDirective on Floods, flood risk assessment and management is becoming a priority as the effects ofclimate change and the growth of exposed population will increase inundation vulnerability. Anintegrated approach for flood risk assessment was developed, in which inundation for different climatescenarios and return periods is evaluated through estuarine and urban drainage numerical modelling.Exposed elements assessment, including population, infrastructures and environmental resources,supports territorial vulnerability mapping, and risk is analysed considering different spatial scales(regional and local) and territorial topologies (urban and interface). Results will contribute to improvethe understanding of estuarine inundation processes and to develop adequate flood risk managementguidelines.
Year: 2014
Number Pages:
313-316pp.
Author(s): Freire, P.; Tavares, A.; Fortunato, A. B.; Oliveira, A.; Cardoso, M. A.; Pires, P.
Keywords: Alert and warning system; Management guidelines; Territorial vulnerability; Climate change; Numerical modelling
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Determination de la période de retour des niveaux extrêmes dans la côte Atlantique
N/A
Year: 2014
Number Pages:
2pp.
Author(s): Fortunato, A. B.; Li., K; Rodrigues, M.; Miguez, B.
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Determination of Extreme Sea Levels along the Portuguese Coas t
Abstract:This work aims at determining extreme water levels associated with different return periodsthrough the development and application of a circulation model for tides and surges. The modelcovers a large portion of the NE Atlantic, and has a resolution of 250 m in the Portuguese shelf. Themodel was extensively validated for tides, surges and extreme sea levels. In the Portuguese shelf,RMS errors of tides are of the order of 5 cm, and the model under-estimates extreme water levels byabout 10 cm. Simulation of water levels between 1979 and2010, followed by a statistical analysis ofthe results, provided the relation between return periods and extreme levels along the Portuguesecoast. Results reveal the growth of extreme water levels from south to north.
Year: 2014
Number Pages:
151-154pp.
Author(s): Fortunato, A. B.; Li., K; Bertin, X.; Rodrigues, M.
Editor: Actas das 3as Jornadas de Engenharia Hidrográfica - Instituto Hidrográfico
Keywords: Tides; Circulation model; Storm surges; Statistical analysis
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Dinâmica de trocas entre a Ria Formosa e o oceano: modelação numérica do transporte de matéria em suspensão
Pretende-se compreender a dinâmica de trocas de nutrientes, clorofila e material particulado entre a Ria Formosa e o oceano, e a influência dos principais forçamentos (e.g. maré) nesta dinâmica. A influência dosforçamentos ambientais na dinâmica de trocas Ria ± oceano foi estudada com um modelo hidrodinâmico (SELFE) e um de transporte (VELApart). Foram simulados diversos cenários de vento, batimetria e descarga de efluentes de estações de tratamento de águas residuais. Os resultados sugerem uma influência significativa do vento e da batimetria na exportação de matéria em suspensão para o exterior da Ria a escalas temporais curtas. O local de descarga dos efluentes das estações de tratamento de águas residuais combinado com o efeito da maré influencia a distribuição espacial da massa no interior da Ria e os tempos de exportação para o exterior. Os padrões de transporte estimados podem contribuir para melhorar a gestão da Ria Formosa.
Year: 2014
Number Pages:
221-224pp.
Author(s): Fabião, J.; Rodrigues, M.; Fortunato, A. B.; Jacob, J.; Cravo, A.
Editor: Actas das 3as Jornadas de Engenharia Hidrográfica - Instituto Hidrográfico
Keywords: Etar; Modelação hidrodinâmica; Batimetria; Vento; Modelos lagrangeano
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Dynamics of exchanges between the Ria Formosa and the ocean: role of environmental forcings
N/A
Year: 2014
Number Pages:
128p.
Author(s): Fabião, J.; Rodrigues, M.; Jacob, J.; Cravo, A.; Fortunato, A. B.; Cardeira, S.; Azevedo, A.; Bruneau, N.
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Flood risk assessment in estuaries. The importance of historical data integration in predictive tools development
Floods in estuaries can be driven by differentforcingmechanismsfromocean andinland sourcesand areoftenaggravatedin urban areas by insufficient drainageconditions. Sea-level rise andextreme climate eventscan exacerbate water levelsinside theestuaries.Developments are being made to reducethe uncertainty offorecast tools in order to providereliableflood predictions that can support riskassessment and managementstrategies. The integration of historical events dataanalysisin hazard forecastingcancontribute to a betterknowledge ofthe dominantflooddriversandtoimprove thevalidationof the models.In the present work adata baseofhistorical flood events
Year: 2014
Number Pages:
1pp.
Author(s): Freire, P.; Fortunato, A. B.; Rilo, Ana; Bertin, X.; Li., K
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Influence of nonlinear waves on oscillatory boundary layers
When waves approach the shoreline, they are affected by the seabed and undergothrough several changes due to non-linear effects. . These local nonlinearities cause thewaves to transform, inducing changes at the free surface and on the near-bed oscillatory flow,which is directly linked to sediment transport. This paper provides further insights concerningthe influences of nonlinear waves on the bottom oscillatory boundary layer through the considerationof different analytical free-stream velocity descriptions for nonlinear waves. Theresults show important differences relatively to the structure of the boundary layer of sinusoidalflows. For example, acceleration-skewed flows reveal that the onshore velocity generatesthinner boundary layers and larger bed shear stresses. Moreover, the phase difference betweenthe free-stream velocity and the bed shear stress is also affected, being reduced withthe increase of the nonlinearities.
Year: 2014
Number Pages:
2016-2025pp.
Author(s): Abreu, T.; Silva, P. A.; Sancho, F. E.; Vasconcelos, L.
Editor: M. Papadrakakis, M.G. Karlaftis, N.D. Lagaros
Keywords: Bed shear stress; Velocities; Laminar flows; Wave boundary layer; Nonlinear waves
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Management of estuarine and coastal ecosystems: observatories as effective tools to predict and anticipate changes
N/A
Year: 2014
Number Pages:
82p.
Author(s): Rodrigues, M.; Oliveira, A.; Fortunato, A. B.; Queiroga, H.; David, L. M.; Brotas, V.; Costa, J.; Rogeiro, J.; Jesus, G.; Gomes, J. L.; Azevedo, A.
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Modelling beach morphological changes during episodic erosion-recovery events: preliminary results
Episodic and seasonal beach-dune system erosion, unlike long-term erosion, are, in general, followed by natural beach-dune recovery. This study, developed based on numerical modelling, is focused on the wind driven waves onshore and offshore induced sediment fluxes and resulting beach-dune morphological evolution, particularly on the underlying physics not yet fully understood, during episodic events of erosion-recovery. The objective is to improve the prediction capacity of the short to medium-term morphodynamic numerical model XBeach, particularly in what concerns the beach recovery phenomenon, and thus contribute to its credible application.
Year: 2014
Number Pages:
233-236.
Author(s): Oliveira, F. S. B. F.
Keywords: Morphodynamics; Episodic event; Beach recovery; Beach erosion
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Suscetibilidade à inundação de margens estuarinas. Aplicação à baía do Seixal (estuário do Tejo, Portugal)
As áreas marginais estuarinas são, normalmente, densamente povoadas, possuindo atividadescom elevado valor económico e concentração de infraestruturas críticas. Os processos de inundaçãonestas áreas devem-se à conjugação de fatores como caudais fluviais, maré e eventos de sobrelevaçãometeorológica. A previsível subida do nível médio do mar (NMM) e o aumento da frequência deocorrência de eventos extremos são fatores relevantes na gestão destas zonas e que devem serconsiderados na definição de medidas de gestão, tal como definido na Diretiva Europeia deInundações. Este trabalho avalia a suscetibilidade à inundação da baía do Seixal, para diferentesperíodos de retorno e para um cenário extremo de subida do NMM. Os níveis de água foram obtidosatravés de modelação hidrodinâmica e implantados num Modelo Digital de Elevação com ainformação relativa ao uso do solo. Os resultados permitiram determinar a extensão das áreaspotencialmente inundadas por classe de uso do solo.
Year: 2014
Number Pages:
317-320pp.
Author(s): Rilo, Ana; Fortunato, A. B.; Freire, P.; Li., K; Tavares, A.
Editor: Actas das 3as Jornadas de Engenharia Hidrográfica - Instituto Hidrográfico
Keywords: Áreas inundáveis; Sobrelevação meteorológica; Nível médio do mar; Estuários; Uso do solo
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Books
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MEC2011 - Conferência sobre Morfodinâmica Estuarina e Costeira
N/A
Year: 2011
Author(s): Fortunato, A. B.; Freire, P.; Oliveira, A.
Editor: Laboratório Nacional de Engenharia Civil
Volume:
CD Room.
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Capítulo de Livro
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Evaluating the geomorphologic stability of an estuarine sandy beach. Integrated Coastal Zone Management
The hydrodynamics and sediment dynamics of a low energy estuarine beach was analysed. The beach is subjected to local wind waves generated in an area of restricted fetch, wake waves generated by catamarans and a semi diurnal meso-tidal regime. Only storm events of short duration modify the beach profile, which, once the normal hydrodynamic conditions are restored, naturally recovers its initial shape. The beach is characterised by having a steep upper slope until mean sea level, followed, seaward, by a low gradient terrace, and a bimodal sediment distribution. To investigate the hydro sedimentologic beach behaviour, wind, topo-hydrographic and sedimentologic data were used as input and validation of process based numerical modelling. Wave generation and transformation in an area of restricted fetch, nearshore circulation, sediment transport and morphological evolution were simulated for average annual conditions and storm conditions. The statistical analysis of a six-year wind data series allowed to derive the average wind regime, based on which, the average annual wave regime and the average annual longshore sediment budget, 14.5x103 m3year-1, were calculated. The contribution of the individual components of the representative wave regime, discretised by directional sector and height class of incidence, was evaluated as well as the spatial distribution of the longshore sediment transport in the active part of the beach profile. The characteristics of the wave groups generated by the passage of catamarans at different speeds were estimated and their action on the beach morphology was simulated. Although when the catamarans travel at 20 knots speed the average annual wake wave energy dissipated at the beach is 2.5 times higher than the average annual wind wave energy, the erosion effect on the beach profile is still not relevant for the present traffic. In opposition, short duration storm events generate the formation of an erosion scarp at the upper part of the beach face. The numerical modelling of this phenomenon allowed to acknowledge on the protective effect that the low gradient terrace has on the beach face.
Year: 2009
Number Pages:
pp. 35-49.
Author(s): Oliveira, F. S. B. F.; Vargas, C.
Editor: Wiley-Blackwell Publishing
Volume:
Integrated Coastal Zone Management.
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Tese de Doutoramento
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Three-dimensional modelling of cohesive sediment transport in estuarine environments
N/A
Year: 1995
Author(s): Costa, R.
Editor: ******
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A Two-Dimensional Hydrodynamic Model Using a Finite-Volume Approach
A two-dimensional model of wind-driven circulation in a closed basin was developed using a finite-volume technique for generalized curvilinear grids and applying some of the recent developments in hydrodynamic modeling. The terms in the Navier¬Stokes equations were treated separately according to the fractional step method and the propagation step, including the continuity equation and the pressure and stress terms in the momentum equations, was solved using a conjugate gradient method.The model was then applied to a number of test cases to examine the feasibility of the approach used by comparing with results obtained with the two-dimensional version of the three-dimensional model CH3D. These included a square basin with constant slope and with a V-shaped bottom and Lake Okeechobee, in South Florida. To evaluate the long-term numerical stability of the model, a ten-day model simu¬lation with varying wind was also run for Lake Okeechobee.
Year: 1989
Author(s): Capitao, J.
Editor: ******
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Flow-Fine Sediment Hysteresis in Sediment-Stratified Coastal Waters
An examination of the causes for generation and dynamics of turbidity maxima in estuaries reveals the critical role of sediment tidal pumping phenomenon and, to a lesser extent, of the well-known effect of residual gravitational circulation due to salt water penetration. Both phenomena depend on the vertical sediment concentration profile and, consequently, on the magnitude of the vertical mass transport fluxes. Where high concentration suspensions occur regularly, the erosion/deposition fluxes can be drastically modified by sediment stratification, consequently influencing sus¬pended sediment response to currents and wave action. This influence is inherent in flow-sediment hysteresis, which therefore reflects the role of vertical mass transport in the estuarine and coastal suspended fine sediment regime.A vertical transport numerical model was used to investigate the influence of several key parameters describing sediment settling, bed properties and stabilized diffusion on the concentration profile. The model was also applied to simulate the influence of the same parameters on the time-lagged sediment response to flow variations, reflected in the characteristics of flow-sediment hysteresis loops.Field data obtained in Hangzhou Bay (People´s Republic of China), a high concentration environment, showed typical features of flow-sediment hysteresis and confirmed the importance of the vertical mass fluxes in contributing to sediment transport in the bay. A qualitative simulation provided by the numerical model, using settling parameters corresponding to local sediment, while confirming the importance of the hysteresis phenomenon, also revealed the critical need to use algorithms describing adequately stabilized diffusion and bed fluxes.Additional evidence of hysteresis was obtained through analysis of microscale variables, such as the Reynolds stresses and the variances of the velocity components resulting from combined effects of wave action and turbulence. Spectral analysis of the measured random variations did not support the commonly accepted hypothesis of similarity between the responses to turbulent flow of sediment concentration and temperature. The normalized turbulent intensities for all the measured veloc¬ity components showed their highest values during the period of lowest sediment concentration; this result is consistent with the hypothesis of turbulent intensity damping by suspended sediment.
Year: 1989
Author(s): Costa, R.
Editor: ******
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Alimentação artificial de praias
A contribution to increased use and development of the method of artificial nourishment of beaches is the main objective of this thesis. It also aims at being a guide for the design of the reconsctrution or outright creation of beaches.In the first chapter, the subject is introduced and the objectives of the thesis are outlined. The second chapter cover´s some general considerations on littoral dynamics, beach equilibrium and sediment budget.Since the theoretical foundations of the artificial nourishment of beaches still leave much to be desired, a description of this method and its principles are presented in the third chapter. Important technical and economic aspects are included, such as: sampling, analysis and characterization of native and borrow material; selection Of nourishment sources; extraction and transport of borrow sand; and characteristics of the theoretical final beach profile. Such problems as the integration of ecological aspects, and cost-benefit analysis are also treated.in the fourth chapter, the Portuguese experience in this domain is described. The experience of such countries as France and the U.S., where this method has frequently been used is also mentioned. In this way a considerable amount of hitherto scattered information is presented in a unified way.The fifth chapter, treats briefly the problem of coastal model similitude, both as a support for the experimental work: which was carried out and to help engineers in the design of a coastal physical model or in merely assessing the possibilities of such a model.In the sixth chapter, an experimental study is described of the influence of both the grain size of borrow material and the nourishment method on the redistribution of sediments after the nourishment. The obtained results are compared with existing theoretical methods and some prototype results.Finally, in the last chapter the main conclusions and recomendations of the thesis are presented.
Year: 1987
Author(s): Clímaco, M.
Editor: ******
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Solution of Advection-Dominated Transport by Eulerian-Lagrangian Methods Using Backwards Method of Characteristics
We provide a systematic analysis of the consistency, stability, convergence and accuracy of the numerical solution of the transport equation by a general Eulerian-Lagrangian Method (ELM). The method involvesthree basic steps: the backwards tracking of characteristic lines following the flow, the interpolation of concentrations at the feet of these lines, and the solution of dispersion taking such concentrations as initial conditions. The first two steps constitute the Backwards Method of Characteristics (BMC); the third step involves a time-discretization along the characteristic lines, and a spatial discretization of the dispersion operator, both based on conventional techniques (e.g.. Euler or Crank¬Nicholson for time; finite-elements or finite-differences for space).The choice of the spatial interpolator is shown to impact the consistency, stability and convergence, as well as the accuracy of the BMC. Most interpolators ensure consistency, but only a few ensure stability, hence convergence; stability criteria are derived from a newly developed generalized Fourier analysis, which can account for non-linearities introduced by quadratic grids. The comparison of formally derived propagation and truncation errors, complemented by numerical experimentation, provides a reference for the choice of the interpolator, given a specific transport problem characterized by prevailing concentration gradients.The BMC potentiates the use of large time-steps, well above Courant number of order one. In the limiting case of pure advection, optimal accuracy would be obtained for a At close to the total time of interest; the presence of dispersion constrains, however, the size of At, especially in the case of non-uniform flows. The comparison of the truncation errors for the three basic steps of ELM provides a reference to select At. as a function of Ax, of the spatial interpolators and time-discretization schemes, and of the gradients of flow and concentrations.
Year: 1987
Author(s): Melo Baptista, A.
Editor: ******
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Accurate Numerical Modeling of Advection-Dominated Transport of Passive Scalars. A Contribution
Apresenta-se um estudo sistemático, baseado simultaneamente em análises formais e em experimentação numérica, da precisão e estabilidade da solução da equação de transporte por um método Euleriana-Lagrangeana (MEL). 0 método decompõe a equação de transporte em equações separadas de advecção e de difusão, resolvendo a primeira pelo método das características regressivas no tempo (MCR), e a segundo por um método de elementos finitos, do tipo Galerkin.Mostra-se que as interpolações no espaço requeridas pelo MCR são um factor limitativo da precisão global do MEL, e comparam-se diversas técnicas alternativas de interpolação, algumas das quais originais. A combinação de esquemas compactos e não-compactos de interpolação, baseados em polinómios de Lagrange, é apontada como uma potencial solução óptima.Demonstra-se que, para uma adequada escolha do esquema de interpolação, o MCR é consistente, estável e convergente e tem boas características de precisão. Escolhas inadequadas do esquema de interpolação podem, no entanto, causar instabilidade e inconsistência.Estabelece-se a dependência da precisão do MCR no passo de cálculo, mostrando-se que essa precisão aumenta, em geral (para um tempo total fixo), quando se reduz o número de passos de cálculo, isto é, quando se aumenta o passo de cálculo (uma propriedade simultaneamente pouco habitual e muito conveniente). No entanto, na gama de valores muito pequenos do Número de Courant, a precisão é praticamente independente do passo de cálculo, o que evita que o método se torne divergente.Analisa-se brevemente o efeito de malhas irregulares e pluridimensionais sobre a aplicabilidade e precisão do MCR. Apesar de sensível à irregularidade da malha, o método mantém boas características de precisão desde que as distorções geométricas não sejam excessivas. Malhas pluri-dimensionais, quando simultaneamente irregulares, levantam problemas específicos de aplicabilidade de esquemas não-compactos de interpolação; esses problemas poderão se resolvidos através da utilização conjugada de esquemas compactos e não-compactos, para um mesmo problema. Investigação adicional a ainda requerida nestas áreas.Mostra-se ainda que a presença de mecanismos físicos de difusão beneficia tanta a precisão da solução da equação de advecção como a precisão global do MEL.Finalmente, demonstra-se a eficácia da aplicação do MEL (numa forma particular, restricta a esquemas de interpolação compactos) à simulação do transporte de poluentes em águas costeiras. 0 método permite, em particular, realizar simulações longas (várias marés) a custos moderados, mesma para malhas irregulares com elevado número de nós, e, também, evitar a necessidade do uso de difusividades artificiais como garante de estabilidade; em geral, e nestes dois aspectos em particular, o método revela-se superior a métodos Eulerianos, mais convencionais (por exemplo, métodos de elementos finitos, do tipo Galrkin ou Petrov-Galerkin, aplicados à equação de transporte indivisa).
Year: 1986
Author(s): Melo Baptista, A.
Editor: ******
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Sobre a Avaliação de Parâmetros de Qualidade de Água por Detecção Remota: Suspensões
No âmbito de um projecto de investigação intitulado caracterizarão de Formações Estuárias e do Meio Marítimo Litoral Por Técnicas de Detecção Remota , insere-se o estu¬do da avaliação de suspensões na água do mar com recurso à aplicação de técnicas de detecção remota como meio de caracterização de parâmetros de qualidade de água. 0 trabalho que se apresenta foi desenvolvido com os seguintes objectivos:1- Desenvolvimento de metodologias de análise e quantificação de suspensões na água do mar a partir de dados de satélite;2- Implementação sob forma de programas para computador de modelos de quantificação de suspensões orgânicas e inorgânicas na água do mar, a aplicar aos dados do radiómetro CZCS do satélite NIMBUS-7;3- Aplicação e verificação do modelo ao litoral português.Corn vista à consecussão destes objectivos, começa-se por apresentar uma extensa análise das formas de abordagem do problema, enumerando-se os diversos métodos actualmente seguidos, nomeadamente o Empírico, o Teórico e, neste, os métodos microscópico e macroscópico.Com base nesta análise, propõe-se um modelo numérico de quantificção das suspensões a partir dos dados do radiómetro CZCS do satélite NIMBUS-7, o qual, embora empírico na sua formulação como a maioria dos actualmente existentes, se apoia no comportamento radiomótrico da água do mar e dos seus constituintes típicos, cujas características se apresentam também.A implementação prática do modelo exige a filtragem da componente atmosférica presente nos dados rediométricos. Com este objectivo, apresenta-se um modelo baseado na metodo¬logia correntemente utilizada. Consiste na consideração da difusão simples, causada pelos constituintes básicos da atmosfera (moléculas gasosas, aerosóis e ozono) na gama de comprimentos de onda considerada (440, 520, 550 e 670nm). Esta metodologia conduz, porém, a um sistema de equações indeterminado e que é resolvido pela consideração de uma equação ´exterior´ ao processo de transferência radiativa que tem lugar na atmasfera. Para este efeito, utilizou-se a equação de Smith e Wilson por ser a mais divulgada, ressalvando-se, contudo, a necessidade de verificação da sua efectiva aplicação às águas do litoral português, o oqe não foi possível concretizar dada a inexistência de dados.
Year: 1986
Author(s): Oliveira, E. M.
Editor: ******
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Eulerian-Lagrangian Analysis of Pollutant Transport in Shallow Water
A numerical method for the solution of the two-dimensional, unsteady, transport equation is formulated, and its accuracy is tested.The method uses a Eulerian-Lagrangian approach, in which the transport equation is divided into a diffusion equation (solved by a finite element method) and a convection equation (solved by the method of characteristics). This approach leads to results that are free of spurious oscillations and excessive numerical damping, even in the case where advection strongly dominates diffusion. For pure diffusion problems, optimal accuracy is approached as the time-step, At, goes to zero; conversely, for pure-convection problems, accuracy improves with increasing At; for convection-diffusion problems the At leading to optimal accuracy depends on the characteristics of the spatial discretization and on the relative importance of convection and diffusion.The method is cost-effective in modeling pollutant transport in coastal waters, as demonstrated by an illustrative application to a case study (sludge dumping in Massachusetts Bay). Numerical diffusion is eliminated or greatly reduced, raising the need for realistic estimation of dispersion coefficients. Costs (based on CPU time) should not exceed those of conventional Eulerian methods and, in some cases (e.g., problems involving predictions over several tidal cycles), considerable savings may even be achieved.
Year: 1984
Author(s): Melo Baptista, A.
Editor: ******
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Sobre a Propagação de Ondas do Mar em Regiões Costeiras. Análise pelo Método dos Elementos Finitos
0 principal objectivo desta tese é mostrar a habilidade do métodos dos elementos finitos e do método dos elementos de fronteira na modelação das ondas gravíticas de superfície.Na análise linear, as equações reduzidas do movimento ondulatório são resolvidas pelo método dos elementos finitos, levando em linha de conta a reflexão parcial, a radiação e o atrito de fundo. A modelação da radiação é feita com elementos infinitos ou com elementos de radiação, sendo estes encarados como um caso particular dos elementos de reflexão. 0 atrito de fundo é introduzido após a discretização e é levado a efeito através de um coeficiente empírico que se pode relacionar com o coeficiente de Chezy.Quer o modelo determinístico quer o modelo estocástico, obtido do primeiro com base na noção do estimador natural, permitem a realização de ensaios de ressonância ou de agitação. Nos ensaios de ressonância de uma bacia portuária tem particular interesse o conhecimento do espectro de resposta ao ruído bran¬co de banda limitada.A título de exemplo de aplicação mostram-se alguns aspectos do estudo das condições de ressonância do porto de Leixões.Logo que não sejam válidas as hipóteses simplificativas que permitem uma abordagem linear das ondas gravíticas de superfície, são resolvidas as equações não lineares do movimento ondulatório com superfície livre, pelo método dos elementos de fronteira. As suas peculiaridades permitem, sem qualquer dúvida, considerar o método dos elementos de fronteira como o mais vocacionado para este tipo de análise.Os programas de cálculo automático para o estudo da análise não linear estão ainda em fase de teste, pelo que não se apresentam exemplos de aplicação.
Year: 1982
Author(s): Portela, A.
Editor: ******
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Numerical simulation of the tidal flow in homogeneous estuaries
Este trabalho é dirigido principalmente para o uso da simulação numérica dos escoamentos em estuários como uma ferramenta pa¬ra estudos de engenharia. Fazem-se algumas considerações gerais sobre a definição e classificação de estuários seguidas por uma descrição sumária da hidrodinâmica dos estuários. Descrevem-se e comparam-se as várias técnicas utilizadas na solução de problemas de hidradinâmica de stuários.Faz-se a dedução formal de um modelo matemático do escoamento em estuários homogéneos e integram-se verticalmente as suas e¬quações, obtendo-se as conhecidas equações do escoamento em águas pouco profundas ("shallow water equations"). Estas equações são discretizadas utilizando os métodos dos elementos finitos e das diferenças finitas, respectivamente no espaço e no tempo.Faz-se a descrição de um sistema de cálculo para determinar a solução do modelo matemático discretizado e tecem-se várias considerações acerca do seu desenvolvimento e uso.Finalmente apresentam-se os resultados de alguns testes utilizados para verificar o funcionamento do sistema de cálculo.
Year: 1981
Author(s): Figueira, P.
Editor: ******
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Relatório Científico
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Soft coastal protection measures for Langue de Barbarie and Saint Louis, Senegal - Dynamics and potential long-term evolution of the proposed solutions
This report presents the methodology and results of a study of the sediment dynamics and potential medium-term coastline evolution induced by hybrid-type coastal protection solutions for the Langue de Barbarie and the city of Saint-Louis, Senegal. The analysed solutions considered four designs of an artificial island, or a peninsula/spit connected to the mainland. The study includes gathering of study site data, preparation of model inputs, set-up and calibration of the shoreline evolution model ShorelineS, simulations of the potential coastal evolution for the proposed interventions, and critical and comparative analysis. The model succeeded in reproducing the main coastline modifications observed during the calibration period (2015 to 2019). It was found that any of the proposed hybrid solutions are likely to trigger substantial instabilities in the delicate sediment dynamics of Langue de Barbarie, eventually breaching this spit not far from the city of Saint-Louis. The analysis of alternative soft solutions led to similar conclusions.
Year: 2024
Author(s): Sancho, F. E.; Nahon, A.; Oliveira, F. S. B. F.
Keywords: Erosion; breaching; Shoreline evolution; Spit; Sand barrier; ShorelineS model
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Programa de monitorização da hidrodinâmica das dragagens da zona superior da Lagoa de Óbidos - Relatório 3
O Programa de Monitorização das Dragagens da Zona Superior da Lagoa de Óbidos, promovidas pelaAgência Portuguesa do Ambiente, destina-se a acompanhar a evolução das condições hidrodinâmicas e da morfologia da lagoa. Apresentam-se neste relatório os resultados relativos à fase de pós-obra. Na zona inferior da lagoa, entre abril de 2022 e outubro de 2023, o canal da embocadura manteve uma posição relativamente estável no terço central do cordão litoral, sem situações de fecho da embocadura. Na zona superior da lagoa, a comparação dos levantamentos hidrográficos de pós-dragagem (março de 2022) e de monitorização após 20 meses (novembro de 2023) indicam que a zona intervencionada de canais (braço da Barrosa, foz do rio Real e braço do Bom Sucesso) e bacias (braço da Barrosa e foz do rio Real) apresentou uma taxa de assoreamento moderada (0,23 m ano-1). Assim, estima-se que os efeitos da intervenção de dragagem na redução da acumulação sedimentar na zona superior da lagoa sejam relativamente duradouros.
Year: 2023
Author(s): Portela, L. I.; Freire, P.; Fortunato, A. B.; Azevedo, A.
Keywords: Lagoa costeira; Assoreamento; Hidrodinâmica; Evolução morfológica
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Project Mosaic.PT
The final technical report of the project Mosaic.pt
Year: 2023
Author(s): Freire, P.; Fortunato, A. B.; Oliveira, F. S. B. F.; Azevedo, A.; Nahon, A.; Rilo, Ana; Oliveira, A.; Jesus, G.; Martins, R.; Fortes, C. J. E. M.; Henriques, M. J.; Tavares, A.; Santos, P.; Barros, J.
Keywords: WebGIS platform for multi-source data; Territorial vulnerability; Coastal flooding; Real-time prediction and monitoring; Critical typologies
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Estudo de caracterização e viabilidade de um quebra-mar destacado multifuncional em frente à Praia da Vagueira - (T2) Estudos em modelo físico reduzido: Resultados do modelo Relatório 13
Apresenta-se neste relatório os principais resultados dos ensaios em modelo físico reduzido referentes ao Estudo de caracterização e viabilidade de um quebra-mar destacado multifuncional em frente à Praia da Vagueira. Os ensaios, realizados à escala 1:65 com fundo móvel, permitiram analisar o efeito do quebra-mar destacado (QMD) na dinâmica sedimentar próxima e na geração de ondas para o surf. No que se refere à dinâmica sedimentar, verificou-se a reprodução de fenómenos de evolução morfológica no modelo físico, com predominância de movimentos sedimentares transversais na ausência do QMD e quase inexistência de transporte longilitoral. A implantação de um QMD paralelo à praia induziu a formação de células de circulação na zona abrigada que conduziram à formação de um saliente de pequenas dimensões, centrado com o eixo transversal do QMD. A implantação de um QMD 45º oblíquo à costa provocou a formação de dois salientes, de dimensões semelhantes aos da configuração anterior. No que se refere à geração de ondas para surf comparam-se os resultados obtidos sem QMD, com QMD paralelo e com QMD oblíquo à costa. Analisam-se os índices de agitação, localização, comprimento e tipo de rebentação para cada situação. Para todas as condições de agitação ensaiadas, a rebentação na situação atual (sem QMD) ocorre a sotamar da posição de implantação prevista para o QMD, próxima da linha de costa. O QMD provoca alteração das condições de rebentação, levando a que esta ocorra na zona próxima ou sobre o QMD. Da observação da posição e comprimento da linha de rebentação, assim como do tipo e forma de rebentação pode concluir-se que, dos casos ensaiados, no caso sem QMD e no caso com QMD oblíquo se obtiveram condições de rebentação adequadas à prática de surf. Apresenta-se a calibração realizada com o modelo numérico COULWAVE para o caso do QMD oblíquo, para uma condição de agitação regular. O modelo numérico permite calcular alguns parâmetros importantes para a verificação das condições de rebentação e da sua adequabilidade para a prática do surf, tais como o comprimento da linha de rebentação, a direção da onda no ponto de rebentação, o ângulo de rebentação e o número de Iribarren. Com base nos resultados obtidos é possível concluir que o QMD oblíquo gera uma onda de boa qualidade para o surf, já que se obtém uma rebentação mergulhante e um ângulo de rebentação adequado para surfistas standard/profissionais. Realizaram-se ensaios de galgamento e, para as condições de agitação ensaiadas, não se verificou galgamento da estrutura de defesa longitudinal aderente nem no caso dos ensaios sem QMD nem com QMD, quer paralelo à costa quer oblíquo.
Year: 2022
Author(s): Mendonça, A. C.; Sancho, F. E.; Neves, M. G.; Fortes, C. J. E. M.; Freire, P.
Keywords: Dinâmica sedimentar; Fundo móvel; Surf; Ensaios em modelo físico
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Estudo de caracterização e viabilidade de um quebra-mar destacado multifuncional em frente à Praia da Vagueira - Relatório final síntese
Apresenta-se neste documento um texto integrador e conclusivo dos trabalhos executados no
Year: 2022
Author(s): Sancho, F. E.; Freire, P.; Neves, M. G.; Oliveira, F. S. B. F.; Mendonça, A. C.; Fortes, C. J. E. M.; Roebeling, P.; Baptista, R. P.
Keywords: Alimentação artificial; Surf; Quebramar destacado submerso; Proteção costeira; Galgamento; Viabilidade técnica e económica
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Estudo de caracterização e viabilidade de um quebra-mar destacado multifuncional em frente à praia da Vagueira - (T1) Estudos em modelo matemático: Efeito do quebra-mar destacado nas correntes e morfo
O presente estudo é constituído por duas componentes. Na primeira analisa-se, com recurso a modelação numérica, o efeito da morfologia da praia da Vagueira na resposta de um quebra-mar destacado submerso implementado na frente marítima. Para isso, utilizam-se dois levantamentos topo-batimétricos recentes, de verão marítimo, que evidenciam grandes diferenças de elevação do fundo. Concluiu-se que a implementação do quebra-mar favorece a geração de elevados gradientes de fundo, incluindo a geração de novos canais, devidos às correntes divergentes, cuja mobilidade constrange a formação de um saliente estável que permita um aumento permanente da largura de praia. Na segunda componente do estudo, desenvolvida para apoiar o estudo em modelo físico, testou-se em modelo numérico o efeito do quebra-mar destacado submerso nas correntes e morfologia adjacentes, em condições hidro-morfológicas representativas. Concluiu-se que os padrões de erosão-acumulação gerados pelo quebra-mar (canais de erosão divergentes, enraizados nos extremos do quebra-mar, que geram a fuga de sedimentos locais e crescimento de um saliente não simétrico relativamente ao eixo transversal do quebra-mar) são mais regulares do que os previstos em condições de topo-batimetria real, pelo facto da batimetria inicial ser mais uniforme e, por isso, permitir um efeito mais destacado (menos difuso) dos mecanismos de resposta do fundo ao forçamento hidrodinâmico.
Year: 2021
Author(s): Oliveira, F. S. B. F.
Keywords: Morfodinâmica; Saliente; Proteção costeira
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Estudo de caracterização e viabilidade de um quebra-mar destacado multifuncional em frente à praia da Vagueira - (T2) Estudos em modelo físico reduzido: Estabelecimento do modelo físico
Apresenta-se neste relatório o estabelecimento do modelo físico reduzido e as condições de ensaio referentes ao
Year: 2021
Author(s): Sancho, F. E.; Neves, M. G.; Fortes, C. J. E. M.; Oliveira, F. S. B. F.; Silva, L. G.
Keywords: Fundo móvel; Escala do modelo reduzido; Surf; Condições de agitação
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Estudo de caracterização e viabilidade de um quebra-mar destacado multifuncional em frente à praia da Vagueira - (T4) Análise custo-benefício da melhor solução técnica e conjunto de soluções alternati
No âmbito do contrato de prestação de serviços para o
Year: 2021
Author(s): Pombo, R.; Roebeling, P.; Coelho, C.; Sancho, F. E.
Keywords: Viabilidade económica; Valor do território; Uso do solo; Proteção costeira
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Modelação para apoio às intervenções nas praias da Costa da Caparica
Procede-se à comparação de levantamentos topo-hidrográficos a escalas espaciais e temporais alargadas (desde 1980-1982) com o objetivo de apoiar a interpretação da evolução morfológica do sistema Bugio-Caparica e, em particular, contribuir para: (a) a identificação do destino das areias utilizadas na alimentação das praias da Costa da Caparica; (b) a avaliação da importância dos fluxos sedimentares entre as praias da Caparica e o banco do Bugio; e (c) a apreciação dos efeitos das intervenções estruturais e não-estruturais. Identifica-se uma área de acumulação sedimentar parcialmente no exterior da célula de monitorização, com cotas da ordem de -4 a -2 m ZH, no bordo meridional do banco do Bugio, que poderá estar associada quer às alimentações artificiais realizadas na Caparica, quer a alterações morfológicas ocorridas na envolvente da Cova do Vapor.
Year: 2020
Author(s): Portela, L. I.
Keywords: Embocadura; Dinâmica sedimentar; Levantamentos topo-hidrográficos; Costa da Caparica
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MOSAIC.pt field campaigns - Cova-Gala beach, March 2020
The present report describes a fieldwork campaign that took place within the scope of the project MOSAIC.pt. The campaign was performed in March 2020 at Cova-Gala beach. Cova-Gala beach is located south of the entrance to Figueira da Foz harbour, along central Portugal western coast. The campaign aimed to acquire hydrodynamic and topographic data on the subaerial beach cells between the groynes in front of Cova ur anization
Year: 2020
Author(s): Nahon, A.; Fortunato, A. B.; Freire, P.; Oliveira, F. S. B. F.; Oliveira, J. N.; Pedro, L.; Rogeiro, J.; Jesus, G.; Oliveira, A.; Azevedo, A.; Henriques, M. J.; Silva, P. A.; Baptista, R. P.; Oliveira
Keywords: Hydrodynamic measurements; Photogrammetric survey; Topographic survey
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Outro
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Estuarine and coastal morphodynamics
N/A
Year: 2015
Author(s): Fortunato, A. B.; Bertin, X.; Coco , G.; Concejo, A.; Dias, J. M.; Fernandes, E.; Larson, M.; Matias, A.; Oliveira, A.; Silva, P. A.; Dias, J. A.; Azeiteiro, U.; Costa , M.; Boski, T.
Keywords: coastal; Estuarine
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