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Dynamics of CO2, CH4, and N2O in Ria Formosa coastal lagoon (southwestern Iberia) and export to the Gulf of Cadiz
A first characterization of greenhouse gases had been carried out to study their role and impact in a productive transitional coastal system of the southern Portugal
Year: 2024
Number Pages:
17p..
Author(s): Cravo, A.; Rodrigues, M.; Forja, J.; Ortega, T.; Correia, C.; Sierra, A.
: Science of the Total Environment
Editor: Elsevier
Volume:
(906)167094.
Keywords: Coastal lagoon; Ria Formosa; Gas mass transport; Water - atmosphere fluxes; Greenhouse gases
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2DH modelling and mapping of surfbeat-driven flooding in the shadow of a jettied tidal inlet
Near estuaries and harbours, submerged shoals and defence structures impact the exposure to overtopping. These features may be accounted for in two-dimensional horizontal (2DH) numerical models, either based on phase resolving or phase-average solvers for wave propagation. In between, surfbeat solvers, such as in XBeach, combine an affordable computational cost with the ability to generate and propagate the longer infragravity (IG) waves. However, surfzone wave characteristics and the overtopping exposure modelled with XBeach are sensi tive to settings such as the shape of the forcing wave spectra and the numerical scheme for wave propagation. The present paper explores this sensitivity and assesses the performance of different inundation models built with the 2DH surfbeat solver of XBeach. These models were forced with downscaled water levels and directional wave spectra and the results fuelled a discussion bounded by data collected downdrift of the entrance to the harbour of Figueira da Foz (Portugal). The original second-order upwind scheme, which propagates short-waves with a lower numerical diffusion improved the model performance in terms of long-wave height, and an unconventional breaking criterion better represented the cross-shore distribution of short-wave height near the shore. A cali brated model was validated through the hindcast of an overtopping event observed under moderate swell forcing, and was used to map the overtopping exposure during a hypothetical combination of an energetic swell with a water level having a return period of ~70 years. Compared to the default wave spectra shape and model settings, using an appropriate representation of the short-wave directional spectrum at the open boundary was necessary to reproduce the observed overtopping extent. Refining the cross-shore resolution of the model helped to better represent the observed inundation extents, as also did the reduction of the friction coefficient. Addi tional phase-resolving simulations in 1DH overestimated IG wave energy and produced higher and more frequent overtopping discharges. The differences with the calibrated 2DH surfbeat model increased with the proximity of the inlet and with short-wave height and angle of incidence. Overall, required calibration steps were provided. They aim at making 2DH XBeach surfbeat a credible tool for 1) predicting short and IG wave characteristics up to the shoreline, as well as for 2) providing first estimates of exposure to overtopping in areas with shallow and alongshore-irregular morphologies.
Year: 2023
Number Pages:
1-21pp.
Author(s): Freire, P.; Baptista, P.; Silva, P. A.; Henriques, M.; Azevedo, A.; Oliveira , F.; Fortunato, A. B.; Nahon, A.
: Coastal Engineering
Editor: Elsevier B.V.
Volume:
184.
Keywords: XBeach; Infragravity waves; Ebb-tidal delta; Intermediate beach; Overtopping
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Effects of droughts, sea level rise, and increase in outfall discharges on phytoplankton in a temperate estuary (Tagus Estuary, Portugal)
The efects of climate change on the estuarine environment are not fully understood. In temperate regions, droughts are expected to increase in frequency and severity, due to lower precipitation, and the mean sea level is expected to rise. This study aimed to assess how the estuarine environment will be afected by river fow
Year: 2023
Number Pages:
111p.
Author(s): Rodrigues, M.; Brito, A.; Brotas, V.; Cereja, R.
: Regional Environmental Change
Editor: Springer
Volume:
Volume 23.
Keywords: Modeling; Climate change; Phytoplankton; River discharges; Sea level rise; Tagus Estuary
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The complexity of the coastal zone: definition of typologies in Portugal as a contribution to coastal disaster risk reduction and management
Mainland Portugal presents an extensive, diversified and complex coastal zone. This diversity gives rise to diverse geomorphologic features which support different densities of human occupancy and a range of land uses and activities. In this sense, the coastal zone becomes an area of great national strategic value, but has also into a multi-hazard zone. To understand this complexity, two statistical techniques, namely Cluster Analysis and Principal Component Analysis, were used to identify and differentiate, between the different coastal typologies, based on a set of variables that express the territorial complexity and the occurrences and impacts of coastal flooding. The chosen methodology enabled a diverse set of coastal typologies to be identified, which contributes towards differentiating local specific characteristics. The holistic and differentiating nature of the applied methodology and the results obtained allows it to contribute to the definition of mitigation strategies and the implementation of adaptation measures. The results enable us to define a set of typologies associated with Coastal Disaster Risk Reduction and Management which are an important contribution to comprehensive coastal flood risk assessment and management.
Year: 2023
Number Pages:
103556.
Author(s): Oliveira , F.; Rilo, Ana; Fortunato, A. B.; Freire, P.; Tavares, A.; Santos, P.; Barros, J.
: International Journal of Disaster Risk Reduction
Editor: Elsevier
Volume:
Volume 86.
Keywords: Principal component analysis; Cluster analysi; Disaster risk reduction; Risk management; Portugal; Coastal zone; Coastal typologies
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Modeling LoRa communications in estuaries for IoT environmental monitoring systems
Low-power wide-area networks (LPWANs) are extending beyond the conventional terrestrial domain.Coastal zones, rivers, and wetlands, among others, are nowa days common deployment settings for Internet-of-Things nodes where communication technologies such as Long Range (LoRa) are becoming popular. In this article, we inves tigate large-scale fading dynamics of LoRa line-of-sight (LoS) links deployed over an estuary with characteristic intertidal zones, considering both shore-to-shore (S2S) and shore-to vessel (S2V) communications. We propose a novel method ology for path-loss prediction which captures: 1) spatial;2) temporal; and 3) physical features of the RF signal interaction with the environmental dynamics, integrating those features into the two-ray propagation model. To this purpose, we resort to precise hydrodynamic modeling of the estuary, including the specific terrain profile (bathymetry) at the reflection point. These aspects are key to accounting for a reflecting surface of varying altitude and permittivity as a function of the tide. Experimental measurements using LoRa devices operating in the 868-MHz band show major trends in the received signal power in agreement with the methodology
Year: 2022
Number Pages:
21312-21325pp.
Author(s): Almeida, L.; Casimiro, A.; Oliveira, A.; Pinto, L.; Santos, P; Rodrigues, M.; Cec¡lio, J.; d
: IEEE Sensors Journal
Editor: IEEE
Volume:
Volume 22, Issue 21.
Keywords: two-ray mode; tidal fading; radio-frequency (RF) propagation; path loss,; overwater communications; Long Range (LoRa); Intertidal zone
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Modelling the contribution of wind waves to Cap Ferret
Wind waves breaking at an angle with the shoreline force the drifting of littoral sediments, which is known for contributing to the formation and growth of barrier spits. Intriguingly, increased rates of longshore wave power have also been associated with the erosion of some barrier spits on the updrift margin of tidal inlets. Therefore, a numerical experiment was designed and is presented here, which investigates the possible links between the longshore wave power and the shortening of these elongated coastal barriers. Based on a process-based model, the experiment provides new insights into the forces at play in the redistribution of sediments between a sandspit and its adjacent inlet, respectively the Cap Ferret and the Bay of Arcachons tidal inlet, in SW France. More particularly, model scenarios were defined that show how combined waves and tide create gradients of residual sediment transport responsible for a sediment deficit at the spit inlet boundary. The deficit was also found to deepen with increasing longshore wave energy, as if the transfer of sediment from the spit to inlet shoals was accelerated. This physically explains the previously observed retreat of the spits distal end during periods dominated by the positive phase of North Atlantic Oscillation (NAO) in winter. Indeed, according to model results, higher and/or more oblique waves associated with the positive phase of the NAO are expected to increase the transfer and storage of the drifting sediments to and by the inlet shoals, and this at the expense of the spit. While these conclusions remain valid, we noticed that the sensitivity of model results to the bottom friction enhanced the importance of accurately representing the spatio-temporal distribution of bed roughness when investigating the morphodynamic interactions between real-world tidal inlets and their margins.
Year: 2022
Number Pages:
104063.
Author(s): Nahon, A.; Idier, D; Bertin, X.; Guérin, T.; Marieu, V.; Sénéchal, N.; Mugica, J.
: Coastal Engineering
Editor: Elsevier B.V.
Volume:
Volume 172.
Keywords: SCHISM; NAO; Wave power; Sediment transport; Tidal inlet; Sandspit
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One step from the deep ocean: Linking research and governance for the Tagus river estuary and the Lisbon canyon system A conference report
Ministry of the Sea promoted an expert conference to discuss the current state of the Tagus river estuary and adjacent oceanic areas and to promote future action. The Tagus river estuary shapes the Lisbon Metropolitan Area, bordering 11 water-facing municipalities across 320 km2 (among the largest in Europe and critically positioned along the North- South bird migration corridor of the East Atlantic [1]). It communicates with the deep North Atlantic through the Tagus submarine prodelta and the Lisbon/Cascais/Setúbal canyon system (Fig. 1). This proximity allows interaction of water masses and biological communities between the estuary and the deep ocean and deserves scientific attention. The conference integrated perspectives on current threats, after millennia of human occupation and decades of local efforts to improve environmental status and contributed towards an action plan to maintain or improve ecosystem services for this densely populated area, following an ecosystem stewardship framework [2].
Year: 2022
Number Pages:
105224.
Author(s): Stratoudakis, Y.; Caetano, M.; Afonso, C.; Bartilloti, C.; Santos, A.; Terrinha, P.; Figueiredo, I.; Miranda, M.; Costa, J. L.; Caçador, M.; Fonseca, V.; Chainho, P.; Melo , Ricardo .; Quintella, B.;
: Marine Policy
Editor: Elsevier
Volume:
Vol. 144 (2022).
Keywords: Integrated ecosystem stewardship; Connectivity; Submarine prodelta and canyon; Tagus urban estuary
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Wave-current interactions at the Tagus Estuary Mouth (Portugal) under storm wave conditions
This study investigates interactions between waves, water levels and currents at the mouth of the second largest estuary in Europe (the Tagus Estuary, Portugal) under storm waves, combining field observations and a threedimensional fully coupled wave-current modelling system. Tidal-induced water depth variations substantially modulate waves over the ebb shoal. During energetic conditions, low tide levels promote depth-limited wave breaking and energy transfer towards higher harmonics (triad interactions), which reduces wave heights and periods. Furthermore, for a given water level, tidal currents also influence wave propagation and drive strong modulations over shallow regions characterized by cross-channel current gradients. Flood currents change the mean wave direction by about 1015? and tend to focus the wave energy flux towards coastal regions of the southern margin compared to a run without currents (20 to 30% increase of wave heights), while ebb currents reduce the wave heights. In addition, model results suggest that the saturation level associated with wave and current conditions at shallow locations may be close to the threshold where waves start to dissipate by whitecapping. At the peak of the storm, waves become a main driver of the circulation at the mouth scale, even in the 45-m deep main channel. Wave breaking acceleration over the ebb-shoal locally increases flood currents by 50 to 300% and reduces ebb currents by 20 to 50%.
Year: 2022
Number Pages:
102035.
Author(s): Mengual , B.; Bertin, X.; Place, F.; Pezerat, M.; Coulombier, T.; Mendes, D.; Fortunato, A. B.
: Ocean Modelling
Editor: Elsevier
Volume:
Vol. 175 (não tem número).
Keywords: The Tagus Estuary; Large estuary mouth; Storm waves; Wave-current interactions
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A coastal flooding database from 1980 to 2018 for the continental Portuguese coastal zone
Continental Portugal presents an extensive and diversified coastal zone which concentrates the main public and private infrastructures of the different economic sectors, as well as the main critical infrastructures. This area is also characterized by a high population density, being a differentiated territory in geophysical, biological and landscape terms. The wave regime is highly energetic, and storms are frequent. In the last decades, the coast of continental Portugal has been affected numerous times by overtopping and coastal flooding processes. Identifying the critical coastal typologies affected by flooding can contribute to a comprehensive flood risk management framework for the Portuguese coastal zones. Hence, a historical database of coastal flooding occurrences was created for the period 19802018 based on national and regional newspapers. For this period 650 occurrences were identified as well as 1708 impacts associated with them. In terms of impacts, the typologies associated with public areas, human impacts, the natural system, environmental degradation and buildings stand out. Results provide relevant temporal and spatial information about coastal historical flood occurrences related to extreme storm events and associated impacts, and contribute to the design of a risk framework.
Year: 2021
Number Pages:
1-17pp.
Author(s): Tavares, A.; Barros, J.; Freire, P.; Santos, P.; Perdiz, L.; Fortunato, A. B.
: Applied Geography
Editor: Elsevier
Volume:
Volume 135, 2021 102534.
Keywords: Occurrences; Impacts; Database; Coastal flooding; Coastal zone
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Comprehensive bathymetry and intertidal topography of the Amazon estuary
The characterization of estuarine hydrodynamics primarily depends on knowledge of the bathymetry and topography. Here, we present the first comprehensive, high-resolution dataset of the topography and bathymetry of the Amazon River estuary, the worlds largest estuary. Our product is based on an innovative approach combining spaceborne remote sensing data, an extensive and processed river depth dataset, and auxiliary data. Our goal with this mapping is to promote the database usage in studies that require this information, such as hydrodynamic modeling or geomorphological assessments. Our twofold approach considered 500 000 sounding points digitized from 19 nautical charts for bathymetry estimation, in conjunction with a state-of-the-art topographic dataset based on remote sensing, encompassing intertidal flats, riverbanks, and adjacent floodplains. Finally,our estimate can be accessed in a unified 30m resolution regular grid referenced to the Earth Gravitational Model 2008 (EGM08), complemented both landward and seaward by land (Multi-Error-Removed Improved-Terrain digital elevation model, MERIT DEM) and ocean (General Bathymetric Chart of the Oceans version 2020, GEBCO_2020) topographic data. Extensive validation against independent and spatially distributed data, from an airborne lidar survey, from ICESat-2 altimetric satellite data, and from various in situ surveys, shows a typical vertical accuracy of 7.2m (riverbed) and 1.2m (non-vegetated intertidal floodplains). The dataset is available at https://doi.org/10.17632/3g6b5ynrdb.2 (Fassoni-Andrade et al., 2021).
Year: 2021
Number Pages:
2275-2291.
Author(s): Andrade, A.; Durand, F.; Moreira, D.; Azevedo, A.; Santos, V. F.; Funi, C.; Laraque, A.
: Earth System Science Data
Editor: Earth System Science Data
Volume:
13.
Keywords: estuary; Amazon
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Comunicação
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Experimental Study of the Hydraulic Behaviour of Groyne Systems
N/A
Year: 1968
Author(s): Barceló, J. P.
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Caractéristiques de l´Agitation Maritime dans la Côte Ouest du Portugal Metropolitan
N/A
Year: 1964
Author(s): Barceló, J. P.
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Praia da Victória Harbour (Azores). Damages in the Breakwater Due to the Storm of 26th-27th December 1962
N/A
Year: 1964
Author(s): Carvalho, J. R.
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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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AvaliaÆo da eficincia energtica nos servios urbanos de guas. Guia para diagn¢stico, priorizaÆo de alternativas, monitorizaÆo e revisÆo do plano de aÆo
A presente tese tem como objetivo melhorar a gestÆo dos sistemas de distribuiÆo de gua atravs da utilizaÆo de mtodos probabil¡sticos e estat¡sticos para analisar os dados de contadores inteligentes. Assim, proposta uma metodologia para avaliaÆo da incerteza em mediäes de caudal dinmicas, baseada apenas nas pr¢prias mediäes, no mtodo de bootstrap por blocos e no ajustamento de um modelo adequado aos dados em estudo. De seguida, desenvolvida uma metodologia de amostragem probabil¡stica estratificada dos clientes para identificaÆo de uma amostra representativa onde deverÆo ser instalados contadores inteligentes, sendo os estratos definidos pelos grupos obtidos numa an lise de clusters baseada em dados de faturaÆo. ainda apresentada uma metodologia para a decomposiÆo÷ de sries temporais de caudal em consumo autorizado, consumo nÆo autorizado, roturas e perdas, utilizando tcnicas de suavizaÆo de sries temporais e an lise do espetro singular (singular sprectum analysis). Por £ltimo, sÆo testados alguns mtodos robustos e de analise funcional para deteÆo de valores an¢malos em series temporais de caudal.
Year: 2022
Author(s): Almeida e Silva, M.
Keywords: Sistemas de distribuiÆo de gua; Sries temporais de caudal; Incerteza; DecomposiÆo de sries temporais; Amostragem estratificada
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Análise dos Efeitos de Factores Climáticos e Antropogénicos na Ria de Aveiro
A compreensão dos impactes das alterações climáticas é fundamental para a gestão a longo do prazo dos ecossistemas estuarinos. Esta compreensão só poderá ser efectiva considerando a variabilidade climática natural e o papel relativo das intervenções antropogénicas nestes ecossistemas. Assim, a presente dissertação analisa a influência das alterações climáticas e pressões antropogénicas na qualidade da água e dinâmica ecológica da Ria de Aveiro com base numa abordagem integrada, que combinou a análise de séries temporais dos últimos 25 anos e a modelação numérica de elevada resolução de cenários futuros de alterações climáticas e intervenções antropogénicas. A componente de modelação de qualidade da água e ecológica foi melhorada a vários níveis. A análise de sensibilidade do modelo 3D hidrodinâmicoecológico ECO-SELFE aplicado à Ria de Aveiro e a revisão das constantes de semi-saturação para absorção de nutrientes pelo fitoplâncton contribuíram para a precisão e robustez das aplicações. A concentração do fitoplâncton foi significativamente influenciada pelas taxas de crescimento do fitoplâncton e de mortalidade e excreção do zooplâncton, e apresentou uma sensibilidade reduzida à variação das constantes de semi-saturação na gama identificada para as diatomáceas. O acoplamento do ECO-SELFE a um modelo de campo próximo e a integração do ciclo do oxigénio aumentaram a sua capacidade de representação dos processos e das escalas espaciais relevantes. A validação do ECO-SELFE foi realizada com base num conjunto de campanhas específicas realizadas no canal de Mira. Os padrões espaciais e temporais observados para as várias variáveis (clorofila a, nutrientes, oxigénio dissolvido, salinidade, temperatura da água, correntes e níveis) foram simulados com erros menores ou semelhantes aos obtidos neste tipo de aplicações. A análise dos padrões de variabilidade espacial e temporal da qualidade da água e ecológica na Ria de Aveiro a diferentes escalas, efectuada com base nos dados históricos de 1985 a 2010 complementados pelas campanhas realizadas, sugeriu uma influência combinada da variabilidade climática e das acções antropogénicas. Os cenários futuros de alterações climáticas e intervenções antropogénicas simulados evidenciaram uma influência mais significativa das alterações climáticas quando comparadas com os efeitos das acções antropogénicas analisadas. As variações mais significativas são previstas para os cenários de subida do nível do mar, seguidos dos cenários de alterações dos regimes hidrológicos, evidenciando o papel da circulação (maré e caudal fluvial) no estabelecimento da qualidade da água e dinâmica ecológica na laguna. Para os cenários de subida do nível do mar são previstos decréscimos significativos da clorofila a e dos nutrientes a jusante e nas zonas intermédias do canal, e um aumento significativo da salinidade a montante. Estas alterações poderão favorecer modificações da composição e distribuição das comunidades, afectando a cadeia alimentar e causando uma progressão para montante de espécies marinhas. Os resultados sugerem ainda que os efeitos poderão ser mais significativos em estuários pouco profundos.
Year: 2012
Number Pages:
265p.
Author(s): Rodrigues, M.
Keywords: Intervenções antrópicas; Regimes hidrológicos; Aumento da temperatura do ar; Subida do nível do mar; Alterações climáticas; Séries temporais longas; Modelação numérica; Oxigénio dissolvido; Nutrientes; Clorofila a; Estuários
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Modelação da Morfodinâmica de Estuários
N/A
Year: 2010
Number Pages:
1-188pp.
Author(s): Pinto, L.
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Sistema integrado de modelação para apoio à prevenção e mitigação de acidentes de hidrocarbonetos em estuários e orla costeira
A temática dos derrames de hidrocarbonetos continua a ser um assunto de extrema importância dados os graves impactes continuadamente causados no meio marinho. O desenvolvimento de ferramentas para auxilio às autoridades responsáveis pela gestão costeira no combate e mitigação deste tipo de acidentes é prioritário nos planos estratégicos governamentais. Neste trabalho propõe-se um novo sistema integrado de análise de hidrocarbonetos desenvolvido para aplicação a derrames em zonas costeiras, portuárias e oceânicas. Desenvolveuse uma nova metodologia baseada na sinergia da modelação numérica com a detecção remota por satélites. Este sistema integra uma componente de modelação numérica flexível (2D/3D) e um novo algoritmo de segmentação de manchas de hidrocarbonetos observadas em imagens SAR. O algoritmo de detecção remota foi concebido para validar os resultados do sistema de modelos. O sistema de modelação baseia-se numa abordagem Euleriana- Lagrangeana para a resolução dos processos de evolução dos hidrocarbonetos, utilizando malhas não-estruturadas para a representação dos domínios de estudo numa perspectiva multi-escala. O modelo de hidrocarbonetos inclui a maioria dos processos relevantes num derrame à superfície e na coluna de água e inclui um novo algoritmo para a retenção costeira que considera a dinâmica intertidal para aplicação a domínios praias, lagunas e estuários. Realizaram-se diversas aplicações sintéticas e reais que comprovaram a precisão, robustez, fiabilidade e flexibilidade do sistema integrado, com custos computacionais e níveis de complexidade variável. A aplicação do sistema ao caso Prestige permitiu demonstrar que a sinergia entre a modelação numérica e a detecção remota é uma mais-valia para a previsão de derrames de hidrocarbonetos no mar e serviu como base para uma análise qualitativa da influência da precisão da previsão do vento como agente forçador. Futuramente, o sistema poderá ser aplicado na optimização de planos de contingência, sustentando análises de risco, e em sistemas de alerta e aviso para acidentes de poluição.
Year: 2010
Number Pages:
258 pp.
Author(s): Azevedo, A.
Keywords: Prestige; Sar; Detecção remota; Modelação euleriana-lagrangeana; Derrames de hidrocarbonetos
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Evolução Morfo-Sedimentar de Margens Estuarinas (Estuário do Tejo, Portugal)
As margens estuarinas são constituídas por diversos elementos morfo-sedimentares, interdependentes entre si através de processos hidrodinâmicos, sedimentares, morfológicos e ecológicos. Estas características conferem à zona marginal do estuário uma sensibilidade particular a desequilíbrios entre o suporte morfológico e sedimentar e à acção dos agentes hidrodinâmicos, climáticos e antrópicos. A presente tese contempla o estudo da evolução morfo-sedimentar de margens estuarinas, procurando identificar as condições genéticas, caracterizar e quantificar os processos evolutivos actuais e passados. A área em estudo situa-se na margem sul do estuário interno do Tejo, entre Alcochete e Cacilhas, incluindo a restinga do Alfeite e a baía do Seixal. Efectuou-se a caracterização hidrodinâmica, morfológica e sedimentar da região em estudo e a avaliação dos padrões evolutivos à mesoescala e microescala. O estuário do Tejo é caracterizado por extensas zonas intertidais constituídas por rasos de maré e sapais. Estas áreas são alimentadas por sedimento em suspensão de origem fluvial, redistribuído pelas correntes de maré. Contrastando com o predomínio da sedimentação essencialmente silto-argilosa, surgem na margem sul praias e restingas de natureza arenosa que indicam a actividade de ondas de geração local. A morfologia da restinga do Alfeite evidencia a actividade de ondas, quer na sua formação, quer na sua evolução temporal. A sua instalação, há cerca de 500 anos atrás, terá correspondido a um episódio de mobilização considerável de material grosseiro proveniente de fontes sedimentares próximas - as rochas detríticas miocénicas e pliocénicas. A instalação da restinga proporcionou a manutenção de um ambiente de baixa energia, constituído por rasos de maré e sapais (baía do Seixal). O clima de agitação local está sobretudo relacionado com as nortadas, devido às maiores distâncias de fetch associadas e à intensidade mais elevada dos ventos daquele quadrante. O clima de agitação médio, obtido através de um modelo de previsão da agitação, caracteriza-se por alturas significativas de onda entre 0,2 e 0,4 m e por períodos de zero ascendente de 2 s. Em condições extremas a altura significativa de onda pode atingir 1,3 m. As ondas de geração local no estuário interno têm capacidade para causar a ressuspensão, transporte e acumulação de areias na margem sul, virada às direcções de fetch mais longo. Identificaram-se dois domínios principais de transporte longitudinal, envolvendo um caudal sólido semelhante de 20 000 - 30 000 m3/ano. Estes resultados concordam como as direcções de desenvolvimento e de progradação das restingas de areia. O padrão de dispersão de material sedimentar concorda também com a localização de fontes sedimentares potenciais. A restinga do Alfeite mostra uma variação morfológica evidente nos últimos 150 anos, dominada pelos processos de erosão e envolvendo a redução da área da praia em cerca de 15 ha. As modificações mais importantes ocorreram no período 1930-1979, com uma taxa de erosão média de 0,3 ha/ano, que coincidiu com intensa intervenção antrópica no sistema envolvendo alteração dos balanços sedimentares locais. As taxas de erosão obtidas através da análise evolutiva à mesoescala concordam com os volumes sedimentares avaliados para a deriva litoral local. O padrão evolutivo à microescala da praia do Alfeite mostra igualmente um comportamento particular de resposta a alterações hidrodinâmicas locais e à acção antrópica. O padrão de evolução à mesoescala e microescala da baía do Seixal sugere uma diferença acentuada entre o comportamento das zonas subtidal e intertidal inferior, com alguma dominância dos processos erosivos (com uma taxa de erosão média de 1-2 cm/ano), e o da zona supratidal com taxas de sedimentação relativamente elevadas (1cm/ano). O modelo morfo-sedimentar proposto para a baía do Seixal é essencialmente um modelo de redistribuição de sedimentos entre os rasos de maré superiores e sapais e os canais; resulta a selecção natural entre siltes grosseiros e areia e uma fracção mais fina com componente orgânica importante. À macroescala, o modelo evolutivo proposto será interrompido por episódios de entrada excepcional de material, principalmente através da rede hidrográfica local, associados a eventos extremos. As margens estuarinas são particularmente sensíveis a alterações extremas dos balanços sedimentares locais, sendo clara a interdependência entre a evolução morfológica e a interferência antrópica no sistema.
Year: 2003
Author(s): Freire, P.
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Instrumentos de Apoio à Gestão de Estuários - Indicadores Ambientais
Os estuários são sistemas ricos em recursos naturais e de grande fragilidade ecológica. O seu uso, como suporte de múltiplas actividades, faz com que seja necessário definir planos de gestão destinados a compatibilizar tais utilizações, salvaguardando o equilíbrio ecológico e a saúde pública. Reviram-se os conceitos de estuário, suas características e tipos. Identificaram-se princípios e metodologias para a sua gestão, que requerem o uso de instrumentos, dentre os quais são objecto central do presente estudo os sistemas de indicadores ambientais. O modelo de enquadramento adoptado foi o de Pressão Estado Resposta. As aplicações do conceito de indicador ambiental a estuários são recentes e limitadas, devido à especificidade destes sistemas, em particular, da coexistência de escalas de tempo distintas no controlo dos processos hidrodinâmicos e das suas características bio-geo-químicas. A caracterização ambiental dum estuário requer a aplicação de uma metodologia que inclui, além de informação de contexto, a identificação das zonas homogéneas, definidas com base em critérios morfológicos, de salinidade e de gestão, e das escalas de tempo relevantes, para definir os domínios de integração espacial e temporal das variáveis observadas, que conduzem aos valores significativos. A estes é removida a dimensão, sendo normalizados por aplicação de operadores algébricos e gráficos, inferindo-se a conformidade com a qualidade ambiental a partir dos valores dos indicadores normalizados. A metodologia inclui a definição de classes de qualidade. A metodologia foi ensaiada no estuário do Tejo. A sua caracterização, cobrindo as temáticas da eutrofização e estado de oxigenação, da qualidade estética e da contaminação bacteriológica e por xenobióticos, demonstrou a exequibilidade do método. Os resultados, se bem que de interesse relativo por recorrerem a dados heterogéneos e, por vezes, sem actualidade, revelam um estuário com baixa susceptibilidade à poluição, onde o incumprimento das normas de emissão pelas fontes poluentes era dominante. Porém, o estado do estuário revelou-se, em grande parte da sua extensão, bom ou excelente relativamente a alguns parâmetros, embora tenham sido identificadas situações de não conformidade. A metodologia é, assim, exequível, mesmo quando aplicada a um estuário complexo como o Tejo, e capaz de diferenciar situações de qualidade ambiental distintas. Constitui um instrumento de gestão útil para o apoio ao planeamento de programas de monitorização, para a sistematização da informação e para a comunicação clara com os responsáveis pelas decisões e com o público.
Year: 2003
Author(s): Cardoso da Silva, M.
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Eulerian-Lagrangian analysis of transport and residence times in estuaries and coasts
Eulerian-Lagrangian methods (ELMs) are increasingly used to simulate groundwater and surface water transport and water quality, largely due to their ability to use large time steps and to formally decouple processes with distinct time scales. Yet, two severe limitations remain: (1) ELMs do not inherently conserve mass, AND (2) in multiple dimensions, robust implementations of "higher-order" ELMs are expensive. Our research focused on the understanding of the main sources of errors in ELMs. We analyzed systematically the impact and relative importance of tracking errors, integration errors and forcing by non-conservative flow fields, on measures of mass conservation, overall accuracy and stability. From this analysis, we propose new methodologies and general guidelines towards mass conservative, globally accurate and stable multi- dimensional ELM transport simulations in estuarine and coastal regions. We performed a pioneering study of the influence of tracking errors, demonstrating their very strong negative impact on mass conservation, overall accuracy and stability. Low-order tracking methods are strongly discouraged in the presence of complex flow fields, typical of estuaries, because they are too inaccurate to allow overall mass balance and phase preservation, and they lead to potential instability. We show that the evaluation of the integrals at the feet of the characteristic lines is an important source of mass and overall errors, which can be controlled through grid refinement. To avoid such errors, we develop a new method that combines the flexibility and local mass properties of control volume finite element methods (CVFE), with a new quadrature integration technique. Subdivision quadrature overcomes stability constrains of traditional quadratures and allows for easy implementation in multiple dimensions. We find subdivision quadrature CVFE-ELMs to be an attractive alternative to current finite element ELMs in estuaries and coasts. Non-conservative flow fields are the primary concern for estuarine and coastal applications because ELMs cannot mitigate their effect without jeopardizing overall accuracy. We found bathymetric gradients and complex geometry to be the main sources for flow mass errors, and grid refinement to be inadequate to eliminate them. Consequently, mass imbalances in ELM solutions cannot be removed by grid refinement. Control volume finite elements and conservative-equation-based formulations are equally ineffective in the presence of a non-conservative flow. The problem needs to be addressed at the source, i.e., the circulation models that generate the flows. A detailed analysis of residence times illustrates the importance of improving numerical models, and provides new insights on the variability of residence times in estuarine systems. A new methodology is proposed, which emphasizes the importance of local analysis of residence times to understand the fluxing properties of a complex system, while providing an alternative approach to traditional bulk evaluations of residence times. Key Words: Flow mass conservation. Transport Mass conservation. Transport equation. Eulerian-Lagrangian methods. Finite Volumes. Finite elements. Accuracy Analysis. Residence Times.
Year: 1997
Author(s): Oliveira, A.
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Numerical modelling of irregular wave propagation in the nearshore region
The thesis deals with the numerical modelling of random wave propagation in the nearshore region. The mathematical modelling is based on the mild - slope equation. The mild - slope equation has been considered in a linear elliptic form in order to take into account wave refraction, diffraction, and reflections, and therefore to allow for the applicability of the model without constraints even to areas like harbours where reflections play an important role. Owing to the fact that we are dealing with a boundary value problem, the mathematical methods for solving the linear system of equations generated after discretising the governing equation and the boundary conditions imposed are fundamental to developing an efficient numerical model. A range of mathematical methods for solving the linear elliptic form of the mild-slope equation as well as a range of appropriate radiation boundary conditions are analysed, implemented and compared. Comparisons with available results, experimental and numerical, for different cases of study, validate the model for monochromatic waves. To overcome the difficulty of applying the linear elliptic model over large areas, a multigrid technique was deployed in a numerical model of a non-linear transformed form of the mild-slope equation in order to accelerate convergence. This technique was applied to a range of iterative solvers and satisfactory results were obtained. A numerical model of a hyperbolic form of the mild-slope equation, an initial value problem, was also developed and extended in order to test a range of radiation boundary conditions. Results show that "sponge layers" provide the best means of dealing with radiation type boundary conditions. The elliptic model was then further developed by extending it to random waves using the concept of superposition of spectral components. The importance of frequency and directional spreading was investigated. Based on the energy balance equation the phenomenon of breaking of irregular waves in the surf zone was incorporated, using two different approaches, in the model which was applied to cases that had been experimentally studied before. The results from this part of the work are unique and demonstrate the practical usefulness of the model.
Year: 1997
Author(s): Oliveira, F. S. B. F.
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Modelação matemática de processos hidrodinâmicos e da qualidade da água no estuário do Tejo
STERNA é um sistema de modelos matemáticos para a simulação de processos hidrodinâmicos e de qualidade da água em estuários não-estratificados. Este sistema é constituído pelo modelo hidrodinâmico MOHID, previamente existente, e por um modelo de transporte e por um conjunto de módulos de qualidade da água, desenvolvidos no decurso deste estudo. As equações de conservação da massa e de conservação da quantidade de movimento, do modelo hidrodinâmico, e a equação de advecção-difusão, do modelo de transporte, são resolvidas pelo método das diferenças finitas, a partir de uma formulação bidimensional (2D), integrada na vertical. Descreve-se a aplicação do sistema STERNA ao estuário do Tejo. Os resultados são comparados com observações efectuadas em campanhas do "Estudo Ambiental do Estuário do Tejo". Estas observações compreendem: a) séries temporais de correntes, salinidade, temperatura e sedimentos em suspensão, com cerca de 24 horas de duração; b) séries de valores mensais de salinidade, temperatura, clorofila-a, fosfato, amónia, nitrato, CBO e oxigénio dissolvido, com 4 anos de duração. Verifica-se, para a generalidade dos parâmetros, uma concordância satisfatória entre observações e resultados dos modelos. Os dados de campo e o sistema de modelos proposto servem de suporte a uma análise das características do ambiente no estuário do Tejo. Discutem-se, em particular: as trocas de maré entre o estuário e o exterior; a importância da estratificação de densidade; os fluxos de calor através da superfície; os mecanismos de formação da zona de turvação máxima; os factores responsáveis pela limitação da produção primária fitoplanctónica; os processos envolvidos no ciclo do fósforo e do azoto; e a ocorrência de défices de oxigénio. Conclui-se pela importância de uma abordagem integrada no estudo dos processos estuarinos. Palavras-chave: Modelos matemáticos; método das diferenças finitas; hidrodinâmica de estuários; qualidade da água; estuário do Tejo.
Year: 1996
Number Pages:
pp. 240.
Author(s): Portela, L. I.
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Three-dimensional modeling of coastal flows using unstructured grids
Although three-dimensional (3D) modeling of coastal and estuarine flows is becoming common, several limitations remain related to our ability both to describe and to numerically simulate the correct physics. Two key limitations concern vertical resolution: the lack of flexibility of current methods for vertical discretization prevents the optimal use of computational resources, and guidelines for vertical nodal placement are not available. The major contribution of this thesis is the development, analysis and test of an approach that allows for an unprecedented flexibility in the vertical refinement of the domain. This approach, which we refer to as localized sigma coordinates (LSC), is the first to allow the number of nodes per vertical to vary horizontaly, and can therefore be considered a natural extension to the use of unstructured grids in the horizontal. To take advantege of the LSC, we perform the first systematic study for the vertical discretization in barotropic tidal flow simulations. The resulting optimal grid can reduce the errors relative to a uniform grid by over an order of magnitude and compares favorably with non-uniform grids previously proposed. A criterion to guide the horizontal distribution of the total number of nodes is proposed and discussed in the context of simple one- and two-dimensional models, and is then extended to three dimensions. Accounting for advection in three dimenions forces modifications to the criterion, but the overall concept proved to be useful: using a variable number of nodes per vertical reduces the maximum velocity errors by a factor of two. As part of our analysis of the LSC, we investigate the evaluation of the horizontal gradients in sigma-coordinate shallow water models. We show that horizontal gradients should be computed in sigma rather than z-coordinates, and that the so-called hydrostatic inconsistency typically associated with sigma coordinates does not correspond to a numerical inconsistency. The large errors associated with the evaluation of horizontal gradients can be by-passed through appropriate horizontal resolution, and a procedure to define this resolution is proposed based on results from a truncation error analysis. An application to the Tagus estuary demonstrates the enhanced accuracy provided by the LSC, and provides new insights into the estuarys 3D barotropic circulation. Strong residual currents (depth-averaged eulerian residual velocities of up to 0.5 m/s) are generated by advective accelerations and have a major impact on the mixing characteristics at the mouth of the estuary. The assymetry between ebbing and flooding promotes exchanges between marine and estuarine waters, while he interaction between tidal and residual flows leads to strong chaotic stirring. The good performance of the LSC in a complex application establishes this method as an attractive alternative to the traditional sigma- and z-coordinates.
Year: 1996
Author(s): Fortunato, A. B.
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Dissertação de Mestrado
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Study of the hydrodynamics and morhodynamics of the Óbidos Lagoon, Portugal,
Na lagoa de Óbidos, as ondas e as correntes de maré induzem rápidas alterações morfológicas levando ao fecho da sua embocadura. As dragagens são frequentes tendo o objetivo de manter a laguna aberta e proteger as construções marginais. No entanto, o efeito das dragagens no comportamento da embocadura é um tema pouco estudado, especialmente o impacto que poderá ter a adição de canais transversais aos tradicionais canais dragados. No interior desta laguna as ondas induzem alterações significativas nas condições hidrodinâmicas. Através da aplicação de um modelo acoplado constituído por um modelo hidrodinâmico e um modelo de agitação marítima concluiu-se que as elevações da superfície livre dentro da lagoa aumentaram para uma direcção média da onda perpendicular à linha de costa. Foi também investigado o impacto que a interacção completa entre ondas e correntes tem na dinâmica sedimentar da lagoa de Óbidos, concluindo-se que o transporte de sedimentos para o interior aumenta em 30% durante a enchente se esta interacção for tida em conta no modelo numérico. Os três planos de dragagens foram avaliados através da implementação de um modelo morfodinâmico. Os novos planos de dragagens aumentaram o prisma de maré e reduziram as diferenças de duração entre a vazante e a enchente devido aos canais principais norte e sul. Os canais transversais aumentaram o assoreamento no canal principal sul e promoveram a estabilidade do canal principal norte. No entanto, devido às baixas profundidades e a uma agitação marítima muito energética, as soluções de dragagens são incapazes estabilizar permanentemente a lagoa de Óbidos
Year: 2015
Author(s): Mendes, D.
Keywords: Dredging equilibrium depth; Transverse channels; Tidal inlets; Wave-induced processes; Dredging; Morphodynamic model
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Modélisation numérique de la circulation hydrodynamique tridimensionnelle à la plage de Saint-Trojan
This fellowship aimed at studying and modeling the tridimensional hydrodynamic circulation in the case of a wavedominated dissipative beach. The studied site corresponds to Saint-Trojan Beach, located to the South-West of Oléron Island in the central part of the French Atlantic. Two instruments were deployed to characterize hydrodynamics in the surf zone: with an ADCP courantometer and a RBR pressure gauge. The modeling system used in this study is based on the coupling of the circulation model SELFE and the spectral wave model WWM-II. Model/data comparison revealed that the modeling system was capable of reproducing water levels and waves with a high accuracy compared to previously published studies. Different theories for vertical radiation stress were compared in terms of their capacity to reproduce the circulation in the surfzone. The comparison with the measurements showed that only the Mellor (2003) theory was able to reproduce the undertow in the surf zone. Besides, setup predictions in 2DH and 3D were compared with measured setup. This comparison comparisons revealed indicated that the setup predicted with the 3D approach was locally twice as large as the 2DH setup while fitting much better with the data. This interesting behavior is explained by the presence of strong undertows, which induce shoreward oriented bottom stress. Furthermore, the comparison of the relevant terms in the momentum equations showed that the bottom stress represents about 50 % of the wave-induced radiation stress gradients, which supports our hypothesis. This study confirmed the necessity of using fully coupled wave and current 3D models to properly account for the vertical current structure of currents, including undertows, which has implications on water levels along the shorelines during storms.
Year: 2013
Number Pages:
60pp.
Author(s): Mengual , B.
Keywords: Selfe-wwm-ii; Setup; Undertow; Radiation stress; 3d hydrodynamic circulation; Dissipative beach
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Modelação morfodinâmica da ribeira de Aljezur
The morphology of tidal inlets is very dynamic, due to the combined action of waves, tides and river flows. The morphological changes of small and shallow inlets are particularly relevant, as even slight variations in the bathymetry may induce a dramatic effect on tidal propagation and distortion. Occasionally, these complex dynamics may lead to the closure of the inlet and thus degrade the water quality upstream. Numerical morphodynamic models constitute attractive tools to study these morphological changes, although their application is still time-consuming and requires a deep insight into the relevant processes. This study aims at analyzing the morphodynamics of the tidal inlet of a small and shallow coastal system (the Aljezur coastal stream), through the implementation, validation and exploitation of the MORSYS2D morphodynamic modeling system. The Aljezur stream is located in the south-west coast of Portugal and subject to the north Atlantic waves and winds, and tides along the Iberian shelf. The stream is about 36 km long, 1-3 m deep and 10-40 m wide. Five field campaigns were carried out between 2008-2010 to provide bathymetry, water levels, waves and currents, both in the estuary and the adjoining beach, for the understanding of the dynamics of the stream and for the application, calibration and validation of MORSYS2D. This 2D morphodynamic modeling system simulates the non-cohesive sediment transport processes and the resulting bathymetric evolution in coastal regions. The system includes a wave model (SWAN), a circulation model (ELCIRC) and a sediment transport and bottom update model (SAND2D). The application, calibration and validation of MORSYS2D were a step-by-step procedure due to the numerous variable inputs and processes involved (e.g., forcings, parameters, formulations). The procedure started with simulations forced only by the tide, and progressively were added the wave and sediment transport processes. Different data sets (water levels, velocities, wave parameters and bathymetries) were used to validate each step. Morphodynamic simulations conducted between consecutive field campaigns provided the final validation. In order to investigate the effect of the several processes on the morphodynamic evolution of the inlet (e.g., waves and peak river flows), synthetic simulations were performed. From the exploitation of the model, results show that the morphodynamic variability of the beach is dominated mostly by the waves while river flow dominates the morphodynamics of the inlet region when peak flows occur. The model system reproduces correctly the hydrodynamics (waves, levels and velocities), and produces predictions of bathymetry qualitatively correct. This study brought a new understanding of the system and its variability.
Year: 2010
Number Pages:
1-58pp.
Author(s): Guerreiro, M.
Keywords: Aljezur stream; Tidal inlets; Morphodynamic modeling
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Modelação da dinâmica do zooplâncton na ria de Aveiro
O zooplâncton, composto maioritariamente por copépodes em diferentes estágios de desenvolvimento, é uma das principais comunidades biológicas da teia trófica estuarina. Esta comunidade é responsável pela transferência de nutrientes e de energia para níveis tróficos superiores, sendo o principal alimento para larvas de peixes, e pode também desempenhar um papel relevante no controlo de blooms de algas. Assim, a compreensão dos factores que afectam a dinâmica do zooplâncton nos estuários é de especial importância, constituindo os modelos numéricos, devidamente validados com dados, ferramentas úteis no estudo desta dinâmica. No presente estudo desenvolveu-se um novo modelo para simular a dinâmica ecológica da Ria de Aveiro. Este modelo tridimensional, ECO-SELFE, resulta do acoplamento de um modelo hidrodinâmico de malhas não-estruturadas, SELFE, e da extensão do modelo ecológico EcoSim 2.0 para simular a dinâmica do zooplâncton. O modelo acoplado, de aplicação genérica a qualquer sistema estuarino e costeiro, permite a simulação de várias variáveis ecológicas (zooplâncton, fitoplâncton, bacterioplâncton, matéria orgânica dissolvida e particulada, nutrientes inorgânicos e carbono inorgânico dissolvido), considerando os ciclos do carbono, do azoto, do fósforo, da sílica e do ferro. A formulação adoptada para a simulação da dinâmica do zooplâncton baseia-se em resultados de trabalhos de investigação realizados na Ria de Aveiro. Os testes sintéticos realizados preliminarmente evidenciaram o bom desempenho do modelo acoplado em termos de conservação de massa e permitiram reproduzir de forma adequada a dinâmica zooplânctonfitoplâncton num sistema fechado. Dado que uma das principais dificuldades na aplicação de modelos ecológicos complexos a sistemas reais consiste no elevado número de parâmetros de entrada, realizou-se uma análise de sensibilidade à influência destes parâmetros nos resultados finais do modelo. Esta análise evidenciou que os parâmetros relativos ao crescimento do fitoplâncton dependente da temperatura, à ingestão de alimento pelo zooplâncton e às taxas de mortalidade e de excreção do zooplâncton são dos que mais influenciam os resultados do modelo. A aplicação do modelo à Ria de Aveiro, considerando um total de 23 traçadores ecológicos, revelou que o modelo representa de forma razoável a dinâmica ecológica ao longo da Ria durante os períodos simulados (Outono de 2000 e Primavera de 2001), para além de reproduzir adequadamente a hidrodinâmica e o transporte de escalares neste sistema. Uma análise preliminar da dinâmica deste ecossistema sugere a importância da especificação adequada das condições de fronteira e das parametrizações dos processos nas simulações ecológicas, evidenciando também a complexidade associada à sua dinâmica.
Year: 2009
Author(s): Rodrigues, M.
Keywords: Pt; Dissertação de mestrado; Ria de aveiro; Zooplâncton; Modelo de simulação; Hidrodinâmica de estuários
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Modelação da dinâmica do zooplâncton na Ria de Aveiro
O zooplâncton, composto maioritariamente por copépodes em diferentes estágios de desenvolvimento, é uma das principais comunidades biológicas da teia trófica estuarina. Esta comunidade é responsável pela transferência de nutrientes e de energia para níveis tróficos superiores, sendo o principal alimento para larvas de peixes, e pode também desempenhar um papel relevante no controlo de blooms de algas. Assim, a compreensão dos factores que afectam a dinâmica do zooplâncton nos estuários é de especial importância, constituindo os modelos numéricos, devidamente validados com dados, ferramentas úteis no estudo desta dinâmica. No presente estudo desenvolveu-se um novo modelo para simular a dinâmica ecológica da Ria de Aveiro. Este modelo tridimensional, ECO-SELFE, resulta do acoplamento de um modelo hidrodinâmico de malhas não-estruturadas, SELFE, e da extensão do modelo ecológico EcoSim 2.0 para simular a dinâmica do zooplâncton. O modelo acoplado, de aplicação genérica a qualquer sistema estuarino e costeiro, permite a simulação de várias variáveis ecológicas (zooplâncton, fitoplâncton, bacterioplâncton, matéria orgânica dissolvida e particulada, nutrientes inorgânicos e carbono inorgânico dissolvido), considerando os ciclos do carbono, do azoto, do fósforo, da sílica e do ferro. A formulação adoptada para a simulação da dinâmica do zooplâncton baseia-se em resultados de trabalhos de investigação realizados na Ria de Aveiro. Os testes sintéticos realizados preliminarmente evidenciaram o bom desempenho do modelo acoplado em termos de conservação de massa e permitiram reproduzir de forma adequada a dinâmica zooplâncton-fitoplâncton num sistema fechado. Dado que uma das principais dificuldades na aplicação de modelos ecológicos complexos a sistemas reais consiste no elevado número de parâmetros de entrada, realizou-se uma análise de sensibilidade à influência destes parâmetros nos resultados finais do modelo. Esta análise evidenciou que os parâmetros relativos ao crescimento do fitoplâncton dependente da temperatura, à ingestão de alimento pelo zooplâncton e às taxas de mortalidade e de excreção do zooplâncton são dos que mais influenciam os resultados do modelo. A aplicação do modelo à Ria de Aveiro, considerando um total de 23 traçadores ecológicos, revelou que o modelo representa de forma razoável a dinâmica ecológica ao longo da Ria durante os períodos simulados (Outono de 2000 e Primavera de 2001), para além de reproduzir adequadamente a hidrodinâmica e o transporte de escalares neste sistema. Uma análise preliminar da dinâmica deste ecossistema sugere a importância da especificação adequada das condições de fronteira e da parametrizações dos processos nas simulações ecológicas, evidenciando também a complexidade associada à sua dinâmica.
Year: 2008
Author(s): Rodrigues, M.
Keywords: Ria de aveiro; Zooplâncton; Hidrodinâmica; Modelação ecológica
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Estratificação salina no estuário do Guadiana
A construção, em curso e prevista, de vários empreendimentos hidráulicos na bacia hidrográfica do rio Guadiana, com as alterações de caudais fluviais associadas, motivou recentemente vários estudos multidisciplinares sobre o estuário deste rio. Neste contexto, o presente estudo visou contribuir para o conhecimento da hidrodinâmica e da estratificação salina no estuário do Guadiana, dada a importância destes fenómenos na dinâmica sedimentar, na qualidade da água e nos ecossistemas aquáticos. Pretendeu-se, em particular, elucidar as condições e os factores que afectam a estratificação neste estuário, assim como caracterizar a distribuição vertical e horizontal dos campos de salinidade e de velocidade em situações estratificadas. Devido à complexidade e à variabilidade espacial e temporal da estratificação em estuários, a sua análise detalhada requer várias ferramentas, cada uma com as suas potencialidades e limitações. Recorreu-se por isso a uma combinação da análise de dados de campo e de imagens de detecção remota com a aplicação de um modelo numérico tridimensional. Assim, os dados de campo permitiram obter representações detalhadas da realidade, ainda que limitadas no espaço e na gama de parâmetros, e validar o modelo numérico. As imagens de satélite ajudaram a delimitar o domínio de cálculo do modelo e a compreender o comportamento da pluma. Finalmente, o modelo forneceu uma representação da realidade espacialmente abrangente e permitiu analisar o efeito de parâmetros seleccionados. A análise dos dados de campo confirmou a descrição da redução da amplitude de maré para montante e da geração de constituintes não-lineares apresentada em estudos anteriores. Mostrou ainda que a contribuição da temperatura para a variação da densidade é desprezável face à da salinidade, e, em conjunto com os dados de satélite, que a água do mar é mais quente do que a do rio no Inverno e mais fria no Verão. Finalmente, verificou-se uma hipótese proposta anteriormente, segundo a qual, no estuário do Guadiana, a circulação baroclínica em condições estratificadas permite que organismos com capacidade de migração vertical se mantenham no estuário com caudais elevados. A simulação do movimento de um organismo fictício, a partir dos dados de velocidade, mostrou que esta hipótese é plausível tendo em conta o desfasamento vertical das velocidades devidas à maré em condições estratificadas. A modelação da hidrodinâmica e da salinidade no estuário do Guadiana foi efectuada com uma versão beta de um modelo tri-dimensional baroclínico em desenvolvimento na Oregon Health and Sciences University (E.U.A.). A validação do modelo mostrou uma concordância qualitativa e quantitativa com os dados de níveis e de velocidades. No entanto, os resultados de salinidade foram sistematicamente sub-avaliados devido à incorrecta representação da mistura da pluma na zona costeira. Apesar deste erro sistemático, o modelo representa qualitativamente a estratificação salina, o que permite utilizá-lo para estudar o efeito do caudal fluvial e da amplitude de maré. Os resultados das simulações de salinidade mostraram que a estratificação aumenta com o caudal fluvial e diminui com a amplitude de maré. Verificou-se ainda que o grau de estratificação do estuário é superior nas estofas de vazante relativamente às estofas de enchente e que a profundidade também pode influenciar a estratificação no estuário do Guadiana. Finalmente, o modelo permitiu elucidar uma aparente incongruência dos dados de campo, mostrando como a omissão de dados de velocidade de zonas da coluna de água, não cobertas pelo ADCP, no cálculo da velocidade residual média na vertical podem levar a conclusões erróneas sobre as flutuações quinzenais da velocidade.
Year: 2003
Number Pages:
pp. 153.
Author(s): Pinto, L.
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Refined numerical modelling of random wave propagation inside harbours
N/A
Year: 1995
Author(s): Oliveira, F. S. B. F.
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A comparison of Eulerian-Lagrangian methods for the solution of transport equation
We present an extensive formal and experimental comparison of the accuracy and stability of selected finite-element Eulerian-Lagrangian methods (FE-ELMs) for the solution of the 1D transport equation. The comparison shows that recent FE-ELMs that use the perspective of integration (rather than the more conventional perspective of interpolation) to treat initial conditions at the feet of the characteristic lines have excelent accuracy properties. Although some "integration" FE-ELMs are only conditionally stable, the associated constraints are expected to be minor for most applications of interest. Motivation for the comparison was motivated by the on-going development of a new generation of multi-dimensional Eulerian-Lagrangian water quality models, oriented towards surface water applications, and addressing tracers with increasingly complex chemical and biological pathways. While this motivation may appear remote for a theoretical study of numerical methods, the need for the information now generated is strong, and the practical contributions are significant. Indeed, the need stems from the fear (partly rooted in accummulated experience) that complex water quality models may magnify remaining shortcomings in fundamental aspects of the solution of the transport equation, such as stability, mass conservation, and ability to accurately transport sharp gradients of concentration. Pratical contributions include: * the recommendation to initiate the systematic replacement of "interpolation" FE-ELMs by "integration" FE-ELMs, as the reference strategy to solve for hydraulic transport in the family of ELA water quality models (ELA, ELAcol, ELAsed, ELAmet, etc.); * the development of basic data and understanding necessary for the informed use of "integration" FE-ELMs; an example is the development of basic data necessary to drive the semi-automatic generation of finite element grids taylor-made for the simulation of transport processes by "integration" FE-ELMs. Key Words: Transport equation. Eulerian-Lagrangian methods. Stability analysis. Accuracy analysis. Numerical experimentation.
Year: 1994
Author(s): Oliveira, A.
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Caracterização e dinâmica de sedimentos em sistemas de canais do estuário do Tejo. Cala do Norte (Portugal)
A Cala do Norte constitui um canal de 1ªordem da Zona Montante do estuário do Tejo, desenvolvendo-se entre a margem direita e o Mouchão da Póvoa. Esta região do estuário é caracterizada por uma morfologia típica de intenso assoreamento, devido não só à perda de competência do sistema fluvial, como também por constituir área preferencial para retenção de sedimentos. Na presente dissertação faz-se a caracterização dos principais aspectos fisiográficos, hidrodinâmicos e sedimentológicos da Cala do Norte, analisando a morfologia e processos evolutivos da região envolvente. O objectivo principal consiste na interpretação dos fenómenos morfodinâmicos daquele canal no contexto sedimentar estuarino. Os resultados obtidos indicam que a sedimentação no canal é essencialmente silto argilosa, estando a dinâmica dos sedimentos finos (transporte em suspensão e deposição) dependente das condições de floculação e da acção dos processos de circulação estuarina com consequente participação nos ciclos de maré (ressuspensão-deposição). A presença de sedimentos grosseiros (areia, areão e bioclastos) resulta da erosão de fontes sedimentares locais (antigos bancos de ostras e terraços plistocénicos submersos), surgindo misturados com os sedimentos vasosos nos espraiados, ou constituindo depósitos com características residuais, ao longo do canal. Como resultado da dinâmica sedimentar descrita, encontrar-se-ão sucessões de facies silto-argilosas com intercalações, sem grande continuidade lateral, de material mais grosseiro em que a componente bioclástica pode ser importante. O estudo da evolução morfológica da Cala do Norte e sistema de canais associado, mostra que esta é dominada por processos de assoreamento, traduzidos pela elevação dos fundos e acentuada migração lateral do talvegue, o que vai influenciar a evolução das zonas marginais.
Year: 1993
Author(s): Freire, P.
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Waves in harbours
This work consists mainly of two parts: a literature review on breaking waves and corresponding modelling^ techniques, and an introduction of spectral wave components into a numerical model that solves the mild-slope equation by a finite differences technique. Special attention was given to the method of generating the spectral components and their breaking in shallow water. Breaking waves were evaluated using two breaking criteria. Keywords: wave spectrum; mild-slope equation; breaking waves; harbours and coastal zones.
Year: 1993
Author(s): Oliveira, F. S. B. F.
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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): Oliveira, F. S. B. F.; Nahon, A.; Sancho, F. E.
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): Azevedo, A.; Fortunato, A. B.; Freire, P.; Portela, L. I.
Keywords: Lagoa costeira; Assoreamento; Hidrodinâmica; Evolução morfológica
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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 Estudo de caracterização e viabilidade de um quebra-mar destacado multifuncional em frente à Praia da Vagueira. Identificam-se, primeiramente, as alternativas e soluções para um quebra-mar destacado submerso e os principais condicionamentos morfo-sedimentares. Sintetizam-se os resultados da análise do desempenho das soluções relativamente à redução do galgamento costeiro, promoção do acréscimo da largura de praia e promoção de ondas de referência para o surf. Por fim, elencam-se os principais resultados da análise de viabilidade económica, discutem-se intervenções alternativas e/ou complementares e apresentam-se os resultados dos parâmetros de dimensionamento de soluções técnica e/ou economicamente viáveis, que melhor satisfazem os objetivos. Alerta-se também para algumas limitações, oportunidades e trabalhos adicionais para a eventual execução do projeto da obra.
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 Relatório 12
Apresenta-se neste relatório o estabelecimento do modelo físico reduzido e as condições de ensaio referentes ao Estudo de caracterização e viabilidade de um quebra-mar destacado multifuncional em frente à Praia da Vagueira. A escala selecionada, de 1:65, resultou do compromisso entre as dimensões do tanque de ondas, as dimensões da zona de estudo e das obras a implantar, as características e capacidades do batedor de ondas e as condições de agitação marítima, tendo ainda em consideração a dimensão do sedimento a utilizar no fundo móvel. Face à elevada variabilidade da topo-batimetria em protótipo (Praia da Vagueira), adotou-se pela escolha de uma configuração de fundo, para reprodução em modelo físico, média das medidas.
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 Estudo de caracterização e viabilidade de um quebra-mar destacado multifuncional em frente à praia da Vagueira, determina-se a viabilidade económica de 4 alternativas para a construção de um quebra-mar destacado (QMD) na praia da Vagueira. As opções selecionadas variam no comprimento da estrutura (c) e na distância à linha de costa (d), numa combinação de 4 cenários designados c200d200, c300d400, c350d400 e c350d580. Os resultados mostram que a construção do QMD poderá vir a constituir um impacto positivo na zona urbana da praia da Vagueira, com relevantes benefícios económicos. Demonstra-se também que, para todas as configurações estudadas, os maiores benefícios concentram-se na praia da Vagueira, como desejável, enquanto as áreas vizinhas ressentem o défice sedimentar. Conclui-se que o cenário c200d200 apresenta uma solução viável relativamente pouco dispendiosa, mas também com benefícios relativamente baixos. O cenário c300d400 apresenta uma solução alternativa potencialmente viável, com maiores custos, mas também com benefícios mais acentuados.
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 Almada - Análise de levantamentos topo-hidrográficos do sistema Bugio-Caparica (1980-2018)
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 anizations waterfront promenade. These data aim to validate numerical models to simulate hydro- and morphodynamics.
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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Project UBEST: Understanding the biogeochemical buffering capacity of estuaries relative to climate change and anthropogenic inputs - Final Report
The final technical report of the project UBEST Understanding the biogeochemical buffering capacity of estuaries relative to climate change and anthropogenic inputs (ref. PTDC/AAGMAA/ 6899/2014), funded by the Portuguese Foundation for Science and Technology (FCT), is presented. The project contributed to improve the knowledge on the biogeochemical dynamics in estuaries and coastal lagoons, in particular the Tagus estuary and the Ria Formosa. A detailed characterization of the current water quality and biogeochemical dynamics in these systems and further insights about their response to climate change and anthropogenic pressures are provided. The use of an integrated approach, combining field observations and numerical modelling, was fundamental as it allowed to effectively cover the relevant temporal (past-present-future) and spatial scales. An innovative coastal observatory was developed, the UBEST coastal observatory (http://portal-ubest.lnec.pt), which integrates all the main results of the project as layers of information with different levels of aggregation.
Year: 2020
Author(s): Rodrigues, M.; Fortunato, A. B.; Martins, R.; Rogeiro, J.; Oliveira, A.; Azevedo, A.; Freire, P.; Cravo, A.; Jacob, J.; Rosa, A.
Keywords: Ria Formosa; UBEST coastal observatory; Tagus estuary; Water quality; Hydrodynamics
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Memória
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Evolução de Linhas de Costas. Desenvolvimento e Aplicação de Um Modelo Numérico
N/A
Year: 2003
Author(s): Vicente, C.; Clímaco, M.
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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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